计算机实践教学过程质量监控平台的研究应用

高志宇 赵营颖 闫培玲 杨紫仪 常皓林

摘  要：文章针对“计算机实践教学过程质量监控平台”进行了研究设计与应用实现。使用Python数据处理技术采集实验室电脑的使用数据，对数据进行“清洗”处理过后，对数据进行统计分析，得到有效数据，使用MySQL数据库进行存储数据、使用Echart对数据进行图形化表达、采用Springboot技术和Mybatis Plus框架开发系统平台。最终实现了对实践教学过程的实时监控，为后续的教学质量评价提供可靠的数据支撑，从而改善了高校实验教学环节中“忽略实践过程监控”的现状。

关键词：计算机;实践教学;过程质量监控;数据统计分析;数据图形化展示

中图分类号：TP39;G434        文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）13-0179-06

Research on the Application of Quality Monitoring Platform for Computer Practical Teaching Process

GAO Zhiyu， ZHAO Yingying， YAN Peiling， YANG Ziyi， CHANG Haolin

（School of Information Technology， Henan University of Chinese Medicine， Zhengzhou  450046， China）

Abstract： This paper focuses on the research， design and application of “Quality Monitoring Platform for Computer Practical Teaching Process”. Python data processing technique is used to collect the used data in laboratory computers. After “cleaning” the data， the data is statistically analyzed to obtain effective data. MySQL database is used to store the data， Echart is used to graphically express the data， Springboot technology and Mybatis Plus framework are used to develop the system platform. Finally， it realizes the real-time monitoring of the practical teaching process， provides reliable data support for the follow-up teaching quality evaluation， and improves the current situation of “ignoring the practical process monitoring” in the experimental teaching link in colleges.

Keywords： computer; practical teaching; process quality monitoring; data statistical analysis; graphical display of data

0  引  言

近年來，我国高等教育已经从外延式发展阶段进入内涵式发展阶段，提高高等教育的教学质量已经成为教育改革的重点和关键，作为其中不可或缺的一环，加强计算机实践教学过程质量监控和保障工作目前已经成了各高校实现人才培养目标、提高人才培养质量的重要保证之一。

为解决现阶段高校计算机实践教学中存在的诸多问题，如“重视理论监控，忽略实践过程监控”“教学质量监控难于实时和精准”“监控数据静态化”和“教学质量评价难于客观”等，本课题利用对实践教学过程中，学生所使用的设备进行实时数据采集，并进行相关的数据处理和分析，最终可以得出客观、精准、直观的数据，有效地对实践教学过程质量进行实时监控、反馈、预警和评价。

1  关键技术简介

Python数据采集分析：Python语言提供了很多效率很高的高级数据结构，例如队列（Deque）、Array等，并且Python还支持简单的面向对象编程。Pyhton作为一门解释性语言，其具备的语法以及动态类型，使其称为诸多平台编写脚本和开发应用的程序的首要编程语言。本次平台的开发，就采用了Python语言来进行数据的采集与分析任务，主要使用其中的NumPy，NumPy，jieba，psutil等。

Spring Boot技术：Spring Boot作为一个非常流行web开发框架，其设计目的是用来简化Spring应用程序的初始搭建以及开发流程。其使用特定的方式来配置初始化项目的环境，开发者再也不需要重复定义那些样板化的MVC三层架构。

Mybatis技术：Mybatis作为一款优秀的持久层框架，其隐藏了原先的一系列关于jdbc的操作，现在开发人员只需要关注SQL语句的书写，使用的相关注解或者配置文件来配置映射原始数据类型、接口等等为数据库中的记录。

Bootstrap：作为一个优秀的前端框架，其本身是由JS、CSS与字体文件编译压缩得来的。其具备的十几种Jquery插件，可以给网页添加更多的互动。

ECharts：ECharts是一款基于JavaScript的开源数据可视化图表库，其提供了生动的，可交互的，还有可个性化定制的图形图表，在开发的时候只需要传入相应的数据就可以直接图形化显示。

2  计算机实践教学过程质量监控平台的设计与实现

2.1  系统架构图

计算机实践教学过程质量监控平台的总体架构可分两大块。

第一部分：数据采集分析。使用程序获取需要的数据，其中数据大致可以分为两类，即电脑状态信息和浏览器使用信息。由于开始的时候获取的数据繁多且杂乱，其中包含众多脏数据，我们在获取数据后，对原始数据进行清洗处理，最终筛选出有用的数据。通过对数据使用相关的函数与算法，找出其中存在的规律，得出最终的数据结果，将其存储在阿里云服务器的数据库里面，待到之后数据展示使用。

第二部分，数据展示。用户通过登陆授权，进入平台，查看由分析数据构成的图形化图表以及提前录入的一些学生，班级，电脑的基本信息。如图1所示。

2.2  系统功能模块设计图

根据需求分析的内容，可以分析得出目标平台的功能模块设计，如图2所示。

2.3  数据库概念设计（E-R图）

R图在数据库设计过程中是一个不可或缺的重要部分，它能够清楚地展示出数据库中各表之间的关系，清楚看到各个表的属性，实体与实体之间的关系，画E-R图可以让后期开发变得更加容易。系统的整体E-R图如图3所示。

2.4  数据采集模块设计

数据采集模块的功能主要是为了信息的获取处理，是整个系统的重中之重，系统的核心之一。

总体控制模块：该模块主要负责对数据采集处理相关的模块的调用，起到中间人的作用，主导各个模块之间的信息交互。

数据采集模块：该模块负责实时的信息采集，所采集的信息主体上分为两部分。一为电脑状态信息，系统通过脚本获取“任务管理器”里面的数据，“任务管理器”里面的信息实时反映出电脑在各个时刻的使用情况，是本系统非常有用的信息来源之一;二为浏览器使用信息，浏览器是学生上计算机实验课的主要信息查询工具，要想获取学生的完整实验课状态，获取浏览器的使用信息，也是必不可少的环节。

数据清洗模块：该模块是对“数据采集模块”采集到的数据进行处理，包括无用信息的清洗、有效信息的整理和存储，从而获取对系统所需的有效数据。而对于清洗的方法包括：空值处理、分类处理、无用字段去除以及数据格式转换等等[1]。

数据分析模块：该模块是对数据库中的有效数据进行分析处理，主要使用的数据分析方法包括聚类算法、平均值、相关性分析、离散性分析等，为后续的数据展示提供有效数据[2]。

数据存储模块：在本地创建一个连接数据库，发送数据到云端服务器。

2.5  分析结果展示模塊设计

数据经过上面的模块进行收集分析发送后，就需要一个对数据进行展示的子模块。

用户登录模块：对不同用户进行身份验证，识别用户的身份进入不同的界面，实现用户的权限隔离。

首页基础信息展示模块：主要用于展示学生的上课情况，迟到情况以及软件使用情况等等。

班级成绩报告模块：这个模块主要是对特定班级的上课信息进行整理，分析每个“学生”的学习状态，并对学习状态进行分类[3]，继而做出评价，最终形成报告单。

年级成绩模块：这个模块主要形成了以班级为单位的分析统计报告，从总体上对各个班级进行对比分析，查找发现问题，为学校的管理层提供有效的评断依据。

3  系统功能最终实现

3.1  用户登录功能实现

本功能实现了用户注册、登录、忘记密码等功能。用户可通过验证登录使用本平台。如图4所示。

3.2  基本信息展示

本功能实现了在首页进行班级课程信息的展示，用户可直接看到实践教学时“课程进度”“课程安排”等详细信息，如图5所示。

3.3  班级对比界面

本功能横向比较了各个班级的课程学习情况，并以条形图等图表形式直观展示，如图6所示。

3.4  形成性报告展示界面

班级学科形成性报告，是对特定班级特定学科、某段时间的学习成果进行一个简单的总结、分析与评价，如图7所示。

4  系统平台测试

4.1  功能测试

功能测试采用黑盒测试，测试项目如表1所示。

数据采集展示模块测试，如表2所示。

数据分析模块测试，如表3所示。

学生基本数据展示功能测试，如表4所示。

4.2  测试结果

对系统进行黑盒测试。根据测试用例，完成对平台的功能验证，保证其在功能层面不会出现漏洞。

5  结  论

本课题通过对国内高校在实践教学过程中存在问题的分析，基于大数据技术的应用，使用相应的数据分析方法，构建一个全体系、多维度的实践教学质量监控云平台，利用云平台的采集实践教学各环节关键数据，尤其是过程数据;并对此数据进行清理和存储，再通过数据分析混合方法，有效地对实践教学质量进行实时监控、反馈、预警和评价，并实现快速地发现问题、解决问题的良好“教、学、管、督”联动机制，为学生、教师和管理者提供学习、教学、等综合评价、反馈和决策提供有力依据，填补了国内高校实验教学质量“过程不够透明”“数据不够精准”“评价不够客观”的短板，对深化高校实验教学改革有着深远意义。

参考文献：

[1] 谢智颖，何原荣，李清泉.基于时空相关性的公交大数据清洗 [J/OL].计算机工程与应用：1-11[2021-05-11].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2127.TP.20210430.1401.006.html.

[2] 王珂.基于大数据的教学数据分析系统 [J].信息与电脑（理论版），2020，32（21）：72-73.

[3] 方勇.基于大数据的高校学生行为数据分析系统构建研究 [J].中国新通信，2019，21（24）：82.

[4] 裴炳森，张新宇，邢欣涛，等.基于python中文分词的卷宗信息逻辑研究 [J].网络安全技术与应用，2021（3）：29-31.

[5] 石鳳贵.基于jieba中文分词的中文文本语料预处理模块实现 [J].电脑知识与技术，2020，16（14）：248-251+257.

[6] 侯波涛.基于python的通信系统数据分析 [J].通信技术，2020，53（7）：1715-1720.

[7] 刘铭宇.基于Web的数据可视化系统设计及应用 [D].北京：北京邮电大学，2018.

[8] 左丹.基于B/S的模式的网上报名系统需求分析研究 [J].山东工业技术，2017（17）：147-148.

[9] 张腾.计算机实验室建设与管理的思考 [J].电脑知识与技术，2021，17（4）：163-165.

[10] 皇甫大双.以学生管理系统为例浅谈数据库设计的方法与策略 [J].电脑知识与技术，2018，14（35）：20-21.

[11] 姚丽娟.SQLServer2012数据库技术与应用（微课版） [M].北京：人民邮电出版社，2017.

[12] 牟有静，董楠楠.普通商业MIS数据库设计模型 [J].辽宁大学学报（自然科学版），2017，44（3）：209-218.

[13] 项楠.软件测试策略和测试方法的应用分析 [J].科学技术创新，2019（11）：64-65.

作者简介：高志宇（1979—），男，汉族，河南社旗人，副教授，硕士，主要研究方向：人工智能及智能计算;赵营颖（1986—），女，汉族，河南禹州人，讲师，硕士，主要研究方向：计算机应用技术;闫培玲（1985—），女，汉族，河南荥阳人，实验师，硕士研究生，主要研究方向：Web前端设计;杨紫仪（2001—），女，汉族，河南驻马店人，本科在读，研究方向：计算机应用技术;常皓林（1999—），男，汉族，河南许昌人，本科在读，研究方向：人工智能及智能算法。