Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công tác quản lý giáo dục mầm non, việc theo dõi giờ giấc sinh hoạt, chế độ dinh dưỡng và lịch trình học tập của trẻ đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa nhà trường, giáo viên và phụ huynh. Đồ án tốt nghiệp "Xây dựng hệ thống quản lý giờ giấc sinh hoạt của học sinh trường mẫu giáo tại Hải Phòng" do sinh viên Đặng Vũ Hiếu (ngành Công nghệ Thông tin, chuyên ngành Quản trị mạng, Trường Đại học Quản lý và Công nghệ Hải Phòng) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Thị Xuân Hương.

  • Lý do chọn đề tài và bối cảnh thực tiễn: Tác giả chỉ ra rằng việc áp dụng tin học vào quản lý hành chính và giáo dục là xu hướng tất yếu nhằm thay thế các quy trình thủ công vốn có tốc độ xử lý chậm, khó bảo quản hồ sơ sổ sách theo thời gian và phát sinh chi phí vận hành. Việc xây dựng một hệ thống thông tin chuyên biệt cho trường mẫu giáo tại Hải Phòng giúp chuẩn hóa dữ liệu, nâng cao tính chính xác và hỗ trợ người quản lý, giáo viên, phụ huynh dễ dàng giám sát quá trình sinh hoạt của trẻ.
  • Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu: Theo văn bản giao nhiệm vụ, đề tài thực hiện các nội dung cụ thể:
    1. Đặc tả chính xác các hoạt động nghiệp vụ quản lý học sinh tại trường mẫu giáo theo phương pháp phân tích thiết kế hướng cấu trúc.
    2. Phân tích và thiết kế hệ thống theo phương pháp có cấu trúc đầy đủ trên cả hai phương diện: Dữ liệu (Data) và Xử lý (Process).
    3. Viết chương trình thử nghiệm ứng dụng quản lý giờ giấc sinh hoạt của học sinh tại trường mẫu giáo/mầm non tại Hải Phòng dựa trên kết quả thiết kế hệ thống.
    4. Đảm bảo chất lượng đồ án tốt nghiệp theo yêu cầu đào tạo chính quy.
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
    • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình quản lý học sinh, lớp học, giáo viên, bài học, thời khóa biểu, thực đơn ăn uống và theo dõi nuôi dưỡng trẻ tại trường mẫu giáo.
    • Phạm vi không gian và địa bàn: Các trường mẫu giáo/mầm non tại thành phố Hải Phòng; quá trình thực tập và khảo sát gắn liền với Công ty TNHH Công nghệ và Dịch vụ Viễn thông Nam Việt và Công ty Cổ phần Đầu tư Tài chính và Công nghệ DataTech.
    • Phạm vi thời gian: Đề tài được giao ngày 31/10/2022 và hoàn thành ngày 18/02/2023.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án tổng hợp nền tảng lý luận về phân tích hệ thống thông tin quản lý và công nghệ phát triển ứng dụng web hiện đại:

  • Khung lý thuyết và mô hình sử dụng:
    • Phương pháp luận phân tích thiết kế: Phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống thông tin hướng cấu trúc (Structured Systems Analysis and Design) theo tài liệu của tác giả Lê Văn Phùng (2014, 2016) và Nguyễn Văn Vỹ (2002).
    • Mô hình phát triển: Sử dụng biểu đồ ngữ cảnh (Context Diagram), biểu đồ phân rã chức năng (BFD - Business Function Diagram), biểu đồ luồng dữ liệu (DFD - Data Flow Diagram) mức 0 và mức 1, mô hình liên kết thực thể (ERD - Entity Relationship Diagram) và mô hình MVC (Model-View-Controller).
  • Công nghệ và nền tảng lập trình:
    • Ngôn ngữ và Backend Framework: Ngôn ngữ lập trình C# (hướng đối tượng, biên dịch mã trung gian MSIL thực thi qua CLR), nền tảng ASP.NET Core tích hợp web server Kestrel và hỗ trợ mô hình Reverse Proxy (IIS, Apache, Nginx), quản lý phiên qua Cookie và Session.
    • Cơ sở dữ liệu: Hệ quản trị cơ sở dữ liệu quan hệ đối tượng PostgreSQL (Object-Relational DBMS), hỗ trợ đa dạng kiểu dữ liệu, cơ chế khóa, tính toàn vẹn (PK, FK, UNIQUE, NOT NULL), Write-Ahead Logging (WAL) và MVCC.
    • Frontend: HTML, CSS, JavaScript và CSS Framework Bootstrap 4 (hỗ trợ Responsive Web Design và Mobile-first).
  • Phương pháp nghiên cứu thực tế: Phân tích tài liệu chuyên ngành, mô hình hóa quy trình nghiệp vụ bằng biểu đồ luồng dữ liệu, chuẩn hóa dữ liệu quan hệ và lập trình thử nghiệm hệ thống phần mềm.
  • Nguồn dữ liệu và tài liệu tham khảo: Giáo trình Hệ thống thông tin quản lý (Lê Văn Phùng, 2016), Phân tích và thiết kế hệ thống thông tin quản lý (Nguyễn Văn Vỹ, 2002), Kỹ thuật phân tích và thiết kế hệ thống thông tin hướng cấu trúc (Lê Văn Phùng, 2014) cùng các nguồn tài liệu kỹ thuật trực tuyến từ W3Schools và Stack Overflow.

Thiết kế và triển khai

Hệ thống được thiết kế theo kiến trúc ứng dụng web đa tầng với sự phân định rõ ràng giữa tầng lưu trữ dữ liệu, tầng xử lý logic và tầng giao diện người dùng:

Kiến trúc công nghệ và vận hành

Ứng dụng ASP.NET Core sử dụng web server tích hợp Kestrel để tiếp nhận và phản hồi các truy vấn HTTP (GET, POST). Trong mô hình triển khai chuẩn, Kestrel có thể hoạt động độc lập hoặc kết hợp với Reverse Proxy bên ngoài (như IIS, Apache hoặc Nginx) nhằm tối ưu hóa hiệu suất và bảo mật.

Thiết kế cơ sở dữ liệu

Hệ thống sử dụng cơ sở dữ liệu PostgreSQL gồm 15 bảng dữ liệu được chuẩn hóa để lưu trữ toàn bộ thông tin nghiệp vụ và quản trị phân quyền:

STT Tên bảng (Table Name) Mô tả chức năng chính Khóa chính / Khóa ngoại tiêu biểu
1 class Lưu trữ thông tin danh sách lớp học PK: ClassID; FK: idTeacher, idSupporters
2 student Hồ sơ học viên và thông tin người đưa đón/phụ huynh PK: idStudent; FK: IDClass
3 lesson Quản lý nội dung và cấp độ các bài học PK: LessonID; FK: IDParent
4 nourishtrackdetail Chi tiết các chỉ mục đánh giá theo dõi nuôi dưỡng PK: NourishTrackDetailID; FK: IDNourishTrack
5 grade Thời khóa biểu học tập của các lớp PK: ScheduleID; FK: IDClasses
6 menu Quản lý thực đơn ăn uống hàng ngày PK: MenuID; FK: IDClasses
7 autoIncrementIds Quản lý giá trị khóa tự tăng cho các bảng dữ liệu PK: id
8 controllerProtectors Thiết lập quyền truy cập cho từng Controller PK: id; FK: idRight
9 rights Danh mục các quyền hạn trong hệ thống PK: id
10 menu (hệ thống) Cấu trúc cây menu điều hướng giao diện PK: id; FK: idRight, idParent
11 rightDetail Phân quyền chi tiết cho người dùng và chức vụ PK: id; FK: idUser, idJobTitle, idRight
12 userLog Ghi vết nhật ký hoạt động và thao tác người dùng PK: id; FK: idUser
13 province Danh mục Tỉnh / Thành phố quê quán và thường trú PK: id
14 district Danh mục Quận / Huyện PK: id; FK: idProvince
15 ward Danh mục Phường / Xã PK: id; FK: idDistrict

Môi trường thử nghiệm và triển khai giao diện

  • Cấu hình phần cứng thử nghiệm: Laptop Asus, vi xử lý Intel Core i5-6300U CPU @ 2.50 GHz, RAM tương thích.
  • Hệ điều hành: Microsoft Windows 10 64-bit.
  • Triển khai giao diện: Hệ thống xây dựng các màn hình chức năng bao gồm: Trang đăng nhập hệ thống (Hình 3.1), Trang quản lý lớp học, Trang quản lý học viên, Trang quản lý bài học, Trang quản lý theo dõi nuôi dưỡng, Trang quản lý thời khóa biểu, Trang quản lý thực đơn, Trang quản lý nhân viên và Trang quản lý nhóm quản trị.

Nội dung chính theo từng chương

Lời nói đầu

Trình bày tổng quan về vai trò của công nghệ thông tin trong đời sống kinh tế - xã hội và công tác quản lý. Tác giả nêu rõ sự cần thiết của việc xây dựng hệ thống thông tin quản lý giờ giấc sinh hoạt cho học sinh mầm non nhằm khắc phục tình trạng quản lý thủ công bằng sổ sách, nâng cao độ chính xác, tiết kiệm chi phí và hỗ trợ trao đổi thông tin giữa nhà trường và gia đình.

Chương 1: Tìm hiểu về lập trình web trên nền tảng C#/.NET Core và PostgreSQL

Chương này tập trung trình bày toàn bộ cơ sở lý thuyết kỹ thuật phục vụ việc xây dựng phần mềm:

  • Công nghệ Web và Frontend: Lịch sử World Wide Web, phân biệt trang web tĩnh và website động, cấu trúc tài liệu HTML, cú pháp và thuộc tính định dạng CSS (Box Model, Margins, Borders, Padding, Selectors), ngôn ngữ JavaScript và thư viện giao diện Bootstrap 4 với tính năng Responsive Design.
  • Ngôn ngữ lập trình C#: Khái niệm C#, quy trình biên dịch mã nguồn C# thành mã trung gian MSIL và biên dịch thực thi qua CLR. Các đặc trưng hướng đối tượng (trừu tượng, đóng gói, đa hình, kế thừa), hệ thống kiểu dữ liệu giá trị (byte, sbyte, short, int, long, float, double, decimal, bool, char), cú pháp khai báo biến, hằng, phương thức và lớp.
  • Hệ quản trị CSDL PostgreSQL: Lịch sử phát triển từ POSTGRES 4.2 tại Đại học California Berkeley, các ưu điểm về an toàn dữ liệu, chỉ mục (B-tree, GiST, GIN, BRIN), kiểm soát đồng thời đa phiên bản (MVCC) và các lệnh thao tác dữ liệu.
  • Nền tảng ASP.NET Core: Kiến trúc modular tối ưu hóa đám mây, cơ chế Dependency Injection (DI), Tag Helpers trong Razor, vòng đời hoạt động của Kestrel Server, vai trò Reverse Proxy và cơ chế quản lý phiên bằng Session và Cookie.

Chương 2: Phân tích thiết kế hệ thống

Tác giả tiến hành mô hình hóa bài toán quản lý giờ giấc sinh hoạt của học sinh mẫu giáo:

  • Mô tả bài toán nghiệp vụ: Xác định rõ vai trò của 3 tác nhân chính:
    1. Người quản lý: Quản lý toàn diện học sinh, lớp học, giáo viên, giờ giấc, thời khóa biểu, thực đơn và phân quyền nhân viên.
    2. Giáo viên: Quản lý học viên trong lớp, cập nhật bài học hàng ngày, ghi nhận tình hình sinh hoạt và liên lạc với người đưa đón.
    3. Phụ huynh: Được cấp tài khoản để theo dõi quá trình học tập, chế độ sinh hoạt, thực đơn và thời khóa biểu của trẻ, đồng thời gửi phản hồi về nhà trường.
  • Mô hình hóa chức năng: Thiết lập biểu đồ ngữ cảnh, biểu đồ phân rã chức năng (gồm 8 nhóm chức năng: Quản lý lớp học, Quản lý học viên, Quản lý bài học, Quản lý theo dõi nuôi dưỡng, Quản lý thời khóa biểu, Quản lý thực đơn, Quản lý nhân viên, Quản lý nhóm quản trị).
  • Mô hình hóa dữ liệu và luồng xử lý: Xây dựng danh sách 8 hồ sơ dữ liệu (ký hiệu từ a đến h), ma trận thực thể chức năng (CRUD), biểu đồ luồng dữ liệu DFD mức 0 và các biểu đồ DFD mức 1 cho từng phân hệ nghiệp vụ cụ thể.
  • Thiết kế dữ liệu chi tiết: Xây dựng mô hình thực thể ERD, xác định các mối quan hệ giữa các thực thể và đặc tả chi tiết 15 bảng cơ sở dữ liệu với đầy đủ tên trường, kiểu dữ liệu và ràng buộc khóa.

Chương 3: Hệ thống quản lý giờ giấc sinh hoạt của học sinh mầm non tại Hải Phòng

Chương này công bố môi trường thử nghiệm và kết quả triển khai giao diện hệ thống:

  • Trình bày thông số môi trường máy trạm thử nghiệm (Laptop Asus Intel Core i5-6300U CPU @ 2.50 GHz, Windows 10 64-bit).
  • Trình bày giao diện đăng nhập hệ thống và cấu trúc các màn hình điều khiển nghiệp vụ đã được hiện thực hóa dựa trên kết quả phân tích thiết kế.

Kết quả và đóng góp

  • Kết quả đạt được:
    • Hoàn thành đầy đủ hồ sơ phân tích thiết kế hệ thống hướng cấu trúc cho bài toán quản lý trường mầm non/mẫu giáo, bao gồm biểu đồ ngữ cảnh, BFD, DFD mức 0, DFD mức 1 cho 8 phân hệ và mô hình ERD.
    • Thiết kế hoàn chỉnh cấu trúc cơ sở dữ liệu quan hệ gồm 15 bảng trong PostgreSQL, đáp ứng lưu trữ từ dữ liệu nghiệp vụ (học viên, lớp học, dinh dưỡng, bài học, thời khóa biểu, thực đơn) đến dữ liệu quản trị hệ thống (phân quyền controller, menu, log người dùng, địa giới hành chính).
    • Triển khai thành công ứng dụng web mẫu trên nền tảng ASP.NET Core kết hợp C# và PostgreSQL, chạy thử nghiệm ổn định trên môi trường Windows 10.
  • Giải pháp và kiến nghị của tác giả:
    • Tin học hóa đồng bộ các khâu ghi nhận thực đơn, đánh giá nuôi dưỡng và thời khóa biểu theo ngày để phụ huynh có thể theo dõi trực tiếp.
    • Bổ sung thông tin người đưa đón học sinh vào hồ sơ học viên nhằm tăng cường an toàn cho trẻ tại trường mẫu giáo.
  • Đóng góp của đồ án: Cung cấp tài liệu thiết kế hệ thống chi tiết và mã nguồn thử nghiệm cho bài toán quản lý giờ giấc sinh hoạt mầm non, làm tài liệu tham khảo cho việc ứng dụng công nghệ mã nguồn mở (ASP.NET Core và PostgreSQL) vào quản lý giáo dục tại địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Theo phạm vi trình bày trong văn bản, đồ án tập trung chủ yếu vào khâu phân tích thiết kế hệ thống và xây dựng giao diện thử nghiệm trên môi trường máy đơn (01 máy tính cá nhân Asus Core i5). Đồ án chưa công bố dữ liệu kiểm thử tải quy mô lớn, chưa tích hợp cổng thanh toán học phí hoặc ứng dụng di động chuyên biệt cho phụ huynh.
  • Hướng phát triển: Mở rộng hệ thống để triển khai thực tế tại các trường mầm non trên địa bàn Hải Phòng, tối ưu hóa cơ sở dữ liệu khi lượng người dùng đồng thời tăng cao và tích hợp thêm các kênh thông báo tự động (SMS/Email/Mobile App) tới phụ huynh.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo phù hợp cho:

  1. Sinh viên ngành Công nghệ Thông tin, Kỹ thuật Phần mềm và Quản trị Mạng: Tham khảo phương pháp phân tích thiết kế hệ thống thông tin hướng cấu trúc hoàn chỉnh từ biểu đồ phân rã chức năng, luồng dữ liệu DFD đến thiết kế chi tiết bảng CSDL quan hệ.
  2. Lập trình viên phát triển ứng dụng web: Tham khảo cách tổ chức dự án web kết hợp backend ASP.NET Core (C#) với cơ sở dữ liệu PostgreSQL và giao diện Bootstrap.
  3. Cán bộ quản lý trường mầm non: Tham khảo cấu trúc phân rã các trường dữ liệu và nghiệp vụ cần thiết khi xây dựng phần mềm quản lý học sinh và chế độ sinh hoạt trong nhà trường.

Câu hỏi thường gặp

1. Đồ án sử dụng công nghệ và ngôn ngữ nào để xây dựng hệ thống?
Hệ thống sử dụng ngôn ngữ lập trình C# trên nền tảng ASP.NET Core kết hợp web server Kestrel, cơ sở dữ liệu PostgreSQL và giao diện web xây dựng bằng HTML, CSS, JavaScript và Bootstrap 4.

2. Hệ thống quản lý bao gồm những phân hệ chức năng chính nào?
Hệ thống gồm 8 nhóm chức năng chính: Quản lý lớp học, Quản lý học viên, Quản lý bài học, Quản lý theo dõi nuôi dưỡng, Quản lý thời khóa biểu, Quản lý thực đơn, Quản lý nhân viên và Quản lý nhóm quản trị.

3. Cơ sở dữ liệu của đồ án được thiết kế gồm bao nhiêu bảng?
Cơ sở dữ liệu được thiết kế gồm 15 bảng: class, student, lesson, nourishtrackdetail, grade, menu, autoIncrementIds, controllerProtectors, rights, menu (hệ thống), rightDetail, userLog, province, district và ward.

4. Phụ huynh học sinh được phân quyền sử dụng những tính năng gì?
Phụ huynh được cấp tài khoản để theo dõi quá trình học tập, bài học, chế độ sinh hoạt, thực đơn hàng ngày, thời khóa biểu của học sinh và gửi ý kiến đóng góp cho nhà trường.

5. Môi trường phần cứng và hệ điều hành dùng để thử nghiệm hệ thống là gì?
Hệ thống được thử nghiệm trên Laptop Asus cấu hình vi xử lý Intel Core i5-6300U CPU @ 2.50 GHz, chạy hệ điều hành Microsoft Windows 10 64-bit.


Kết luận

Đồ án tốt nghiệp của sinh viên Đặng Vũ Hiếu đã giải quyết trọn vẹn nhiệm vụ phân tích, thiết kế và lập trình thử nghiệm hệ thống quản lý giờ giấc sinh hoạt của học sinh trường mẫu giáo tại Hải Phòng. Đề tài vận dụng phương pháp luận phân tích thiết kế hướng cấu trúc kết hợp với công nghệ lập trình web ASP.NET Core và hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL. Kết quả đồ án thể hiện qua hệ thống 15 bảng dữ liệu chuẩn hóa và giao diện quản lý đa phân hệ, đáp ứng yêu cầu nghiệp vụ quản lý giáo dục mầm non trong thực tiễn.