基于Android平臺的執行功能評測系統設計

吳向禹等

摘 要： 執行功能是兒童發展的重要指標之一。為實現大樣本量執行功能評測，方便執行功能評測數據采集，采用Java以及Java Web技術設計了基于Android平臺的便攜式測評系統，并且將客戶端評測所得的數據通過無線網絡實時上傳到服務器進行管理。系統使用電子問卷代替傳統的紙質問卷，不僅節約紙張，而且在數據回收和處理上更加智能化。通過測試和運行系統，并對沈陽某小學280名學生進行評測，結果顯示系統具有可行性和實用性。實驗數據分析表明該系統可以用于兒童執行功能的研究，為更廣泛地采集執行功能數據提供了有力的支持。

關鍵詞： 執行功能； 兒童發展； Android； Java Web

中圖分類號： TN919?34； TP311 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）08?0089?04

Design of executive function evaluation system based on Android platform

WU Xiang?yu1， 2， YU Dong?chuan1， 2

（1. Research Center for Learning Science， Southeast University， Nanjing 210096， China；

2. DOE Key Laboratory of Child Development and Learning Science， Southeast University， Nanjing 210096， China）

Abstract： Executive function is one of the important indexes of children development. In order to achieve the executive function evaluation of large sample size， and make data acquisition for executive function assessment convenient， the Java and Java Web technologies are used to design a portable assessment system based on Android platform， which can upload the assessment data acquired by Android clients to the server in real time through wireless network. This system adopts electronic questionnaires instead of paper questionnaires， which not only can save paper， but also gather and process data more intelligently. After testing and running the system， 280 children from a primary school in Shenyang were evaluated. The results indicate that the system possesses feasibility and validity. The analysis result of the experimental data shows that the system， which provides a strong support for wide data collection of executive function， can be used to study the executive function of children.

Keywords： executive function； children development； Android； Java Web

0 引 言

執行功能（Executive Function，EF）是指個體對思想和行為進行有意識控制的心理過程[1]。執行功能是兒童發展的重要指標[2]，因此對兒童的執行功能進行評測具有重要意義[3?4]。目前執行功能評測主要是紙筆評測（量表形式）、輔助工具評測（玩具、卡片等）、計算機評測等，這些都需要大量工作人員輔助和占用大量工作場地。由于Android系統的開源、低費用等標準，目前大量移動互聯網應用都傾向于在Android平臺上做開發。本文選取國際上知名的BRIEF（Behavior Rating Inventory of Executive Function，BRIEF）量表[5]作為執行功能評測工具，開發了基于Android平臺的執行功能評測軟件，并選擇沈陽某小學進行評測應用，證明了本系統可用于兒童發展研究。

1 系統總體架構設計

本系統總體架構如圖1所示。C/S模式[6]主要優勢是交互性強、存取安全、響應速度快、數據處理迅速，因此BRIEF量表使用C/S模式來設計。硬件主要包括三星Android系統手機和惠普服務器。系統可劃分為客戶端和服務器2部分，并且通過Internet進行相互通信和數據交換。客戶端主要功能有：用戶信息采集、執行功能評測、數據上傳、評測結果查詢等。服務器的功能有：登入系統、用戶驗證、統計數據、重置數據等。用戶通過Android客戶端進行基本數據采集和執行功能評測，并且可以在客戶端上查詢自己的評測結果和歷史信息。

本系統主要特點：

（1） 對于用戶錄入的資料，不僅包括基本的姓名、性別和出生日期，還包括其父母的文化水平，是否隔代撫養等信息，這樣后期可以從更多維度來全面分析數據；

（2） 答題期間根據個體差異進行不同程度提醒，保持在合理時間內完成評測；

（3） 量表中添加測謊項來判斷用戶是否認真評測；

（4） 通過數據庫服務器來匯總客戶端評測數據，方便數據回收和后續分析。

2 系統實現

2.1 客戶端實現

Android客戶端在此系統中主要用于采集交互產生的數據，并通過網絡訪問進行數據上傳和數據查詢。客戶端的操作如圖2所示。

主要包括信息的采集、傳輸和查詢功能。

（1） 信息采集。每次登陸系統之前，要獲取被試基本信息，包括年齡、性別、生日等。然后選擇相應的項目進行評測。在評測中，一方面要記錄交互時的數據；另一方面，在后臺要對采集的數據進行有效性處理，不合格的需要提示重新評測。

（2） 信息傳輸。評測結束以后，通過先前采集的個人信息以及評測的數據，整合成JSON[7]格式數據發送給服務器中進行數據匯總，為后續的數據處理和分析做準備。JSON（JavaScript Object Notation）是基于JavaScript實現的一種輕量級別的數據交換格式，類型完全獨立，是一種理想的數據交換語言。而且Android平臺包含處理和解析JSON格式數據的API，方便開發使用。

（3） 信息查詢。登陸的用戶，可以在客戶端查詢歷史評測數據。通過對用戶信息的確認并提交數據請求，把服務器響應返回的查詢結果在客戶端顯示和排版。主要用到TableLayout[8]表格布局作為頁面布局文件，使數據以表格形式顯示。

BRIEF量表評測主要對問題的描述給出不同的選項，要求用戶選擇最符合實際選項，答題結束后會對全部題目進行賦分和計算，最后算出評測成績。圖3為實現的主要界面。

在界面實現上，主要用LinearLayout布局。標題使用自定義標題欄，通過在Activity的onCreat方法和AndroidMainfest.xml[9]布局文件中設置實現，這里添加了文本控件顯示量表名稱；時間進度控制主要包括時間Chronometer和進度條ProgressBar控件，用來提示評測中已經花費的時間和總體答題進度，有利于用戶控制好答題速度，并在答題時間上對速度較慢者進行定時提醒，要求在合理的時間內結束答題；題目和選項由TextView和RadioGroup組成，統一添加到ScrollLayout多界面控件上，實現自動滑動切換題目，點擊選項后出現下一個問題，方便用戶操作，而且不會遺漏問題。

在量表處理上，為了保證評測的有效性，在BRIEF量表的86個條目中，設置了19個測謊項，只有在相同率達到80%以上，該評測才是合格的，不合格的則直接提示重新評測。這樣可以讓用戶真正投入的去評測，確保提交的數據都是真實有效的。

由于BRIEF量表包括兒童和成人，并且對不同年齡段有不同的評分標準，所以在這里設計量表Scale類的時候，考慮了后續功能擴展性，運用到了策略設計模式，并將每一個計算分數的算法進行封裝，而且使它們相互獨立，可以動態替換。由于BRIEF量表賦分標準和錢英的文章中一致[5]，這里未給出具體算法實現過程。Scale類如下：

}

}

2.2 服務器實現

服務器基于Java Web實現，用Tomcat作為服務器容器以及MySQL作為系統數據庫[10]。為了增強擴展性，采用MVC的開發模式來實現，主要分為控制層、業務邏輯層、數據持久層三部分。控制層用Servlet充當控制器角色，不同的用戶請求調用對應的模型，從而調用對應的業務邏輯。業務邏輯層負責處理系統的邏輯關系，采用接口編程的方式，可以提高代碼復用度。數據持久層用自定義Java操作類，封裝對數據庫的各種操作，如增加、刪除、修改、查詢、更新等，實現Java對象與關系型數據庫之間的轉換，這里采用JDBC[11]實現。服務器系統架構如圖4所示。

當Android客戶端向服務器發起HTTP請求的時候，會從web.xml[12]文件中查找映射對應的Servlet類，并觸發該類的Service方法。通過不同的請求方式（通常為post或get），Service方法會自動調用doPost或者doGet方法，把用戶請求包裝成HttpServletRequest對象，處理結束后把響應包裝成HttpServletResponse反饋給用戶，實現一次響應和請求。服務器業務邏輯主要在doPost和doGet中實現，這里統一跳轉到doPost方法中實現，可以處理不同請求和減少代碼量。

服務器主要功能：

（1） 用戶驗證：已注冊并且有權限的評測用戶才能上傳數據和查看個人評測結果報告。Servlet類通過實現Filter接口，在doFilter方法中直接驗證用戶是否有效。如果用戶有效則繼續原來的請求和響應操作；用戶無效則直接反饋用戶無權限操作，請求終止，從而可以直接過濾掉無效用戶。考慮到系統的安全性，過濾器可以直接排除無效的用戶訪問，避免收集的數據被污染。

（2） 集中數據：對有效用戶上傳的數據進行解析，通過JDBC把數據對象插入到MySQL對應的信息表中保存，可以統一集中不同客戶端中的評測數據。

（3） 結果反饋：根據用戶的請求，獲取數據庫中用戶的個人評測信息，并且封裝數據返回給客戶端，方便用戶在客戶端操作反饋信息。

（4） 管理員模塊：在每次評測前，系統管理員只給指定用戶開啟評測權限，從而收集特定的樣本數據。數據全部上傳后，通過導出功能，把收集的數據導入到Excel表格中。這個模塊只有管理員能看到。

3 應 用

對系統的主要模塊進行了相應的功能測試，首先對于屏幕點擊事件，要做到能排除連續點擊和錯誤點擊。其次對顯示界面，要求顯示友好并且符合設計要求，方便交互。最后對數據處理過程，要求保證數據處理和實際情況相符。為驗證本系統的可靠性和實用性，以及了解兒童執行功能發展情況，本文以沈陽某小學一、二年級學生共280名進行執行功能評測。通過測試，現場數據上傳成功率100%，驗證了系統的可靠性和可行性。

用SPSS數據處理軟件對280個樣本所獲得的評測數據進行分析，獲得如下結果：

（1） 在抑制因子上，男生分數顯著高于女生，二年級學生的分數顯著高于一年級學生；

（2） 在工作記憶上，男生和女生差異不顯著，二年級學生的分數顯著高于一年級。這些研究結果對兒童教育具有一定的參考價值，表明本系統可以用于兒童發展的研究。

4 結 語

執行功能是兒童發展和學生教育的重要指標之一，對它進行評測有重要意義。本文研制了面向兒童的執行功能評測系統，并將其運用到沈陽某小學獲得了兒童執行功能評測數據，這些數據對兒童發展研究具有一定參考價值。后續可以把評測系統推廣到對不同年齡大樣本人群進行執行功能評測和分析。

參考文獻

[1] 劉玉霞，金心怡，蔡玉榮，等.幼兒的堅持性與執行功能和負性情緒的關系[J].應用心理學，2011（2）：185?192.

[2] 莫文敏.兒童執行功能訓練研究綜述[J].經濟研究導刊，2012（30）：316?317.

[3] 周雅.情緒喚起對執行功能的作用[J].心理科學進展，2013，21（7）：1186?1199.

[4] 陳愛國，殷恒嬋，顏軍，等.不同強度短時有氧運動對執行功能的影響[J].心理學報，2011，43（9）：1055?1062.

[5] 錢英，王玉鳳.學齡兒童執行功能行為評定量表教師版信效度[J].心理衛生評估，2009，23（10）：742?747.

[6] 李云云.淺析B/S和C/S體系結構[J].科學之友，2011（2）：6?9.

[7] 龔成瑩，邢敬宏，胡銀保.基于JSON的Android移動終端與PHP及MySQL數據通信[J].工業儀表與自動化裝置，2013（1）：63?69.

[8] 劉昌平，劉洋，陳佳實.Android應用程序界面動態布局研究[J].計算機與現代化，2013（5）：197?201.

[9] 郭宏志. Android應用開發詳解[M].北京：電子工業出版社，2011.

[10] 李榮國，王見.MySQL數據庫在自動測試系統中的應用[J].計算機應用，2011，31（2）：169?175.

[11] 張俐，張維璽.改進的JDBC框架在數據持久層的應用 [J].計算機工程與設計，2010，32（8）：1746?1749.

[12] 樊振宇.深入理解SERVLET和JSP原理[J].電腦知識與技術，2011（11）：2570?2572.