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高实时性分布式一卡通教室考勤系统建设

  2017-06-07   来源:培训学校管理软件 
1 建设背景 课堂教学是对学生进行价值塑造、知 识 传 授、 能力培养、品行养成的主战场,结合“互联网+”,利 用大数据手段保障第一课堂教学质量,成为高校坚 守人才培养主阵地的重要保障.西安交通大学以提 升课堂教学质量为目标,从2015年开始逐步对校 内教学楼宇进行智能化改造,建成集课程录播、互 动教学、交流研讨等多功能、高规格的智能教室,将 互联网技术和云计算技术渗透到日常的教学管理 过程中[1] .提出对课堂教学质量进行综合评价,改 变了传统评价考核模式,实现考核指标从模糊宏观 到量化精准、考核频率每学期制到常态持续、考核 对象从部分随机到全面覆盖、考核阶段从事后评价 到实时动态的转变. 到课率是评价课堂教学质量的重要基础指标 之一.目前,高校课堂教学普遍存在迟到、早退、旷 课现象严重,到课率不高的问题[2] .传统的 人 工 点 名考勤方式效率低下、准确性差、数据汇总困难,对 学生的出勤情况不能及时掌握,无法满足新的评价 体系下“精准考勤”的要求.国内很多高校开始利用 信息化技术手段,建设各类教务考勤系统来替代传 统人工点名考勤,但大多处于试点探索阶段,没有 进行大规模推广应用[3-6] . 经过多年发展,校园一卡通在高校校园中的应 用日益广泛,校园卡已替代传统的学生证、借书证、 就餐卡,形成了集日常消费、身份识别、校园管理等 各类校园服务于一体的平台.借助这一平台,我们 研发了基于校园一卡通的教室考勤系统,大大提升 了课堂考勤效率和准确性,为教学过程跟踪管理和 教学效果评价提供了新的技术手段。
2 需求分析 一卡通教室考勤系统的主要功能是利用学生 所持校园卡(智能卡)为身份识别的物理载体;学生 上课前在教室里的考勤机上刷卡,形成刷卡流水数 据;结合一卡通系统中的身份数据和教务管理系统 中的排课数据以及调停课数据,综合计算最终形成 学生考勤数据. 一卡通教室考勤系统是为课堂教学,教学管理 和教学效果评价服务的,这要求系统必须具备高可 靠性和高实时性. 高可靠性:学生的考勤结果与期末课程成绩密 切相关,到课率也是任课教师课堂教学效果的重要 评价指标,因此考勤结果必须做到准确无误,这就 要求在系统设计中必须考虑整体的可靠性.采用分 布式架构设计是一种比较可行的办法,要求考勤终 端除具备收集学生刷卡流水数据的能力外,还必须 具备一定的存储能力:在网络发生故障时,能够暂 时刷卡流水数据,待网络恢复后,能够及时上传流 水数据;同时要求考勤终端具备一定的人机交互功 能:能够显示当前课程相关信息、考勤终端自身的 工作状态、刷卡是否成功等等. 高实时性:课堂教学的时间是非常宝 贵 的,广 大师生非常关心考勤结果数据是否正常,学生刷卡 后希望马上看到成功考勤的结果,任课教师也希望 在课前短暂的几分钟时间里掌握本节课到课情况, 因此要求系统具备较高的实时性。
系统的用户分为以下四类:上课学生、任 课 教 师、教务管理人员、系统管理员.各类用户的主要需 求如表1所示. 表1 主要功能需求 上课学生 查看课表信息、查询考勤明细、查看考勤汇总信息 任课教师 查询学生考勤记录明细、查看课程考勤情况统计、 考勤信息修正(为 请 假、忘 带 卡、卡 丢 失 等 特 殊 情 况学生补录考勤信息),调停课处理 教务管理人员 查询考勤记录明细,按 课 程、任 课 教 师、学 院 等 维 度统计的到课情况报表 系统管理员 考勤机在线、离线 状 态、考 勤 机 与 教 室 绑 定 关 系、 作息时间等预设运行参数设定等后台功能 考勤数据除提供给上课学生、任课教师和教学 管理人员查询外,还需通过数据接口的方式提供给 其他应用系统(如教务系统、综合评教系统)使用. 根据考勤数据产生的到课率信息,通过安装在教学 楼宇显著位置的大屏幕实时播报显示。
3 系统设计与实现 根据上述需求分析,我们设计一卡通考勤系统 分布式架构如图1所示. 图1 系统架构 上课学生的刷卡流水数据通过智能考勤终端 采集.考虑到建设工期和稳定性,考勤机采用了市 场上成熟的商业产品.基本规格为arm9核心架构 可开发的智 能 终 端,配 置 TFT 高清 液 晶 显 示,可 24小时不间断长时间工作.考勤机具备存储功能, 要求至少保留10天的刷卡原始数据.前置服务器 一般部署在各教学楼宇,负责收集智能考勤终端采 集的刷卡流水数据,然后转存至原始刷卡流水数据 库.这样的设计实现了数据2级分层存储,在发生 网络故障时,可以将故障影响限制在最小范围,大 大提高了系统整体的可靠性. 利用数据交换工具,将原始刷卡流水 数 据、一 卡通系统中的学生身份数据、教务系统中的排课数 据、调 停 课 系 统 数 据,抽 取 并 经 过 适 当 的 清 洗、转 换,最终形成考勤结果数据存放至考勤系统数据库 (图2). 图2 数据交换过程 为了实现系统高实时性的要求,我们对数据交 换程序进行了反复的优化,在保证数据准确性的前 提下,尽可能提升数据交换程序的执行效率,缩短 执行间隔,目前已做到每10秒完全执行一次.经测 试,在网络通畅的情况下,刷卡流水数据到上传至 原始刷卡流水数据库的时延不超过5秒;因此理论 上,从学生刷 卡 到 产 生 考 勤 结 果 的 时 延 不 超 过15 秒.实际测试的时延稍长,约为5秒至30秒,基本 上满足高实时性的需求。
4 系统主要功能 面向上课学生提供的主要功能如图 3.主 要有: 1)提供学生当前学期所有课程列表,截止上 周本学期考勤统计. 2)展示当前学期的电子课程表,并提供查看 每堂课的详细上课地点. 3)查询所有考勤信息 面向任课教师的主要功能如图4,主要有: 1)展示教师个人信息,学期课程信息及本周 考勤统计信息. 2)展示当前学期任课教师当前周电子课 程表. 3)考勤信息查询及更正,可查询一个时间段 内每门课的到课信息,并可查看每个学生本节课刷卡记录,查询 数 据 支 持 以excel表格 形 式 导 出.可 批量修改学生状态为“缺勤”“请假”“正常”. 4)考勤汇总,按课程名称查询所教课程一个 时间段内每个学生到课情况,查询数据支持以ex- cel表格形式导出. 上课学生可通过微信查看实时考勤刷卡记录; 任课教师可通过“上课点名模块”,清晰地查看当前 课堂应到、实到、缺勤人数统计,以及每个学生的出 勤情况,并有权修正学生出勤状态(图5). 图5 微信查询和上课点名模块 5 应用效果 经过两期建设,目前一卡通考勤已覆盖160多 间教室,每日考勤课程超过220节,刷卡考勤超过 18000人次.系统 自2015年第一学期开学启用以 来,平均到课率有明显的提升,从2015年第一学期 不足80%,提升到2016年第 一 学 期 超 过90%.考 勤系统将考勤结果数据反馈给教务系统,作为课程 结束后考试资格审查的重要依据;“综合评教系统” 提供数据,实时反映和跟踪每节课的到课情况,结 合一卡通消费数据、宿舍门禁数据、图书馆门禁数 据等,可进行未到课学生的去向分析.自动精准地 知会未按时到课的学生,增强师生的纪律要求,严 肃教学秩序,使师生更加敬畏课堂. 6 结束语 课堂教学是高校最重要的业务活动之一.基于 一卡通的教室考勤系统方便快捷、准确高校,已完 全替代传统的人工点名方式,使得教务考勤真正做 到了“量化精准、常态持续、全面覆盖、实时动态”, 可为教学过程精细化管理和教学质量的综合评价 提供重要的基础数据。

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