基于.NET三层架构的网络实训教学平台设计

李圣普，王小辉，吕海莲

（平顶山学院 计算机科学与技术学院，河南 平顶山467002）

学生就业难这一问题，引起了全社会的关注。尤其是新建本科院校，定位于应用型人才的培养。如何提高学生实践能力和职业技能竞争力，促进实验实训教学资源的管理和共享，实现实验实训教学各环节的信息化，加强实验实训工作的管理和监控，已成为目前一个比较迫切的课题。论文运用.NET及三层体系架构技术，设计和实现的网络实训教学平台系统，具有教学资源管理、实训实验管理、实训教学、答疑辅导等实训教学功能，其具有的网络特性，可供师生课内课外教学，随时随地使用。为应用型人才培养提供实验实训信息服务和实验实训工作管理功能[1-2]，保证和促进实验实训工作的顺利开展和规范运行、实验实训教师水平的提高和实验实训学生实践技能的提升。

1 需求分析

软件系统的需求一般可以分为功能性需求和非功能性需求。功能性需求是系统提供给用户使用的具体的功能；非功能性需求是为了满足用户对系统功能的需求，系统正常工作所应当具备的系统的特定特性，如性能、安全性、可用性、可扩展性等等，二者互为影响[3]。

1.1 系统功能需求

主要包括以下几个方面：

1）教学资源管理

该功能可以为学生提供与选定课程相关的教学资源的查询与下载；同时，授课老师能够利用该功能提供的操作平台管理自己的课件、实验和相关的教学资源，实现上传、下载、增加、修改和删除课件等教学资源文件等操作。

2）实训实验管理

该功能需要提供的操作包括实验的布置、实验的提交、实验查询、实验统计和批阅。实验布置功能是教师登陆后进入系统的布置实验页面，可以发布实验题目、内容要求和相关的附件。实验提交的功能是学生用户可以在相关课程页面查看实验的内容以及要求，学生完成实验后，通过系统提供的上传功能将实验提交以及最后查询实验批改和成绩。

3）答疑辅导

学生在课下的学习过程中往往会遇到疑问，而又不容易及时地找到相关的同学和老师进行沟通和交流，该功能要求通过网络教学系统及时的提出问题或者得到答案，在课堂之外，为学生提问和辅导答疑提供一种新的途径。

4）实训教学

学生能够进入实验教学平台，在网上以实验列表或各章节标题结构作为导航，浏览实验或课程的知识内容，进行学习或实验。包括课程内容、实验内容的查找定位、浏览等。学生必须通过系统的身份验证为合法用户，才可以进入所修的课程。授课教师可以对自己所教授的课程教学内容进行维护和修改。

1.2 性能需求

实验教学平台的性能要求是可以支持至少一门课程任课教师和学生的正常使用，可支持人数大于200人同时在线。响应时间较短，必须能够在用户期望的响应时间内为用户提供其需要的访问信息。在线系统要求在用户按下回车键后的2秒内产生结果。

扩展性要求是，设计的实验教学平台，应该可以通过适当的调整而适应不同课程的教学需要，并且为以后的系统升级留有空间。

系统可靠性是软件质量的关键因素之一，直接关系到教学的正常进行，实验教学平台的可靠性是，在教学过程中要求运行稳定，并具有一定的容错功能，局部功能出现故障时候，不会影响其他功能，对用户的错误操作，有适当的提示。

2 系统总体架构设计

本文完成的实验教学平台是基于Microsoft.NET的Web应用程序。整个实验教学平台采用用户界面层、业务逻辑层和数据访问层的三层结构体系[4-5]，三层结构如图1所示。

图1 系统的三层架构Fig.1 The three-tier Architecture of System

用户界面层提供应用程序的用户界面，应用程序由一系列用户与之交互的页面组成。用户直接通过该层来访问系统，实现需要的功能。根据用户分类，系统分为3种不同的用户界面，即学生界面、教师界面和管理员界面，不同的用户在系统中的权限不同，权限由低到高依次是学生、教师、管理员，学生面对的是要学习的内容。

业务逻辑层实现应用程序的业务功能，处于用户层和数据层之间。本系统中业务逻辑层由多个模块组成。内容有教学学习、自我测试、提问答疑、实训实验管理、资源管理等部分。这一层为用户界面层提供功能调用，同时它又调用数据访问层所提供的功能来访问数据库。

数据层提供对外部数据库的访问。在实验教学平台的实现过程中要进行大量的进行数据访问操作。数据库中数据包括用户信息数据、教学数据等组成。其中，用户信息数据包括学生和教师以及管理人员的基本信息。

3 系统设计

在需求分析基础上进行的，系统设计是把具有复杂能力功能的系统通过设计分解为具有基本独立，功能简单，易于实现等特点的多个功能模块[6-7]。通过对实验教学平台需求的分析，系统划分成如下几个主要模块，系统模块设计详见图2所示。

图2 系统功能模块图Fig.2 The Software Architecture Diagram

3.1 教学管理模块

教学模块的主要功能覆盖了实验教学和学生自主学习过程中用到的大部分功能。该模块的主要用户是教师和学生。主要完成：1)教学任务管理；2)课程管理；3)课程学习等功能。

3.2 教学资源模块

教学资源模块主要提供了课程的课件、实验和教学相关文件上传、维护、下载等功能。由于课件开发工具较多，课件使用的文件格式不同，因此系统并不对课件进行格式要求，这保证了课件开发的自由度，使教师可以根据需要使用各种课件内容。在本教学系统中对于课件等相关教学资源是以文件的形式进行管理。主要完成：1)资源上传；2)资源维护；3)资源查询下载等功能。

3.3 实训实验管理模块

实训实验管理模块提供实验布置、实验提交和实验批阅等功能，这是本文重点。

1)实验作业布置

实验布置功能的使用者是教师。布置的实验由实验文件、实验说明、截止时间等组成。实验的布置方式应该尽量灵活。因此系统中允许教师将布置的实验以文件的形式上传到服务器供学生下载。系统不限制实验文件的格式，教师可根据实际的需要确定实验文件的格式。实验说明是对实验的文字描述，如果实验题目能由文字形式给出，教师可以直接通过实验说明的方式给出实验题目，或者题目来源于课件或教科书后的习题，那么教师也可以用实验说明的方式直接布置实验所在课件或教科书的页码、题目，不用上传相关的实验文件。实验截止时间规定了学生提交实验的最后时间期限。

2)实验作业提交

实验提交功能的用户是学生。学生将自己的实验文件上传到相应的课程目录完成实验提交。系统会记录提交的时间和提交人。学生在提交实验的最后时间期限之前，可以修改实验重新提交。系统会覆盖已有的实验文件，只保留最后提交的实验文件。出于系统安全的考虑，重复提交实验的时间要间隔足够长，防止用户恶意重复上传。

3)实验作业批阅

实验批阅功能的用户是教师，可以将学生提交的实验下载审阅，然而将学生实验成绩和评语的输入到系统中，并可以统计学生的实验提交情况。然后学生用户可以查看已经批阅的实验的成绩和评语。

4 系统主要功能实现

实验教学平台选用微软.Net平台[8]进行业务实现，以SQL SERVER 2005作为后台数据库。系统使用Visual C#语言编写代码，采用ASP.NET的Web窗体进行教学资源管理、教学管理、实训实验管理、问题答疑等子系统的开发，各子系统共享同一数据库。这使得不同教学子系统之间方便进行数据共享和交换，有效发挥各教学子系统的作用，从而充分利用和共享网络教学资源。

实训实验管理模块的用户是教师和学生，它的主要功能是让教师在网上布置、批改实验等，让学生获取实验、提交实验、查看评阅结果等。该模块主要由教师子模块和学生子模块组成。

4.1 教师子模块

教师实验页面包括实验布置、实验批阅、实验统计、实验删除。

1)实验作业布置

布置的实验作业由实验文件、实验说明、截止提交过期时间等组成。教师添加新实验需要选择实验所属教学任务后，填写相关的实验标题和实验说明，规定实验的上交截止日期，并将相关实验文件上载到服务器上。

如果实验作业题目能由文字形式给出，教师可以直接通过实验说明的方式给出实验题目，不用上传相关的实验文件。实验文件的上传和前面的文件上传方法相同，这里不再重复。教师布置实验功能的具体流程如图3所示。

图3 实验布置的流程Fig.3 Experimental arrangement'processes

2)实验作业批阅

实验批阅需要教师将学生的实验从服务器上下载至教师本地机器上。教师将在本地机器上批改实验，将实验成绩输入至系统中，并可以作简短的实验评语。系统读取学生实验表中的数据，生成学生实验列表。同时系统对实验进行统计，统计出学生的总人数、已上交实验的学生人数和已经批阅的学生人数，统计功能可以使教师全面了解学生的实验上交及批阅情况。

4.2 学生子功能模块

学生实验页面主要有获得实验、提交实验和查看实验成绩等功能。系统通过查询学生的相关信息，整理并显示学生的当前实验情况。学生可以浏览实验列表，查看教师布置的实验，若有实验文件，则可以下载文件。该功能的实现主要是读取教师实验表中的数据，生成学生的实验列表。

学生在本地机器上完成实验，按“提交实验”按钮，将实验以实验文件形式上传至服务器上。系统将在该学生实验记录的“是否提交”列填写已提交信息。该部分主要是一个文件上传的功能。系统读取学生上传的实验文件，存放在服务器的指定目录下，获取文件名称及上载日期等信息存入数据库中。由于所有学生实验文件都存放在一个目录下，因此为了避免因实验文件名相同而引起的文件覆盖问题，在存储文件时修改文件名以保证唯一重命名后的实验名称为学生号及实验编号的组合。此外，在实验的有效期间，学生可以修改实验文件，将修改后的实验重新提交，由于磁盘空间的限制，系统只保留一次实验，那么在上载过程中如果发现系统中已有该学生上交的实验文件，系统会进行提示，由用户决定是否覆盖已经存在的文件或者取消上传，实验提交功能的具体流程如图4所示。

图4 学生实验提交的流程Fig.4 Experimental Submit’processes

学生可以查看自己的实验成绩，该功能的实现主要是读取教师实验批阅表中的数据，生成学生的实验成绩列表。

5 结论

该实验教学平台在平顶山学院计算机学院开放实验室试运行两年多来，为教学提供了一个基于网络的实验教学环境，提供实训服务和实训工作管理功能，一直以来运行稳定，效果良好。利用这个教学环境来方便教师的教和学生的学，为学生的学习提供丰富的优质资源，并实现资源的共享，同时强调资源的开放性，调动学生的积极性，注重加强师生、生生之间的沟通交流，培养学生自主学习及合作学习的能力，促进学生更深层次的学习，能便捷及时的解答学生的疑问等等，从而保证和促进实验实训工作的顺利开展、实验实训教师水平的提高和实验实训学生实践技能的提升。对学校创新而言也是教学环境和教学手段的变革。

[1]王小辉.基于.NET和XML的网络辅助教学系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学,2009.

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