文　昕　杜丹蕾　聶　力　韋美雁　

農(nóng)村留守兒童學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文昕杜丹蕾聶力韋美雁

（湖南科技學(xué)院信息工程學(xué)院，湖南 永州 425100）

學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)是基于永州市的留守兒童現(xiàn)狀進(jìn)行深入的調(diào)查和分析而研發(fā)，系統(tǒng)基于B/S構(gòu)建，采用JAVA、Vue.js等技術(shù)實(shí)現(xiàn)。主要功能模塊有系統(tǒng)管理、用戶(hù)信息管理、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理，系統(tǒng)在預(yù)警時(shí)可依據(jù)在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)及考試成績(jī)的結(jié)果進(jìn)行預(yù)警處理，可促進(jìn)家校溝通，讓家長(zhǎng)及時(shí)了解孩子的學(xué)業(yè)狀況，對(duì)留守兒童學(xué)習(xí)成績(jī)提升起到積極促進(jìn)作用。

留守兒童；預(yù)警；JAVA；Vue.js

引言

我國(guó)留守兒童的學(xué)業(yè)問(wèn)題是當(dāng)前社會(huì)，尤其是教育系統(tǒng)非常關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的加快，農(nóng)村學(xué)生與城市學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)差距越來(lái)越大[2]。造成這種現(xiàn)象的主要因素除了學(xué)校的軟硬件之外，還有家庭因素、文化基礎(chǔ)、學(xué)習(xí)習(xí)慣和個(gè)人性格等。如何科學(xué)系統(tǒng)地分析以上因素的相關(guān)性和影響程度，以幫助學(xué)校進(jìn)行教學(xué)管理模式改革，加強(qiáng)家校溝通，及時(shí)提醒家長(zhǎng)孩子學(xué)業(yè)所存在的問(wèn)題顯得非常重要。建立一個(gè)完善的農(nóng)村留守兒童學(xué)業(yè)成績(jī)預(yù)警系統(tǒng)，結(jié)合第三方學(xué)習(xí)平臺(tái)產(chǎn)生的教育數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)分析是一個(gè)很好的解決方案。本文闡述了學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)的研發(fā)過(guò)程，該系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、用戶(hù)管理、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理三大模塊，旨在促進(jìn)家校溝通，讓家長(zhǎng)及時(shí)了解孩子的學(xué)業(yè)狀況，為留守兒童學(xué)習(xí)成績(jī)的提升起到一個(gè)積極的促進(jìn)作用。

1　系統(tǒng)功能需求

學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)需要基于系統(tǒng)用戶(hù)、在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)、考試成績(jī)等數(shù)據(jù)的管理和處理，在一定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上，更好地對(duì)留守兒童學(xué)習(xí)狀態(tài)有合適的描述和表達(dá)，因此，系統(tǒng)的功能模塊需要分成三大模塊，即系統(tǒng)管理模塊、用戶(hù)信息管理模塊、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理模塊。詳見(jiàn)圖1系統(tǒng)功能模塊圖。

圖1　系統(tǒng)功能模塊圖

1.1　系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理分三個(gè)子模塊，分別是班級(jí)管理、課程管理、用戶(hù)權(quán)限管理。

（1）班級(jí)管理。由系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)班級(jí)的添加、修改、刪除，系統(tǒng)管理員可以通過(guò)已有的電子表格數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入班級(jí)相關(guān)學(xué)生數(shù)據(jù)。

（2）課程管理。由系統(tǒng)管理員或相關(guān)權(quán)限人員負(fù)責(zé)對(duì)課程信息的增刪改查。

（3）權(quán)限管理。系統(tǒng)中的用戶(hù)設(shè)管理員、老師、家長(zhǎng)、學(xué)生四個(gè)角色。用戶(hù)權(quán)限管理應(yīng)該具有不同層級(jí)權(quán)限的角色管理，例如管理員（可分為系統(tǒng)管理員和普通管理員，其中系統(tǒng)管理員權(quán)限最高）可以對(duì)用戶(hù)進(jìn)行權(quán)限分配，老師、學(xué)生、家長(zhǎng)各自權(quán)限不同。普通管理員可以管理相應(yīng)老師、學(xué)生、課程信息；學(xué)生可查看自己的信息；家長(zhǎng)可查看孩子成績(jī)，修改自己的信息。不同角色對(duì)應(yīng)不同業(yè)務(wù)權(quán)限，使系統(tǒng)權(quán)限的劃分更加清晰。

1.2　用戶(hù)信息管理

管理員可以對(duì)教師、學(xué)生、家長(zhǎng)等用戶(hù)信息進(jìn)行增、刪、改、查；教師可以對(duì)他擁有權(quán)限的班級(jí)學(xué)生信息進(jìn)行查看，學(xué)生可以查看自己賬號(hào)信息，家長(zhǎng)可以查看并修改自己的用戶(hù)信息。

1.3　學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理

（1）在線數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。學(xué)校若與第三方在線學(xué)習(xí)平臺(tái)合作，系統(tǒng)能根據(jù)第三方平臺(tái)提供的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以獲得學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程的一些特性。

（2）成績(jī)信息管理。管理員可以對(duì)課程信息進(jìn)行增、刪、改、查，教師對(duì)權(quán)限內(nèi)的學(xué)生成績(jī)?cè)谝欢〞r(shí)間限度內(nèi)可以增、刪、改。在提交成績(jī)后，可以永久查詢(xún)，學(xué)生在系統(tǒng)開(kāi)放后可以查詢(xún)成績(jī)。

（3）預(yù)警管理。系統(tǒng)具有預(yù)警功能，管理員可以根據(jù)學(xué)校的實(shí)際情況設(shè)置預(yù)警方向。一為成績(jī)預(yù)警，依據(jù)考試成績(jī)的情況進(jìn)行預(yù)警；二為根據(jù)在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)合成績(jī)進(jìn)行預(yù)警。

對(duì)于成績(jī)預(yù)警，管理員可以根據(jù)不同的年級(jí)及考試情況，給予不同情況下的預(yù)警等級(jí)劃分。比如初中、小學(xué)的期中、期末考試預(yù)警，可以從整體考試結(jié)果來(lái)進(jìn)行預(yù)警，也可以對(duì)一學(xué)期中某單科連續(xù)不及格情況進(jìn)行預(yù)警等。預(yù)警分為三個(gè)等級(jí)，即一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)。

對(duì)于有第三方在線學(xué)習(xí)平臺(tái)的學(xué)校，給學(xué)生家長(zhǎng)發(fā)送預(yù)警時(shí)，同時(shí)從學(xué)生學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)方法、家長(zhǎng)陪伴等方面給予基本的建議和提醒。

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1　系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)采用B/S[3,4]架構(gòu)，運(yùn)用MVVM（Model-View-ViewModel）框架[5,6]進(jìn)行設(shè)計(jì)，MVVM即模型層結(jié)構(gòu)（Model）、視圖層（View）、視圖模型層（ViewModel）。

視圖層（View）主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的展示以及用戶(hù)與系統(tǒng)的交互。通過(guò)login、manager、student等系統(tǒng)視圖組件組成，login與regist組件是登錄和注冊(cè)的界面組件，其余組件分別代表學(xué)生界面組件、管理員界面組件、教師界面組件、家長(zhǎng)界面組件，分別對(duì)應(yīng)不同系統(tǒng)角色的交互界面。

視圖模型（ViewModel）層將后端獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換做二次封裝生成符合視圖層使用預(yù)期的視圖數(shù)據(jù)模型。視圖模型層與視圖層是雙向數(shù)據(jù)綁定的，當(dāng)用戶(hù)與視圖層進(jìn)行交互時(shí)視圖層會(huì)將交互數(shù)據(jù)通過(guò)雙向數(shù)據(jù)綁定的方式傳遞到視圖模型層，根據(jù)模型層的要求，視圖模型層會(huì)對(duì)這些交互數(shù)據(jù)進(jìn)行處理然后通過(guò)Axios工具傳遞給模型層提供的接口。除此之外模型層回傳的數(shù)據(jù)也會(huì)通過(guò)接口以JSON數(shù)據(jù)格式傳遞給視圖模型層，經(jīng)過(guò)視圖模型層的加工處理再通過(guò)雙向數(shù)據(jù)綁定傳遞給視圖層用于展示。

模型層（Model）包括了后端的各種業(yè)務(wù)邏輯和數(shù)據(jù)操控，主要工作是圍繞數(shù)據(jù)庫(kù)展開(kāi)的。視圖模型層傳遞數(shù)據(jù)或者獲取數(shù)據(jù)時(shí)會(huì)根據(jù)模型層提供的接口來(lái)進(jìn)行工作。

2.2　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)技術(shù)

系統(tǒng)研發(fā)過(guò)程中后端采用Java、Python語(yǔ)言及SpringBoot、Mybatis、Swagger框架技術(shù)；前端運(yùn)用Vue.js 2.0、Node.js、IViewUI模板，使用Axios對(duì)接接口；采用MySQL、Redis 進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

2.3　數(shù)據(jù)流程

客戶(hù)機(jī)通過(guò)WEB瀏覽器向服務(wù)器發(fā)起訪問(wèn)請(qǐng)求，服務(wù)器對(duì)訪問(wèn)請(qǐng)求解析，將解析后的SQL命令提交給數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)解析命令后將處理結(jié)果返回至服務(wù)器，然后經(jīng)過(guò)服務(wù)器處理后再返回給客戶(hù)端。體系結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 體系結(jié)構(gòu)圖

在用戶(hù)與View層進(jìn)行交互時(shí)，與View層對(duì)應(yīng)的ViewModel層會(huì)通過(guò)雙向數(shù)據(jù)綁定獲取到用戶(hù)與View層的交互數(shù)據(jù)，然后對(duì)其進(jìn)行處理，并通過(guò)Axios工具以請(qǐng)求數(shù)據(jù)的格式發(fā)送到Model層，Model層接受到請(qǐng)求數(shù)據(jù)后執(zhí)行對(duì)應(yīng)的指令，然后將數(shù)據(jù)以JSON的格式返還給ViewModel層，經(jīng)ViewModel層處理過(guò)后在View層根據(jù)要求展示給用戶(hù)，具體過(guò)程如圖3所示。

圖3 MVVM流程結(jié)構(gòu)圖

2.4　數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)包括概念模型、邏輯模型、物理模型等設(shè)計(jì)[7]，其目的是為系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的數(shù)據(jù)庫(kù)，以保證數(shù)據(jù)的一致性、完整性。本系統(tǒng)概念模型結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　系統(tǒng)ER模型

結(jié)合系統(tǒng)概念模型和實(shí)際所需，系統(tǒng)數(shù)據(jù)表分為兩大類(lèi)：用戶(hù)類(lèi)、非用戶(hù)類(lèi)兩個(gè)方面。

（1）用戶(hù)類(lèi)主要有管理員、教師、學(xué)生、家長(zhǎng)，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)時(shí)會(huì)根據(jù)用戶(hù)角色的不同設(shè)計(jì)不同的角色用戶(hù)表。以Teacher表（教師表）為例，展示了教師用戶(hù)的物理結(jié)構(gòu)，具體如表1所示。

表1　Teacher表（教師）

（2）系統(tǒng)中除了用戶(hù)角色還有一些其他的信息表，如課程、班級(jí)、測(cè)試成績(jī)、任教表等，除此之外由于系統(tǒng)采用客戶(hù)端渲染，因此還有一個(gè)功能表用于存儲(chǔ)各個(gè)角色所具備的交互功能，當(dāng)?shù)卿浤硞€(gè)角色用戶(hù)時(shí)會(huì)展示不同的功能。Class表存儲(chǔ)著班級(jí)信息，具體如表2所示。

表2 Class表（班級(jí)）

2.5　功能模塊的實(shí)現(xiàn)

（1）用戶(hù)注冊(cè)登錄功能。用戶(hù)注冊(cè)登錄功能是為了保證系統(tǒng)功能只有授權(quán)用戶(hù)才能使用的一項(xiàng)子功能，是用戶(hù)實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)進(jìn)行交互的第一個(gè)步驟。

當(dāng)用戶(hù)使用賬號(hào)密碼、賬號(hào)角色登錄后，Signin按鈕綁定的click事件會(huì)隨之發(fā)生，將輸入框內(nèi)的數(shù)據(jù)和選定的賬號(hào)角色I(xiàn)D通過(guò)Axios工具傳給后臺(tái)，由后臺(tái)在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)進(jìn)行搜索判定是否為合法用戶(hù)。搜索完后會(huì)將結(jié)果傳給前端，如果是非法用戶(hù)會(huì)給出一個(gè)error信息，如果是合法用戶(hù)則會(huì)對(duì)該用戶(hù)的部分信息進(jìn)行二次加密，以token的形式傳遞給前端作為其跳轉(zhuǎn)頁(yè)面后使用功能的憑證，前端則會(huì)將用戶(hù)token保存在Session里，當(dāng)用戶(hù)退出系統(tǒng)后會(huì)自動(dòng)清空Session里的token數(shù)據(jù)，系統(tǒng)注冊(cè)登錄功能流程如圖5所示。

圖5　注冊(cè)登錄功能流程圖

（2）成績(jī)錄入。教師登錄進(jìn)入系統(tǒng)主界面，點(diǎn)擊主菜單的添加成績(jī)成績(jī)按鈕，根據(jù)自己的需求在固定選項(xiàng)中選擇對(duì)應(yīng)的考試和課程，然后分別填入要錄入成績(jī)的學(xué)生學(xué)號(hào)與成績(jī)，最后點(diǎn)錄入按鈕觸發(fā)內(nèi)置的click事件，前端會(huì)將錄入的數(shù)據(jù)打包通過(guò)Axios經(jīng)接口傳給后端，后端對(duì)打包數(shù)據(jù)處理后會(huì)形成對(duì)應(yīng)的SQL命令在數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)執(zhí)行，然后將執(zhí)行結(jié)果回傳給前端。

（3）成績(jī)查詢(xún)。被授權(quán)的管理員（班主任等）可以查詢(xún)班級(jí)成績(jī)。成績(jī)數(shù)據(jù)管理功能區(qū)共包括兩個(gè)部分，一個(gè)部分是查詢(xún)區(qū)。查詢(xún)需要有考試類(lèi)別、年級(jí)、班級(jí)、時(shí)間四個(gè)查詢(xún)條件，只有當(dāng)全部選好后點(diǎn)擊查詢(xún)才會(huì)顯示相應(yīng)數(shù)據(jù)。第二部分為數(shù)據(jù)展示區(qū)，當(dāng)查詢(xún)區(qū)選定查詢(xún)條件點(diǎn)擊查詢(xún)后才會(huì)展示相應(yīng)數(shù)據(jù)，同時(shí)對(duì)老師只展示與其教授課程對(duì)應(yīng)的科目成績(jī)。

（4）預(yù)警。管理員在后臺(tái)設(shè)置好預(yù)警觸發(fā)條件后，當(dāng)時(shí)機(jī)達(dá)到時(shí)，系統(tǒng)會(huì)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)發(fā)送郵件的方式給學(xué)生家長(zhǎng)發(fā)送預(yù)警信息，如圖6的預(yù)警功能流程圖所示，初中生以成績(jī)不及格課程數(shù)3門(mén)為界，小學(xué)生以2門(mén)課程為界。實(shí)際操作中，可以根據(jù)情況設(shè)定預(yù)警條件是幾門(mén)課程。如果校方有合作在線學(xué)習(xí)平臺(tái)，系統(tǒng)在預(yù)警前會(huì)讀取根據(jù)在線平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，結(jié)合考試成績(jī)給出綜合評(píng)價(jià)。

圖6　學(xué)生成績(jī)預(yù)警功能流程圖

3　系統(tǒng)測(cè)試

3.1　功能測(cè)試

本系統(tǒng)通過(guò)使用黑盒測(cè)試方法，分別對(duì)普通用戶(hù)與管理員用戶(hù)進(jìn)行了功能測(cè)試，測(cè)試了用戶(hù)登錄、注冊(cè)、數(shù)據(jù)修改查詢(xún)、成績(jī)導(dǎo)入、預(yù)警等功能，測(cè)試結(jié)果正常，達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)的各項(xiàng)基本要求。

3.2 非功能性測(cè)試

非功能性測(cè)試是針對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行環(huán)境的一種檢測(cè)，主要包括操作系統(tǒng)兼容性測(cè)試和瀏覽器兼容性測(cè)試。非功能性測(cè)試是除功能性測(cè)試之外另一種加強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性的測(cè)試，對(duì)系統(tǒng)的兼容性和瀏覽器的兼容性測(cè)試如表3和表4所示。

表3　操作系統(tǒng)兼容性測(cè)試用例

表4 瀏覽器兼容性測(cè)試用例

瀏覽器中IE11已經(jīng)過(guò)時(shí)，不支持很多前端的關(guān)鍵詞與特性，在此IE11僅作為一種瀏覽器兼容測(cè)試用例對(duì)比。

4　總結(jié)

本文針對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行了需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和系統(tǒng)測(cè)試。預(yù)警系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，MVVM設(shè)計(jì)模式，利用java、Python技術(shù)，vue.js框架以及MySQL與Redis數(shù)據(jù)管理分別實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)管理、用戶(hù)信息管理、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)管理等。對(duì)學(xué)生在線學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并加以運(yùn)用到預(yù)警中來(lái)，促進(jìn)家校雙方對(duì)學(xué)生的了解。然而在實(shí)現(xiàn)中仍有許多的不足，某些地方考慮尚不夠完善，如在線學(xué)習(xí)信息的收集與分析還存在一定的差距，本系統(tǒng)僅簡(jiǎn)單考慮了學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)、做題速度、學(xué)習(xí)次數(shù)等，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的心理狀態(tài)并未關(guān)注，也并沒(méi)有全面分析在線學(xué)習(xí)產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)。希望在以后的研發(fā)中能夠逐步地完善這些問(wèn)題。

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[2] 孟東吉. 農(nóng)村和城市中小學(xué)生成績(jī)差距越來(lái)越大？這能說(shuō)明什么問(wèn)題嗎？[EB/OL]. https://www.sohu.com/a/471224344_120012569，2017-07-16.

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Design and Implementation of Academic Early Warning System for Rural Left-Behind Children

The learning early warning system is developed based on the in-depth investigation and analysis of the current situation of left-behind children in Yongzhou city. The system is constructed based on B/S and adopts JAVA and Vue.js and other technologies. The main functional modules include system management, user information management and learning data management. During early warning, the system can carry out early warning processing according to online learning data and test results, which can promote home school communication, let parents know their children's academic status in time, and play a positive role in promoting the improvement of left-behindchildren's academic performance.

left-behind children; early warning; JAVA; Vue.js

TP311.5

A

1008-1151(2022)01-0012-04

2021-11-21

湖南省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度課題“基于教育大數(shù)據(jù)的湖南農(nóng)村留守兒童學(xué)業(yè)預(yù)警研究”（XJK18BFZ002）。

文昕（2001－），女，湖南衡陽(yáng)人，湖南科技學(xué)院信息工程學(xué)院學(xué)生，研究方向?yàn)檐浖こ獭?/p>

韋美雁（1974－），女，湖南永州人，湖南科技學(xué)院信息工程學(xué)院副教授，碩士，研究方向?yàn)閰^(qū)塊鏈、智能信息處理、信息安全。