電子班牌管理系統(tǒng)的需求分析與設(shè)計

王小紅 彭騰

摘? 要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+教育技術(shù)”的不斷發(fā)展，各大高校都在積極推動智慧校園建設(shè)。作為智慧校園建設(shè)對象之一，電子班牌的研究逐漸興起，呈現(xiàn)出取代傳統(tǒng)班牌的趨勢。文章基于高校智慧校園總體要求對高校電子班牌管理系統(tǒng)進行分析與設(shè)計，包括軟件和硬件的需求分析、消息管理、設(shè)備管理、考勤管理、圖像采集算法、屏顯硬件、數(shù)據(jù)庫等設(shè)計。實踐表明，電子班牌管理系統(tǒng)能滿足學(xué)工管理、教務(wù)管理、考場管理等要求，預(yù)留的接口能與第三方軟件集成。

關(guān)鍵詞：電子班牌;班牌管理系統(tǒng);設(shè)備識別;智慧校園

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）15-0029-04

Abstract： With the continuous development of “Internet + Educational Technology”， major schools are actively promoting the construction of smart campuses. As one of the objects of smart campus construction， research on electronic class cards has gradually emerged， showing a trend to replace traditional class cards. The paper analyzes and designs the university electronic class card management system based on the overall requirements of the university’s smart campus， including software and hardware requirements analysis， message management， equipment management， attendance management， image acquisition algorithms， screen display hardware， and database designs. Practice has shown that the electronic class card management system can meet the requirements of student work management， educational administration management， and examination room management， and the reserved interface can be integrated with third-party software.

Keywords： electronic class card; class card management system; equipment identification; smart campus

0? 引? 言

2017年教育部在本年度工作重點中明確提出引導(dǎo)各類各級院校建設(shè)數(shù)字校園、智慧校園。隨著國內(nèi)對智慧校園認識的不斷深入，IT技術(shù)的快速發(fā)展，特別是人工智能技術(shù)的普及，各類學(xué)校正在積極推動智慧校園的建設(shè)。作為班級的象征物品，電子班牌開始作為智慧校園建設(shè)中的一個重要內(nèi)容出現(xiàn)在人們的視野中。目前，雖然已有很多機構(gòu)和學(xué)者對電子班牌的作用和功能進行了研究，并開發(fā)出電子班牌管理系統(tǒng)，但是這些系統(tǒng)多數(shù)是為中小學(xué)教育行業(yè)量身打造的，功能以出勤管理和班級信息展示為主?；跐M足高校智慧校園建設(shè)總體要求下的電子班牌管理系統(tǒng)并不多見。

1? 班牌管理系統(tǒng)需求分析

1.1? 軟件管理需求

班牌管理系統(tǒng)軟件部分包括前端屏顯客戶端和管理后臺子系統(tǒng)，其中后臺用來向前端設(shè)備提供管理數(shù)據(jù)。由于班牌功能和應(yīng)用直接影響著后臺數(shù)據(jù)類型及管理方式，因此它是非常重要的研究對象之一。2018年由馬宗兵、王晶晶發(fā)表在《中國教育信息化》上的《電子班牌的發(fā)展演變及教育應(yīng)用》一文中指出，數(shù)字化班牌功能歷經(jīng)電子班牌、智慧班牌、云班牌三個階段，其功能都是在前一個階段基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。作者認為云班牌的功能主要集中在班級標識信息、公共信息顯示、學(xué)生工作信息、班級文化建設(shè)、德育安全建設(shè)、走班教學(xué)工作、綜合管理等。后臺系統(tǒng)需要管理課堂教學(xué)、學(xué)生管理工作方面的需求。與此同時，高校每年需要承擔(dān)校內(nèi)、校外各種考試職責(zé)。考務(wù)方面的相關(guān)數(shù)據(jù)需要進行管理。智慧校園“可感知、可診斷、可分析、可自愈”總體要求下的班牌管理系統(tǒng)后臺不僅需要與終端實時傳送數(shù)據(jù)，還需要從不同維度分析數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，展示數(shù)據(jù)，提供可調(diào)用的接口供第三方使用。綜合以上分析，管理后臺子系統(tǒng)應(yīng)具有班級信息管理、教學(xué)信息管理、學(xué)工信息管理、公共信息管理、考務(wù)信息管理、設(shè)備管理、消息管理、綜合分析等功能。班牌管理系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。

綜合分析：綜合考勤信息、教學(xué)信息，從出勤率、教學(xué)滿意度、調(diào)課率三個維度向教務(wù)管理人員、學(xué)工管理人員提供餅狀統(tǒng)計圖、趨勢圖。

設(shè)備管理：管理前端屏顯設(shè)備，包括設(shè)備連接、設(shè)備檢測、顯示設(shè)備信息，如設(shè)備編號、設(shè)備位置、設(shè)備狀態(tài)、所屬班級。

班級信息管理：用來記錄、管理班級名稱、班主任姓名、電話號碼、班級位置、人數(shù)等內(nèi)容。班級信息支持導(dǎo)入。

教學(xué)信息管理：用來記錄、管理班級教學(xué)方面的信息。具體功能包括課表管理、教師考勤管理、調(diào)課管理、教學(xué)質(zhì)量評價，其中課表管理支持手工輸入和導(dǎo)入兩種方式。

學(xué)工信息管理：用來記錄、管理班級事務(wù)方面的信息，如各班應(yīng)到人數(shù)、實到人數(shù)、未到人數(shù)、未到人員等信息。

考務(wù)信息管理：記錄、管理班級充當考場角色的有關(guān)信息，如考試類目、考場號、準考證起止號、考試時間等?？紕?wù)信息支持導(dǎo)入。

公共信息管理：記錄、管理天氣情況、溫度、宣傳標語等信息。

用戶管理：記錄、管理用戶信息，包括編號、姓名、管理級別、部門等信息。

權(quán)限管理：記錄、管理用戶權(quán)限信息，包括管理級別的設(shè)置、管理人員權(quán)限分配等功能。

消息管理：消息發(fā)送、顯示、查詢已發(fā)送消息及各反饋信息。其中消息發(fā)送包括群發(fā)和私發(fā)兩種發(fā)送模式。

接口設(shè)置：提供學(xué)生出勤、課程表、考試等信息的讀取接口供第三方系統(tǒng)調(diào)用。支持管理人員在后臺配置短信群發(fā)、登錄驗證等接口調(diào)用地址。

1.2? 前端硬件需求分析

電子班牌管理系統(tǒng)前端設(shè)備指的是屏顯硬件，其主要作用是分塊顯示班級信息、教學(xué)信息、教務(wù)信息、學(xué)工信息、公共信息，并在接收到消息后進行反饋，其具體功能分為顯示信息、消息反饋、接收信息、時間校對。其中，消息反饋功能是指當前端首次連接和接收后臺發(fā)送的信息時，前端設(shè)備向后臺反饋信息。顯示信息功能會根據(jù)信息的優(yōu)先級和時間顯示信息。時間校對功能需要設(shè)備定期連接后臺校對時間。

2? 電子班牌管理系統(tǒng)設(shè)計

2.1? 消息管理和設(shè)備管理模塊設(shè)計

消息管理、設(shè)備管理是班牌管理系統(tǒng)的重要功能。其中，在后臺中，消息發(fā)送功能需要前端屏顯與后臺設(shè)備聯(lián)動，整個流程包括選擇消息、傳輸消息、顯示反饋信息。流程如圖2所示。

后臺編輯消息、勾選需要接收消息的設(shè)備后，系統(tǒng)采用TCP創(chuàng)建傳輸連接，調(diào)用Send函數(shù)向各個設(shè)備傳送消息。當前端設(shè)備成功接收信息時，系統(tǒng)會偵聽到指定端口傳回的消息，后臺記錄傳送結(jié)果。如果經(jīng)過3次重發(fā)，系統(tǒng)仍未偵聽到消息。后臺記錄傳送失敗，顯示傳送失敗消息列表。

設(shè)備識別是重要的功能，它是設(shè)備管理主要的數(shù)據(jù)來源和操作入口。設(shè)備識別流程如圖3所示。

在圖3中，前端屏顯設(shè)備初始化流程主要有網(wǎng)絡(luò)設(shè)置和服務(wù)器綁定，包括本地IP、子網(wǎng)掩碼、服務(wù)器IP、端口、服務(wù)令牌等數(shù)據(jù)的設(shè)置。后臺設(shè)備自動識別使用實時端口掃描方式來甄別新增設(shè)備。后臺讀取數(shù)據(jù)庫獲得已備案設(shè)備的IP和MAC，偵聽服務(wù)器端口所獲信息保存至臨時文件后，根據(jù)設(shè)備IP和MAC與臨時文件信息進行對比。如果存在新增未備案設(shè)備，讀取該設(shè)備的IP和MAC，生成新增列表，彈出通知窗口。

2.2? 注冊、考勤管理模塊設(shè)計

注冊模塊采用調(diào)用第三方接口算法來提供人臉圖像采集功能。點擊注冊模塊，攝像頭會自動捕捉人臉。模塊調(diào)用OpenGL（ ）函數(shù)對圖像進行特征提取。如果提取成功，圖像會存儲到本地;否則會再次啟動攝像頭進行圖像采集。之后，調(diào)用Upload（ ）函數(shù)完成圖像批量上傳。

考勤管理模塊采用人臉識別技術(shù)比對圖像庫中的照片。圖像庫分為本地圖像庫和遠程圖像庫。本地圖像庫是指存儲在前端設(shè)備的圖像集。遠程庫在上傳至服務(wù)器上的圖像集合。一般情況下，攝像頭捕捉到的人臉圖像后，系統(tǒng)調(diào)用OpenGL （ ）函數(shù)提取特征，并與該設(shè)備所存儲的圖像進行比對。

圖4（a）是圖像采集算法，（b）是人臉識別算法。算法中的特征提取和比對功能均采用第三方提供的API。核驗結(jié)果以Json格式返回。

2.3? 前端屏顯設(shè)計

電子班牌前端屏顯設(shè)備基于S3C2440微處理器主控板負責(zé)控制Wi-Fi雙頻模塊、存儲模塊、USB3.0模塊、液晶屏模塊、藍牙模塊、攝像頭、RJ-45等網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備整體采用POE供電方式，通過插入網(wǎng)線實現(xiàn)在傳輸數(shù)據(jù)的同時提供電力。硬件結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

2.4? 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)使用SQL Server2008數(shù)據(jù)庫。庫中包含部門、人員、考試、資訊、設(shè)備、消息、打卡、教務(wù)、考勤等主要實體，其關(guān)系模型為：

部門（編號，名稱）

班級（班號，班級名稱，輔導(dǎo)員姓名，人數(shù)）

人員（編號，身份證號，姓名，部門，班級，身份，照片）

考試（考場號，身份證號，應(yīng)考人數(shù)，開考時間，考試科目）

資訊（編號，內(nèi)容，發(fā)表時間）

設(shè)備（設(shè)備代號，出廠編號，安裝位置，狀態(tài)）

消息（資訊編號，設(shè)備編號，響應(yīng)狀態(tài)，響應(yīng)時間）

打卡（流水號，人員編號，設(shè)備名稱，刷臉時間）

教務(wù)（任務(wù)編號，人員編號，任務(wù)名稱，開始時間，結(jié)束時間）

出勤（序號，人員編號，任務(wù)編號，出勤內(nèi)容，出勤情況，出勤時間）

部分實體數(shù)據(jù)表如表1～表3所示。

3? 結(jié)? 論

本文基于高校智慧校園建設(shè)要求對電子班牌管理系統(tǒng)進行分析和設(shè)計。該電子班牌系統(tǒng)功能基本滿足了高校學(xué)生工作和教學(xué)管理方面的需求，并提供了外部接口用于考勤、課表等信息的讀取。

參考文獻：

[1] 馬宗兵，王晶晶.電子班牌的發(fā)展演變及教育應(yīng)用 [J].中國教育信息化，2018（22）：27-30.

[2] 電子班牌在教學(xué)中的應(yīng)用[EB/OL]. http：//www.360doc.com/content/15/1216/11/26648244_520794163.shtml.

[3] 李昱.數(shù)字化電子班牌管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) [D].廈門：廈門大學(xué)，2016.

[4] 臧義清.基于URP高校教務(wù)管理的電子班牌編程開發(fā) [J].電腦知識與技術(shù)，2019，15（30）：239-240+248.

[5] 呂炳群，尹恩德.電子班牌創(chuàng)新學(xué)校德育信息化建設(shè) [J].中國教育信息化，2014（8）：10-12.

作者簡介：王小紅（1982—），女，漢族，江西鄱陽人，干事，講師，本科，研究方向：軟件工程、系統(tǒng)應(yīng)用;彭騰（1983—），男，漢族，江西吉安人，干事，講師，本科，研究方向：計算機網(wǎng)絡(luò)、軟件工程。

3213500338258