特殊教育信息化管理系统设计与实现

何先波,李宝林,殷 锋

(1.西华师范大学 计算机学院,四川 南充 637009;2.西南民族大学 网络教育中心， 四川 成都 610041)



特殊教育信息化管理系统设计与实现

何先波1,李宝林1,殷 锋2

(1.西华师范大学 计算机学院,四川 南充 637009;2.西南民族大学 网络教育中心， 四川 成都 610041)

给出了一种特殊教育信息管理系统的设计方案，并对开发中使用到的相关关键技术和环境进行了描述，对我国特殊教育管理信息系统的设计具有一定的参考意义。

特殊教育；物联网；定位技术；信息化管理

0 前 言

教育信息化建设一直教育发展和改革领域研究关注的重点，《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2012)》的第十九章“加快教育信息化进程”专门对我国教育信息化进程做出了规划和部署[1]。与如火如荼的普通教育信息化管理研究和建设[2-4]相比，我国特殊教育的信息化建设与管理领域相关研究较少[5]。针对残障学生的身心特点和教育需求,建立符合特殊教育规律并能与其他相关机构实时互动交流平台，无疑会对特殊教育的健康发展带来极大的帮助[6-9]。

在特殊教育信息化建设和管理中，物联网相关技术的引进可对残障学生的信息化管理带来极大的便利，RFID技术可实现对残障学生自动考勤和校内定位，体域网技术(如体温传感技术)可实现对特殊残障学生的疾病预警，GPS、GIS和移动通信网络技术可实现对残障学生的定位跟踪，从而对残障学生防走失搜救提供帮助。

论文针对特殊学校教育的实际情况，给出一种基于物联网技术的信息化管理设计方案，并对实现中的相关关键技术进行了描述。针对该方案形成的信息化管理系统软件已在南充和广元等地的特殊学校中进行了试用。该信息化系统软件也是四川省科技厅支撑项目“基于物联网技术的残障学生实时动态跟踪及教育成长综合评估信息系统研究”的重要研究成果。

1 系统设计方案

系统的总体方案如图1所示。为确保学生信息的安全，方案使用严格的基于角色的权限控制实现信息和功能模块的授权访问。系统中的基本角色分为学生自己、老师、学生家长、相关的医疗康复机构人员和心理咨询机构人员，各类人员的系统访问权限在系统维护模块中分配和调整。对残障学生的管理而言，学习成绩管理、健康状况的预警、基于物联网技术的日常管理(作息、就餐、考勤、课堂课后表现)、心理干预和测试、获奖作品技能展示、技能培养情况和受捐助情况等管理模块的信息可根据预设的过滤条件有选择的进入电子档案袋中。学生教育成长的评价评估主要根据电子档案袋信息和老师、家长、心理咨询机构等授权人员的评价评估进行。互动交流模块提供学生与同学、老师、家长和其他相关人员的实时互动交流平台。系统维护主要完成系统的全局性参数配置设定和较完善的日志记录。

方案中，RFID应用系统主要由阅读器、电子标签和应用软件三部分组成。当佩戴电子标签的残障学生通过安放在教室、餐厅、宿舍、厕所等地的RFID阅读器周围时，阅读器读出电子标签中的标识信息，并与阅读器本身的位置信息一起发送给后台服务系统，从而实现残障学生在校内的自动考勤和定位。同时，通过在医疗服务机构或康复中心安装RFID阅读器，可实现残障学生就医或康复治疗的自动信息识别或相应历史信息的跟踪查询。同时，通过附着在人身体上可穿戴或可植入传感设备(如体温传感器等)，结合无线通信技术，实现特定残障学生疾病特征参数的实时采样获取，从而实现一定程度的疾病预警。

2 系统实现关键技术

2.1 J2EE MVC 模式

在B/S模式的应用程序中，MVC(Model View Controller)是提一种有效的开发模式。MVC模式由三部分组成：M(Model，承载具体业务实现)，V(View，负责提供呈现与用户交互的显示界面)和C(Controller，负责M与V的互动)。该模式提倡对后台业务逻辑和前台显示视图界面进行有效分离，通过控制器对二者进行粘合。MVC模式符合软件设计的松耦合良好规范，被大量的B/S模式应用软件开发采用，本系统的开发也完全遵循该模式。实际的系统中采用的MVC模式框架如图2所示[10]。

图2中，Domain Object(领域对象)层主要完成数据库中表记录与简单Java对象的映射，即表中一条数据库记录使用一个Java对象存储，该Java对象在J2EE技术规范中也称作Java bean，该对象的成员为记录各字段域值，同时提供存取这些对象的方法(也分别称作set方法与get方法)。DAO(Data Access Object，数据访问对象)层主要实现对数据库中对应表的CRUD(创建、查询、更新和删除)，DAO层通过Domain Object层对象与实际的数据库表交互。业务逻辑层主要实现系统所需业务逻辑方法，也称作Service(服务)层。控制器层(Controller)主要用于接收用户请求，并派发到业务层进行相应的处理，同时把处理结果转发到不同的表现层组件。表现层(View)负责收集用户请求并将控制层回传的业务层处理结果呈现到客户端浏览器上。

现有的MVC框架主要有Spring MVC，Struts，ZF，.NET MVC等。在J2EE规范中，Struts，特别是Struts2.x已经成长为一个稳定、成熟的框架，并且占有了MVC框架中最大的市场份额，我们开发团队也有丰富的技术积累，故系统的实现采用Struts2架构的MVC机制。在视图部分，系统主要选择HTML、CSS、JSP、JS、jQuery等技术规范并采用大量第三方稳定的框架包(如用于与Excel交互的poi包，用于表格显示的struts-jquery-grid包等)。在业务逻辑实现部分，主要采用了Spring的安全控制机制和Bean注解产生方式。在底层数据表映射方面，采用性能较高的半自动化映射机制Mybatis。数据库采用开源的MySQL实现。

2.2 Maven项目管理工具和jetty服务器

Maven是J2EE中使用较方便的一个项目管理工具。Maven通过项目的对象模型 (Project Object Model)文件(扩展名.pom)来对整个项目使用的包版本集、生命周期、和各种依赖关系进行自动化管理。通过Maven项目对象模型文件，可自动实现各类引用包及依赖包版本更新和下载，与jetty服务器插件组合，可实现B/S项目的服务器源代码级动态跟踪调试，大大缩短项目的开发周期。

2.3 定位技术的选择[11]

对于残障学生的防走丢失，移动定位技术至关重要，目前主要有GPS定位、WiFi定位和基站定位。GPS通过卫星对需定位的目标进行位置跟踪，其优点是高效、覆盖范围广、精度较高；但对室内或有遮挡的环境下定位效果不好。 基站定位主要根据移动设备与其最近互动访问的基站的信息来实现定位，其定位精度和范围主要和基站的覆盖半径有关，但定位精度不高。Wi-Fi定位是通过侦听设备接入的WiFi热点的位置信息实现定位的，该定位方式的优点是精度不受使用环境影响，但必须在有WiFi信号环境中使用。

本文给出的系统方案中采用残障学生携带的支持GPS的移动通信终端设备实现综合定位，在校园内主要使用WiFi定位，在市区内主要采用基站定位和GPS定位，其他地方主要采用GPS地位。

3 小 结

针对特殊教育的特点，引入物联网相关技术，开发出符合特殊教育规律的管理层信息化系统无疑具有非常重要的意义。本文给出了一种设计与实现方案，并对方案中采取的关键技术进行了描述。随着物联网技术的快速发展，特殊教育的信息化管理将呈现更人性化、智能化的特点，其应用具有广阔的前景。

[1] 中华人民共和国教育部.国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010—2020年)[DB/OL]．(2014-01-20)[2015-11-11]．http://www.moe.edu.cn/publicfiles/business/htmlfiles/moe/moe_838/201008/93704.html．

[2] 嵇春梅.高校教务网络管理系统的设计与开发[D].济南：山东大学，2009.

[3] 刘永立.基于B/S结构的教学管理系统的设计与实现[D].北京：北京邮电大学，2006.

[4] 袁蓉蓉.Web2.0环境下小学班级主题学习社区的构建与应用研究[D]. 重庆：西南大学，2009.

[5] 李 青，李 淼.我国特殊教育信息化研究现状述评[J].现代教育技术，2013，(7)：19-23.

[6] 齐 媛.信息化视角下的特殊教育发展对策探究[J].中国特殊教育，2013，(10)：60-64.

[7] 庄秀丽.电子档案袋评价与网络互联学习[J]. 中国电化教育,2005，(7):56-58.

[8] 王彦秋，韩 瑛.基于Blog平台的电子档案袋在教育中的应用[J]. 中国现代教育装备,2006(12):116-117.

[9] 张华毓. 中小学生新型档案袋的建模及管理系统的实现[D].上海：华东师范大学，2009.

[10] 李 刚.轻量级Java EE企业应用实战(第3版)[M].北京：电子工业出版社，2014.

[11] 何先波，李小松，谌连龙. 基于Android系统的移动定位模块设计与实现[J]. 电脑知识与技术，2015，(5X):71-72.

The Design and Implementation of Information Management System for Special Education

HE Xianbo1,LI Baolin1,YIN Feng2

(1.College of Computer Science,China West Normal University,Nanchong Sichuan,637009,China;2. Network Education Center,Southwest University for Nationalities,Chengdu 610041,China)

It is undoubtedly significant to introduce the Internet of things in the design of special education information system.This paper presents a design scheme of special education information management system,and describes the key technology and environment used in the development.The content of this paper has some reference value to the design of the special education management information system in our country.

special education;internet of things;positioning technology;information-based management.

1673-5072(2016)03-0361-04

2015-12-04 基金项目：四川省科技厅支撑项目(2014SZ0104)；四川高校教学改革项目(川教函[2014]156号，N3776)；四川省科技厅支撑项目(2013SZ0020)

何先波(1971—)，男，四川苍溪人，博士，教授，主要从事物联网方面的研究。

何先波，E-mail:hexianbo_sctc@163.com

TP319

A

10.16246/j.issn.1673-5072.2016.03.023