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物联网背景下中职学生综合管理系统的设计策略

2021-08-02 136 上传者：管理员

摘要：通过分析中职学生的群体特征，调研中职学校的学生管理需求，设计一套中职学生综合管理系统，该系统利用物联网通信技术实现前端数据的采集，并根据具体的业务逻辑进行数据筛选与处理，实现对学生的考勤管理、成绩管理、课堂管理、操行管理、请假管理、奖惩管理、实训管理、事件告警、数据报表等多项功能。该系统采用B/S的部署方式，教师、学生、家长可以通过Internet登录和使用该系统，随着该系统的投入和使用，可强化家、校联动机制，凝聚教育合力，提高中职学生管理工作的自动化水平和精细化程度。

关键词：
中职学生管理
家校联动
数据采集
物联网技术
综合管理系统
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中职学生身心发展的矛盾性和不平衡性，直接导致其认知水平有限，自制能力较弱，辨别是非能力不足等群体特征，再加上社会认知偏差、家庭环境、同伴群体、学校环境、自身因素等多方面的影响，从而易出现多种不良行为，甚至走上违法、犯罪的道路[1]。虽然近年中等职业教育地位有所提高，但受我国教育体制影响，中职学生管理工作整体上难度很大，而且存在大量问题。对中职学校的教师特别是班主任讲，在对学生的日常管理上存在很多困难，这就亟需借助一些先进方法和工具来减轻中职教师的工作量，提高学生管理水平。

近年来，随着科技的不断进步，越来越多的先进技术已成功应用于各类学校的管理工作中，提高了管理效率和工作质量。其中，物联网技术便是使用较为成熟的技术之一，它是一个基于互联网、电信网络的信息承载体，它能将所有独立存在的管理对象通过传感器、射频识别技术、定位系统、人脸识别等相关技术达到信息的互联、互通与共享。

1、当前中职学生管理工作中的难点分析

近年来由于国家对中职学校的合并整合以及招生政策的调整，中职学校规模不断扩大，招生人数逐年增加，加上中职学生自身的一些群体特征因素，中职学校的学生管理工作难度不断增大，现将突出存在的问题和形成原因从以下几个方面进行分析：

1.1 中职学生正处于15-18岁这个年龄阶段，心智还未完全成熟，心理状态也较不稳定，既有同龄学生的普遍特征，又有这个群体的独有特征，比如学习动力不足，纪律观念淡薄，自制能力较弱等[2]。较多中职学生具有一些不良行为习惯，通过对我市3所中职学校2020年学生学业和违纪情况的统计分析，约有33.8%的学生不能按要求完成实训任务或课堂作业，19.6%的学生有多次迟到、早退违纪记录，14.3%的学生有旷课、夜不归宿的违纪记录，12.3%学生有抽烟违纪记录。

1.2 由于近年来中职学生在校人数不断增加，一些学校的热门专业的班级人数甚至六七十人，相对而言，师资力量日渐紧张。大部分中职学校的班主任并不是专职班主任，不仅要负责班级学生的管理工作，同时还承担专业科目的教学任务，因此班主任的工作量和工作难度都非常大，很难做到对班级的精细化管理。

1.3 与同年龄阶段的高中学生相比，中职学生的家庭经济情况和家庭对子女教育的重视程度普遍较差，主要表现在父母单亲、离异家庭较多，父母长期在外打工的情况较多，大部分中职学生家长缺乏对孩子必要的关心和管理，对学生在校期间的学业、成绩和日常行为表现了解甚少，缺乏与学校、教师、学生的必要沟通和互动。

1.4 在日常的中职学生管理过程中，学生的违纪处理与处分是班主任的经常性工作，通常来讲，班主任对学生的奖惩需有足够的事实依据，特别是对学生的违纪处分，一旦证据和记录不全面、不细致，学生和家长很容易与学校发生一系列的纠纷，这就要求班主任对每个学生的日常行为和表现做出详细、准确的跟踪和记录，并及时将学生的在校表现情况通报给家长。

2、中职学生综合管理系统的总体设计

中职学生综合管理系统的设计旨在减轻教师学生管理工作的负担，加强家、校联动机制，凝聚教育合力，提高中职学生管理水平和精细化程度。该系统对全校所有中职学生建立信息库，教师、学生、家长可以通过Internet登录和使用该系统，及时了解学生的在校期间的表现情况，针对学生的旷课缺勤、非法外出、夜不归宿、宿舍抽烟等违纪事件，系统能主动监测并及时为相关人员发出告警信息，进一步提高学生管理工作的自动化、智能化水平。

2.1 系统设计模式与系统架构

开发者采用面向服务的软件体系结构设计以服务器为中心的物联网应用系统时，将实体资源抽象为物理信息源，相应地将物理实体服务的功能定义为采集、处理和传输物理信息，并在服务器建立存储、分析和可视化物理信息的服务[3]。根据上述设计思路，该管理系统的整体架构设计采用MVC模式，MVC模式是基于Web的三层架构，在B/S结构系统的开发中经常用到，这种三层架构模式可更好地将数据的处理、业务逻辑的实现、人机交互界面进行分离，提高系统的可用性和可维护性。中职学生综合管理系统自上而下依次设计为：WebPortal层、业务逻辑层、数据整合与处理层。该管理系统的设计架构如下图1所示。

2.1.1 WebPortal层

该层主要表现为人机交互界面，直接面向各类用户，WebPortal层可实现与用户间的交互，当用户提交关键字段查询时，该层从业务逻辑层获取相关数据，生成对应的业务信息显示在用户的浏览器中。由于系统采用B/S架构部署方式，所有教职工、家长、学生都能利用校园网或外部Internet网络，通过浏览器访问和登录该管理系统；

2.1.2 业务逻辑层

业务逻辑层具体实现系统的多种具体功能，包括考勤管理、成绩管理、课堂管理、操行管理、请假管理、奖惩管理、实训管理、事件告警、数据报表等业务功能。业务逻辑层连接用户与数据整合与处理层，系统从WebPortal层接收用户访问请求后，根据具体的业务逻辑与处理规则进行数据筛选和数据处理，如果具体业务需数据交换，业务逻辑层则访问数据整合与处理层，在业务逻辑处理完毕后，将反馈数据提交给WebPortal层。

2.1.3 数据整合与处理层

该层包括数据库管理系统与数据访问接口，其中数据库管理系统主要存储前端采集到的各类子系统的数据，这些数据交给数据库管理系统进行管理，数据访问接口则负责为业务逻辑层提供数据访问接口。数据库是应用系统的核心，负责存储系统前端采集到的各类数据。在各数据表的设计过程中，尽可能减少冗余，减少因重复数据而导致的存储空间开销，提高数据库的效率和可管理性。

2.2 基于物联网技术的前端数据采集与传输

该系统在运行中要与校园中多种设备和应用软件进行数据交互，这些设备和软件所组成的各类应用系统（如门禁系统、考勤终端、云课堂系统）大多是独立运作，但在该系统的总体框架下，各类应用系统不应是独立的多个系统的简单叠加与组合，而是一个高度集成、互联互通、相互协同的有机整体[4]。要实现该目标，系统底层通信接口要按照物联网技术通信标准进行设计，通过各系统间数据接口的标准化和中间件技术实现前端数据的采集与传输。

门禁系统和考勤终端能实现对学生日常出勤情况进行自动记录和管理。目前人脸识别技术已非常成熟，该技术采用的人脸特征分析算法与生物统计学原理于一体，利用生物统计学原理建立人脸特征模板，已普遍应用于学校校门、宿舍楼等场所的门禁系统。考勤终端一般设置在教室或实训场所，用于统计和管理学生日常上课出勤情况。考勤终端可采用传统的指纹识别技术、非接触类IC卡、人脸识别等技术方式实现。这些实时考勤数据通过校园网上传至中职学生综合管理系统后，经过系统的数据分析和对比，及时将学生缺勤情况推送给班主任和学生家长。

学生宿舍内无线烟感探头是一种可联网的光电烟感火灾报警器，每个探头具备独立的CPU和无线通信模块。这种由微型嵌入式芯片、低功耗无线设备和各种传感器组成的系统，正以空前的规模和密度部署在生活中，催生对新一代监测、控制软件的需求[5]。学生宿舍内无线烟感探头能精细智能地判断烟雾并及时发布报警，将报警信息通过无线通信技术发送至探头管理模块，再由管理模块通过校园网统一发送至综合管理系统。无线烟感探头中无线通信模块一般可采用GPRS、ZigBee、NB-IoT等物联网主流的无线通信技术。

云课堂系统是近年来学校教学过程中使用的一些先进的信息化教学平台，这类平台一般都可实现学生上课签到、预习自学、课堂互动、课堂任务的发布与提交、课堂任务评价、学生成绩考核等功能。该类平台一般提供与外部通信的数据接口，中职学生综合管理系统能抓取和记录云课堂系统中的每个学生的课堂任务评价、成绩考核等数据，为学生本人、学生家长和相关教师提供查询服务，并为后期学生信息报表的生成积累原始数据。

用户提交的数据来源主要包括学生请假申请的提交，班主任对学生操行考评的录入，班主任对学生奖励、违纪等情况的纪录，任课教师对学生的评价和成绩录入等用户主动提交的数据。第三方扩展接口的设计目的是为管理系统的功能扩展预留数据接口。

3、中职学生综合管理系统的功能模块设计

3.1 主要功能设计

用户需求是中职学生综合管理系统具体功能模块设计的依据。该系统的用户角色分为5个类型：班主任、任课教师、学生管理处、家长、学生。以下是针对这5种主要用户角色的功能设计。

班主任是该管理系统的主要用户，应能通过系统对自己班级中的每个学生的信息进行管理，例如增加、删除学生记录、根据课程表和作息时间设定考勤时间和地点、审核学生请假、学生日常操行评定、学生奖惩数据记录、成绩登记与查询、告警事件提醒、导出学生报表[6]；任课教师通过该系统实现课中作业评价，考试成绩登记与查询、导出学生报表；学生管理处通过该系统实现对班主任提交的学生奖惩申请进行审批、查询学生奖惩数据记录、查询学生的操行评定、导出学生报表等；学生家长通过该系统，可提交/确认学生请假信息、查询学生的考勤记录、查询课堂作业评价、查询考试成绩、查询奖惩记录、查询操行评定、导出学生报表等；学生用户应能提交请假申请、查询自己的考勤记录、查询作业评价、查询考试成绩、查询奖惩记录、查询操行评定、导出学生报表等。

系统管理员拥有系统最高权限，能对系统中所有的角色和用户进行管理，包括对每种角色权限的分配，角色和用户的添加、修改和删除、能对所有数据进行维护，包括对系统内各类数据的增加、删除、修改、备份、导入导出等功能，系统管理员可根据业务需要，定制、生成和打印各类数据报表。

3.2 特色功能设计

3.2.1 自动告警功能

针对中职学生旷课缺勤、非法外出、夜不归宿、宿舍内抽烟等事件，系统应主动监测并及时发出告警信息。该系统通过前端装置和设备自动检测学生异常信息经系统业务逻辑层计算对比后，及时向相关管理人员发出告警信息，学生管理人员接到告警信息后，第一时间做出应对措施[7]。旷课缺勤数据来源于学校各类上课场地的门禁系统和考勤系统以及任课教师对学生旷课名单的提交；非法外出、夜不归宿的数据主要来源于宿舍门禁系统、学校大门人脸识别系统；宿舍抽烟告警数据来源于宿舍内可联网烟感探头；

3.2.2 学生请假双重审核功能

针对部分中职学生自制能力较弱，经常找借口请假外出上网等情况，该系统提供学生网上请假双重审核的功能。学生在网上登录个人账号提交请假申请，由家长和班主任共同审核确认后，可允许学生正常通过校门门禁系统，否则门禁系统不予放行。该功能保证家长和班主任同时对学生请假信息的真实性进行校验，也方便家长和班主任跟踪和掌握学生离校后的轨迹，有效防止学生借故外出；

3.2.3 学生信息报表生成功能

根据学生的日常考勤、班级个人量化、课堂实训任务、各科考试成绩、奖惩项目记录、班主任操行评定等信息，该系统可按照月度、学期、学年分别生成学生信息报表，全面反映该段时间内学生在校表现情况，便于学生、家长、教师随时掌握学生某阶段的表现，及时做出干预和调整；另外，加盖学校公章的学生信息报表可作为优秀毕业生的个人资历证明提供用人单位。

4、结论

针对当前中职学校学生管理工作遇到的多种问题和难点，基于物联网技术和MVC设计模式，设计一套中职学生综合管理系统，通过定制开发多种智能化、数字化、自动化的实用功能，应用到中职学校的学生管理工作中，可在一定程度上缓解学生管理工作的压力，增强家、校联动效应，监督和促进学生逐步养成良好行为、习惯等现实作用。中职学生综合管理系统的设计也为中职学生管理工作者和研究者提供一些思路和方法。

参考文献:

[1]张阿敏,徐大真.中职生问题行为及其与社会支持关系的调查报告[J].职业技术教育,2013,01:67-72.

[2]刘丽.中职生不良行为现状及其千预策略研究[D].鲁东大学,2016,15-16.

[3]陈海明,崔莉.面向服务的物联网软件体系结构设计与模型检测[J].计算机学报,2016,5:856-857.

[4]邵山.数字校园2.0的软硬件架构及系统设计[J].中国教育信息化,2009,05:21-24.

[5]董玮,陈共龙,曹晨红,等.面向软件定义架构的无线传感器网络[J].计算机学报,2017,8:1780-1781.

[6]陈凤.大数据下的高校学生管理可视化平台研究[J].软件工程,2017,6:48-51.

[7]先晓兵,陈凤,王继元等.基于大数据的高校学生管理工作研究与实践[J.中国教育信息化,2015(10):6-9.

文章来源：王嘉庆,邢佑耐.物联网背景下中职学生综合管理系统的设计[J].办公自动化,2021,26(15):23-25.