第四章基于嵌入式网络教学平台的系统设计_毕业设计网络教学平台

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第四章基于嵌入式网络教学平台的系统设计

4.1平台设计的需求分析

面向课堂教学的网络辅助平台应以资源建设为核心，结合传统教学过程中的关键环节，充分发挥教师、学生的交互作用，为学生、教师、教务管理提供一个开放式的教、学、管三合一的综合环境;全面实现校园内的教学资源共享和跨平台的信息资源访问，成为一个完整统一、技术先进、高效稳定、安全可靠的基于Internet/Intranet的网络辅助教学平台。网络辅助教学平台的目的是借助Intemet的网络环境，建立一套功能齐全、使用方便、效率高的网上辅助学习环境。在该环境下，学生可以学习、练习、答疑和测试，教师可以开展网络教学活动，管理网络课堂，提供和分享优质的教学资源。管理员能在线进行用户、资源、角色和系统管理。平台应能很好地配合课堂教学，成为课堂教学的延伸和提高。

结合软件工程中的模块化程序设计思想，整个系统主要由4个子系统组成:网络辅助教学支持、网络辅助教学资源库管理、教学管理和系统管理四个子系统的网络辅助教学系统。（l）教学支持子系统为学生提供学生学习的主要参考资料，素材分学科管理。网上学习系统提供了网上学习环境。在该环境下，有教师上课的电子讲稿、CAI课件、教学大纲、教学日历、参考资料及习题等，同时还可以进行网上测试和作业。（2）教学教务资源管理子系统为教师和学生提供大量可供检索的网络课程和教学素材资源，对教师提供上传下载教学资源的接口。（3）学教务管理子系统可以对用户、教学资源进行在线管理，并可授权教务管理人员对网络课堂的教学情况进行巡视和观摩。（4）系统管理子系统可以在线对面板、角色、系统模块、系统用户进行管理，并可以对功能模块进行定义。

4.2平台架构设计

4.2.1平台基本架构

通过对网络环境下教学特点的研究，建立网络辅助教学平台的总体架构，根据图4-1所建立的模型，网络辅助教学平台由以下模块组成:网络辅助教学支持、网络辅助教学资源库管理、教学教务管理和系统管理四个模块组成。

图4一1网络辅助教学平台结构图

4.2.2平台功能模块设计

平台包括网络辅助教学支持、网络辅助教学资源库管理、教学教务管理和系统管理四个子系统，下面分别介绍各子系统的结构和功能。

（l）网络辅助教学支持系统（见图4-2）

网络辅助教学支持系统中的角色主要为教师和学生。用户登陆平台后，教师可以在线管理本课程的课件、布置(修改)作业、上传课件相关资料等。学生可以浏览相应的课程内容、在线完成作业、向教师提出问题等。该系统主要包括课程教学、师生交流两个子系统。

图4一2网络辅助教学支持系统结构图

上图中引擎层中各模块的处理流程如下： I.单点登录

网络教学平台有很多子系统，通过跨域单点登录，实现在平台内任一处登录，当导航到其他子系统时不需要再一次登录。跨域单点登录认证流程如下：

当用户在网络教学平台中任一子系统登录时，跨域单点登录系统会将用户经对称加密的认证信息（通常是用户名与密码）送到验证中心进行身份验证，验证中心会检查用户的COOKIE（面向验证服务器），如没有已登录信息，则会解密送过来认证信息进行身份验证，如果验证通过，则返回验证通过信息到请求认证的子系统，同时设置用户COOKIE（面向验证服务器）。否则返回验证错误信息到请求认证的子系统。II.功能引擎

本系统的功能、子系统，外部子系统或功能（如:博客、BBS、在线社区等）在功能引擎中注册，并进行推送。从而把它们嵌入到网络教学平台中。本系统的其他子系统如需要使用这些功能，管理员可进入后台管理界面进行功能定制。III.界面引擎

网络教学平台核心功能是资源的整合与展示，资源的展示界面是各种教学模式的载体。因此网络教学平台中资源通过界面引擎以不同的形式如博客、网络课堂、电子教室等形式展现出来。界面（模板）引擎处理流程如下：

当某一子系统启动时，界面（模板）引擎把读取的页面模板文件转换成文本流文件，然后在该流文件中查找各种标签，并负责调用对应的标签函数，用标签函数处理的结果替换文本流中相应的标签。当处理完所有的标签时，删除文本流中所有的空行，最后输出。IV.资源集成引擎

当用户管理自己上传的资源时，可以选择是否向资源中心推送（默认推送），资源集成引擎负责索引这些资源的地址到资源库中。

当用户要在页面中使用资源时，资源集成引擎会把用户的本地资源和资源库中的共享资源呈现在用户面前供用户使用，从而实现学校与学校、学校与企业、教师与教师、教师与学生、学生与学生之间的资源共享。(4)在系统设施阶段对系统编码、测试，形成可执行的系统。

① 课程教学平台

 课件浏览子系统：

集中管理己经开发成型的课件资源。学生根据所选的课程提供相应的课件地址进行浏览，教师则根据所上课程提供相应的课件地址进行浏览。

 课程公告子系统

关于某门课程的即时消息。教师可发布、修改、删除课程公告。 辅导答疑子系统

学生提出问题，由教师解答后发布给学生浏览。

 教辅资料子系统

教师上传的与该课程有关的教学辅助文件。供学生下载学习。 案例集锦子系统

教师提供的与该课程有关的经典案例供学生学习。 问题集锦子系统 教师提供的与该课程有关的常见问题及解答供学生学习。

 VOD点播子系统

为学生和教师提供学校精品课程、学术讲座等教学视频资源。 作业评阅子系统

教师布置、批改、分析课程作业，浏览作业的总体情况。学生在线修改和提交作业，并可以浏览教师评语，了解知识点掌握情况。

 自主考试子系统

教师可通过系统录入考试试题和答案，学生可自主选择课程的相应章节进行测试。 考勤记录子系统

用户登陆网络辅助教学平台后，系统将对用户的操作进行自动跟踪，并随时可提供详细的考勤记录和日志报告。② 师生交流平台

 课堂讨论

用户可针对某一课程的相关问题进行讨论，发表意见。

 学术论坛

平台为教师与学生提供强大的在线交流工具:学术论坛，在这里可以按学科、按资源进行相应的讨论区，搜索和发布相关主题。学生与教师可在某门课程的论坛上进行交流。论坛较之聊天室的好处在于可以将讨论的内容保留，供其他人浏览。（2）网络辅助教学资源库

网络辅助教学资源库（见图4-3）包括共享软件资源库和教学素材资源库。共享软件资源库面向所有用户，为用户提供丰富的共享软件资源。教学素材资源库主要面向教师，主要为满足教师开发网络课件的教学需求提供丰富的、多元化的多媒体素材资源。其主要由资源入库系统、资源类型管理系统、资源修改系统、检索系统四部分组成。

图4-3网络辅助教学资源库结构图

① 源类型管理子系统

面向系统维护人员，管理员可以按学科、类型建立资源目录，同时也具有对资源目录增加、删除、修改等操作权限。

② 资源入库子系统

面向教师和系统维护人员，可以向资源库增加各种类型的教学资源。由于系统采用关键字等多种组合检索方式，所以入库时必须将各类文件的全貌等非文字信息转换成可读形式的信息，对其特征直接采用自然语言进行多层次、多角度地加以准确描述。文字描述信息资源的特征的准确与否，关系到检索的查准率和查全率问题。

③ 源修改子系统

面向教师和系统维护人员，资源的作者和管理员可以对资源的属性，包括描述、类型、作者、大小、学科等相关信息进行修改，也可删除某一资源记录。④ 源检索子系统

对共享软件资源库的检索面向所有用户，教学素材资源库主要面向教师，检索采用基于表现形式的全文检索，具有按专业、课程、关键字及资源类型的多种组合检索方式。（3）网络辅助教学管理系统

网络辅助教学管理系统主要提供教学相关的管理功能，包括用户管理、课程管理、课堂观摩、系统新闻管理、欢迎词管理、校内资源链接管理、免费资源管理等部分。① 户管理

用户管理的面向对象为教务管理员与系统管理员。用户管理是对系统用户信息和权限的管理，包括对用户进行分角色管理及用户角色权限的分配管理。其中包括用户管理、用户权限管理、用户角色管理、用户角色权限管理和用户口令维护等功能模块。用户管理内容包括查看用户基本信息及选课情况，停（启）用某一账户，重置用户密码。用户注册模块结构如图4一4所示:

图4-4用户注册模块结构图

② 程资源管理

对课程资源的管理包括添加修改新课程、设置课程是否收费、查看该课程学生的缴费情况等。

③ 堂观摩子系统

教务管理人员在登陆后，可在课堂观摩子系统中查阅某课程传统课堂的教学安排。④ 系统新闻管理

添加、删除、修改系统新闻。⑤ 迎词管理 修改欢迎词界面。⑥ 共资源链接管理

添加、删除、修改平台界面资源链接。（4）系统管理

系统管理面向系统管理员，主要功能有定制系统界面、定制用户权限、管理各功能模块等功能。为系统管理及升级提供强大的功能。系统提供了可插接在线教育企业的全部控件的基础数据接口。这些系统管理工具提供了以下功能: ① 统模块定义:定义系统的功能子模块;② 级管理员管理:下级管理员信息的增删改;③ 统角色及权限管理:可对定义系统角色及角色权限;

4.3平台数据库设计

4.3.1数据库设计原则 辅助教学平台，所涉及到一个重要的问题是怎样才能有效管理各种有效信息和资源，数据库在其中起着非常重要的作用。

数据库的设计有以下一些原则:用全局E-R图技术设计数据库（实体关系图）组织所有的原始数据，实现了全局数据集成;划分数据库设计阶段将一切问题在概念设计阶段彻底解决，这些问题通常包括唯一性、非空性、缺省值、域值、主键、外键等。

数据库的设计主要包括以下方面的内容，数据库命名设计:数据库服务器的命名，数据库的命名，数据库对象的命名;数据库一致性、完整性和安全性设计。

SQL Server数据库系统具有完备的大型数据库一致性、完整性和安全性控制措施，必须加以充分运用，以保证系统的稳定性。

要注意主键与字段的唯一性，对每个数据库表定义主键（自动索引并具备唯一性控制），通过指定表的主键，保证每一行的唯一性从而实现实体完整性。引用完整性基于定义主表与辅表之间的主键与外键的关系，保证各辅表外键对主表主键从属关系的一致性。

索引和查询策略在查询中对于具有大数据集合的字段，必须设置索引或复合索引，保证查询的速度性能对于绝大部分常用查询能够保持在性能要求以内。

数据库的安全性可以按Windows2000方式设置用户访问数据库的账号和口令，然后根据数据库应用权限的划分设计各数据库及其对象对各用户的许可。

4.3.2数据库的逻辑设计

由于RDBMS是以二维表为基本管理单元的，所以E一R模型最终是由二维表及表间关系来描述的。换言之，E一R模型向数据库概念模型的映射就是向数据表的变换过程。

由于在E-R模型中，己将实体间的关系，按照数据库范式和约束进行了合理的分解。在此可利用Visio工具，直接有E一R模型得到数据库表。生成数据库表如下: Users用户信息表，表中储存系统中全部用户的相关信息，主键为用户IDUsedD，另外还有用户名，密码，email地址等字段。

UserRoles用户角色映射表，表中存储用户类型，主要用于定义用户与角色之间的映射关系，主要字段:UserID，RoleID，Type。

Roles角色定义表，存储系统所有角色的信息，主键为RoleID，还包括SystemID，RoleName，RoleDiscr等字段。

Coursewares课件信息表，存储课件的相关信息，主键为Courseld，还有CourseWar，Iue，Descripti，AuthorlD等字段。

EResources资源总表，存储资源的相关描述信息，主键为ResourceID，还有字段为：资源名称，资源存放地址，资源类型等字段。

另外还有Claes课堂信息表，ClaRCCatalogs课堂资源分类信息表，ClaRCSharelevelS课堂资源共享级别表，ClaRC课堂资源表，CoursePlan课程大纲表，Diseuion公共讨论模块表，ERAoeiateCourseS资源课程关联信息表，EResoureeCatalogs资源分类信息表，EResoureeltems资源条目表，HtmlText公共文档模块表，Links公共链接模块表，News公共新闻表，MsduleDefinitions模块定义表，Modulesettings模块设置标，Modules模块总表，Systems系统定义表，Tabs系统标签表，UserlogDetails用户系统日志明细表，Userlogstatities用户系统日志统计表，useriogs用户系统日志表等几十个表。

数据设计完成以后，再由powerdesign自动生成针对不同数据库的物理结构，可以真正实现与物理数据库无关。

4.3.3主要数据库的物理设计（1）模块定义数据表的物理设计

（2）用户数据表的物理设计（3）资源分类信息表的物理设计

(4)角色定义表的物理设计

(5)资源总表

(6)课程公告表

4.3.4数据库关系图

网络辅助教学平台的数据库关系图:如图4-5:

图4-5数据库关系图

第六章基于WEB的网络辅助教学平台的测试与应用

6.1功能测试

6.1.1测试目的测试是为了使系统的能最终满足用户的需求，目的在于发现错误。一个好的测试用例在于发现从前未发现的错误;一个成功的测试是能发现从前未发现的错误的测试。6.1.2测试原则

（l）尽早地、不断地进行软件测试。（2）测试用由测试输入数据和与之对应的预期输出结果两部分组成。（3）测试不能由开发者单独进行。

（4）设计测试用例，包括合理的输入条件和不合理的输入条件。（5）充分注意测试中的群集现象。

（6）在对程序进行修改后，进行回归测试。6.1.3测试内容

（l）测试内容包括对“需求分析”、“功能模块设计”和“数据库设计”等文档的审查，由此三文档所产生的其他测试工作也在本次测试活动范围之内。（2）鉴于网站稳定性很重要，所以本次测试活动包括:  配置测试

 界面布局测试  性能测试:对以下模块进行功能测试:教师、学生及管理员用户登录;教学支持模块功能:教师(学生)是否可以进入与传统课堂对应的网络课堂在线进行教学活动，教师能否发布公告、课件、作业、教案的上传与下载等，学生能否查看课堂教学资源，网上在线测试功能，网上作业系统功能，BBS的相关功能的实现;教学资源的管理及   检索功能;教务管理功能;管理员对用户、资源、平台设置的管理功能等。安全性测试 接口文件测试

病毒测试

其中性能测试是重点内容。

6.1.4测试步骤（l）测试资源: 测试人员:2人(一名学生，一名教师);系统平台:WinZOOO或WinXP及以上;其他软件:WOrd等;硬件:计算机2台(工作站1台、服务器1台):网络:互联网;其它资源:暂无（2）测试方法 ①单元测试

这是在编写完源程序，通过人工测试和计算机测试来完成的。本研究因没有组成开发小组，因此由笔者自己来完成。

②集成测试

集成测试是随软件装配的同时进行的测试。根据组装模块方式的不同，分自顶向下结合和自底向上结合模块两种测试方法，本研究采用的是自顶向下结合的方法进行集成测试，在单人非专用的机器上测试。

④ 统测试

在网站上充分运行了本系统，验证系统各部分是否都能正常工作，并完成所赋予的务。为了验证系统的安全、强度和性能，可以进行对系统的进行合法和非法的访问和破坏性试验。

（3）测试结果

经过严格的测试，最终确定本系统的各模块的功能基本都能实现。测试提出以 下两点问题:答疑模块功能还需要进一步完善，系统相关模块的统计功能需加强。

6.2应用状况

6.2.1总体应用状况

本平台于2004年12月完成开发工作，于2005年3月完成功能测试工作，从2005年4月正式面向学校教师和全日制本科学生开放使用，据统计使用网络辅助教学平台进行辅助教学的课程达到100门左右，使用的学生近千人，入库的各类教学资源达700G（具体资源建设情况见表6-l），平台运行情况稳定，没有出现大的故障。

表6-1资源建设情况表

6.2.2教学试点改革情况

2005年底学校启动了公共理论课程教学改革试点工作，在《邓小平理论与“三个代表”重要思想概论》和《法律基础》两门公共理论课程中全面利用网络辅助教学平台开展教学工作，公共理论课部的3名教师和200多名学生参加本次试点工作，学生在选课时可以根据个人意愿选择课堂教学或网上教学中的一种模式进行学习，选择网上教学的学生可以不参加课堂学习，但必须通过网络辅助教学平台进行公共理论课程的学习，教师通过平台进行相关教学组织和管理工作，包括提供同步教学录像、网络课程和相关教辅资料、发布课程信息、答疑辅导、组织课程讨论、发布平时作业等相关教学资源，学生不进课堂就可以获取课堂教学的全部教学信息和资源，同时学校将根据学生网上学习时间、网上交流情况、作业情况等几方面确定学生平时成绩，课程学习结束后试点学生要参加学校统一组织的考试，经过测试，我们发现通过网上辅助教学的学生成绩稍优于课堂教学，这说明网络辅助教学模式是受教师和学生认可的，网络辅助教学平台在整个试点教学过程基本保持了比较稳定的状态，性能经受住了考验。湖北电视台和楚天都市报等相关媒体还对我校此项网络辅助教学改革工作进行了专题报道。

6.2.3教学应用反馈情况

2006年3月一5月，为了进一步完善和优化网络辅助教学平台的功能，学校教务处、宣传部针对网络辅助教学平台的教学应用情况对在校学生进行了网上问卷调查，共有300多学生参加了调查活动，通过调查发现，学生在总体上对网络辅助教学模式表示认可，80%以上学生对学校网络辅助教学平台的功能设计表示满意，但也有39%的学生对网络辅助教学平台还缺乏了解，认为学校应加强宣传和引导工作;有45%的学生认为平台应首先加强教学资源建设;有34%的学生认为平台可增加更多的交互环境，如:博客平台等;有24%的学生应加入人工智能功能，如:答疑自动反馈系统、智能测试系统等。针对以上学生反馈的意见，我们正在整理相关需求，准备进行二次开发，完成平台版本升级工作。