面向現代學徒制的智能學生管理信息系統的設計與實現

柳青 韋雅曼 張震華 莫名韶

摘 ?要：目前高校普遍采用學生管理信息系統對學生開展日常和教學管理，此類常規管理系統僅具有簡單的數據記錄和查詢功能，現代學徒制是日漸興起的新型人才培養模式，現有信息系統不能滿足新模式對學生學情全面、動態化的管理需求。本文研究設計的信息系統開發主要使用Python語言，并應用機器學習算法實現對學生學情變化的智能判別和推送，從而有助于教育者及時掌握和糾偏學生的學習行為。

關鍵詞：現代學徒制;學生管理;信息系統

中圖分類號：TP311 ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： At present， student management information systems are widely used for daily students and teaching management. This kind of systems only offers simple functions of data record and inquiry， which cannot meet the overall and dynamic management needs of the new modern apprenticeship model. This paper proposes to develop an information system， using Python and machine learning algorithms to realize intelligent judging and push notification of students' learning state. This system helps education providers to have a better understanding of students' learning and makes their learning experience improved in time.

Keywords： modern apprenticeship; student management; information system

1 ? 引言（Introduction）

計算機軟件技術和網絡技術的發展使得高校的信息管理系統得到快速的迭代，各種各樣的學生管理系統的成為教師們處理各種日常教務管理工作的得力助手。我國高等教育的人才培養方式也在不斷更新，當前，現代學徒制人才培養模式的推廣，給高校傳統教學管理手段和系統帶來了變革的需求。現代學徒制的特點是學校與企業成為育人雙主體，校園的人文素養教育與崗位職業技能訓練雙線開展[1]。學生行為的時間空間不再局限校園中，教學手段變得豐富，教師組成更為多樣，成績類型和教學質量評價方式更為復雜，傳統的數據記錄型學生信息管理系統已經不能夠滿足對學生信息的全面掌握。

近年來，隨著Python等編程語言的廣泛應用，機器學習算法在各行業數據處理和信息挖掘及理解方面得到了實踐和推廣。將機器學習算法應用于現代學徒制學生日常教學、生活管理的數據上，構建智能化學生信息管理系統，通過收集、處理學生多種活動數據，利用教師和師傅的過程性評價經驗，實現發出預警信息，使學生獲得及時和必要的關注和引導，改善因材施教的教育效果[2]。

2 ?KNN算法簡介（Brief introduction to KNN algorithm）

KNN（k-Nearest Neighbor，k-近鄰）分類算法是機器學習中重要和流行的算法之一。相對其他復雜算法，其工作原理表述簡潔，工作機制易于理解。在KNN算法運行的過程中，通過計算測試實例與訓練集中每個樣本的距離度量，選取訓練集中與測試實例距離最近的k個樣本進行屬性分析與分類預測[3]。

KNN算法的核心思想是：物以類聚，人以群分。KNN算法對一個樣本的分類判斷主要靠該樣本周圍有限的最鄰近的k個樣本的類別屬性，因此對于類域的交叉或重疊較多的待分樣本集來說，KNN方法較其他方法具有優勢[4]。針對訓練樣本各分類數量的不平衡問題，可以通過調整k值及采用權值（與所需預測樣本距離越小的鄰居樣本權重越大）的方法來改進。

常規的學生管理系統僅僅具有對各類數據和信息的收集和查詢功能，現代學徒制學生活動更為多樣、行為數據信息豐富，為輔助學校教師、企業導師定性掌握與預判學生學情，使用KNN算法來對學生數據信息實施分析及預判是一種有效途徑。

3 ? 系統設計（System design）

3.1 ? 系統軟件架構

基于Python+PyQt5+MySQL的軟件組合架構進行系統的開發與實現。

Python作為一種支持快速開發的腳本語言，可移植性強、可擴展性強，Python具有腳本語言中最豐富和強大的類庫，覆蓋了文件I/O、GUI、網絡編程、數據庫訪問、文本操作等絕大部分應用場景[5]。完善的軟件生態使其在人工智能、數據處理、前后端開發等業務中有著廣泛的應用。

PyQt5是跨平臺的圖形用戶界面應用程序框架Qt的Python語言實現，是最強大的GUI庫之一。它繼承了Python語言簡單易實現的特點，可以實現各類如窗體、表格、文本、圖像等功能的界面效果。

MySQL是一個開放源碼的小型關聯式數據庫管理系統，因其體積小、速度快、成本低和可靠性好、支持多種編程語言和平臺、易于管理等優點成為最常用的數據庫之一，廣泛應用在于小型企業或者組織中的小型數據管理系統[6]。

3.2 ? 系統功能設計

現代學徒制學生管理智能信息系統的功能主要體現在對現代學徒制學生學習情況的多樣相關數據收集整理及基于數據開展學生學情分析上。系統通過連接一部分有訪問權限的校內其他信息系統，如教學成績管理系統、上課考勤系統、圖書借閱信息系統等并自動獲得部分學生的基本信息、學習成績等信息數據，同時，另外一部分人工收集或其他非網絡系統的導出數據，如企業實踐考勤、企業實操成績、日報周報評價等可通過系統的上傳及自動化、規范化整理后在后臺數據庫中進行更新和保存，學校教師和企業導師可以隨時在系統上查看學生最近學習表現的各類成績、表現評價等數據，系統通過機器學習算法對更新后的數據進行學情分析和預判預警，提醒教師導師們需要重點關注的學生。