文　昕　杜丹蕾　聂　力　韦美雁　

农村留守儿童学业预警系统设计与实现

文昕杜丹蕾聂力韦美雁

（湖南科技学院信息工程学院，湖南 永州 425100）

学业预警系统是基于永州市的留守儿童现状进行深入的调查和分析而研发，系统基于B/S构建，采用JAVA、Vue.js等技术实现。主要功能模块有系统管理、用户信息管理、学习数据管理，系统在预警时可依据在线学习数据及考试成绩的结果进行预警处理，可促进家校沟通，让家长及时了解孩子的学业状况，对留守儿童学习成绩提升起到积极促进作用。

留守儿童；预警；JAVA；Vue.js

引言

我国留守儿童的学业问题是当前社会，尤其是教育系统非常关注的一个热点[1]。据不完全统计，随着城镇化建设的加快，农村学生与城市学生的学习成绩差距越来越大[2]。造成这种现象的主要因素除了学校的软硬件之外，还有家庭因素、文化基础、学习习惯和个人性格等。如何科学系统地分析以上因素的相关性和影响程度，以帮助学校进行教学管理模式改革，加强家校沟通，及时提醒家长孩子学业所存在的问题显得非常重要。建立一个完善的农村留守儿童学业成绩预警系统，结合第三方学习平台产生的教育数据来进行系统分析是一个很好的解决方案。本文阐述了学业预警系统的研发过程，该系统包括系统管理、用户管理、学习数据管理三大模块，旨在促进家校沟通，让家长及时了解孩子的学业状况，为留守儿童学习成绩的提升起到一个积极的促进作用。

1　系统功能需求

学业预警系统的实现需要基于系统用户、在线学习数据、考试成绩等数据的管理和处理，在一定的数据统计基础上，更好地对留守儿童学习状态有合适的描述和表达，因此，系统的功能模块需要分成三大模块，即系统管理模块、用户信息管理模块、学习数据管理模块。详见图1系统功能模块图。

图1　系统功能模块图

1.1　系统管理

系统管理分三个子模块，分别是班级管理、课程管理、用户权限管理。

（1）班级管理。由系统管理员负责班级的添加、修改、删除，系统管理员可以通过已有的电子表格数据直接导入班级相关学生数据。

（2）课程管理。由系统管理员或相关权限人员负责对课程信息的增删改查。

（3）权限管理。系统中的用户设管理员、老师、家长、学生四个角色。用户权限管理应该具有不同层级权限的角色管理，例如管理员（可分为系统管理员和普通管理员，其中系统管理员权限最高）可以对用户进行权限分配，老师、学生、家长各自权限不同。普通管理员可以管理相应老师、学生、课程信息；学生可查看自己的信息；家长可查看孩子成绩，修改自己的信息。不同角色对应不同业务权限，使系统权限的划分更加清晰。

1.2　用户信息管理

管理员可以对教师、学生、家长等用户信息进行增、删、改、查；教师可以对他拥有权限的班级学生信息进行查看，学生可以查看自己账号信息，家长可以查看并修改自己的用户信息。

1.3　学习数据管理

（1）在线数据统计。学校若与第三方在线学习平台合作，系统能根据第三方平台提供的学习数据进行统计分析，以获得学生学习过程的一些特性。

（2）成绩信息管理。管理员可以对课程信息进行增、删、改、查，教师对权限内的学生成绩在一定时间限度内可以增、删、改。在提交成绩后，可以永久查询，学生在系统开放后可以查询成绩。

（3）预警管理。系统具有预警功能，管理员可以根据学校的实际情况设置预警方向。一为成绩预警，依据考试成绩的情况进行预警；二为根据在线学习数据进行数据分析，结合成绩进行预警。

对于成绩预警，管理员可以根据不同的年级及考试情况，给予不同情况下的预警等级划分。比如初中、小学的期中、期末考试预警，可以从整体考试结果来进行预警，也可以对一学期中某单科连续不及格情况进行预警等。预警分为三个等级，即一级、二级、三级。

对于有第三方在线学习平台的学校，给学生家长发送预警时，同时从学生学习效率、学习状态、学习方法、家长陪伴等方面给予基本的建议和提醒。

2　系统设计及实现

2.1　系统架构

系统采用B/S[3,4]架构，运用MVVM（Model-View-ViewModel）框架[5,6]进行设计，MVVM即模型层结构（Model）、视图层（View）、视图模型层（ViewModel）。

视图层（View）主要负责数据的展示以及用户与系统的交互。通过login、manager、student等系统视图组件组成，login与regist组件是登录和注册的界面组件，其余组件分别代表学生界面组件、管理员界面组件、教师界面组件、家长界面组件，分别对应不同系统角色的交互界面。

视图模型（ViewModel）层将后端获取的数据进行转换做二次封装生成符合视图层使用预期的视图数据模型。视图模型层与视图层是双向数据绑定的，当用户与视图层进行交互时视图层会将交互数据通过双向数据绑定的方式传递到视图模型层，根据模型层的要求，视图模型层会对这些交互数据进行处理然后通过Axios工具传递给模型层提供的接口。除此之外模型层回传的数据也会通过接口以JSON数据格式传递给视图模型层，经过视图模型层的加工处理再通过双向数据绑定传递给视图层用于展示。

模型层（Model）包括了后端的各种业务逻辑和数据操控，主要工作是围绕数据库展开的。视图模型层传递数据或者获取数据时会根据模型层提供的接口来进行工作。

2.2　系统实现技术

系统研发过程中后端采用Java、Python语言及SpringBoot、Mybatis、Swagger框架技术；前端运用Vue.js 2.0、Node.js、IViewUI模板，使用Axios对接接口；采用MySQL、Redis 进行数据管理。

2.3　数据流程

客户机通过WEB浏览器向服务器发起访问请求，服务器对访问请求解析，将解析后的SQL命令提交给数据库服务器，由数据库系统解析命令后将处理结果返回至服务器，然后经过服务器处理后再返回给客户端。体系结构图如图2所示。

图2 体系结构图

在用户与View层进行交互时，与View层对应的ViewModel层会通过双向数据绑定获取到用户与View层的交互数据，然后对其进行处理，并通过Axios工具以请求数据的格式发送到Model层，Model层接受到请求数据后执行对应的指令，然后将数据以JSON的格式返还给ViewModel层，经ViewModel层处理过后在View层根据要求展示给用户，具体过程如图3所示。

图3 MVVM流程结构图

2.4　数据库设计

数据库设计包括概念模型、逻辑模型、物理模型等设计[7]，其目的是为系统设计合适的数据库，以保证数据的一致性、完整性。本系统概念模型结构如图4所示。

图4　系统ER模型

结合系统概念模型和实际所需，系统数据表分为两大类：用户类、非用户类两个方面。

（1）用户类主要有管理员、教师、学生、家长，设计数据库的数据结构时会根据用户角色的不同设计不同的角色用户表。以Teacher表（教师表）为例，展示了教师用户的物理结构，具体如表1所示。

表1　Teacher表（教师）

（2）系统中除了用户角色还有一些其他的信息表，如课程、班级、测试成绩、任教表等，除此之外由于系统采用客户端渲染，因此还有一个功能表用于存储各个角色所具备的交互功能，当登录某个角色用户时会展示不同的功能。Class表存储着班级信息，具体如表2所示。

表2 Class表（班级）

2.5　功能模块的实现

（1）用户注册登录功能。用户注册登录功能是为了保证系统功能只有授权用户才能使用的一项子功能，是用户实现与系统进行交互的第一个步骤。

当用户使用账号密码、账号角色登录后，Signin按钮绑定的click事件会随之发生，将输入框内的数据和选定的账号角色ID通过Axios工具传给后台，由后台在数据库内进行搜索判定是否为合法用户。搜索完后会将结果传给前端，如果是非法用户会给出一个error信息，如果是合法用户则会对该用户的部分信息进行二次加密，以token的形式传递给前端作为其跳转页面后使用功能的凭证，前端则会将用户token保存在Session里，当用户退出系统后会自动清空Session里的token数据，系统注册登录功能流程如图5所示。

图5　注册登录功能流程图

（2）成绩录入。教师登录进入系统主界面，点击主菜单的添加成绩成绩按钮，根据自己的需求在固定选项中选择对应的考试和课程，然后分别填入要录入成绩的学生学号与成绩，最后点录入按钮触发内置的click事件，前端会将录入的数据打包通过Axios经接口传给后端，后端对打包数据处理后会形成对应的SQL命令在数据库内执行，然后将执行结果回传给前端。

（3）成绩查询。被授权的管理员（班主任等）可以查询班级成绩。成绩数据管理功能区共包括两个部分，一个部分是查询区。查询需要有考试类别、年级、班级、时间四个查询条件，只有当全部选好后点击查询才会显示相应数据。第二部分为数据展示区，当查询区选定查询条件点击查询后才会展示相应数据，同时对老师只展示与其教授课程对应的科目成绩。

（4）预警。管理员在后台设置好预警触发条件后，当时机达到时，系统会读取数据库中的相关内容，通过发送邮件的方式给学生家长发送预警信息，如图6的预警功能流程图所示，初中生以成绩不及格课程数3门为界，小学生以2门课程为界。实际操作中，可以根据情况设定预警条件是几门课程。如果校方有合作在线学习平台，系统在预警前会读取根据在线平台提供的数据分析结果，结合考试成绩给出综合评价。

图6　学生成绩预警功能流程图

3　系统测试

3.1　功能测试

本系统通过使用黑盒测试方法，分别对普通用户与管理员用户进行了功能测试，测试了用户登录、注册、数据修改查询、成绩导入、预警等功能，测试结果正常，达到系统设计的各项基本要求。

3.2 非功能性测试

非功能性测试是针对系统整体运行环境的一种检测，主要包括操作系统兼容性测试和浏览器兼容性测试。非功能性测试是除功能性测试之外另一种加强系统稳定性的测试，对系统的兼容性和浏览器的兼容性测试如表3和表4所示。

表3　操作系统兼容性测试用例

表4 浏览器兼容性测试用例

浏览器中IE11已经过时，不支持很多前端的关键词与特性，在此IE11仅作为一种浏览器兼容测试用例对比。

4　总结

本文针对学生学业预警系统进行了需求分析、系统设计、系统实现和系统测试。预警系统采用B/S架构，MVVM设计模式，利用java、Python技术，vue.js框架以及MySQL与Redis数据管理分别实现了系统管理、用户信息管理、学习数据管理等。对学生在线学习数据进行统计分析并加以运用到预警中来，促进家校双方对学生的了解。然而在实现中仍有许多的不足，某些地方考虑尚不够完善，如在线学习信息的收集与分析还存在一定的差距，本系统仅简单考虑了学生学习时长、做题速度、学习次数等，对学生学习时的心理状态并未关注，也并没有全面分析在线学习产生的大量数据。希望在以后的研发中能够逐步地完善这些问题。

[1] 潘彤彤. 新时代下农村留守儿童教育问题探究[J]. 才智，2018(10): 88，90.

[2] 孟东吉. 农村和城市中小学生成绩差距越来越大？这能说明什么问题吗？[EB/OL]. https://www.sohu.com/a/471224344_120012569，2017-07-16.

[3] 王利明. 基于 B/S 结合 C/S 结构的高校教务学生管理系统设计与实现[D]. 长春: 吉林大学，2012.

[4] 印明阳. 基于 B/S 结构的学生成绩管理系统的设计与实现[D]. 长春: 吉林大学，2015.

[5] 柯小龙，周春国. 基于MVVM架构的解析木信息管理系统的开发[J]. 森林工程，2021，37(1): 18-27.

[6] 朱海萍，丁西，刘链. Web前端中基于MVVM框架的技术应用研究[J]. 科技资讯，2020，18(30): 8-10.

[7] 王珊、萨师煊. 数据库系统概论(第五版)[M]. 北京: 高等教育出版社，2014.

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

湖南省教育科学“十三五”规划2018年度课题“基于教育大数据的湖南农村留守儿童学业预警研究”（XJK18BFZ002）。

文昕（2001－），女，湖南衡阳人，湖南科技学院信息工程学院学生，研究方向为软件工程。

韦美雁（1974－），女，湖南永州人，湖南科技学院信息工程学院副教授，硕士，研究方向为区块链、智能信息处理、信息安全。