大学物理实验成绩管理系统的设计与实现

2021-04-29陈平

科技与创新 2021年8期

陈平

大学物理实验成绩管理系统的设计与实现

陈平

（贵州大学物理学院，贵州贵阳 550025）

结合贵州大学物理学院物理实验教学示范中心实际，采用主流的B/S模式和Django开源框架技术开发了大学物理实验教学成绩管理平台，实现了对学生成绩的规范化、信息化管理。降低了教师工作量，提高了学生成绩信息准确度，便于查找和存档。平台对实验成绩的多维度分析有利于提高教学质量和学生学习质量。

成绩管理平台；实验室教学；物理实验；实验操作能力

1 引言

“大学物理实验”是高等学校理工类专业学生的一门公共必修基础课程。“大学物理实验”可以帮助学生学习掌握物理理论知识，为大学物理课程提供实验基础，同时可以提高学生的动手能力，培养学生的实验操作能力和良好的实验学习习惯[1]。

本校的大学物理实验中心提供了包括经典力学、光学、电学等多个物理实验，涉及理、工、农、林、生等专业。学生人数多，授课教师教学任务重，对学生实验成绩进行汇总处理的工作量很大。

为适应实验室管理的需要，便于实验中心对学生成绩进行规范化、信息化管理，提高教学质量和学习质量[2]，开发了基于B/S架构的大学物理实验室成绩管理系统，以方便管理实验成绩。管理教师可以自主进行删除、增加和修改数据库的操作，授课教师可以通过互联网随时访问数据库。减少了教师工作量，提高了学生成绩信息的准确度[3]。

基于B/S架构的大学物理实验室成绩管理系统具有以下优点：方便易用，零客户端维护；易于操作的人、机界面，方便录入与查询成绩；基于RBAC的权限控制，灵活安全；具有良好的可扩展性和数据分析功能[4-5]。

2 系统设计

2.1 技术架构

本系统采用Django开源框架[6]，Django是一个开放源代码的Web应用框架，由Python写成，采用了MTV的框架模式，即模型M、视图V和模版T，该框架具有良好的开放性、扩展性；后台数据库采用了开源的Mariadb关系型数据库，具有灵活、高效，维护成本低等特点。Django框架的运行原理如图1所示。

图1 Django运行原理图

2.2 系统功能设计

2.2.1 成绩录入

成绩采用百分制。在每个学期初排课，因为法定节假日、活动安排等原因导致不能完成的实验课，要对放假、请假等情况做相应标注，并且统计平均成绩时对因放假或活动安排等因素导致无实验成绩的，排除在统计之外。

由一个或多个专业的学生组成一个实验班，按1PA、1PB、1PC等进行编号；学生成绩要能批量录入，一般以实验班的成绩作为一个批次录入。重修学生可以根据自己的时间安排参加到相应的实验中，单独录入重修成绩。

2.2.2 成绩查询

查询成绩时，可以根据学生的班级名称、所属实验班、学生的姓名、学生的学号等条件进行查询，查询结果显示每次实验成绩及平均成绩。如成绩有误或有学生名单遗漏等，允许修改添加并重新计算。

2.2.3 批量导入、导出功能

学生的信息由教务处提供，学生名单为Excel格式，由班级、学生姓名、学号、实验班等项构成，批量录入学生的信息，减少工作量，也减少人为因素造成的信息错误。

实验成绩按学生班级分开，以Excel格式导出，并上报教务处备案。

2.2.4 异常成绩的展示

录入成绩功能中，人机交互界面设定了学生分数为0～100，但是在输入过程中，人为因素难以避免，通过异常成绩展示可以展示实验分数过低的学生成绩，以便管理人员分析是因为人为错误还是因为学生旷课等因素导致实验分数过低。

2.2.5 实验成绩的多维度分析

通过对实验成绩的多维度分析，可以找到规律，在开始一些有一定难度的实验前有针对性地对学生进行辅导，提示实验中一些易错的环节，提高学生的实验成绩，也可以对一些实验成绩不佳的专业提出工作建议，找到该专业学生实验成绩不佳的原因。不同专业实验成绩分析如图2所示，可以发现某些专业的学生实验成绩偏低。

图2 不同专业实验成绩分析图

3 系统实现

3.1 系统运行环境

选择了安全、低维护、稳定的CentOS7开源操作系统；数据库采用了Mariadb开源数据库，该数据库是mysql的替代产品；Web服务器采用了低内存占用、高并发的轻量级的Nginx；服务器网关接口采用了uwsgi；前端采用了Bootstrap开源框架，支持Firefox、Chrome、Edge等浏览器及移动端访问。系统逻辑结构如图3所示。

图3 系统逻辑结构图

3.2 数据库设计

在Django框架中默认提供了强大的ORM（对象关系映射）功能，只需要面向对象编程，不需要面向数据库编写代码，对数据库的操作都转化成对类属性和方法的操作，而且屏蔽了不同数据库操作上的差异，使得不再关注使用的是mariadb、oracle，还是PostgreSQL，通过简单配置就可以轻松更换数据库, 而不需要修改代码。但是在映射过程中会有性能损失，为此对数据库进行了性能优化，用以提高用户的访问响应速度。