一个虚拟学习社区的设计与实现

毕业设计报告(论文) 题目一个虚拟学习社区的设计与实现所属系 计算机系 专 业 计算机科学与技术 学 号 01110120 姓名 杜政霖 指导教师 朱 林 起讫日期 2014.02 - 2014.05 设计地点 东南大学成贤学院 东南大学成贤学院毕业设计报告（论文）诚 信 承 诺本人承诺所呈交的毕业设计报告（论文）及取得的成果是在导师指导下完成，引用他人成果的部分均已列出参考文献。如论文涉及任何知识产权纠纷，本人将承担一切责任。 学生签名： 日期：一个虚拟学习社区的设计与实现摘要虚拟学习社区是随着计算机网络和计算机技术的不断发展和普及，随之兴起的。它以计算机网络为基础，以学生和老师为主要用户对象，目标是辅助学生的自主学习、提高学生的自主学习效率，同时方便老师对学生学习上的管理。为完成这一目标，学生和教师之间的交互性又是其之间的纽带。一个虚拟学习社区的设计与实现主要用到Java技术和SQL Server。本系统不仅要实现在线查看、下载、学习教程和课件，还要能够在线提交作业、提出学习过程中所遇到的问题，并且可以得到其他用户的解答，而这些问题也是共享的，会大大节约教师的答疑时间，提高教学效率。学生可以随时随地的提问，而回答者也可以在恰当的时间给予回答，这样将充分利用课余时间。关键词：学习效率; 师生交互; 自主学习Design and implementation of a virtual learning communitySummary As computer networks and computer technology continues to evolve and spread, along with the rise of virtual learning community. It is a computer network-based, students and teachers as the main user objects, the goal is to assist students in learning, improve students self-learning efficiency and facilitate the management of teachers on student learning. To accomplish this goal, the interaction between students and teachers is a link between them. Design and implementation of a virtual learning community mainly used Java technology and SQL Server. This system not only to achieve online, download, tutorials and courseware, but also can be submitted online job, ask questions encountered in the learning process, and you can get answers to other users, and these problems are shared, will greatly save Q & A time teachers, improve teaching efficiency. Students can ask questions anytime, anywhere, and respondents can be answered at the right time, so that will make full use of spare time. Keywords: learning efficiency; teacher-student interaction; independent learning第一章 引言随着当今网络的发展和普及，在当代大学生的学习生活中，在线学习显得越来越重要。现代的教学环境也渐渐由传统的课堂学习、自习教室学习向在线学习交流方向的发展。传统教学方式向现代教学方式的过度中，在线学习环境的好坏将对学习效率有着举足轻重的作用，必须给予高度的重视，因此，为了能够更好的提高同学们的在线学习效率，本虚拟学习社区得以应用。本虚拟学习社区的设计与实现出发点就是完善如今大学生在课余时间的学习生活，让在线学习更加轻松、方便、高效！本虚拟学习社区包括课件管理、教程管理、个人空间等多方面和众多功能，在下面一一介绍。1.1研究背景与问题定义 当今时代，教育对发展有着至关重要的作用。21世纪，是信息时代，信息的流通非常迅速，随着计算机和计算机网络技术的普及，大量的信息可以通过网络与身处不同时间、地点、身份的人交互，如何利用计算机以及网络来共享信息资源，更好的提高教学的质量显得尤为重要。作为学校，拥有一个属于自己的虚拟学习社区，对本校的教学也是有百利而无一害的。虚拟学习社区有三个基本要素组成：技术、教学和社会。技术是虚拟学习社区建立的硬件基础；教学是虚拟学习社区之所以为“学习”社区的根本；虚拟学习社区的社会学因素是培养学习者社区归属感，使学习者愿意长期留在社区学习并保持较高的学习积极性的关键。本虚拟学习社区充分利用了网络的特点-迅速、方便、节约时间和很强的交互性，来辅助教学网络化，提高教学质量。在本虚拟学习社区下，同学们可以更方便、更高效的进行学习交流，可以轻松的实现学习资源的共享，更加有效的解决学习甚至生活上的问题，而这又对提高学生的自学和查找资源的能力都有很大的帮助。在本虚拟学习社区的网站首页，有各个模块的内容摘要，公告区、课件区、知道吧等。同事，普通用户的登陆在首页的左下方也有。在公告区模块中，有由管理员发布的的公告，比如关于选课的公告，答疑教室的公告等，可供用户浏览查看。在教程区，有由管理员发布的教程信息，同学们还可以从中下载附件。在个人空间中，包括留言板、作业管理等，留言板可以查看留言、回复留言；而作业管理中又可以查看作业和提交作业。在知道吧，里面类似于一个小的百度知道，可以提出问题，等待热心的用户来为您解答。总之，本虚拟学习社区就是要打破传统的老师学生交流的方式，就是最大程度的提高学生们在线学习的效率。与此同时，通过以上几大功能，本系统可以利用计算机与网络的的方便性，来达到学生与老师的强交互性，更加简便学生与老师之间的在线交流。是学生可以通过网络即时查看老师发布的信息、提供的教学资源，选择适应于自身的资源进行针对性的学习，同时在学习的过程中，还可以提出疑问，等待老师的解答。而对于老师而言，本虚拟学习社区又可以方便老师对学生的管理，更加轻松的发布资源，对学生的问题给予解答，也节省了老师的时间。对这一切，本虚拟学习社区都可以予以实现。1.2 本文的主要工作（1）虚拟学习社区的功能和特点一个虚拟学习社区就是一个学习网站。那么作为一个网站，开放性、可用性、安全性、可维护性等网站应具备的属性都应该拥有。为了达到这些要求，就必须充分学习相关的网络知识。其次，学习社区的设计与实现主要是用来学生和教师进行学习上的交流的，是一个学习的网站，因此，它又必须相应地功能，比如资源共享、作业管理和答疑系统等。所以，本文主要阐述本虚拟学习社区应具备的功能以及实现的过程。（2） 教学存在的问题目前，在我国的大部分高校中，都没有达到本虚拟学习社区的功能。例如在我们学校，上传作业只有在机房里才可以完成，同时，没有学生与老师的即时交互，仅仅是单一的、死板一个上传作业。老师发布的一些课件也只有在机房里才能下载到，这些都大大的限制了学生在课余时间的学习要求。在学习过程中，答疑是一个非常重要的环节，我校虽然看到这一点，但是由于仅规定了固定的时间、地点来进行答疑，而导致答疑没有做到最大效率，没有充分利用学生和老师双方的课余时间。同时，结合当今大学生的学习特点，就是虽然各高校都很重视课堂教育，也开设了众多的课程，无论是公共基础课还是专业课，都已经完全足够满足需求和达到标准。但是，如今大学生的课堂学习时间虽然充足，但是课外学习时间的严重缺乏，也导致了大多数学生的学习质量并不高。学习者的特征对也促进了对虚拟学习社区的探究，而虚拟学习社区的实现，就是充分利用学生的课余时间，保证在课堂的所学到的知识不因为课外时间的没有及时复习而被荒废。同时，在本虚拟学习社区下，高度重视学生和教师的强交互性，因此知道吧模块将作为重要功能来帮助同学们解决在自主学习中遇到的问题。及时解决疑问会让同学们对课程更加有信心，不至于因为一个小小的门槛儿放弃了对本课程继续学习的兴趣。1.3主要技术 Java是1995年推出的，Java包括Java平台和Java程序设计语言。Java的发展非常迅速，而这也促进了Web的迅速发展。Java的前提基础相对简单，所有的微处理器使用同一种语言，内部的多个芯片能一起方便、无差的共享信息。Java渐渐的，并且已经改变了个人以及企业通Internet的交往方式。Java是一种面向对象的语言，所谓的面向对象，其实就是对现实世界中的事物通过自然延伸，任何的实体都可以看做是对象。在现实世界中，实体都归属于某类事物，因此，对象就是某类事物的一个具体实例，实体之间的交互也可以通过对象之间的交互来实现。Java语言具有可移植性：是指程序在某个系统上编译通过后，可以一直到别的系统上解释执行，这并不会影响程序的效果，而这仅仅需要简单的复制粘贴操作就可以了。Java的安全性：对于应用程序的安全性限制，iSeries服务器上的所有程序都与Java应用程序相同。程序一旦启动，他就在该用户权限控制下运行。Java的并发性：Java支持多线程技术，就是说多个线程并行执行，多线程是Java的一个重要方法，特别有利于在程序中实现并发任务。Java提供Thread线程类，实现了多线程的并发机制，然而，程序的并发执行必定会出现多个线程互斥访问临界资源的局面，因而解决并发系统的关键就是对临街资源的管理和分配问题。SQL即结构化查询语言（Structured Query Language),SQL被作为关系数据库管理的标准语言。Sql Server是关系数据库管理系统，本系统采用的是Sql Server 2008的版本，Sql Server 2008 增加了一些新的功能，例如可信任性：可以拥有很高的安全性、可靠性和可扩展性来运行最关键的应用程序；高效性：可以降低开发和管理的成本；智能型：可以再用户需要的时候提供所需的观察和信息。第二章可行性分析本虚拟学习社区的可行性分析分为经济可行性、技术可行性和社会可行性。2.1 经济可行性本虚拟学习社区的整个开发过程中，需要设计的经济少之又少。仅仅需要一台达到基本需求的计算机和一定的开发环境就足矣，而这些都已经达到了。虽然本虚拟学习社区的经济要求不高，但是带来的使用价值却是很突出的。因此，本虚拟学习社区在经济可行性上市完全达到要求的。2.2技术可行性在可行性分析中，技术可行性的分析占据了重要的位置。在技术的可行性分析中，首先要分析并绘制高层数据流图和系统流程图，由此评价系统的技术可行性，即在现有的开发环境下，在开发人员的质量和数量固定的情况下，能否在规定的期间完成本系统的开发工作。本系统采用java技术和sql server数据库在windows 7操作系统上实现，是可行的。同时，技术难度方面有专业的指导老师，同时可以不断查阅资料，还可以参考已有系统的功能，因此，在技术上是可行的。2.3社会可行性 本系统主要应用于如今的大学校园中，涉及的对象主要就是学生、老师，同时涉及的数据也很简单。同时，数据的计算过程也并不复杂。所以，在社会可行性上是完全可行的。 综上所述，本虚拟学习社区通过经济、技术、社会方面的可行性分析，可以确定本系统的开发是能够完成的、是可行的。第三章系统需求分析3.1系统的性能需求在本虚拟学习社区中，采用的是浏览器/服务器模式（B/S）进行设计开发。主要作为课堂以外时间，用于学生的学习交流服务，可以作为辅助教学的重要工具。在本学习网站上，学生可以查询公告，下载课件，同时，又可以完成作业管理，查询并上交作业等。除此之外，还可以在知道吧中讨论问题。（1）磁盘容量的要求本系统采用B/S架构模式，存储容量较小。同时，数据库系统所占据的空间也不大，数据文件也占的空间也相对较小。所以，存储容量的要求并不高，完全可以实现。（2）安全性的要求在本虚拟学习社区中，对于登陆的用户有着明确的权限管理，普通用户和管理的权限限定非常明确，普通用户决不允许跨越权限实施管理员的功能。对于非法的访客，必须要登陆后才能完成访问、实施功能。（3）适应性的要求本虚拟学习社区的的使用界面参考了一部分的常用的网站，充分适应了用户的使用习惯，菜单和各项功能非常清楚明确，相信用户可以很快的熟悉使用。3.2系统的功能需求分析3.2.1功能划分 根据使用本系统的用户的不同，系统的功能可以分为两部分，及面向学生部分和面向管理员的部分，其中教师被赋予了管理员的权限。在普通用户部分即学生部分，主要有查看公告，下载所需的课件，同时可以再个人空间进行留言和作业的管理，也可以在知道吧进行提问。在管理员部分，可以发表公告，课件，布置作业，对知道吧进行管理等。3.2.2功能描述 （1）登陆功能由于有一部分的功能只能对登陆的用户开放，因此必须要有一个注册登陆的功能。在注册登录功能中，又要包含指导新用户完成注册、实现登陆和对已经注册的用户实现修改密码的功能。（2）教程/课件功能该功能主要是管理员进行发布，而学生用户进行浏览和下载相关的附件。在相关的教程区和课件区里，有已经由管理员（教师）发布的课件和教程，本系统可采用网页的形式进行链接，界面美观简洁。（3）作业管理功能学生用户可以根据查询作业查看要完成的作业，然后进行作业上传，作业上传需要选择课程才能完成。（4）留言管理功能用户可以查看留言，也可以进行快速方面的回复留言。（5）知道吧功能知道吧，相当于百度的知道，也类似于一个小型的论坛。在这个模块里，用户可以对自己学习甚至是生活上的问题、疑问提出来，到相应的子区，不同的子区有不同的主题，例如电脑/网络、课程学习、艺术/文学、电子数码等，学生可以将所遇到的疑难问题发布出来，等待其他用户给予回答。最后还可以采纳他人的回答，将回答准确的答案标注出来，对其他有相同问题的学生用户可以有正确的参考价值。3.3数据流图 以下是本系统的系统流图，主要组成是由根据学生和管理员登陆后，由于权限的不同可以进行不同的操作。对于普通学生，可以根据学号和所设的密码进行登陆，新用户可以通过快速的注册账号，然后完成登陆。成功登陆的学生，可以再网站的首页上看到公告栏、课件区、教程区、知道吧等的信息概况，同时，在上方的一排菜单栏，分为课件区、教程区、个人空间、知道吧，分别链接至相应的模块。例如，当进入个人空间后，有作业管理和留言管理的功能，可以查看作业和上传作业，查看是否有留言和快速回复留言。当管理员登陆本系统时，界面会有所不同，在左边的一栏中，分别是课件管理，可以添加删除课件；教程管理，可以添加删除课件；用户管理，可以添加删除用户；知道吧管理，可以删除子模块、添加子模块等。系统一级数据流图如下所示：图3.1 一级系统数据流图下面是二级数据流图：图3.2二级系统数据流图3.4 开发环境（1） 服务器端软件环境：(a）操作系统：Windows 7(b）Web服务器：IIS5.0(c）数据库服务器：SQL Server 2008(d）浏览器：Google Chrome硬件环境：(a）CPU I5(b）内存 2G(c）硬盘 320G（2）客户端软件环境：(a）操作系统：Windows 7 (b）浏览器：Google Chrom硬件环境：(a）CPU I5(b）内存 IBM 2G(c）硬盘 320G（3）开发工具(a）MyEclipse 2013(b）SQL Server 2008第四章 系统总体设计4.1用例图在本虚拟学习系统中，学生用户在登陆成功后，可以完成系统提供的相应的功能。图4.1是学生对该学习网站进行操作的功能用例图图4.1 学生用例图管理员用例图展示了管理员/老师的操作权限，当身份验证通过以后，教师/管理员可以进行多项功能，添加/删除课件，添加/删除教程，添加/删除用户，作业管理，添加/删除答疑子模块等。下图4.2是管理员/教师的用例图：图4.2管理员用例图4.2 系统结构图根据虚拟学习社区的功能和特点，我们可以将整个系统分为前台和后台两个部分。在前台部分中，主要是学生的注册和登录，以及相应的查看公告、浏览教程、浏览/下载课件、查询/上传作业、答疑等相关功能；在后台部分中，主要是管理员对本虚拟学习社区资源的管理，主要是发布公告，教程的添加/删除，课件的添加/删除，作业管理以及知道吧的管理等，同时还可以添加删除用户。本系统的系统结构图如下图4.3所示：图4.3系统结构图4.3 E-R图通过对本系统的分析可以知道，本系统设计的实体主要有：普通用户（学生）、管理员（教师）、作业、教学资源（课件、教程）、问题等。一种类型的教学资源可以由多个不同的管理员来更新，同时，一个管理员也可以更新多个教学资源，因此管理员和教学资源之间是多对多的关系。教学资源实体练习图如下图4.4所示：图4.4教学资源实体联系图一个问题可以由多个学生提出来，而且一个学生可以提出多个问题，因此，问题和学生之间是多对多的关系。一个问题可以被多个老师来回答，而且一个老实可以回答多个问题，因此问题和老师之间是多对多的关系。一位老师可以批阅多次的作业，而一种类型的作业可以被多个老师批阅，因此老师与作业之间是多对多的关系。问题实体联系图如下图4.5所示图4.5 问题实体联系图4.4 数据库表的设计列名数据类型允许NULL值IdIntNOAdminidChar(20)YESPwdChar(20)YESPreloginDatetimeYESLogintimeDatetimeYESTotleIntYES表4.1管理员表（admin）列名数据类型允许NULL值Id IntNOUseridChar(20)YESUsernameChar(20)YESUserpwdChar(20)YESNicknameChar(20)YESMarkIntYESStatusIntYESQxIntYES表4.2 用户表（ts_user）列名数据类型允许值IdintYEScontentVarchar(5000)NULLReplierChar(15)YESArticleidIntYESCreatetimeDatetimeYES表4.3回答表(know_answer)列名数据类型允许NULL值IdChar(15)YESAskerChar(15)YESTitleChar(60)YESCreatetimeDatetimeYESSettimeDatetimeYEScontentVarchar(5000)YESAdd_contentVarchar(3000)YESFlagIntYESAwardIntYESReplierChar(15)YESSortidIntYESAnswerdIntYESBestidintYES表4.4问题表(know_article)列名数据类型允许NULL值IdIntNOstepNameChar(20)YESrangeintYES表4.5头衔表(know_step)列名数据类型允许NULL值IdIntNONemeChar(50)YESAdminidChar(20)YES表4.6知道吧子模块表（know_sortid）列名数据类型允许NULL值IdIntNOStudentChar(15)YESWorkedIntYESScoreIntYESOpinionVarchar(5000)YESStatusChar(10)YESFilenameChar(50)YES表4.7老师_作业表(s_work)列名数据类型允许NULL值Id IntNOSubjectedIntYESWorknameChar(60)YES表4.8学生_作业表（s_work）列名数据类型允许NULL值IdIntNOSubjectnameChar(60)YESTeacherChar(15)YESStudentCarchar(6000)YES表4.9课程表(t_subject)列名数据类型允许NULL值Id IntNOReceiverChar(15)YESSenderChar(15)YESTopicChar(50)YEScontentNchar(500)YESCreatetimeDatetimeYESFlagintYES4.10留言板表（ts_news）列名数据类型允许NULL值IdIntNONameChar(20)YES表4.11子模块表（ts_sortid）列名数据类型允许NULL值IdIntNOTitleChar(100)YEScontentVarchar(5000)YESAuthorChar(20)YESCreatetimeDatetimeYESFlagIntYESFilenameChar(200)YESSortidIntYESHitIntYES表4.12课件表（ts_article）第五章 系统详细设计5.1 系统登录模块为了使用本虚拟学习社区的各项功能，在主页面上会有系统登录的界面，从不同的登陆点可以提供普通用户登录和管理员的登陆。虽然没有登陆的访问者也可以查看一些信息，但是许多重要的功能都不对其开放，因此，只有成功登陆才能获取打开本学习社区的钥匙。登陆流程图如下图5.1所示：图5.1登陆模块流程图图5.2普通用户登录界面图5.3管理员登陆界面5.2管理员功能模块管理员成功登陆后，可以实施多项特殊功能，可以添加/删除公告，可以添加/删除教程，可以添加/删除课件，可以添加/删除知道吧子模块，可以添加/删除用户，可以添加/查看管理员，修改自身密码等。管理员功能界面如下图：图5.5管理员功能界面5.3主菜单模块在主菜单一栏中，我们可以看到本虚拟学习环境的主要功能模块：公告，个人空间，课件区，教程区知道吧等；图5.6主菜单界面5.4公告区/课件区模块在这两个模块中，用户可以查看有管理员/教师发布的公告，也可以下载课件。同时还可以搜索以往的课件，可以按标题，也可以按内容搜索。图5.7公告区界面图5.8课件区界面图5.9课件区下载界面5.5个人空间模块在个人空间模块，可以看到登陆的用户的基本信息，包括姓名，学号，昵称。主要的功能有修改密码、留言管理、作业管理。在作业管理中，用户可以查看和调校相应的作业，只有已经发布的作业才可以提交，在提交的过程中必须选择相应的课程，已确保作业管理的有序。个人空间模块以及相应的作业管理子模块界面如下多图：图5.9用户信息界面图5.10上交作业界面第六章 软件测试6.1 软件测试简介为了保证软件的质量，软件测试是必不可少的工作，同时也是软件开发完成前的重要活动之一。软件测试的直接目标就是本着对用户负责的理念，在用户使用前，通过测试找到用户在以后的使用过程中可能出现的软件缺陷，这些软件缺陷也许在以后会对用户造成重大影响，是减少软件质量风险的重要途径。统计数据表明，软件测试的工作量占到总的软件工作开发量的40%，如果是关系到人的生命安全的软件，这个比重甚至还会增加，由此看来，软件测试在开发工作中也是至关重要的。由于本系统是虚拟学习社区，工程量不是很大，安全性要求也并不高，因此软件测试的工作量也降低了一些。软件测试方法分为动态测试和静态测试。动态测试是在程序的运行中发现软件所存在的缺陷的过程。其中有包括黑盒测试法和白盒测试法。黑盒法不需要考虑程序的内部结构和处理过程，仅仅检查软件是否能够满足预期的功能需求。白盒法则与黑盒法相反，白盒法要求了解程序的内部结构和程序的处理过程，尽可能多的对逻辑路径进行测试，因此白盒测试法又被称作结构测试。在静态测试中又包括人工测试和计算机辅助静态分析。人工测试是指依靠人的劳动力来审核软件、结构化文档等，这种测试可以发现被计算机忽略的错误。计算机辅助静态分析是利用静态分析工具对呗测试程序进行特性分析，从程序中提取一些信息，以便检查程序逻辑的各种缺陷和可以的程序构造。软件的测试过程必须是有计划的，按规定的步骤有序的进行。测试步骤包括：单元测试、集成测试、系统测试、验收测试、等。6.2系统功能测试有6.1的介绍可知，软件测试在软件开发的整个过程中，占据了很大的工作量，其作用也是非常重要的。但是由于本虚拟学习环境的功能较为简单，同时对安全性的要求并不高，因此，仅仅需要进行简单的功能测试。下面，进行两项简单的功能测试，分别是：登陆功能测试和上传作业功能测试。在登录功能测试中，只有当拥有正确的用户名和密码时才能登陆本系统，完成相应的功能，因此需要测试不同条件下，预期结果和实际结果的一致性。用户名密码预期结果实际结果正确正确登陆成功登录失败正确错误登录失败登录失败错误错误/正确登陆失败登录失败表6.1登陆功能测试表在作业上传模块，要求上传作业的用户必须是选修了该课程的用户，这样，才能选择相应的课程进行上传，而没有选择课程是不能上传作业的。下面进行作业上传功能的测试。所修课程选择课程添加附件预期结果实际结果是是已添加上传成功上传成功是否已/未添加上传失败上传失败否不能选择已添加上传失败上传失败否不能选择未添加上传失败上传失败表6.2上传作业功能测试表 结束语本虚拟学习社区的设计和实现的过程中，不断学习、不断改进，最终完成了预期的主要功能。对于学生用户，能够完成对在首页上便可以看到各个主要模块的概况，进入相应的模块，可以进行学习资源的查看和下载等，在个人空间又可以上传作业和留言版的功能等。而作为本系统的一个重要模块-知道吧，能充分发挥学生和老师的交互性，既方便了学生对疑问的求助，也方便了教师对教学质量的提高，可谓为不可少的环节。虽然，本虚拟学习社区的一些基本功能都已经实现，整个系统还算成功，但是仍然存在一些问题，也有一些功能并没有实现。例如在对作业进行上传的同时，没有响应班级的选择，只有选择上传到响应的课程，这对教师管理不同班级的作业提出了更高的要求，这点需要改进。除此之外，在本系统中，教师和管理员的