計算機基礎課程教學管理系統設計

任靖娟，曹 莉

（河南中醫藥大學信息技術學院 河南 鄭州 450000）

0 引言

隨著國家對教育的高度重視與發展，信息科技不斷走入教學課堂[1]。一方面，三維教學、交互教學等方式融入傳統課堂中，能夠讓學生開闊視野，提高學習興趣。另一方面，也實現了課程資源共享，方便教師之間進行教學探討，提升教學質量[2]。利用多媒體技術進行教學，使課堂內容更加多樣化，幫助學生深入理解知識點，實現邏輯教學和形象教學相結合。加強學生對于學習過程的參與度，激發學生的積極性，提升教學效果。此次設計計算機基礎課程教學管理系統，通過更新硬件和設計新的軟件模塊，提升系統教學管理功能，實現高效教學管理。

1 計算機基礎課程教學管理系統設計

1.1 大數據教學管理系統硬件設計

大數據模擬器的功能是教學管理數據的整理與分析，此次設計的教學管理系統主要針對的是計算基礎課程，要求硬件部分具有較高的數據處理能力。即硬件部分不僅要具備數據采集的能力，還需要實時對采集到的數據進行篩選分類[3]。在單片機選擇上就需要優于傳統的數據處理，本文設計系統選用的單片機型號為KC8A0DT。該型號的單片機可以對學生的線上學習情況進行有效記錄，也可以對學生的線上操作行為進行錄像存檔，當學生出現非學習操作時，系統會自動做出提醒，避免學生出現學習狀態不佳、懈怠等情緒。單片機采集到的學生學習行為數據存儲至存儲器中，并連接到數據模擬器中，需存儲的數據信息經過驅動器、存儲芯片進行數據管理與存儲，最后經過USB接口傳輸至其他模塊[4]。

1.2 大數據教學管理系統模塊設計

1.2.1 系統用戶管理模塊

用戶管理要從用戶的實際需求出發，包括功能需求和非功能需求兩部分，涵蓋了用戶需要應用系統完成的所有教學管理任務[5]。根據用戶的職能可以分為系統管理員、教師、學生三種。教學管理系統作為非開放性系統，所有用戶必須在登錄系統，通過系統驗證后才能操作系統。用戶權限最高級別為管理員，可以對系統功能進行設置，以及數據的管理；其次為教師，可以查看學生的相關數據；最后是學生，只能查詢資料或觀看、使用數據，不可以對數據及資料進行修改。首先，管理者權限，可以管理所有賬號和系統使用用戶，具有數據分享、信息發布、系統參數設置、用戶權限設置等權限，管理者可以在系統后臺刪除、修改所有系統信息[6]。系統管理者在登錄系統后，可以在系統后臺對所有用戶的信息進行管理，需要對用戶姓名、地址等信息進行加密處理，保證系統使用者的賬戶信息安全。其次，教師賬號，教師具有查看所有學生信息的權限，可以對學生作業進行批改、評論、下載等操作，也可以發布課后作業等信息。最后，學生賬號，學生可以查詢教師賬號發布的學習任務，可以查詢所有的學習資料，并進行線上考試與線上交流[7]。

1.2.2 登陸模塊設計

登錄功能是面向所有系統使用者的，即使是管理者也需要通過登錄系統。對于已經在系統注冊的賬號，只需要通過賬號、密碼即可完成登錄操作，使用者可以在登錄后對系統中備注的個人信息進行設置與修改[8-10]。系統登錄方式如圖1所示。

用戶界面是用戶與系統之間的接口。用戶界面主要體現在友好高效的工作環境中，操作輕便快捷。系統的程序運行在服務器端，網頁查看界面采用JSP技術實現，按照JSP網頁設計原則設計。任何用戶只需輸入密碼和姓名即可進入系統，主要目的是識別用戶身份，確定用戶權限，提高系統安全性。登錄信息隊列加密傳輸十輪迭代的具體內容為：輸入明文；根據IP接口信號加密密鑰；再通過復用進行字節替換。在此基礎上進行迭代，產生行位移；根據列混淆進行第二輪密鑰加密。反復以上操作，直至十輪迭代徹底完成，通過迭代運算得到長度為64位的密文，由此確保登錄模塊的保密性與安全性。登錄模塊IP接口信號具體信息，如表1所示。

表1 登錄模塊IP接口信號具體信息

1.2.3作業模塊設計

針對教學管理系統來說，學生課后作業的管理是十分重要的，因此需要設計作業模塊。該模塊兼具了作業發布、檢查、評價等功能，查詢和信息發布權限根據用戶賬號權限而定，后臺的管理則由管理賬號負責，由此保證系統的有序運行[11]。作業模塊設計如圖2所示。

在作業管理模塊設計中，該模塊的作用在于負責對作業的基礎信息類別進行管理，一方面負責針對學生的班級單位進行管理，另一方面負責針對教師或者管理員的部門進行管理，還要對學生的作業情況進行相應的審核、評閱等操作。需要對不同的作業信息數據進行數字轉換，實現模塊的正常運行，因此選用AD9224ARSZ模擬數字轉換器作為作業模塊的核心，該轉換器各個引腳排列及對應功能如表2所示。

表2 AD9224ARSZ模擬數字轉換器引腳排列及對應功能

1.2.4數據庫設計

數據庫中的數據是使用者所需要的教學數據和用戶共享教學信息的集合，并且不受系統的約束和網絡的限制。數據庫最重要的功能就是教學信息存儲與整合，具體過程如下所示：

其中，

上式中，G(a,b)表示采集到的教學管理信息，a,b分別表示同一個數據集的教學管理數據出現頻率。G(a)表示教學管理數據庫中a出現的頻率，由此實現教學管理信息的快速整合，并根據管理信息的存儲時間及種類進行分類存儲：

上式中，G表示教育管理信息，t表示教學管理信息傳輸時間，h表示教學管理信息分類。

為了規范數據庫內數據，便于統一管理，需設計不同類型的數據表格，在數據信息管理過程中可以快速查詢、刪減，也更有利于數據庫的二次開發與功能擴展設計。因此在設計數據時應遵循數據庫設計規范準則，對數據格式進行統一處理，更有利于提高數據處理效率。數據庫設計是系統設計的基礎，根據系統的功能需求和用戶數據使用需求開發數據庫。為了提高數據庫設計的合理性，應充分與用戶交流，了解大部分用戶的使用體驗，廣泛征求用戶意見。為了更有利于系統后期升級換代，應加強數據庫的拓展功能，考慮到系統拓展性，預留可拓展字段。部分數據庫表如表3、表4、表5所示。

表3 學生信息表

表4 發布作業表

表5 完成作業表

（1）學生登錄模塊

（2）作業模塊

通過構建數據庫最優模型實現數據庫的最優設計，并在Access中設置數據庫參數，首先，在Microsoft Access軟件中設置新的Access數據庫，并根據實際教學數據存儲管理需求設置需求列表，其中包括教學題目類型、教學題目內容等數據類別信息。數據庫中關聯對象較多，而教學系統中數據較為復雜，且會存在重復性，數據需要具備高效、科學的運算處理能力，并預留可拓展字段，為后期的數據庫升級和數據庫維護做基礎。為了提高教學數據的運行效率，可根據數據庫內存儲的教學數據類型不同，設計不同的存儲方式，如針對教學數據量較大且數據精度要求不高的表，可選用粗粒度設計方式，提高數據存儲的速度。為了便于數據的快速查詢，優化數據庫的索引查詢能力，盡量在數據庫中保留最少的表格，以此弱化數據關聯性，實現數據海量存儲。

2 系統測試及結果分析

為了驗證本文設計系統的使用效果，選擇三維教學系統和交互教學系統作為對照，與本文設計系統在相同條件下進行對比實驗。首先對本文設計系統進行調試，確保系統能夠穩定運行后，才能進行對比實驗。

2.1 測試環境

系統測試軟件采取前后端分離開發的方式，采用實用性較強的Java語言進行編程，軟件開發環境為IntelliJIDEA，整體環境結構開發采取安全性強的 WebStorm工具管理開發。設計數據庫時首先需要配置數據庫最優模型，根據該模型輸出數據庫參數，實現數據庫最優化。測試環境需要5～10臺連接10 T硬盤的服務器，為了縮短實驗時間，簡化計算步驟，本次測試選擇最低測試環境標準，使用5臺服務器，服務器的內存為256 G，4顆8核的中央處理器。

2.2 系統調試

檢查完系統軟硬件后進行系統測試，以保證系統在使用中不會出現運行問題。依舊采用測試上述測試環境中的服務器，對相應模塊進行系統調試，保證系統測試時系統的穩定性。

2.3 測試結果與分析

如圖3所示，在相同的硬件環境下，三維教學系統的問題處理時間最長，交互教學系統次之，本文設計的教學系統問題處理時間最短，說明在系統運行過程中，本文設計系統能夠更快地解決教師和學生的問題指令，并保證系統穩定運行，由此可以證明本文所設計出的教學管理系統能夠幫助提高教學效率。

3 結語

綜上所述，本文在現有的多媒體教學的基礎上結合大數據技術設計了計算機基礎課程教學管理系統，此系統對學生進行多方位的管理和知識的傳授，使得教學過程脫離單一化，走向多元化。系統硬件部分通過優化單片機等硬件設備，為系統整體運行提供更好的運行基礎，可以更有效地支撐系統軟件的高效運作；系統軟件部分通過數據庫等各模塊的設計，可以幫助系統高效管理教學數據，在提升師生使用體驗的同時，也能有效加快系統各指令的執行速度。通過實例分析可以看出該系統不僅能夠幫助學生縮短問題處理時間，而且能夠幫助教師提高教學效率。