Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong công tác quản lý giáo dục tại các trường Trung học Phổ thông (THPT), khối lượng thông tin liên quan đến học sinh, giáo viên, phân công giảng dạy, điểm số và kỷ luật là rất lớn. Bài báo cáo kết thúc học phần Công nghệ phần mềm với đề tài "Quản lý học sinh" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Ngoại ngữ - Tin học Thành phố Hồ Chí Minh (HUFLIT) dưới sự hướng dẫn của giảng viên Nguyễn Tấn Khoa vào tháng 07/2023.

Nghiên cứu tập trung vào việc chuẩn hóa quy trình nghiệp vụ và xây dựng giải pháp phần mềm quản lý học sinh áp dụng cho mô hình trường THPT (khảo sát điển hình theo cấu trúc Trường THPT Nguyễn Du). Các nhiệm vụ cụ thể được xác định trong đồ án bao gồm:

  1. Khảo sát và phân tích mô hình cơ cấu tổ chức nhà trường, xác định vai trò và trách nhiệm của từng phòng ban, cá nhân liên quan.
  2. Thu thập và phân loại toàn bộ nhu cầu người dùng, chuyển hóa thành hệ thống yêu cầu phần mềm (yêu cầu nghiệp vụ, tiến hóa, hiệu quả, tiện dụng, bảo mật, an toàn, tương thích và công nghệ).
  3. Xây dựng hệ thống 21 biểu mẫu nghiệp vụ chuẩn (từ BM01 đến BM21) và thiết lập 12 quy định nghiệp vụ cốt lõi (từ QD02.1 đến QD20).
  4. Mô hình hóa yêu cầu hệ thống bằng biểu đồ Use Case (43 Use Case thuộc 5 phân hệ chính), biểu đồ trạng thái (Statechart Diagram) và sơ đồ triển khai (Deployment Diagram).
  5. Thiết kế cơ sở dữ liệu quan hệ hoàn chỉnh với 10 bảng thực thể, xác định khóa chính, kiểu dữ liệu, các ràng buộc toàn vẹn và giải pháp tối ưu hóa truy vấn.
  6. Thiết lập tiêu chuẩn thiết kế giao diện người dùng và phác thảo kiến trúc giao diện cho các màn hình chức năng.

Đối tượng nghiên cứu là toàn bộ quy trình nghiệp vụ quản lý học sinh trong môi trường trường học THPT. Phạm vi không gian được xác định tại các bộ phận chức năng gồm Phòng học, Phòng giáo viên, Phòng giáo vụ và hệ thống cổng thông tin trực tuyến qua website. Phạm vi thời gian vận hành hệ thống được quy định thực hiện từ 6h00 đến 22h00 hàng ngày.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án ứng dụng quy trình kỹ nghệ phần mềm theo phương pháp phân tích thiết kế hướng đối tượng kết hợp với mô hình dữ liệu quan hệ. Các cơ sở lý thuyết và công cụ kỹ thuật được sử dụng bao gồm:

  • Ngôn ngữ mô hình hóa thống nhất (UML): Sử dụng để xây dựng sơ đồ Use Case phân rã theo gói (Package), sơ đồ trạng thái đối tượng (Statechart Diagram) và sơ đồ triển khai hệ thống (Deployment Diagram).
  • Mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS): Thiết kế bảng dữ liệu, chuẩn hóa dữ liệu, xác định kiểu dữ liệu số, chuỗi, ngày tháng (INT, FLOAT, NVARCHAR, VARCHAR, DATE), thiết lập khóa chính tự tăng (IDENTITY) và định nghĩa ràng buộc toàn vẹn dữ liệu.
  • Phương pháp khảo sát nghiệp vụ thực tế: Phân tích quy trình tổ chức trường THPT, phân loại trách nhiệm các tác nhân (Hiệu trưởng, Ban giám hiệu, Giáo viên chủ nhiệm, Giáo viên bộ môn, Giáo vụ, Giám thị, Học sinh và Trưởng phòng đào tạo).
  • Phương pháp đánh giá phi chức năng: Phân tích định lượng dung lượng lưu trữ, tốc độ xử lý, thời gian làm quen hệ thống và tỷ lệ sai sót theo từng nghiệp vụ.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu xuất phát từ biểu mẫu văn bản hành chính thực tế trong trường học và các quy chế đào tạo, đánh giá xếp loại học sinh THPT.

Thiết kế và triển khai hệ thống

Hệ thống được thiết kế theo kiến trúc ứng dụng web đa tầng với các thành phần công nghệ được định hướng cụ thể:

  • Công nghệ phía giao diện (Frontend): Ứng dụng nền tảng ReactJS kết hợp HTML và CSS, định dạng chuẩn typography, bố cục lưới màn hình và hệ thống nút tương tác.
  • Công nghệ xử lý dịch vụ (Backend): Sử dụng NodeJS, tổ chức các giao diện lập trình ứng dụng (API) phục vụ kết nối dữ liệu đa nền tảng (Web và Mobile).
  • Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: SQL Server 2019 (hoặc SQLite cho môi trường triển khai gọn nhẹ), kiến trúc triển khai cơ sở dữ liệu tập trung, hỗ trợ kết nối qua API.
  • Quy chuẩn triển khai mạng: Hỗ trợ mô hình Web Application kết nối mạng LAN hoặc WAN, đáp ứng yêu cầu khắc phục sự cố hệ thống từ 30 đến 45 phút mà không gây gián đoạn quy trình vận hành của nhà trường.
[Người dùng: Web / Mobile Client]
   [Web Server: ReactJS / NodeJS]
[Cơ sở dữ liệu tập trung: SQL Server 2019 / SQLite]

Nội dung chính theo từng chương

LAB 1 - Xác định yêu cầu

Nội dung Lab 1 thực hiện khảo sát cơ cấu tổ chức Trường THPT Nguyễn Du và thiết lập ma trận yêu cầu. Cơ cấu tổ chức gồm: Ban Giám hiệu, Phòng học (phục vụ học tập, giảng dạy), Phòng giáo viên (không gian làm việc, tài liệu chuyên môn), Phòng giáo vụ (xử lý thủ tục học sinh và hoạt động giáo dục) cùng đội ngũ Giám thị, Giáo viên bộ môn, Giáo viên chủ nhiệm và Học sinh.

Hệ thống ghi nhận 38 nghiệp vụ người dùng chi tiết, phân chia theo 3 mức độ hỗ trợ (Tự động, Bán tự động, Lưu trữ/Tra cứu/Báo cáo). Hệ thống chuẩn hóa 21 biểu mẫu quản lý:

Mã biểu mẫu Tên biểu mẫu Mục đích sử dụng
BM01 Danh sách học sinh Quản lý thông tin học sinh theo lớp và giáo viên chủ nhiệm
BM02 Thời khóa biểu Bố trí lịch học 2 buổi sáng/chiều từ Thứ 2 đến Thứ 7
BM03 Lịch thi học kỳ Quản lý ca thi, phòng thi, thời gian thi
BM04 Điểm danh Ghi nhận tình trạng hiện diện của học sinh theo môn
BM05 Phiếu kiểm soát ngày nghỉ học sinh Thống kê số ngày đi học, vắng có phép (CP), không phép (KP), đi trễ
BM06 Phiếu kiểm soát ngày nghỉ giáo viên Theo dõi ngày công và số ngày nghỉ của giáo viên
BM07 Thông báo lỗi vi phạm của học sinh Giám thị ghi nhận vi phạm và nhắc nhở phụ huynh
BM08 Đánh giá điểm hạnh kiểm học sinh Tính điểm trừ nề nếp, kỷ luật để xếp loại học kỳ
BM09 Bảng điểm học kỳ Tổng hợp điểm Miệng, 15 phút, 1 tiết, Học kỳ, Điểm trung bình môn
BM10 Phiếu nhập điểm của giáo viên Giáo viên bộ môn ghi nhận điểm số các thành phần
BM11 Đơn xin sửa điểm của học sinh Học sinh đề nghị kiểm tra lại điểm số môn học
BM12 Đơn xin sửa điểm của giáo viên Giáo viên gửi Ban Giám hiệu xin điều chỉnh điểm sai sót
BM13 Báo cáo tổng kết năm học Thống kê tỷ lệ xếp loại học lực, hạnh kiểm và lên lớp
BM15 Sơ yếu lý lịch của học sinh Lưu trữ 17 trường thông tin nhân thân, sức khỏe, gia đình
BM16 Sơ yếu lý lịch của giáo viên Lưu trữ 15 trường thông tin chuyên môn, học vấn, CCCD
BM17 Đơn liên hệ - góp ý cho nhà trường Phụ huynh/học sinh gửi ý kiến đến Ban Giám hiệu
BM18 Danh sách lớp Xác định biên chế học sinh theo từng khối
BM19 Lịch dạy học của giáo viên Phân công thời khóa biểu giảng dạy cho giáo viên
BM20 Đánh giá học sinh Giáo viên đánh giá năng lực, thái độ học tập trong lớp
BM21 Đánh giá giáo viên Đánh giá mức độ hài lòng về kiến thức, phương pháp dạy

Hệ thống quy định (QD) của trường học được thiết lập chặt chẽ:

  • QD02.1 & QD09: Trường giảng dạy 12 môn học: Toán, Ngữ văn, Tiếng Anh, Lịch sử, Địa lý, Vật lý, Hóa học, Sinh học, Thể dục, Công nghệ, Giáo dục công dân (GDCD), Tin học. Thang điểm từ 0 đến 10; riêng môn Thể dục đánh giá mức Đạt (Đ) hoặc Không đạt (KĐ).
  • QD02.2 & QD03: Quy định giờ học và giờ thi 2 buổi: Buổi sáng tập trung lúc 6h45, buổi chiều tập trung lúc 12h45.
  • QD04 & QD05: Học sinh nghỉ quá 3 buổi không phép trong một môn sẽ mất điểm môn học; nghỉ quá 3 buổi không phép sẽ bị mời phụ huynh.
  • QD08: Thang điểm xếp loại hạnh kiểm: $>95$ điểm: Tốt; $>85$ điểm: Khá; $>75$ điểm: Trung bình; $>65$ điểm: Yếu; $\le 55$ điểm: Kém/Yếu.
  • QD10.1, QD10.2, QD10.3: Công thức tính điểm trung bình:
    • Trung bình môn: $\text{TBM} = \frac{\text{Điểm HS1} + (\text{Điểm HS2} \times 2) + (\text{Điểm HK} \times 3)}{6}$
    • Trung bình học kỳ: $\text{TBHK} = \frac{\sum \text{TBM}}{\text{Tổng số môn}}$
    • Trung bình cả năm: $\text{TBCN} = \frac{\text{TBHK1} + (\text{TBHK2} \times 2)}{3}$
  • QD17: Quy mô trường gồm 3 khối lớp, mỗi khối tối đa 8 lớp, mỗi lớp tối đa 40 học sinh.
  • QD20: Tiêu chí đánh giá mức độ hài lòng đối với giáo viên gồm hai mức: "Hài lòng" hoặc "Không hài lòng".

Các yêu cầu phi chức năng cũng được cụ thể hóa:

  • Yêu cầu hiệu quả: Hệ thống xử lý thời khóa biểu 24 lớp đạt dung lượng 24 MB; quản lý 6 lịch thi/năm đạt 0.18 MB; tiếp nhận 500 đơn góp ý trong 2 giờ tương đương 2.25 MB; ghi nhận điểm danh dung lượng ước tính 750.75 MB; xử lý 500 biểu mẫu đánh giá học sinh trong 1 giờ với dung lượng 50 MB.
  • Yêu cầu an toàn & bảo mật: Phân quyền nghiêm ngặt giữa 4 nhóm (Học sinh, Giáo viên, Giáo vụ, Giám thị). Đơn xin sửa điểm chỉ được duyệt khi gửi đúng giáo viên bộ môn; khóa chức năng chỉnh sửa điểm sau khi đã tổng kết; không cho phép thêm cột điểm ngoài quy định.

LAB 2 - Mô hình hóa yêu cầu

Lab 2 xây dựng mô hình Use Case tổng quát và chi tiết cho hệ thống quản lý học sinh với 43 Use Case được gom thành 5 Package nghiệp vụ:

Nhóm chức năng (Package) Mã Use Case Tên Use Case
Quản lý học sinh UC01 - UC08 Tra cứu thời khóa biểu, Tra cứu lịch thi, Xem thông tin cá nhân, Xem điểm kiểm tra, Xuất bảng điểm, Yêu cầu sửa điểm, Xem thông báo, Xem tài chính học sinh
Quản lý giáo viên UC09 - UC21 Tiếp nhận học sinh, Quản lý điểm, Xem danh sách lớp, Xem lịch dạy, Quản lý thông tin cá nhân, Tra cứu thông tin học sinh, Nhập điểm, Sửa điểm, Xem điểm, Tính ĐTB môn, Đánh giá học sinh, Điểm danh, Chỉnh sửa thông tin cá nhân
Quản lý giáo vụ UC22 - UC37 Quản lý giáo viên, Quản lý học sinh, Tìm kiếm thông tin, Quản lý điểm danh, Quản lý điểm hạnh kiểm, Thống kê danh sách, Đánh giá điểm hạnh kiểm, Chỉnh sửa thời khóa biểu, Xem/Thêm/Sửa/Xóa học sinh, Xem/Thêm/Sửa/Xóa giáo viên
Quản lý điểm danh UC38 - UC40 Điểm danh, In danh sách ghi nhận điểm danh, Ghi nhận danh sách điểm danh
Quản lý tài khoản UC41 - UC43 Đăng nhập, Đăng ký, Đổi mật khẩu

Lab 2 cũng mô hình hóa các quy trình luồng sự kiện (Sequence/Activity process) cho các nghiệp vụ: Chỉnh sửa điểm học sinh, Thêm/sửa thông tin học sinh, Xuất bảng điểm, Xem lịch học và Xem danh sách học sinh. Đồng thời, xây dựng sơ đồ triển khai phần mềm (Deployment Diagram) trên nền tảng ứng dụng web kết nối cơ sở dữ liệu tập trung.

LAB 3 - Thiết kế dữ liệu

Nội dung Lab 3 xác định cấu trúc 10 bảng dữ liệu quan hệ trong hệ thống:

  1. GIAOVIEN: MAGV (INT, PK, Identity), HOTENGV (NVARCHAR(255)), GIOITINH (NVARCHAR(20)), NGAYSINH (DATE), DIACHI (NVARCHAR(255)), EMAIL (NVARCHAR(255)), ANH (NVARCHAR(255)), SDT (NCHAR(10)).
  2. MONHOC: MAMH (INT, PK, Identity), TENMH (NVARCHAR(255)).
  3. KHOI: MAKHOI (INT, PK, Identity), TENKHOI (NVARCHAR(255)).
  4. LOP: MALOP (INT, PK, Identity), TENLOP (NVARCHAR(255)), SISO (INT), PHONG (CHAR(5)), GVCN (INT), MAKHOI (INT).
  5. HOCSINH: MAHS (INT, PK, Identity), HOTENHS (NVARCHAR(255)), GIOITINH (NVARCHAR(20)), NGAYSINH (DATE), DIACHI (NVARCHAR(255)), EMAIL (NVARCHAR(255)), ANH (NVARCHAR(255)), SDT (NCHAR(10)), MALOP (INT, FK).
  6. HOCKY: MAHK (INT, PK, Identity), TENHK (NVARCHAR(255)), NAM (NVARCHAR(255)).
  7. DIEM: MAHS (INT, FK), MAMH (INT, FK), MALOP (INT), DMIENG (INT), D15P (FLOAT), DGK (FLOAT), DCK (FLOAT), DTB (FLOAT), MAHK (INT, FK).
  8. LOAITAIKHOAN: MALOAITK (INT, PK, Identity), TENLOAITK (NVARCHAR(255)).
  9. TAIKHOAN: MATK (INT, PK, Identity), TENTAIKHOAN (NVARCHAR(255)), MATKHAU (VARCHAR(100)), MAHS (INT, FK), MAGV (INT, FK), MALOAITK (INT, FK).
  10. THOIKHOABIEU: MATKB (INT, PK, Identity), THU (NVARCHAR(5)), TIET (NVARCHAR(5)), MAMH (INT, FK), MALOP (INT, FK), MAGV (INT, FK).

Bên cạnh lược đồ thực thể trường học, báo cáo thể hiện các giải pháp tối ưu hóa tốc độ xử lý cơ sở dữ liệu thông qua việc xây dựng thuộc tính dẫn xuất và viết câu lệnh truy vấn SQL cho các biểu mẫu tra cứu, lưu trữ.

LAB 4 - Thiết kế giao diện

Lab 4 chuẩn hóa bộ tiêu chuẩn xây dựng giao diện người dùng trên hệ thống website:

  • Tiêu chuẩn màn hình: Phân chia rõ các phân hệ màn hình chính, màn hình nhập liệu, màn hình tra cứu, màn hình kết quả/báo biểu và màn hình thông báo hệ thống.
  • Tiêu chuẩn các thành phần UI: Quy định thống nhất về font chữ, kích cỡ chữ, màu sắc, canh lề và hình dáng của các thành phần giao diện (Tiêu đề form, Label, Nút bấm - Button, Đường dẫn - Link, Ô nhập liệu - Input Field).
  • Đặc tả màn hình chi tiết: Bố cục sơ đồ điều hướng tổng quát và thiết lập bảng mô tả thao tác tương tác người dùng, cơ chế kiểm tra dữ liệu đầu vào và các xử lý tương ứng trên hệ thống.

Kết quả và đóng góp

Đồ án đã xây dựng được khung phân tích - thiết kế phần mềm hoàn chỉnh cho bài toán quản lý trường THPT với các kết quả cụ thể:

  • Hoàn thiện tài liệu đặc tả 38 nghiệp vụ người dùng, 21 biểu mẫu hành chính chuẩn và 12 nhóm quy định giáo dục chặt chẽ.
  • Xây dựng hệ thống 43 Use Case bao phủ đầy đủ các phân hệ chức năng từ học sinh, giáo viên đến ban giám hiệu và giáo vụ.
  • Thiết kế lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ gồm 10 bảng chuẩn, liên kết chặt chẽ và đáp ứng các quy tắc toàn vẹn dữ liệu.
  • Định hình cấu trúc giao diện ứng dụng web tối ưu theo các chuẩn thiết kế hiện đại trên nền tảng ReactJS và NodeJS.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Báo cáo tập trung chủ yếu vào giai đoạn phân tích yêu cầu (Requirement Analysis) và thiết kế hệ thống (System Design) theo khung chương trình môn học. Do đó, một số nội dung thực thi thực tế như xây dựng mã nguồn chi tiết, triển khai kiểm thử tự động (Unit Test, Integration Test) và các bài đo hiệu năng tải thực tế trên máy chủ chưa được thể hiện đầy đủ trong phạm vi tài liệu này. Hướng phát triển tiếp theo của đề tài là hiện thực hóa toàn bộ mã nguồn trên nền ReactJS/NodeJS và tích hợp cơ chế bảo mật nâng cao cho dịch vụ API.

Giá trị tham khảo

Báo cáo kết thúc học phần này là tài liệu tham khảo phù hợp cho sinh viên chuyên ngành Công nghệ Thông tin, Kỹ thuật Phần mềm và Hệ thống Thông tin đang thực hiện đồ án môn học Công nghệ phần mềm hoặc Khóa luận tốt nghiệp về đề tài quản lý trường học. Tài liệu cung cấp mẫu phân tích nghiệp vụ, bảng đặc tả trách nhiệm, hệ thống Use Case và lược đồ cơ sở dữ liệu quan hệ có tính thực tiễn cao.

Câu hỏi thường gặp

1. Công thức tính điểm trung bình môn học (TBM) được đồ án quy định như thế nào?
Theo quy định QD10.1 trong tài liệu, điểm trung bình môn được tính bằng công thức:
$$\text{TBM} = \frac{\text{Điểm hệ số 1} + (\text{Điểm hệ số 2} \times 2) + (\text{Điểm HK} \times 3)}{6}$$

2. Quy định về số lượng môn học và cách xếp loại hạnh kiểm học sinh trong hệ thống ra sao?
Hệ thống quy định nhà trường có 12 môn học (Toán, Văn, Anh, Sử, Địa, Lý, Hóa, Sinh, Thể dục, Công nghệ, GDCD, Tin học) theo thang điểm $0 - 10$ (môn Thể dục đánh giá Đạt/Không đạt). Điểm hạnh kiểm được xếp theo 5 mức (QD08): $>95$ điểm: Tốt; $>85$ điểm: Khá; $>75$ điểm: Trung bình; $>65$ điểm: Yếu; $\le 55$ điểm: Kém/Yếu.

3. Cơ sở dữ liệu của hệ thống quản lý học sinh gồm những bảng chính nào?
Hệ thống gồm 10 bảng dữ liệu quan hệ: GIAOVIEN, MONHOC, KHOI, LOP, HOCSINH, HOCKY, DIEM, LOAITAIKHOAN, TAIKHOAN, và THOIKHOABIEU.

4. Hệ thống phân quyền sử dụng cho những nhóm đối tượng nào?
Hệ thống phân quyền chi tiết cho 4 nhóm người dùng chính gồm: Học sinh, Giáo viên, Giáo vụ và Giám thị, với các quyền Thêm, Xóa, Sửa, Xem được kiểm soát chặt chẽ qua bảng yêu cầu bảo mật và an toàn dữ liệu.

Kết luận

Bài báo cáo kết thúc học phần "Quản lý học sinh" của nhóm sinh viên Trường Đại học Ngoại ngữ - Tin học TP.HCM đã hoàn thành đầy đủ các giai đoạn cốt lõi trong quy trình kỹ nghệ phần mềm từ xác định yêu cầu, mô hình hóa Use Case, thiết kế cơ sở dữ liệu đến quy chuẩn giao diện. Tài liệu cung cấp cấu trúc phân tích mạch lạc, hệ thống quy định nghiệp vụ thực tế và thiết kế cơ sở dữ liệu quan hệ rõ ràng. Đây là tài liệu học thuật có giá trị tham khảo tốt cho việc phát triển các phần mềm quản lý giáo dục trong môi trường phổ thông.