基于Python 與騰訊樂享的本科生學(xué)習(xí)激勵系統(tǒng)設(shè)計

陳 琦,胡 楊,姜瑩瑩

(徐州醫(yī)科大學(xué) 信息化處,江蘇 徐州 221004)

1 研究背景與目的

為防控“新冠”疫情,很多高校采取線上授課、封校等嚴(yán)格的管理措施,讓原本習(xí)慣于線下授課的師生感到不適。 如何利用信息化手段保持學(xué)生學(xué)習(xí)動力,提高學(xué)習(xí)興趣,成為研究熱點。 黃亞婷等[1]研究了疫情背景下混合教學(xué)中本科生學(xué)習(xí)投入的影響機制;錢雪峰[2]闡述了疫情防控新常態(tài)下學(xué)校體育教學(xué)的應(yīng)對方法;張麗娟等[3]提出了疫情下高校線上教學(xué)質(zhì)量評價的新方法。 為激發(fā)學(xué)生在疫情防控期間的學(xué)習(xí)動力,同時貫徹落實中共中央、國務(wù)院《關(guān)于加強和改進新形勢下高校思想政治工作的意見》提出的“三全育人”要求,本研究利用信息化大數(shù)據(jù)手段分析本科生成績,通過電子獎狀的形式鼓勵取得優(yōu)異成績或巨大進步的莘莘學(xué)子,增強本科生學(xué)習(xí)動力,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。

2 業(yè)務(wù)需求分析

對于本科生來講,成績是決定順利畢業(yè)并獲取學(xué)位的關(guān)鍵因素。 因此,對本科生來說,成績的好壞至關(guān)重要。 對取得好成績或取得巨大進步的學(xué)生給予學(xué)校層面的證書獎勵,無疑對學(xué)生心理上產(chǎn)生良好的正反饋作用,同時激發(fā)周邊同學(xué)競爭意識,帶動學(xué)習(xí)積極性。 根據(jù)對教務(wù)處以及各學(xué)院的調(diào)研,本科生成績主要分為期末成績和階段性成績。

2.1 期末成績

本科生的學(xué)習(xí)成績主要在每學(xué)期末產(chǎn)生,通過集中考試,取得考試成績錄入教務(wù)系統(tǒng)。 同時,各學(xué)科老師會根據(jù)學(xué)生日常表現(xiàn)得出平時成績錄入系統(tǒng)。 兩個成績根據(jù)一定比例合計成為該課程最終成績。

本科生的課程一般分為必修課、專業(yè)選修課和公共選修課。 其中,必修課與專業(yè)選修課在同年級、同學(xué)院中有較好的可比較性。 公共選修課種類繁多,包含專業(yè)無關(guān)課程;學(xué)生選課靈活,基本不受限制;授課老師評分標(biāo)準(zhǔn)差別大,有的按照正態(tài)分布曲線進行,有的平均學(xué)分績點卻達到4 分以上;因此,可比較性較差。

2.2 階段性成績

每學(xué)期僅在期末采取激勵措施,對于部分二級學(xué)院來說次數(shù)太少。 有些學(xué)院在設(shè)置課程時,會設(shè)置期中考試等階段性考試,這類考試成績一般不會進入教務(wù)系統(tǒng),主要由任課教師掌握,用于了解學(xué)生階段性學(xué)習(xí)情況以及用于期末考試中平時成績的參考。 針對有階段性成績分析需求的學(xué)院,需要預(yù)留成績Excel 導(dǎo)入入口,用于階段性成績的導(dǎo)入,進而形成階段性成績的評價結(jié)果。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 技術(shù)選型

Python 語言使用類似腳本語言的精簡語法、擁有良好的編程語言生態(tài)及強大的通用編程能力,同時由于對接其他編程語言優(yōu)勢明顯,被業(yè)內(nèi)公認(rèn)“為膠水語言”,隨著NumPy、Pandas 等Python 開源擴展包的出現(xiàn),Python 成了數(shù)據(jù)分析處理的不二之選[4]。

3.1.1 基于NumPy 的Pandas

NumPy 是Python 的開源擴展包,主要用于數(shù)值計算,提供強大的維度數(shù)組與矩陣運算能力,針對數(shù)組運算也提供大量簡單易用的數(shù)學(xué)函數(shù)庫。

Pandas 是基于Numpy 的Python 開源擴展包,提供Series(一維數(shù)據(jù))和DataFrame(二維數(shù)據(jù))兩種主要數(shù)據(jù)格式,在處理一維序列或二維表格數(shù)據(jù)時有著天然優(yōu)勢[5]。

根據(jù)業(yè)務(wù)分析,本科生成績主要為存儲在結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫中的期末成績和以Excel 表格為主的階段性成績,均為二維表格數(shù)據(jù)形式,正是Pandas 處理數(shù)據(jù)優(yōu)勢所在。

3.1.2 基于Tkinter 的CS 模式

Tkinter 是Python 的標(biāo)準(zhǔn)圖形用戶界面(Graphical User Interface,GUI)庫。 使用Tkinter 可以快速創(chuàng)建GUI 應(yīng)用程序。 對于簡單的圖形界面,Tkinter 可以應(yīng)付自如[6]。

研究中激勵系統(tǒng)的用戶界面主要用于階段性成績的Excel 導(dǎo)入以及發(fā)放證書使用。 主要用戶為個別學(xué)院的教學(xué)辦老師、教務(wù)處以及學(xué)工處的個別老師,用戶面相對較窄,使用重客戶端的客戶端服務(wù)(Client Server,CS)模式即可很好地滿足需要,而且避免了系統(tǒng)服務(wù)器的安裝與維護,只需保證客戶端與校內(nèi)數(shù)據(jù)庫及互聯(lián)網(wǎng)可以正常通信即可。

3.1.3 基于騰訊樂享的證書頒發(fā)

騰訊樂享是騰訊科技有限公司打造的企業(yè)社區(qū)平臺,具有包括電子證書頒發(fā)在內(nèi)的眾多免費應(yīng)用。 證書模塊提供證書編輯器功能,管理員可以用圖形化方式快速創(chuàng)建或編輯證書;提供證書管理功能,可以查看、導(dǎo)出明細(xì)并批量頒發(fā)、收回證書;提供證書自動頒發(fā)功能,支持通過應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface,API)頒發(fā)證書[7-8]。

由于騰訊樂享免費及提供API 對接的特性,本研究中激勵系統(tǒng)的獎狀制作使用騰訊樂享證書功能;同時利用騰訊樂享與同為騰訊產(chǎn)品的企業(yè)微信可以無縫對接的特性,通過企業(yè)微信為學(xué)生發(fā)送電子證書。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)

根據(jù)上述業(yè)務(wù)需求與技術(shù)分析,可以將系統(tǒng)設(shè)計如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2.1 業(yè)務(wù)邏輯實現(xiàn)

本科生的課程因?qū)I(yè)、年級不同而存在較大差異,需根據(jù)學(xué)院、年級進行分類;因個人選修不同,課程和課程數(shù)量也不相同,因此成績需要折算。 根據(jù)折算成績分學(xué)院、年級進行排名。

計算學(xué)生成績需要使用到的相關(guān)數(shù)據(jù):學(xué)號、課程號、姓名、學(xué)院編號、年級、成績類型、課程性質(zhì)、學(xué)分、考試學(xué)期、折算成績。 根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯數(shù)據(jù)需要,根據(jù)成績類型及分?jǐn)?shù)進行清洗:其中,應(yīng)排除免修、緩考、取消成績;將曠考、違紀(jì)、休學(xué)、作弊成績置為0;為避免掛科學(xué)生參選,將掛科學(xué)生折算成績直接記為0;去除重修和補考成績;去掉只有公共選修課成績的學(xué)生。

將清洗后的數(shù)據(jù)折算為成績。 記每個學(xué)生的折算成績?yōu)門,每門考試成績?yōu)镾i,每門課程學(xué)分?jǐn)?shù)為Ci,該學(xué)生參與計算折算成績的課程數(shù)量為n,得到如下公式:

根據(jù)計算結(jié)果,將折算成績由高到低進行排序,根據(jù)人數(shù)取出前3%即獲得“學(xué)霸”證書獲得者。

計算進步情況時,記上次排名為R0,本次排名為R1,上次參與排名總?cè)藬?shù)為N0,本次總?cè)藬?shù)為N1,進步占比記為P,得到如下公式:P為正值則為進步,反之為退步,根據(jù)P大小進行排序,取前3%作為“飛躍進步”證書獲得者。

3.2.2 界面設(shè)計實現(xiàn)

根據(jù)業(yè)務(wù)需要,利用Tkinter GUI 庫,設(shè)計并實現(xiàn)系統(tǒng)界面如圖2 所示。

圖2 界面設(shè)計實現(xiàn)

界面上標(biāo)注5 個記號點為相關(guān)功能點設(shè)計,下面逐一分析。

(1)對于階段成績,需要上傳Excel 表,點擊“選擇文件”按鈕可以選擇本地上傳文件,上傳完成后,點擊“開始分析”按鈕,對Excel 數(shù)據(jù)進行分析。

(2)對于期末成績,針對教務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)最近一次的期末成績進行分析。 因發(fā)放獎狀須有時效性,故每次啟動直接分析最近一次成績。

(3)提供Excel 分析結(jié)果下載功能。 對于業(yè)務(wù)部門,獎狀誤發(fā)是極大的業(yè)務(wù)隱患,提供Excel 結(jié)果確認(rèn),增加業(yè)務(wù)部門對系統(tǒng)的認(rèn)可度及接受度。

(4)根據(jù)下拉選項選擇要頒發(fā)的證書,并確認(rèn)頒發(fā)。

(5)提供信息提示框,提示用戶目前可進行的操作,并提示結(jié)果。

3.2.3 證書頒發(fā)實現(xiàn)

證書的頒發(fā)需要利用騰訊樂享API 進行,主要使用兩個API 接口,證書列表查詢和證書頒發(fā)。 騰訊樂享API 使用時需先根據(jù)App_Key 和App_Secret 獲取token(令牌,一種API 認(rèn)證機制),然后將token 放入API 請求中進行二次請求,以進行相關(guān)業(yè)務(wù)操作。(1)證書列表查詢。 為確保用戶界面中的證書列表中證書均為可用證書,并確保該系統(tǒng)未來的擴展性,顯示的證書列表從API 中直接獲取。 (2)證書頒發(fā)。 證書頒發(fā)的API 每次僅能為一人頒發(fā)證書,需要根據(jù)分析結(jié)果循環(huán)調(diào)用API,根據(jù)學(xué)生學(xué)號進行頒發(fā)操作。 調(diào)用API 時設(shè)置is_notify 屬性為true,即可通過企業(yè)微信通知證書接收人。

4 結(jié)語

本研究詳細(xì)闡述了使用成績排名發(fā)放電子獎狀以激勵學(xué)生學(xué)習(xí)的業(yè)務(wù)需求,同時對技術(shù)選型進行了詳盡分析,對技術(shù)架構(gòu)和用戶界面進行了詳細(xì)的設(shè)計,并利用Python 中Pandas 的數(shù)據(jù)分析能力、Tkinter 的圖形用戶界面交互能力及騰訊樂享證書功能,完成了本科生學(xué)習(xí)激勵系統(tǒng)建設(shè)。 系統(tǒng)已在實踐中測試運行,并在激勵學(xué)生方面取得了良好的效果,可以為有同樣需求的高校提供一種合理的解決思路及可行的實現(xiàn)路徑。