校园安全教育APP的设计与实现

校园安全教育APP的设计与实现

摘要

现今社会数字化飞速发展，用户对教育行业数字化的需求也随之扩大，线上的校园安全教育不仅可以协助高校学生进行日常校园安全知识的学习，还可以参与到初中、高中等阶段的安全教育过程中，通过对学生进行安全教育，促进学生全面发展。自 2020 年新冠疫情以来，社会各项活动都受到严重影响，为保障教育工作正常进行，国家教育部号召师生“停课不停学”，很多学校为积极响应此项政策选择通过线上模式进行教育工作，由此为众多在线教育 APP 提供了发展完善的沃土，提高了我国教育行业的整体数字化程度。教育行业数字化要求将教学工作结合移动应用，可以激发学生的学习兴趣，促使学生将碎片时间利用起来，为课堂教学提供辅助作用，且能避免人群聚集，保障教师和学生的安全。为丰富教学信息的获取途径，拓展学生的学习空间，充分发挥校内外教学资源价值，设计开发一款以校园安全教育为主题的 APP 很有必要。
校园安全教育 APP 的开发工具主要包括 AndroidStudio、MyEclipse 和 MySQL 数据库，主要面向于校园，为教师和学生提供线上教学服务。本系统分设三种权限：管理员、教师和学生。管理员可实现用户账号信息管理、课程信息管理、公开题库管理等功能；教师可实现创建课程，上传、编辑课程中的教学内容，发布作业，查看学生学习情况，发出督学警告等功能；学生可以实现加入课程并学习，在学习过程中，学生可以查看自己的学习进度，还可以加入公开课程，在题库模块进行自主学习测试等功能。
最终经过测试，结果显示使用该系统可以有效辅助学校进行校园安全教育工作，一定程度上节约了教学资源。

第 1 章 引言

1.1 系统开发背景

自 2020 年新冠疫情以来，社会各项活动都受到严重影响，为保障教育工作正常进行，国家教育部号召师生“停课不停学”，很多学校为积极响应此项政策选择通过线上模式进行教育工作，由此为众多在线教育 APP 提供了发展完善的沃土，提高了我国教育行业的整体数字化程度。对于学生的校园安全教育也顺其自然地由线下转换到线上，校园安全教育 APP 主要面向校园，服务于教师和学生。从传统线下面授到个性化强、资源丰富的在线课堂教学，从学生被动学习到自由度更高的自主学习，校园安全教育 APP 为教育方式的转变提供了可实现的途径。
现今社会数字化飞速发展，用户对教育行业数字化的需求也随之扩大，线上的校园安全教育不仅可以协助高校学生进行日常校园安全知识的学习，还可以参与到初中、高中等阶段的安全教育过程中，对学生进行安全教育，促进学生全面发展。把教学工作与移动应用相结合，激发学生的学习兴趣，促进学生充分利用闲暇时间，辅助课堂教学；实现获取信息的多样化，拓展学习空间，充分发挥校内外教学资源价值。

1.2 系统开发意义

当今我国社会逐渐向信息化社会转变，在线教育已经是一个倍受国家关注的重要发展战略。国内现有的校园安全教育方法一般是教师对学生进行课堂式或讲座式的现场教育教学，这样的方式不仅费时费力，教师还无法根据学生的实际学习情况针对教学内容进行调整，导致教学效果未达到理想的程度。
本系统可为教师和学生提供解决这些问题的方式：系统的编辑课程内容、发布测试、查看学生学习情况等功能能够帮助教师快速发布教学内容，方便教师备课，同时能为教师提供学生学情数据，实时掌握教学进度和学生的完成情况，试题自动审批也减轻了教师的教学负担。此外，校园安全教育 APP 的应用还可以提高学生学习的自主性，将教学工作结合移动应用，激发学生的学习兴趣，把学生的碎片时间利用起来，为课堂教学提供辅助作用；实现获取信息途径的多样化，使学校内外的教育资源得到最大程度的利用。

1.3 国内外研究现状

当前，我国高校师生自身缺乏相关的安全教育知识，对学校的安全教育还存在宣传不到位、教育不到位、警示不到位等问题。在学生安全教育工作被高度重视的情况下，仍然有大部分高校对学生的安全教育力度不足，仅仅在一些特殊教育日期间开展安全教育工作，这样的教育形式显然无法满足师生需求，更无法促使师生将安全教育时刻紧记心间。因此，高校要充分利用互联网优势以及现有的网上资源，进行教学手段的改革创新。
国内行业的在线教育类 APP 中，根据功能的不同可分为网校视频类，真题题库类，作业答疑类，实时辅导类等，其中具有一定代表性的包括 MOOC 慕课视频、超星学习通、猿辅导、钉钉等，能够解决大部分的教学需求，但是目前市场上针对学生校园安全的教育 APP的数量较少，且主要集中在中小学生的校园管理活动，大学生在进入校园后也应当接受一定安全教育，因此此方向发展研究亟需完善。
国外学者对在线教育 APP 的研究早于国内，早在 20 世纪 90 年代初，美国便提出了在线教育、移动学习的概念。起初在线教育主要用于就业指导，但随着时代的进步，各个方向的 APP 也逐渐完善。美国有些学校已经开始在信息技术领域加入有关安全意识的教育课程；新西兰在大学中也陆续开设专业安全教育课程，但仅仅依靠开设课堂的教育形式依旧无法满足学生的需求。Fred Cohen 在其发表的文章中提到以网络为载体，开展安全教育能够有效改善目前传统教育受众小的现状，即使网络平台的师生互动性、实践性与传统课堂无法相比，但在如今网络技术如此成熟，安全教育需求迫切的情况下，在线安全教育也无疑是理想的选择。

1.4 课题主要研究内容

本系统共设有三种权限：管理员、教师和学生。管理员端基于 JSP 开发，教师和学生端基于 Android 开发，数据库采用 MySQL 数据库。管理员能实现对用户账号信息、课程信息、公开题库的题目信息等的管理；教师能实现对个人信息、创建的课程信息、课程班级成员等的管理，以及督导督学等功能；学生能实现个人信息管理、添加或退出课程、学习并完成作业、查看学习进度等功能，具体包括以下流程：
（1）管理员可以对用户信息、公开题库的题目信息、课程信息进行管理。
（2）教师可以创建课程，编辑课程中的教学内容，发布作业，待学生加入后可查看学生学习情况，据此发出督学警告。
（3）学生可以在全部课程中加入公开课，也可以根据教师提供的课程号加入课程并学习；在课程中，学生可以完成教师发布的作业，查看自己的学习进度以及学习记录；还可以点击首页的知识训练，选择模块后进行题目练习。

第 2 章 系统分析

2.1 系统可行性分析

2.1.1 技术可行性分析

本系统主要采用 AndroidStudio、MyEclipse 和 MySQL 数据库进行开发。MySQL 数据库能够安全、迅速、高效率地加工大量数据，并且保持数据的精确性，使用 Navicat 工具将数据库可视化，便于开发过程中的调试；AndroidStudio 与夜神模拟器结合使用，可以在开发时模拟运行手机应用程序，方便快捷，利于随时模拟和调整程序中的功能实现。MyEclipse 可以编译 java 语言，配合 tomcat 部署系统项目。以上技术经长期使用，已经具有较高的成熟度和可操作性，能够满足开发的需要。

2.1.2 经济可行性分析

本系统管理员部分采用稳定的 B/S 模式，管理员无需下载应用程序，通过浏览器即可登录系统进行日常的管理工作。框架具有通用性，开发与后期维护成本较低。学生和教师部分采用 C/S 模式，此模式具有交互性强，响应速度快，能够迅速处理大量数据的优点，符合用户对系统操作性能、响应速度的预期。系统主要的开发工具均可免费试使用，包括 AndroidStudio、MyEclipse 和MySQL 数据库等。在系统开发过程中不会产生其他费用，但系统实施后却可以为用户节约大量的时间、空间和精力，带来的效益远超投入。

2.1.3 操作可行性分析

由于计算机和手机的普及，系统上线后，用户可以直接登录网页或者将程序下载至手机中使用。Web 端为管理员端，界面简洁，操作简便，易于理解。手机端为用户端，在界面简洁，操作便捷的基础上，能够迅速实现前后端数据实时交互，对用户的操作做出响应，为用户带来良好的使用体验。

2.1.4 社会因素可行性

本系统在保证内容安全的前提下，不会触犯任何国家的法律法规，对于可能出现的用户重要信息泄露的问题，系统将会加强管理人员的专业素养，逐步完善相关的系统安全保障措施。本系统操作简便，基本上不会给使用者带来任何麻烦，且对于学校来说，教师与学生都有良好的学习和适应能力，可以很好的利用本系统。

2.2 系统需求分析

本系统的目标是以 B/S 框架为基础，使学校的师生可以通过手机 APP 完成日常的校园安全教学工作，另外辅以 C/S 框架的管理员模块，实现对于账号信息，课程信息等的管理工作。旨在解决当前疫情形势下，线下教学工作难以持久的问题，为高校的教育教学改革探索出一条可行的途径。

2.2.1 管理员模块

管理员管理用户账号信息，课程信息与题库信息，具体包括新增账号、查询账号信息、修改和删除账号信息；新增课程、根据课程关键字查询课程信息、修改和删除课程信息；新增题目、根据题目关键字检索题目、修改和删除题目。

2.2.2 学生模块

校园安全教育 APP 首页顶端显示课程的搜索框，其次是展示热门课程的轮播图，下滑页面后，分别展示本项目的三大板块：课程、消息和练习题库；在课程搜索板块，学生可以输入课程关键字，进行模糊查询；课程板块可以看到本系统中的全部课程，学生点击查看详情后决定是否加入该课程；消息板块可以查看学生的所有消息通知；练习题库板块包含校园安全的三个基本项目：校内安全、交通安全和消防安全，学生可以在本模块进行练习。我的课程模块中，学生可以点击我的课程进行学习、点击我的作业完成课程作业、查看班级成员、查看学习记录以及退出课程；个人信息模块能够查看和修改个人信息，退出账号。

2.2.3 教师模块

教师可以在首页搜索、查看其它课程，查看相关的通知，进行知识训练。在我的课程模块中，教师可以创建新课程，编辑课程内容及作业，查看课程班级学生及其学习进度，适时督学；在我的页面中，可以对账号信息进行修改。

2.2.4 系统用例分析

（1）用户分类用例图
本系统共划分为三级权限，包括管理员、教师和学生。
（2）管理员功能用例图
管理员管理用户账号信息、课程信息、题库信息，包括对用户账号的新增、查询、修改和删除；对课程的新增、查询、修改和删除；对公开题库中的题目新增、检索、修改和删除。
（3）教师功能用例图
教师可以查看课程、查看消息、创建课程、编辑课程内容、发布作业、查看加入学生的情况、发送督学通知、结束课程、修改个人信息。
（4）学生功能用例图
学生可以在首页的全部课程内浏览所有课程，在消息页面查看自己收到的所有消息，在题库页面进行题目练习；在我的课程模块加入课程、学习课程内容、完成作业、查看班级同学列表、退出课程；在我的信息模块查看、修改个人信息。

第 3 章 相关技术介绍

3.1 Android 技术

Android 是目前移动平台最受欢迎的操作系统，是一种由四大部分组成的分层架构，包括应用程序层、应用程序框架层、系统运行库层和 Linux 内核层。Android 所具有的系统开源性和跨平台性，使程序能够应用于各种硬件设备，而不局限于单一的移动设备。

3.2 MVC 框架

3.2.1 Android+MVC 框架

在 Android 应用开发的过程中使用的 MVC 框架，即 Model View Controller 框架，是当前软件应用开发中一种常见且成熟的架构。此框架分离了业务逻辑和数据显示，用户在页面上的的动作会调用部件中的业务逻辑，结果显示至视图中，以此实现系统数据的动态交互，在此框架基础上开发的应用程序能在不重复编写业务逻辑的情况下被改进和个性化定制。
在主线程运行时开启子线程，与服务器进行数据交互，可以使得运行环境更加安全且便于管理，减少了内存溢出的情况，且能保证系统运行时保持较高的性能。

3.2.2 JSP+MVC 框架

MVC 模式即模型-视图-控制器模式，其本质是一种适用 Java 语言的 Web 框架。MVC 框架与 JSP 结合后，用户在 JSP 界面进行操作时，会调用Servlet，Servlet 通过 javaBean 操作数据库。由 Web 资源包装器 RequestDispatcher 将 javaBean 的处理结果交给 JSP 页面，JSP 页面将内容输出给用户。由于三个模块的独立性，此模式下构建的组件结构具有良好的松耦合性，代码的可重用性以及应用程序的灵活性和可控制性大大提高。

3.3 MySQL 数据库

MySQL 是一款成熟高效的数据库系统，目前能够被许多中小型网站和企业采用，得益于其体积小、总体拥有成本低的特点。另外，使用数据库管理工具 Navicat 将数据库图形化，简化数据库管理操作，使数据库中的数据一目了然，在操作数据库的语句出现错误的情况下，也能迅速检查出错误并及时修改。

第 4 章 系统设计

4.1 系统总体设计

本系统的设计与实现，主要包括系统后台管理端和校园安全教育手机应用端。系统后台管理端实现管理员的功能，包括用户账号信息管理模块、课程信息管理模块和公开题库信息管理模块。校园安全教育手机应用端主要包括首页模块、我的课程模块和个人信息模块，当不同权限的用户登录时，会展示不同的界面并实现对应功能。

4.1.1 系统总体结构图

校园安全教育系统将用户权限划分为学生、教师和管理员三种，对每种用户可实现的功能进行约束。

4.1.2 业务流程分析

学生用户首先注册账号，登录后可以通过首页或者课程码加入课程，在我的课程模块进行课程学习，课程中可以查看班级成员、学习进度和学习记录，查看此课程的通知，退出课程。教师用户先注册账号，登录后，可以创建新课程，编辑课程内容，待学生加入后，查看学生学情，适时进行督学督导，课程结束后可以进行删除课程的操作。

4.1.3 系统模块分析

校园安全教育系统划分为学生和教师可登录的 Android 客户端和管理员可登录的 Web后台管理端两部分，以实现不同权限的用户各自的功能。Android 客户端的个人信息模块主要实现了用户个人信息的查看、修改以及退出登录等功能；系统首页模块主要实现课程的查询、查看与加入，查看收件箱，题目练习等功能；我的课程模块主要实现了创建或加入新课程、查看我的课程、教师编辑课程内容和发布作业、学生学习课程内容和完成作业等功能。Web 后台管理端分为四大模块，分别是学生账号信息管理，教师账号信息管理，课程信息管理，公开题库的题目信息管理，每个模块实现对应信息的新增、查询、删除和
修改功能。

4.2 数据库设计

4.2.1 数据库 E-R 图

校园安全教育系统的数据库 E-R 图。

4.2.2 数据库逻辑结构设计

数据库表。

第 5 章 校园安全教育系统的实现

第 6 章 系统测试

6.1 测试概述

在系统的开发和设计过程中，需要随时进行系统功能测试，以确保系统功能正常实现。软件测试包括两种方法，静态测试和动态测试，动态测试通常分为白盒测试和黑盒测试这两种，白盒测试就是了解系统程序内容结构与处理方式，编写测试用例并测试系统的结构，黑盒测试是基于理解系统功能来构建测试的，可以验证系统的所有功能是否可以使用。本系统使用白盒测试，依次检验功能是否能够按照预想的结果执行，即对程序的每条运行路径都进行测试。

6.2 测试详情

结论

经过几个月学习、探索和实践，设计并开发出了以 Android 为基础的校园安全教育系统。在本系统的开题阶段，通过制作并收集调查问卷了解了用户画像，在参考了大量相关的文献资料后，完成了毕业论文开题工作；在系统开发阶段，学习了关于 Android 应用和JSP 系统应用的相关知识，最终完成了校园安全教育系统并且达到了理想的效果。
校园安全教育的安卓端使用了 AndroidStudio 开发工具，学习了新的安卓组件以及适配器等知识并加以应用，后端主要运用 MyEclipse、MySQL 数据库等工具进行开发。本系统分设三种权限，安卓端分为教师与学生，后端为管理员。教师可实现创建课程、编辑课程内容、发布作业、查看学生学情、督导督学等功能；学生可实现加入课程、学习课程内容、完成作业、查看班级成员、退出课程等功能；管理员可实现对账号信息、课程信息、题库信息的管理功能。本系统突出实现了课程模块以及题库模块，在功能实现的基础上设计了简洁美观的界面，为用户带来良好的体验感。
目前，本系统已满足了教师和学生的基本需求，但还需要进一步完善：
（1）教师在编辑课程内容时，内容种类不够丰富，若可以实现不同资源的上传，也可以使本系统对教学资源的节约作用更加显著。
（2）教师在查看学生的学情时，只是显示了学生学习的百分比进度，未实现数据随时间变化的可视化，若能将每位学生的数据更加详细地显示出来，将更便于教师了解每位学生情况。
（3）学生的题库测试过程中只能实现按照题目顺序的练习，未实现自定义试卷和自动组卷功能，若能将此功能完善，相信题库模块也会成为本系统的吸睛之处。
总之，通过系统的实施，希望能够不断地完善本系统的功能，在提升数据安全和用户体验的同时，为师生们提供更加个性化的服务，提高教学质量和效率！