周希宸，代偉，黃學佳

（四川西南航空職業(yè)學院，四川成都，610000）

1 學籍預警制度的現(xiàn)狀

學籍預警是基于各專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，對學生的學習成績展開研究。主要屬于數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘領域。目前我國對于教育數(shù)據(jù)挖掘的研究更側重于理論層面的探索以及對國外案例的介紹，對挖掘技術的應用研究相對不足。伴隨信息技術與行業(yè)的深入融合，目前很多高校都在進行信息化數(shù)字化智能化的智慧化校園建設，聯(lián)合系統(tǒng)集成類軟件技術企業(yè)進行合作定制開發(fā)符合各自校情的系統(tǒng)。但這是一個系統(tǒng)且復雜的工程，也需要大量的流程再造和經費支持。而經費的來源，是大多數(shù)高校，尤其是民辦高校的一大核心痛點。所以，信息化數(shù)字化智能化是一個漫長的探索過程。提升校本研究團隊的科技成果轉化能力具有重要意義。

目前，我校對于學生成績管理及學籍預警制度的實施處于半自動化狀態(tài)。在現(xiàn)有的教務管理系統(tǒng)中只能實現(xiàn)各學院各專業(yè)各同學的成績查詢，而不能進一步對學生成績進行分析并可視化的展示。對于將要處于和已處于學籍預警狀態(tài)的學生進行預警的處理更多的是手動處理。篩選出名單之后，由學院及班主任進行逐一通知。因此，對學籍預警管理流程與制度的信息化數(shù)字化智能化實施路徑的探索非常必要。

2 學籍預警制度的重要意義

2.1 高校教學管理面臨嚴峻考驗

隨著高等教育大眾化進程的深入，招生規(guī)模不斷擴大，學生的文化素質基礎參差不齊。面對學習態(tài)度不佳，多門考試未通過的學生，必須按照相關的教育教學管理制度進行處理，如降級或退學等。高校的教學管理工作面臨著日益嚴峻的考驗。

教育的目標是為了把學生培養(yǎng)成行業(yè)需要的合格人才，讓學生不斷完善自我，創(chuàng)造美好幸福的生活。因此，學校需要對于學生在校的學習情況進行全面清晰的掌控，對于將要出現(xiàn)學籍風險的同學提前進行更科學和高效的預警，讓他們及時掌控學校及各學院各專業(yè)整體的情況，對教育教學質量進行更好的監(jiān)督和管理。

2.2 學生個人發(fā)展及成長需要

每個學生在自身的成長中，都會遇到各種挫折和困難，并且還會出現(xiàn)階段性的反復。大學是學生世界觀、人生觀、價值觀形成的重要階段。讓他們合理安排好自己的學習和生活，而不能在“享樂主義”中荒廢學業(yè)，導致多門課程不合格而受到退學處理?？茖W完善的學籍預警可以引導學生良性發(fā)展。

2.3 加強大學生家庭教育需要

在大學階段，家長不僅僅要從生活上關心孩子，也更要關注孩子的學習。因為大學階段，學生的獨立性及大多數(shù)學生異地求學的情況，家長無法隨時獲得學生的各種情況。而大多數(shù)學生只會報喜不報憂，導致家長無法真實了解學生的在校表現(xiàn)，最終導致學生與家庭之間教育脫節(jié)?？茖W完善的學籍預警可以加強學校與學生家長之間的聯(lián)系，互通有無，共同幫助學生得到良好的發(fā)展。

3 基于大數(shù)據(jù)的學籍預警管理系統(tǒng)的功能需求

我校共有7大院系，各院系下分別下屬專業(yè)1-8個，每個專業(yè)擁有學生人數(shù)從幾十到上千不等。每名學生在校正考平均12科/學期，4學期共計48條成績。原有的教務系統(tǒng)只是呈現(xiàn)了這些學科成績，而對于管理者無法從整體上掌握各學院各專業(yè)各科的成績情況,無法進一步自動化推進學籍預警管理流程。因此，本項目立足于以下研究目標：

（1）對全院學生的學業(yè)成績進行整體畫像

（2）對各二級學院，各專業(yè)，各班級的學業(yè)成績進行整體畫像

（3）對學生的補考科目和時間進行批量精準報送

（4）對學生的重修科目和實踐進行批量精準報送

（5）對學生畢業(yè)前夕的學業(yè)完成情況進行清晰管理

（6）信息化支持教學管理線對學生學籍預警的制度化流程，進行一站式服務

4 基于大數(shù)據(jù)的學籍預警管理系統(tǒng)的關鍵技術

4.1 基于B/S的網絡架構

為滿足開放、互連、信息隨處可見與共享、開發(fā)成本低廉的要求，本項目采用B/S型模式，即瀏覽器請求，服務器響應的工作模式。第一層是瀏覽器。不同的客戶端進行簡單的輸入和輸出呈現(xiàn)。第二層是Web服務器，實現(xiàn)信息傳送。當學生、任課教師、管理者在瀏覽器輸入特定的賬號登入系統(tǒng)進行相關模塊的訪問請求。由Web服務器統(tǒng)一受理后向數(shù)據(jù)庫服務器發(fā)送訪問數(shù)據(jù)庫的請求。第三層是數(shù)據(jù)庫服務器。大量的學生成績等數(shù)據(jù)信息存放在此。通過在數(shù)據(jù)庫中查詢檢索后，將返回的結果發(fā)送給Web服務器。Web服務器將收到的收據(jù)結果轉換為HTML文本形式發(fā)送給瀏覽器，進而向不同用戶所使用的瀏覽器端呈現(xiàn)結果。

4.2 大數(shù)據(jù)技術架構

單從目前的學生成績數(shù)據(jù)體量，不必要使用大數(shù)據(jù)技術。但本項目立足于大數(shù)據(jù)思想及大數(shù)據(jù)技術展開研究，更多是出于團隊專業(yè)能力提升和項目未來的擴展性的要求。

本項目首先根據(jù)項目的具體功能需求和角色進行完整的數(shù)據(jù)庫流程設計，并在原來的教務系統(tǒng)下載學生成績數(shù)據(jù)進行整理，將學生成績原始數(shù)據(jù)和存放在MySQL中的基礎數(shù)據(jù)，通過sqoop開源工具將MySQL中的數(shù)據(jù)采集到Hadoop的HDFS中進行數(shù)據(jù)存儲，再通過Hadoop的數(shù)據(jù)倉庫工具Hive，對數(shù)據(jù)進行提取、清洗、轉化、加載，隨后使用分布式SQL查詢引擎Presto連接數(shù)據(jù)可視化工具，對提取和篩選后的數(shù)據(jù)進行可視化的呈現(xiàn)。如下表所示，項目的整體架構從數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)應用等不同層級進行支撐。

5 基于大數(shù)據(jù)的學籍預警管理系統(tǒng)的系統(tǒng)設計

本項目主要對學生各學期的學習成績進行分析與呈現(xiàn)，對數(shù)據(jù)信息的存儲和處理是重要的環(huán)節(jié)之一。根據(jù)項目的研究目標進行需求分析。

5.1 系統(tǒng)的功能需求

5.1.1 參與者的確定及用例的獲取

本項目涉及的參與者包括學生、教師、教研室主任、院長、管理員。不同的參與者有不同的需求，把這些需求轉化成用例。學生查詢自己的各學期的成績，包括課程所屬學期、課程性質、學分、周學時、正考成績、補考成績、重修成績并能修改自己登錄系統(tǒng)的密碼；教師查詢自己所教授科目的成績，教研室主任查詢本教研室所涉及專業(yè)課程的成績，院長查詢全院所有課程的成績信息。管理員可對其他參與者進行權限管理，同時可以添加修改相關的學生、教師、課程、成績等信息。

5.1.2 系統(tǒng)的模塊劃分

此項目存在一定的復雜程度，將其劃分成以下幾個模塊。

（1）用戶管理模塊

用戶管理模塊的核心任務是提供用戶的注冊、登錄、個人信息添加和修改功能。對于四種不同的參與者分別存在以下功能。

非管理員：通過本模塊添加個人信息、修改個人信息；個人信息包括密碼、手機號、郵箱等。

管理員：對已注冊用戶進行管理，包括對一些常常進行非法操作的賬號進行封禁和銷號等。

（2）成績查詢模塊

成績查詢模塊主要任務是管理學生的成績，各個學期各專業(yè)已修科目的正考成績，補考成績和重修成績。

（3）補考管理模塊

補考管理模塊主要任務是對學生正考成績數(shù)據(jù)進行處理，對于特定時間段正考不合格的同學給予補考通知。

不同權限的用戶可以查詢不同的補考信息明細并進行可視化的呈現(xiàn)。學生可以查看個人的補考信息，教師可以查看自己所授學科的補考信息，教研室主任可以查看本教研室的補考信息，院長可以查看全學院所屬專業(yè)的補考信息。

（4）重修管理模塊

重修管理模塊主要任務是對學生補考成績數(shù)據(jù)進行處理，對于特定時間段補考不合格的同學給予重修通知。

不同權限的用戶可以查詢不同的重修信息明細并進行可視化的呈現(xiàn)。學生可以查看個人的重修信息，教師可以查看自己所授學科的重修信息，教研室主任可以查看本教研室的重修信息，院長可以查看全學院所屬專業(yè)的重修信息。

（5）學籍預警管理模塊

學籍預警管理模塊的主要任務是對學生的補考次數(shù)，補考不合格門數(shù)達到一定數(shù)量，重修次數(shù)，重修不合格門數(shù)達到一定數(shù)量的同學發(fā)布學籍預警風險。

5.2 系統(tǒng)的非功能需求

由于目前本項目只是針對學生的成績來進行分析。為了后期全面推進數(shù)字化校園建設。除了學生成績的維度，還有其他的學生狀態(tài)與行為數(shù)據(jù)也可以進行數(shù)據(jù)分析與挖掘?？紤]到未來可能添加更多的功能，適當?shù)靥岣呦到y(tǒng)的可擴展性。因此，該系統(tǒng)采用分層設計，把各個功能模塊橫向劃分為顯示層，接口層，實現(xiàn)層。在本項目中這些層次對應著以下組件。

(1)顯示層：界面層；(2)接口層：業(yè)務工作層；(3)實現(xiàn)層：業(yè)務實現(xiàn)層；(4)其他實用組件：數(shù)據(jù)庫。

5.3 系統(tǒng)設計的核心點

（1）數(shù)據(jù)源

本項目的設計初衷是因為現(xiàn)有的成績管理對數(shù)據(jù)的分析與呈現(xiàn)不足。因此，對于數(shù)據(jù)的整合是本項目的第一個關鍵。原系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主要存放在MySQL數(shù)據(jù)庫中，幾年前由一家系統(tǒng)集成企業(yè)為學校定制開發(fā)。從我們所擁有權限來看，我們擁有的常規(guī)權限是到教務系統(tǒng)中將各學院各年級各專業(yè)的學生的成績數(shù)據(jù)以為Excel的形式導出。另外，還有一個方式可以省下一些精力。即請系統(tǒng)集成企業(yè)給一個接口，我們可以有權限連接他們的MySQL數(shù)據(jù)庫。這樣得到原始成績數(shù)據(jù)的方式就更快捷一些。出于項目的未來用途，本項目主要研究用于未來的教學實戰(zhàn)，輔助項目驅動的課程建設。所以，在獲取數(shù)據(jù)源上采用了導出Excel數(shù)據(jù)的形式。

（2）數(shù)據(jù)采集

本項目采用大數(shù)據(jù)技術支撐研究。因此從數(shù)據(jù)源到大數(shù)據(jù)體系必須經歷數(shù)據(jù)采集的過程。本次主要采用Excel文件類型的原始數(shù)據(jù)采集上傳到HDFS存儲?？紤]項目后續(xù)的擴展性，例如增加一些新的功能，預留了從MySQL數(shù)據(jù)庫采集數(shù)據(jù)。由于本項目不是單一的進行數(shù)據(jù)存儲處理，而是要通過大數(shù)據(jù)的相關組件來數(shù)據(jù)進行清洗和分析。因此，本項目最終確定的操作路徑是，把從原始教務系統(tǒng)下載的Excel表學生成績存入到MySQL數(shù)據(jù)庫中?；趯椖康男枨蠓治?，對數(shù)據(jù)的整合與規(guī)范進行初步的思考。

（3）數(shù)據(jù)存儲

在已經搭建好的Hadoop環(huán)境下安裝MySQL。然后運用Sqoop開源工具，將MySQL中的數(shù)據(jù)導入到HDFS存儲，為后續(xù)進行數(shù)據(jù)處理做好準備。

（4）數(shù)據(jù)處理

在這個環(huán)節(jié)，需要用到基于Hadoop的數(shù)據(jù)倉庫工具Hive。通過它對學生成績進行提取、轉化、加載。因為學生所屬的學院和專業(yè)不同，為了后期能更具體的呈現(xiàn)學生的成績情況并進行分析。因此，在本環(huán)節(jié)要充分考慮項目的整體需求和輸出的結果的落地性和相關性，進而在第一個環(huán)節(jié)考慮的數(shù)據(jù)的整合和規(guī)范思路，在此環(huán)節(jié)中進行具體實施。在Hive建表時充分融入管理思維，為后續(xù)進行流程優(yōu)化奠定基礎。Hive處理好數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)的同時，借助Presto分布式查詢引擎，對學生成績數(shù)據(jù)進行限定條件的分析，在龐大的學生成績數(shù)據(jù)中查詢中存在補考重修并多門學科存在補考重修的數(shù)據(jù)，以在補考管理模塊和重修管理模塊中得以呈現(xiàn)。

（5）數(shù)據(jù)應用

研究此項目的初衷是原有教務系統(tǒng)學生成績管理存在痛點。本項目以大數(shù)據(jù)的思維，采用大數(shù)據(jù)的相關技術棧進行技術重構的目標是體現(xiàn)數(shù)據(jù)的價值。基于前面的數(shù)據(jù)分析，在數(shù)據(jù)應用層，我們將接入數(shù)據(jù)可視化技術將Presto實時查詢和分析的數(shù)據(jù)進行更加生動的呈現(xiàn)，如柱狀圖，餅狀圖等。這樣，數(shù)據(jù)在各個職能部門的作用就變得更加鮮活，能夠在各自的業(yè)務范圍內更好的觀察數(shù)據(jù)，并支持管理決策，實現(xiàn)學生成績管理的流程閉關。

基于以上大數(shù)據(jù)思想及技術架構體系，通過原始數(shù)據(jù)的采集，解決數(shù)據(jù)存儲的問題，然后對學生成績進行數(shù)據(jù)提取、清洗、轉換和加載，設計符合功能模塊需求的hive表，再添加Presto分布式SQL查詢引擎連接數(shù)據(jù)可視化工具。兩相對比，此項目研究思路對于之前的半自動化的成績管理的現(xiàn)狀，將學生成績管理流程的前后銜接，對數(shù)據(jù)進行有效地分析和管理，有力的支持管理決策，同時學生及學生家長對于學生的成績也有清晰的了解。對學院的學風建設、教學管理，以及教學質量的提升和教學評價提供了有力的信息化保障。