基于J2EE平台高职院校网络教学系统的设计与实现
2021-12-09王萍利
王萍利
(西安职业技术学院， 动漫软件学院， 陕西 西安 710077)
0 引言
2020年初受疫情的影响， 网络教学涉及到大、中、小学生的教学活动中，各个网络教学平台都给教师和学生提供了方便，但也是漏洞百出，不是网络堵塞，就是资料无法上传等问题，给学生的学习和教师的教学产生了影响。因此，设计和开发了适合高职院校学生和教师群体的网络教学系统。通过该网络教学平台的开发和使用，提高学生自主学习的积极性和主动性，提高网络教学系统的稳定性和教学资源的共享性。
1 理论与技术分析
1.1 系统技术分析
(1) B/S设计模式
本系统采用B/S(服务器/浏览器)设计模式[1]，B/S 也分为客户机和服务器两层，但客户机上不需要安装软件(软件和操作系统一起安装的)，只需要浏览器就可以， 具体交互模式如图1所示。
图1 浏览器端与服务器端的交互模式
(2) MVC 模式
M(Model)，封装应用程序的数据结构和事务逻辑，集中体现应用程序的状态，当数据状态改变的时候，能够在视图中体现出来。
V(View),是M 的外在表现，模型状态改变时有显示。
C(Controller),对用户的输入进行响应，将模型和视图联系到一起，负责将数据写到模型中，并调用视图， 如图2所示。
图2 MVC 思想
(3) 三大框架技术
2020年初受疫情的影响，大多数学院动手开发适合自己学院的网络教学平台，导致在教学中网络堵塞和数据共享差的问题。为了解决这样的问题，采用3大框架结构开发，分为表现层、中间层和持久层。中间层处理数据访问、业务处理等任务，客户端不和数据库发生数据的交互，提高了数据库的安全，同时提高了网络教学平台的稳定性。
具体操作如下。前端采用Struts框架来完成，后端采用Hibernate访问数据库[2-6]。而Spring主要运行在Struts和Hibernate 的中间，Spring负责降低Web 层和数据库层之间的耦合性，Struts中的Action 在调用Hibernate 中的DAO时，尽量降低耦合性。再者，Spring 和Hibernate 整合实现业务逻辑的管理和业务对象的持久化，主要对网络在线教学的集中管理。
1.2 系统需求分析
高职院校网络教学系统的系统分析，从业务需求、功能需求两方面来设计分析。
(1) 系统业务需求
本系统的业务需求是教师、学生、管理人员对系统的需求。高职院校教师业务需求，包括教师的教学资料的上传和使用，在线教学、答疑、考试、布置和批改作业等。 高职学院的学生业务需求，选择课程在线学习、考试、做作业等。高职院校管理员业务需求，控制非法用户的登录。
(2) 系统功能需求分析
系统功能需求，其中高职院校教师功能模块，可以通过系统进行网络教学的正常实施[7-9]。高职院校学生功能模块，可以通过系统获取必须掌握的知识。高职院校的管理员通过系统对教师和学生进行管理。
网络教学系统除以上需求外，还需要达到系统稳定、数据共享等的要求。
2 系统设计
2.1 系统功能设计
通过系统需求分析， 本系统分为教师功能模块、学生功能模块、系统功能模块。 系统的功能图如图3所示。
图3 高职院校网络教学系统功能模块图
部分模块的功能描述如下。
(1) 教师教学功能模块
在本系统中教师模块的功能如下：教师登录网络教学系统进行建课、上传教学资料、 在线教学、在线答疑、在线布置、批阅作业等功能的操作实现[10-13]。对于在线考试模块，教师可以在题库中选择各类题型后生成阶段考试或期末考试的试题， 或者由题库自动生成试题。
具体的功能图如图4所示。
图4 高职教师教学功能模块
(2) 学生学习功能模块
本系统中学生学习模块的功能如下：登录网络教学系统找到所学课程进行在线学习、签到、作业、回答老师的问题和向教师探讨问题，在线参加考试、学习积分等。学习积分模块统计学生作业、答疑、签到等学习完成情况，积分达到规定的分数，本学期的平时分给增加。学习积分模块给学生学习提供激励，使学生养成自主学习的能力。达到现场教学和线上教学相结合的教学方式。
(3) 管理员模块
管理员分系统管理员和普通管理员。系统管理员登录系统给各个用户分配权限；普通管理员进行用户的管理工作，输出教师和学生的上课情况[14]、打印输出各类教学和学习的信息。
2.2 数据库设计
高职院校网络教学系统采用MySQL数据库设计。MySQL是最流行的关系型数据库管理系统之一，在Web应用方面，MySQL是最好的应用软件之一。在高职院校网络教学系统中可以设计十多张数据表：系统管理员信息表、普通管理员信息表、教学课程表、在线考试表、资料上传表、签到表、作业表等。对部分数据库表的描述如下。
(1) 系统管理员信息表如表1所示。
表1 系统管理员信息表
(2) 教学课程如表2所示。
表2 教学课程表
3 系统的实现
通过系统需求分析、详细功能设计，完成了系统教学功能模块、学生功能模块、管理员模块的功能设计，系统部分功能的实现方式如下。
(1) 教师功能模块
教师功能模块主要设计的功能有创建课程[15]、上传教学资源、在线教学、答疑、布置和批改作业、在线考试等操作，以下为教师上传教学资源内容的主要代码。
String fname=ff.getFileName());
String size=Integer.toString(ff.getFileSize())+”字节”;
InputStream streamIn=ff.getInputStream();
java.io.OutputStream out=new FileOutputStream(dir+”/”+fname);
int bytesRead=0;
byte[] buffer=new byte[6166];
while((bytesRead=streamIn.read(buffer,0,6166))!=-1
{out.write(buffer,0,bytesRead);
}
(2) 学生学习功能模块
学生学习功能模块设计的主要功能有学生在线学习、在线答疑、在线作业、在线考试、在线签到、学习统计等功能。 系统的实现流程图如图5所示。
图5 学生功能模块流程图
4 系统测试内容及结果
本项目前台由MyEclipse 10进行开发，该语言具有多线程、可移植性、动态性、安全性等特点，可实现复杂程序的个性化编写。后台数据库使用MySQL进行设计，提高了数据安全性。系统测试如下。
网络教学系统稳定性和数据共享性是系统的重要指标。当教师们都在上课时， 对系统响应时间、资源的利用等进行测试。 测试结果如表3所示。
表3 系统性能测试登记表
测试结果表明，使用外网的网络教学首次响应时间和多用户使用的首次响应时间都低于22 ms, 经过多次测试，响应时间符合要求且稳定。在网络教学的高峰时段，CPU 的占有率低于15%，符合系统的性能指标。通过测试表明，该系统能稳定、安全可靠地运行。
5 总结
本文从高职院校网络教学的实际需求出发，采用J2EE开发平台、MySQL数据库进行开发。通过MVC 体系架构、B/S设计模式实现了高职网络教学系统的设计。并针对教师、学生、管理员的需求，实现了系统管理模块、教师教学功能模块、学生学习功能模块的设计。系统测试表明该网络教学系统稳定、共享性能好，值得推广使用，将对实现信息化网络教学具有重要意义。
