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软1_[彭云昊]_[王祖旺]_结对项目 中小学数学学习软件 - 结对编程项目

项目简介

本项目是一个面向中小学学生的数学学习桌面应用程序，提供个性化的数学题目练习和评估功能。系统根据学生所在学段（小学、初中、高中）生成相应难度的数学题目，通过图形化界面提供友好的学习体验。

功能特性

用户管理

  • ✅ 用户注册：通过邮箱验证码完成注册
  • ✅ 密码设置：6-10位，必须包含大小写字母和数字
  • ✅ 用户登录：安全的身份验证机制
  • ✅ 密码修改：支持原密码验证
  • ✅ 账户注销：永久删除账户及所有数据

题目生成

  • ✅ 小学题目：加减乘除四则运算，支持括号
  • ✅ 初中题目：平方、开根运算
  • ✅ 高中题目：三角函数计算（sin, cos, tan）
  • ✅ 智能防重复：确保同一试卷无重复题目

学习流程

  • ✅ 难度选择：小学/初中/高中三级难度
  • ✅ 题目数量：用户自定义题目数量（10-30题）
  • ✅ 选择题形式：每题4个选项，单选作答
  • ✅ 实时评分：提交后立即显示得分情况
  • ✅ 学习延续：支持连续练习或退出选择
  • ✅ 答题进度：支持上一题/下一题导航
  • ✅ 成绩反馈：根据得分提供个性化评语

技术栈

  • 编程语言：Python 3.x
  • GUI框架：Tkinter（内置Python GUI库）
  • 数据存储：JSON文件（无需数据库）
  • 邮件服务：SMTP协议（QQ邮箱）
  • 架构模式：前后端分离架构

项目结构

软1_[彭云昊]_[王祖旺]_结对项目/
├── src/
│   ├── main.py              # 程序入口
│   ├── main_app.py          # 主应用模块，界面控制器
│   ├── backend_service.py   # 后端服务模块，前后端通信中介
│   ├── user_manager.py      # 用户管理模块
│   ├── question_bank.py     # 题库管理模块
│   ├── question_generator.py # 题目生成器模块
│   ├── quiz.py             # 测验管理模块
│   └── users.json          # 用户数据文件（运行时生成）
└── doc/
    └── README.md           # 项目说明文档

架构设计

本项目采用前后端分离的架构设计，确保代码的可维护性和可扩展性：

  • 前端层 (main_app.py)：负责UI展示和用户交互，不包含业务逻辑
  • 服务层 (backend_service.py)：作为前后端通信中介，转发请求到业务模块
  • 业务逻辑层 (user_manager.py, question_bank.py, quiz.py)：处理具体业务逻辑
  • 数据层 (users.json)：持久化存储用户数据

设计原则

  1. 严格的前后端分离，前端仅负责界面展示和用户交互
  2. 业务逻辑完全封装在后端模块中
  3. 模块间通过定义良好的接口进行通信
  4. 高内聚低耦合，便于独立测试和维护

安装与运行

环境要求

  • Python 3.11.9或更高版本
  • 网络连接（用于邮箱验证码发送）
  • Windows 操作系统

运行步骤

  1. 下载项目文件到本地
  2. 确保所有Python文件在同一目录下
  3. 运行主程序：
python main.py
  1. 按照界面提示进行注册和登录

使用说明

用户注册流程

  1. 点击"注册新用户"
  2. 输入用户名和邮箱
  3. 点击"获取注册码"，系统将发送验证码到邮箱
  4. 输入收到的注册码
  5. 设置符合要求的密码（6-10位，包含大小写字母和数字）
  6. 完成注册并登录

学习流程

  1. 登录系统后进入主菜单
  2. 选择题目难度（小学/初中/高中）
  3. 输入题目数量（10-30题）
  4. 开始答题，选择正确答案
  5. 提交答案或切换题目
  6. 完成所有题目后查看成绩和评语

预设测试账号

系统支持新用户注册，也可使用以下方式测试：

  • 邮箱：任意有效邮箱（接收验证码）
  • 密码：符合规范的密码（如：Abc123）

分支管理

本项目遵循Git分支管理规范：

  • main分支：稳定版本，存放经过测试的代码
  • develop分支：开发主线，集成最新功能
  • 个人分支：每位开发者的功能分支（如：zhangsan_branch）

代码提交规则

  • 源代码：必须通过个人分支 + Pull Request
  • 文档：直接推送到develop分支

开发规范

代码规范

  • 遵循PEP 8 Python编码规范
  • 使用类型注解提高代码可读性
  • 模块化设计，高内聚低耦合
  • 严格遵循前后端分离原则

提交信息规范

  • feat: 新功能
  • fix: 修复bug
  • docs: 文档更新
  • style: 代码格式调整
  • refactor: 代码重构

功能模块详解

1. 用户认证模块 (user_manager.py)

  • 邮箱格式验证
  • 密码强度校验（6-10位，包含大小写字母和数字）
  • 验证码发送与验证（通过QQ邮箱SMTP服务）
  • 用户数据持久化（JSON文件）
  • 用户会话管理

2. 题目生成模块 (question_generator.py)

  • 小学题目：2-5个数字的加减乘除运算，支持括号，确保结果非负
  • 初中题目：平方运算、开根运算（完全平方数）
  • 高中题目：三角函数（sin/cos/tan）特殊角度（0°, 30°, 45°, 60°, 90°）计算
  • 智能选项生成：为每道题生成4个合理选项，包含正确答案和干扰项

3. 测验模块 (quiz.py)

  • 管理一次答题会话的所有题目
  • 跟踪用户答题进度和答案
  • 计算最终得分和正确率
  • 提供题目导航功能

4. 界面模块 (main_app.py)

  • 响应式图形界面设计
  • 实时输入验证
  • 友好的用户交互反馈
  • 多框架界面切换
  • 美观的UI主题和颜色方案

5. 后端服务模块 (backend_service.py)

  • 作为前端与业务逻辑模块之间的通信中介
  • 封装所有业务规则和逻辑判断
  • 提供统一的API接口给前端调用

数据存储

项目使用JSON文件存储用户数据，文件结构如下：

{
  "user@example.com": {
    "username": "张三",
    "password_hash": "加密密码",
    "registration_code": "注册码",
    "is_registered": true
  }
}

配置说明

在 user_manager.py 中配置以下参数：

  • 邮箱服务配置（SMTP服务器、端口、授权码）
  • 用户数据文件路径

测试用例

功能测试

  • 用户注册流程测试
  • 登录验证测试
  • 密码修改测试
  • 题目生成测试（各学段）
  • 答题评分测试

边界测试

  • 密码格式边界测试
  • 题目数量边界测试（10-30题）
  • 邮箱格式验证测试

已知限制

  • 邮箱服务：依赖QQ邮箱SMTP服务，需配置正确的授权码
  • 题目数量：建议10-30题，过多可能影响性能
  • 网络要求：发送验证码需要网络连接
  • 平台兼容：主要支持Windows，其他平台可能需调整

开发团队

  • 班级：软1
  • 组长：[彭云昊]（202326010111）
  • 组员：[王祖旺]（202326010117）