基于移动平台的高校教务管理系统设计与实现

1、 基于移动平台的高校教务管理系统设计与实现 胡秀华李承瑞李桂萍Summary 教务系统是实现高校教务和教学工作的基础。随着互联网的发展及移动设备的普及，在移动设备上实现教务系统的模型设计和实现策略具有非常重要的理论价值与实际意义。提出了适合移动教务系统的系统架构和数据库架构，给出了一种简单的排课算法，设计并实现了基于nodejs的移动教务系统。系统测试表明，该系统比传统的教务系统操作简便，具有较高的安全性和鲁棒性。KeyKey：教务系统；移动设备；模型设计；排课算法DOIDOI：10.11907/rjdk.182033：TP319：A：16727800（2018）009012504英文标题De

2、sign and Implementation of Teaching Management Systemfor University Based on Mobile Platform副標题英文作者HU Xiuhua， LI Chengrui， LI Guiping， WANG Changyuan英文作者单位（School of Computer Science and Engineering， Xian Technological University， Xian 710021， China）英文SummaryAbstract：The educational administration s

3、ystem is the basis for realizing the educational affairs and teaching work of colleges and universities. With the development of the Internet and the popularization of mobile devices， it is of great theoretical and practical significance to realize the model design and implementation strategy of the

4、 educational administration system on mobile devices. The system architecture and database architecture suitable for mobile educational administration system are proposed. A simple scheduling algorithm is given. The mobile education system based on nodejs is designed and implemented. System tests sh

5、ow that the system is simpler to operate than traditional educational systems， and has higher security and robustness.英文KeyKey Words：educational administration system；mobile device；model design；course arrangement algorithm0引言随着高校教育规模的扩大以及移动设备的快速发展，多样化的终端信息教务系统成为高校教务管理环节不可或缺的组成部分，很多高校已经开发并利用移动教务系统。移动

6、系统框架和功能模块大多涉及系统与权限管理、学生信息管理、教学管理、课程管理、排课管理等12，在搭建系统技术方面，界面和UI显示多为Android软件和html技术34，系统框架多为C/S和B/S结构56。国外相关技术如JavaScript、轻量级后台服务器、动态语言以及NoSQL发展十分迅猛，尤其对JavaScript的相关研究十分成熟7。JavaScript相对于传统的webServer在处理高并发访问方面拥有很大的优势810，MongoDB在Web领域快速读写方面也超过了mysql11。在排课问题上，研究思路主要以启发式方法为主，基于贪心算法等解决NP完全问题的思想用于排课过程，但性能容易

7、受限1214。本文选用合适的系统架构及新兴技术设计了一套更高性能的移动高校教务管理系统，实现教务系统在移动端的显示、提交表单操作以及与后台的接口，并给出一个简单的排课算法。1系统设计概要本文拟设计的教务系统具有典型的教务系统基本功能，包括基础信息管理、师资管理、课程管理、考试管理、系统管理，主要面向学生、教务人员、教师与系统管理员4种角色。系统采用服务器/浏览器（Browser/Server， B/S）结构，使用模型-视图-控制器（Model View Controller， MVC）框架构建项目结构，整体架构采用nodejs + express作为Web服务器的技术支持1517。数据库使用M

8、ongoDB的分片集群作为数据存储，使用docker建立分片集群，每个节点和其它主机的相同节点互相组成复制集结构，复制集的作用是提高数据安全性，保证数据库不会因为一个主机的宕机而无法访问。分片是在数据量太大对主机性能要求太高时的竖向扩展，以保证在超量数据下数据库仍有较好的读写效率。前端网页使用jquery、layui等框架搭建网页结构18，前后端数据传递使用表单提交，使用异步 JavaScript 和 XML （Asynchronous JavaScript and XML， Ajax）实现网页异步更新和数据传递1921。系统采用session保存用户信息，在登录时将不同的用户引导至不同的路由

9、，并使用登录信息锁保证用户不会访问到其它路径。项目主体采用MVC架构构建，将视图、控制器与模型分离，保证项目结构的高内聚低耦合。项目使用Node.js作为网站服务器，以express作为Web应用开发框架，主体结构如图1所示。2系统功能设计与实现2.1系统总体功能设计教务系统包括5个模块：基础信息设置、师资管理、系统管理、课程管理和考试管理，每个模块的子模块如图3所示。2.2用户登录与权限控制用户进入网站后，选择自己的角色身份，输入账号密码即可登录。通过权限设置将不同的角色引导至不同的路由，根据身份权限转入3个独立的路由系统。当用户尚未登录或者以不属于某个路由的角色访问此路由时，权限函数就会生

10、效，使用户跳回登录页面。2.3基础信息模块设计与实现移动教务系统基础信息参与角色是学生和教务管理人员。教务管理人员负责导入学生基本信息，修改、审核个人信息，生成学生信息报表，提供查询学生信息功能。学籍变动管理由教务管理人员负责维护、修改学生学籍信息。教学计划管理由教务管理人员负责导入教学计划并提供给学生查询。奖罚管理记录学生所获奖励以及处罚情况，学生可查询。2.4系统管理模块设计与实现系统实现功能主要有使用日志向管理员展示整个系统状态、查看数据库情况以及添加教务角色账号功能。该模块有两个页面，一个是显示系统日志页面，另一个是查看所有数据库表页面。系统管理员可通过此页面查看、修改系统数据。2.5

11、师资管理模块设计与实现师资管理包括3个模块：师资信息、教学工作、科研工作，本模块重点是教学工作和科研工作管理，主要由教务管理人员和教师参与。首先教务人员根据教学计划将教学工作发布出去，教师查看后对教学工作进行申报，然后教务人员进行审核。科研工作流程和教学工作流程相似，只是由教师直接申报科研工作。2.6课程管理模块设计与实现课程管理由排课、课程展示、选课3大模块组成。排课系统主要由教务完成，提交基本数据后由计算机进行排课，然后由教务人员进行校对、修改，排课系统生成课表后进行展示。选课系统由教务人员生成选课名单并展示，由学生申请选课。本文给出一种简单的排课算法，将整个原始排课问题分解成多个子排课问

12、题，考虑时间、班级、教师、教室等多个因素，并将一些常识性问题作为约束条件。利用贪心算法计算被分解的问题，通过权重因子引入约束，采用回溯算法保证结果的正确性。设计的模型具有较低冲突率、较少耗时和计算资源占用比。使用Java语言编写，输入和输出的数据皆为json文件。首先对教师、时间两个属性进行排课。在使用贪心算法对课程进行安排时，如果发现冲突就取消此次排课流程，并回滚更改的权重，将此时间段的权重降到最低。此算法属于回溯、贪心算法，每次对各个属性的权重取当前最优数据，当发现有冲突时返回。计算机排课是个复杂的过程，在数据量大、约束条件多的条件下，通过人工干涉达到合理排课是非常重要的。人工干涉包括在排

13、课前输入数据工作、人工进行预排课、排完课后对课表进行适当调整。2.7考试管理模块设计与实现考试管理用例主要由考试信息查询、考试成绩录入查询、考试安排等模块组成。考试信息主要包括考试的相关信息：科目、年纪、班级、考试类型等，成绩录入查询包括教师录入考试成绩、教务人员审核锁定、学生和教师查询等。考试安排包括教务人员根据教室情况安排考试时间地点，展示给教师和学生查看。3前端界面设计效果显示设计的系统网站页面能适应不同的分辨率，可在手机、平板、电脑上运行。图5、图6为在不同设备平台运行时的界面显示效果。从上述部分实现结果可以看出，本文设计的系统具有操作简便、可扩展性好等优点。4系统测试与分析系统功能测

14、试有正常功能与异常功能检测。经测试，本系统各基本功能均可正常运行。分片结构的数据库读写量测试环境如表2所示。部分测试数据表明，未进行优化的mongodb在百万数量级以下的数据读写水平非常高，完全可以胜任移动教务系统要求，可承担短时间较多的访问量。5结语本文基于B/S架构与MVC思想构建了教务管理系统框架，完成了基础信息管理、师资信息管理、课程管理及考试管理等各功能模块设计，利用Node.js、MongoDB等新兴技术搭建了一套适用于移动设备的教务系统网站。所设计的系统界面友好、可扩展性强，教务人员可管理教学、基本信息、排课、考试等模块，教师可参与教学工作、研究工作等模块，学生可查询反馈各类信息

15、。用户能在手机、平板与电脑等多种智能终端高效快捷地完成相关操作，系统测试结果验证了技术方案的可行性。后期研究工作会继续扩展系统功能，完善系統安全性与完整性，设计更有效的智能排课算法。ReferenceReference：1隋雪莉，许鸣，刘威，等.基于Android平台的移动教务系统的研究J.软件，2014，35（8）：3841.2廖宁，杨文.智慧校园移动信息服务平台的设计与实现J.中国教育信息化，2017（23）：7073.3贾树文，杨婷婷.Android系统研究J.软件导刊，2014（3）：79.4李慧云，何震苇，李丽，等.HTML5技术与应用模式研究J.电信科学，2012，28（5）：24

16、29.5YAN J. Design and implementation of educational administration system on the basis of c/s and b/s heterogeneous architectureC.International Conference on Information Computing and Applications. Springer Berlin Heidelberg， 2011：473481.6曾珍珍.基于B/S及C/S的教务管理系统设计与实现J.软件导刊，2016，15（3）：104107.7WEI S， XHA

17、KAJ F， RYDER B G. Empirical study of the dynamic behavior of JavaScript objectsJ. Software Practice and Experience， 2016，46（7）：867889.8MAHMOUD Q H， DOBOSIEWICZ W， SWAYNE D. Redesigning introductory computer programming with HTML， JavaScript， and JavaJ. Acm Sigcse Bulletin， 2004，36（1）：120124.9POKORNY

18、 J. NoSQL databases： a step to database scalability in web environmentJ. International Journal of Web Information Systems， 2013，9（1）：278283.10LI Y， MANOHARAN S. A performance comparison of SQL and NoSQL databasesC.Communications， Computers and Signal Processing. IEEE， 2013：1519.11SNCHEZDEMADARIAGA R， MUOZ A， CASTRO A L， et al. Executing complexityincreasing queries in relational （MySQL） and NoSQL （MongoDB and EXist） sizegrowing ISO/EN 13606 Standardized EHR Databases.J. J Vis Exp， 2018（133）：12151224.12梁立