基于大數據的高校教務管理平臺設計

摘 要： 針對當前高等院校教務管理信息系統運行中面臨數據爆炸的挑戰，基于系統工程理論，采用大數據技術設計了新型的教務信息系統。在仔細分析教務管理工作流程的基礎上，從用戶的角度出發，將系統劃分為學籍管理、教師管理等8大功能模塊。為了提升系統的易用性與便捷性，系統采用C/S和B/S混合架構實現。在設計數據庫時引入了數據庫連接池機制，降低了因數據庫的連接和斷開而造成的時間損耗，提升了約30%的系統響應速度。此外，還優化了系統內各個實體的信息數據表，降低了數據存儲所需的空間。運行結果表明，本系統可以滿足教務管理工作中的數據增長需求。

關鍵詞： 大數據; 教務管理; C/S架構; B/S架構

中圖分類號： TP311 ? ? ?文獻標志碼： A

Desgn of Unversty Educatonal Admnstraton Platform Based on Bg Data

LU Zhfang

（Foundaton Department， Shangha Dongha Vocatonal and Techncal College， Shangha 200241）

Abstract： Amng at the challenge of data exploson n the operaton of educatonal admnstraton management nformaton system n colleges and unverstes n Chna， a new educatonal admnstraton nformaton system s redesgned based on the bg data technology n ths paper. The system starts from the theory of system engneerng. n the desgn， ths paper carefully studes the process of educatonal admnstraton management. From the user's pont of vew， the system s dvded nto eght functonal modules： student status management， teacher management and so on. n order to mprove the usablty and convenence of the system， C/S and B/S hybrd archtecture s used to mplement the system. Furthermore， the database connecton pool mechansm s ntroduced n the desgn of database， whch reduces the tme loss caused by the connecton and dsconnecton of database and mproves the system response speed by 30%. n addton， the nformaton data tables of each entty n the system are optmzed to reduce the space requred for data storage. The result of operaton shows that the system can meet the demand of data growth n educatonal admnstraton.

Key words： Bg data; Educatonal admnstraton; C/S; B/S

0 引言

隨著高等學校辦學規模的擴張，教學資源不斷收緊，給高校的教務管理工作帶來了較大的壓力。近年來，經過一輪信息化的建設，高校教務管理已經基本實現了信息化。但由于學生數量快速增長、課程信息日趨復雜等因素的影響，教務管理信息系統的運行面臨著數據量暴增的嚴峻挑戰。具體表現為：數據的增長導致系統架構變得臃腫，只能依靠增添數據服務器進行數據存儲;數據項的復雜導致數據讀取、寫入時速度降低;數據庫的連接、斷開操作占用大量的系統響應時間。以上問題表明，需要借助新的技術手段對現有高校教務信息系統進行改進[1-4]。

本文從系統工程的理論出發，基于大數據場景設計了全新的教務管理信息系統。采用C/S和B/S混合架構技術構建，實現了8大功能模塊。系統內還引入數據庫連接池機制，并通過優化系統內實體的數據表，降低所需的存儲空間。系統整體取得了良好的效果，可以滿足現階段的應用需求。

1 系統概述

1.1 需求分析

為了高效、完整的完成教務管理系統的設計，需要借助成熟的軟件工程理論指導設計。在軟件工程理論中，需求分析是軟件系統設計的第一步。其是指通過邏輯梳理，將需要描述的復雜業務流程完備的轉化為系統的功能模塊[5-6]。高校的教務管理工作十分繁雜，涉及了教學、管理、行政等各方面的人員。而高效的教務管理是維護高校日常工作穩定的基礎[7-9]。因此，為了更優的進行需求分析，本文從用戶的角度出發，進行教務管理工作的劃分。

高校教務管理工作中，涉及的相關人員，如圖1所示。

圖1中，共包含了5類不同用戶，分別是學生、教師、教務管理員、系部教務員和系統管理員。對于教務管理工作，教師和學生是教學的兩端。學生和老師需要在教務管理系

統中查詢自己當前的教學任務、獎懲、考評等信息，接受教務人員的管理;教務管理人員需要對排課、考試等教務管理工作進行全面安排;系部教務員則需要及時審核相關的教務工作，給予配合并做出指導。系統管理人員是針對教務管理信息系統而存在的。區別于傳統教務管理工作，當使用信息系統完成教務管理時，需要專業的計算機人員對整個信息系統的穩定運行負責。系統管理員在信息系統中擁有最高權限，根據信息系統的復雜程度，系統管理人員可以根據各自負責的工作再劃分為數據庫管理員、用戶管理員等。

1.2 系統設計

根據1.1小節中的需求分析，從系統用戶的角度出發，可以構建系統功能模塊，如圖2所示。

可以看出，由于高校教務管理工作的復雜，系統共劃分為學籍管理、教師管理、教學計劃管理、選課管理、排課管理、考試管理、成績管理和教材管理等8個功能模塊。接下來對每個功能模塊的詳細功能進行介紹。

學籍管理。學籍管理包括了對學生基本信息的管理，如學籍信息的注冊、學籍的變動等。該模塊主要針對于學生用戶的管理工作，還包括學生獎懲信息的管理和成績的管理。

教師管理。該模塊包括對于教師基本信息的管理和教師教學任務的管理。此外，由于現在高校引入了績效管理，該模塊還可以對教師的業績、獎懲信息、考評信息進行管理。

教學計劃管理。教學計劃管理模塊主要用于教務管理人員為教師制定教學計劃，教學計劃包含了專業課、課程的設置和教學計劃的修訂管理。

選課管理。高校教學中，學生除了完成必修課之外，還需要選修課的學分。該模塊可以發布每個學期的選課計劃，管理每個學期的學生選課權限以及選修課成績。

排課管理。排課管理模塊可以對選修課和必修課的相關參數進行設置，包括課程的上課地點、時間、允許選擇的人群范圍等。同時，該模塊可以根據每個課程的參數，自動生成學生課表和教師課表，避免傳統的人工排課給教務管理工作人員帶來的壓力。

考試管理。考試管理模塊主要用于期中、期末考試時的考場安排，試卷批改安排和成績登記。此外，還包括補考的相關管理工作。

成績管理。成績管理模塊的用戶包括教師、學生兩類。對于教師而言，主要包括成績的錄入管理;對于學生，主要用于學生成績的查詢。

教材管理。教材管理面向的用戶主要是系部管理員。在該模塊中，用戶可以完成教材庫的管理。同時，完成教材的訂購和收發管理。

2 系統實現

2.1 系統架構

系統的架構，如圖3所示。

由于系統面向高校的教務管理工作，業務流程復雜，涉及了多個不同角色的用戶。從系統設計的角度看，這些業務中有并行業務、獨立業務和數據服務業務，因此系統使用了C/S和B/S的混合結構[10-11]。

考慮到系統的響應速度，在教務管理人員和系統間采用C/S結構，C/S結構即客戶/服務器模式。該模式保證了教務管理人員在權限允許的情況下，直接通過客戶端程序完成對服務器的操作，可以大幅度提升教務管理工作人員的工作效率[12-13]。

考慮到用戶的易用性與系統的可維護性，在教師、學生和系統間采用B/S架構。B/S模式即瀏覽器/服務器模式，該模式下客戶端只是傳遞服務器中的程序結構，由服務器負責各種數據的增刪查改。因此，當教務系統需要升級維護時，只需要對服務端的程序進行維護即可，大幅提升了教師和學生的用戶體驗。

2.2 數據庫設計

隨著高校規模的擴張，高校的教務管理工作中涉及的數據量也成指數級別的增長。因此，合理的應用大數據技術進行系統數據的處理，可以保證系統平穩的運行[14-15]。在本系統中，存在著多個客戶端的界面。在用戶的訪問過程中需要不斷的連接，然后斷開數據庫。這對傳統的軟件系統是一個較大的開銷。因此，本文采用了數據庫連接池設計，如圖4所示。

即在數據庫和線程間建立緩沖池機制，以此提升系統的數據處理能力，從而提升系統性能。經測試，系統響應時間可以加快30%。

在設計完數據庫和客戶端的連接方式后，需要對數據庫的結構進行設計。在設計數據庫時，本文基于SQL技術。首先，明確系統中涉及的各個主體，以學籍管理模塊為例，在該模塊中涉及到了課程信息、班級信息、系別信息、專業信息、學生信息、教師信息、選課信息等，這些實體的信息間又是相互交錯。因此，需要使用E-R圖。對這種關聯的信息進行描述，如圖5所示。

可以看出，在該模塊中，不同實體間存在著1∶n，1∶m，m∶n等多個對應關系。仔細研究這種對應關系，可以大幅度降低每個信息表的復雜度與重復度。然后，需要對這些實體進行表結構的設計。本文使用表的方式，對這些實體的表結構予以展示，具體結果如表1～表6所示。

可以看出，在進行表的設計時，為了降低每一張表的大小。盡量做到每個表信息的獨立。以學生成績信息為例，通過Stu_Num 、Course_Num、Tea_Num 3個關鍵字，即可關聯到對應的學生、課程和教師信息，完成數據的查詢與讀取。

2.3 系統功能模塊實現

本節以用戶登錄、選課管理、成績管理3個子功能模塊為例，介紹系統用戶界面的實現方式。

（1）用戶登錄

系統用戶登錄的界面，如圖6所示。

在實現該功能模塊時，需要考慮用戶的權限。因此，在設置LogngButton_Clck（）這個觸發用戶登錄的方法時，需要檢驗用戶的權限。可以看出，在該界面上區分了學生、老師和教務管理人員3個不同的用戶身份，保證了系統權限的一致性。

（2）選課管理

學生的選課界面圖，如圖7所示。

在選課管理功能模塊中，涉及了兩類不同的用戶，分別是教務管理工作人員和學生。首先，教務管理人員給出課程的相關信息：課程名稱、代碼、上課時間等。學生登錄后，可以看到自身權限下的選課列表，點擊課程列表前的方框即可完成課程的選擇。

（3）成績管理模塊

學生成績管理模塊的界面圖，如圖8所示。

在該模塊中，學生可以查到自己所修的所有課程的成績，包括每門課程的屬性、學分以及成績的組成結構（平時成績、考試成績）。此外，還可以查詢到自己當前需要補考的科目，以及所修的總學分。

3 總結

本文為了提升高校教務管理工作的效率，在充分研究高校教務管理工作流程的基礎上設計了教務管理的信息系統。在系統設計的過程中，首先進行了詳盡的系統需求分析，從系統用戶的角度出發，設計了功能模塊，保證了系統功能的完備性。在系統實現的過程中，為提高系統訪問的快捷性與用戶操作的友好性，使用了C/S和B/S的混合架構。針對教務管理中可能出現的數據量爆增問題，重點設計了系統的數據庫。通過使用數據庫連接池技術，將系統數據庫的連接效率提升了30%。此外，系統還基于SQL技術，仔細設計數據實體的表結構，從而保證了數據庫的精簡和穩定。

參考文獻

[1] 王軍濤.大型教學系統中的智能大數據關鍵特征估計方法[J].現代電子技術，2018，41（12）：83-86.

[2] 陽洪飛.基于C/S模式的無線數字化校園系統研究與開發[D].成都：電子科技大學，2012.

[3] 李秀蘋. 基于ASP.NET的教務管理信息系統的設計與實現[J].電子設計工程， 2015（19）：57-59.

[4] 杜曉明.基于學分制的智能考試管理系統的研究與實現[J].信息技術，2012（7）：59-61.

[5] 尚婧.學分制下高校計算機智能排課系統研究及實現[D].武漢：湖北工業大學，2017.

[6] 于達偉.基于J2EE的企業績效考核管理系統設計與實現[D].濟南：山東大學，2013.

[7] 馮佳.基于數據人工智能技術的體育網站開發編程[J].自動化與儀器儀表，2018（1）：144-146.

[8] 柯岷.基于人工智能的考試系統設計與實現[J].電子設計工程，2018，26（24）：47-50.

[9] 周瓏，郭威，王建永，等.基于神經網絡算法的網絡安全評價模型[J].沈陽工業大學學報，2018，40（4）：426-430.

[10] 李博，高志遠.人工智能技術在智能電網中的應用分析和展望[J].中國電力，2017，50（12）：136-140.

[11] 張帆，王崇倡.基于C/S模式的網絡城鎮地籍信息系統設計與實現[J].測繪與空間地理信息，2017，40（7）：104-106.

[12] 趙宇宇，陳寧.基于B/S的船舶虛擬機艙信息管理系統設計[J].艦船科學技術，2018，40（4）：126-129.

[13] 鄭炎，蔡小艷，孟憲宇，等.基于C#的SQLServer數據上報與接收的設計與實現[J]. 山東工業技術，2016（22）：131.

[14] 王蒙蒙.基于SQL Server數據庫持續數據保護系統的研究與設計[D].北京：華北電力大學，2015.

[15] 許健松，游曉東.大數據下最優教學方式選取模型設計[J].沈陽工業大學學報，2018， 40（6）：66-71.

（收稿日期： 2019.08.09）

基金項目：上海市高等教育學會2018年課題（GJEL1810）

作者簡介：魯志芳（1982-），女，湖北荊門人，碩士，講師，研究方向：計算機教育，大數據分析與應用，信息化教學。文章編號：1007-757X（2020）01-0011-04