（教育技术学专业论文）基于组件的学习管理系统的软件设计.pdf

山东师范人学硕上学位论文 基于组件的学习管理系统的软件设计 中文摘要 随着网络教育应用的不断深入，学习管理系统在教育领域得到了广泛的应用，然而目 前的学习管理系统存在着适用面小、共享性差、相互独立、自我封闭、系统间没有通用性 和不能有效集成等问题。这些问题限制了学习管理系统效能的正常发挥，制约了学习管理 系统的开发数量，降低了学习管理系统的开发质量。由于组件具有高可靠性、高复用性、 高维护性等特点，因此为学习管理系统的开发提供了一种较好的解决途径。 然而，组件技术尚在发展之中，虽然大量相关理论、模型被提出，但总体上还没有形 成一致的观点，要实现基于组件的软件开发的目标还需要做大量的理论和实践工作。 从软件工程的角度出发，构建学习管理系统的组件化设计方法，形成组件化学习管理 系统的软件设计模式，以支持学习管理系统的软件开发，具有重要的理论意义与实际应用 价值。 围绕这一问题，本研究从理论基础、设计技术、设计方法等几个角度出发，讨论了组 件这种先进的软件开发技术在复杂多变的学习管理系统的软件设计中的应用。首先介绍了 学习管理系统的相关概念、理论基础，对面向对象的软件设计技术、基于组件的软件设计 技术的一些基本概念和设计过程作了详细的探讨，通过理论分析和案例研究，总结出了一 种学习管理系统的组件化设计方法，为组件化学习管理系统的软件设计提供理论和方法的 支撑。 在介绍软件体系结构相关知识的基础上，根据学习管理系统的总体需求，选定系统的 软件体系结构风格，并按照选定的风格，运用基于u m l 建模语言的“4 + l ”视图，对学习 管理系统从用例视图、逻辑视图、组件视图、部署视图等不同的角度进行了软件体系结构 的设计，通过建立清晰的软件体系结构模型，来更好地理解系统，从而为学习管理系统的 详细设计奠定了基础，有利于系统的组件设计。 在学习管理系统的软件组件设计过程中，主要应用聚类算法来识别两类业务组件( 过 程组件和实体组件) ，以基于u m l 的“4 + 1 ”视图中的用例图和类图作为聚类分析样本点 的数据来源，并给出样本点关联值的计算方法，通过引入“聚集点实体”的概念改进识别 业务组件的准确性，给出组件粒度的计算公式，以降低业务组件的复杂度。并根据活动图 描述了业务组件接口的设计步骤，从而很好地解决了组件粒度划分的问题。 山东师范大学硕1 卜学位论文 最后，采用上述学习管理系统的组件化设计方法，利用a s p n e t 技术开发了学习管理 系统的实例，从而为学习管理系统的组件化软件设计方法提供了有效性验证。 关键词：学习管理系统；软件设计；组件：软件体系结构；u m l 分类号：( 3 4 3 4 山东师范大学硕l 学位论文 s o f t w a r ed e s i g no f l e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m b a s e do nc o m p o n e n t a b s t r a c t w i t ht h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e ta p p l i c a t i o ni ne d u c a t i o n , t h el e a r n i n g m a n a g e m e n ts y s t e mi sw i d e l yu s e di ne d u c a t i o n a lf i e l d s b u t r e c e n tl e a r n i n gm a n a g e m e n t s y s t e m sh a v et o t so f q u e s t i o n s ，s u c h a sa p p l i e dn a r r o w l y 、s h a r e db a d l y 、i n d e p e n d e n te a c ho t h e r 、 c l o s e dt h e m s e l v e s 、n o - c o m m o n l yu s e db e t w e e ne a c ho t h e ra n dc a nn o tb ei n t e g r a t e de f f i c i e n t l y a n ds oo n ，t h e s ep r o b l e m sl i m i tt h ed e v e l o p i n gq u a l i t ya n dt h ea m o u n to ft h el e a r n i n g m a n a g e m e n ts y s t e m c o m p o n e n tp r o v i d e su sw i t hau s e f u la p p r o a c ht os o l v e t h e s ep r o b l e m sb y t h em e a n so f i t sh i g h l yr e l i a b i l i t y 、r e u s ea n dm a i n t a i n a b i l i t y n e v e r t h e l e s s ，c o m p o n e n tt e c h n o l o g yi sd e v e l o p i n g a l t h o u g hal o to fr e l a t i v et h e o r i e sa n d m o d e l sa r eb r o u g h tf o r t h , t h e r e sn o tt h eu n a n i m o u s l yv i e wi ng e n e r a l t h e r e ss t i l lal o to f t h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lw o r kt od ot oa c h i e v et h eg o a lo ft h es o f t w a r ed e v e l o p m e n tb a s e do n c o m p o n e n t t h e r ei sg r e a tt h e o r ys i g n i f i c a n c ea n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o nv a l u et oc o n s t r u c t ，f r o mt h e p e r s p e c t i v eo fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，as e to fc o m p o n e n td e s i g nm e t h o df o r t h el e a r n i n g m a n a g e m e n ta n df o r m i n gas o f t w a r ed e s i g nm o d e lf o r t h el e a r n i n gm a n a g e m e n tb a s e do n c o m p o n e n t ，i no r d e rt os u p p o r tt h es o f t w a r ed e v e l o p i n go f t h el e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m f o c u s i n go nt h i sp r o b l e m ，t h ep a p e rd i s c u s s e st h ec o m p o n e n tm e t h o d o l o g yi nt h el e a r n i n g m a n a g e m e n ts y s t e mf r o m t h et h e o r e t i c a lb a s i s 、d e s i g nt e c h n o l o g ya n dd e s i g nm e t h o d s f i r s t , t h e p a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p t i o na n dp r i n c i p l eo ft h el e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，d i s c u s st h e c o n c e p t i o na n dd e s i g np r o c e s so ft h eo r i e n to b j e c ts o r w a r et e c h n o l o g ya n dt h ed e s i g n t e c h n o l o g yb a s e do nc o m p o n e n ti nd e t a i l a tl a s tt h ep a p e rs u m m a r i z e sad e s i g np r o c e s so ft h e l e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c hs u p p o r t st h es o f t w a r ed e s i g no ft h el e a r n i n gm a n a g e m e n t s y s t e mf r o mt h e o r ya n dm e t h o d s u n d e rt h ei n t r o d u c t i o no fr e l a t i v ek n o w l e d g eo ft h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ，t h ep a p e rs e l e c t s as o f t w a r ea r c h i t e c t u r es t y l ea c c o r d i n gt ot h et o t a ln e e d so ft h el e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m a c c o r d i n gt ot h i ss o f t w a r ea r c h i t e c t u r es t y l e b yu s i n g 4 + 1 ，v i e wb a s e do nt h eu m lm o d e l i n g 1 1 1 坐至堕墨盔兰堡兰竺笙苎 l a n g u a g e ，t h ep a p e re s t a b l i s h e sm o d e l so fs o f t w a r ea r c h i t e c t u r ef r o md i f f e r e n ta n g l e so ft h e s o f t w a r ea r c h i t e c t u r et om a k et h es y s t e mm o r eu n d e r s t a n d a b l e 。t h i sp a r to f w o r ki st h eb a s eo f t h ed e t a i ld e s i g no ft h el e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，w h i c hi sp r o p i t i o u st ot h ec o m p o n e n t d e s i g n i nt h ep r o c e s so f t h es o f t w a r ec o m p o n e n td e s i g no f l e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ，t h ep a p e r m a i n l yu s e st h ec l u s t e ra l g o r i t h mt oi d e n t i f yt w ok i n d so fb u s i n e s sc o m p o n e n t s ( p r o c e s s c o m p o n e n ta n de n t i t yc o m p o n e n t ) t a k e st h eu s e _ e a s ed i a g r a ma n dc l a s sd i a g r a mi n “4 + l v i e w b a s e do nt h eu m l m o d e l i n gl a n g u a g ea st h ed a t as o u r c eo fc l u s t e ra l g o r i t h ms a m p l e s ，a n d s e v e r a lf o r m u l a t i o n sa r ea l s og i v e nt oc a l c u l a t et h ev a l u eo fs a m p l e s r e l a t i o n s h i p c o r ee n t i t y w a sc h o s e nt oa c h i e v eb e a e ra e c u r a e yo fb u s i n e s sc o m p o n e n ti d e n t i f i c a t i o n , a n dg r a n u l a r i t y f o r m u l a t i o ni sg i v e nt or e d u c et h ec o m p l e x i t yo fb u s i n e s sc o m p o n e n t t h ed e s i g ns t e p so f b u s i n e s sc o m p o n e n ti n t e r f a c ea r ea l s od e s c r i b e da c c o r d i n gt ot h ea c t i v i t yd i a g r a m ，w h i c hs o l v e s t h ep r o b l e m so f t h ec o m p o n e n ts i z e g r a d i n gn i c e l y f i n a l l y ，b yu s i n gc o m p o n e n td e s i g nm e t h o do fl e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e ma b o v e ，t h e p a p e rd e v e l o p sal e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e me x a m p l eb yu s i n ga s p n e tt e c h n o l o g y , w h i c h p r o v i d e sa ne f f e c t i v ev e r i f i c a t i o nf o rt h es o f t w a r ed e s i g no f t h el e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m k e y w o r d s ：l e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m ；s o f t w a r ed e s i g n ；c o m p o n e n t ； s o r w a r ea r c h i t e c t u r e ；u m l c a t e g o r yc o d e ：( 4 3 4 i v 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得( 注：如没有其他需要特别声明的，本 栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 靴敝储鹕。扣 翩解： 学位论文版权使用授权书 顽褡 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权j 盐可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 自 懿一 香吖 莪 加 签 玑 鹏 期 刷 钥 曰 褪铂 ：口月 名 驴 一 咿 文 加 论 ： 位 期 学 日字 签 山东师范人学硕：l 学位论文 1 1 问题的提出 第1 章绪论 随着网络教育应用的不断深入，网络化信息管理系统的规模、复杂程度日益增加。其 技术手段、设计思想、系统的体系结构都发生了深刻的变化，信息管理系统正朝着分布式、 协作化、智能化的方向发展。一方面，借助于网络技术，信息管理系统的规模日益膨胀， 不断扩大，在结构上具有明显的分布式特征；另一方面，人们又希望能够实现不同信息管 理系统问的重用和互操作【1 1 。 学习管理系统( l e a r n i n g m a n a g e m e n t s y s t e m ，l m s ) 作为重要的网络化信息管理平台， 它可以实现发送、报告和管理学习内容，了解、追踪、分析和报导学习情况和学生进度等 功能【2 】。学习管理系统的应用提高了学习管理的效率和水平，为学习者提供了良好的网络 化学习环境。然而，随着系统的规模、复杂程度的不断增加，目前的学习管理系统存在着 适用面小、共享性差、相互独立、自我封闭、系统间没有通用性和不能有效集成等问题。 这些问题限制了学习管理系统效能的正常发挥，制约了学习管理系统的开发数量，降低了 学习管理系统的开发质量。使得它们只能暂时满足当前局部的教学急需，不能适应今后用 户的大规模定制、即插即用组合的要求。因此，如何基于已有学习管理系统改造或开发新 型学习管理系统，使之适应网络教育对学习管理新的发展要求，是网络教育实践中面临的 重要问题之一。 在学习管理系统的开发中引入组件策略，是解决上述问题的一种较为可行的方法。组 件是软件系统中的一个具有功能性的组成部分，可以构成软件系统的即插即用的软件成 分，能够与其它的组件集成而形成一个更大的部分或一个完整的应用程序。因此，采用组 件技术的软件系统更易于开发且具有更大的灵活性。基于组件的软件开发技术集软件复 用、分布式对象计算、企业级应用开发等技术为一体，以软件架构为组装蓝图，以可复用 软件组件为组装模块，支持组装式软件的复用，可有效地提高软件生产率和软件质型孙。 在信息管理系统中，采用基于组件的软件开发技术已成为研究的热点之一，在教学管理系 统、学生管理系统、教务管理系统、教育管理系统等信息管理系统的开发中都得到了广泛 的应用。学习管理系统作为与教学管理系统、教务管理系统等相似的系统，采用基于组件 的软件开发技术可以借鉴和重用其中公共的功能组件，开发出适合不同管理对象和管理模 式的学习管理系统实例，使得学习管理系统的开发更加趋于组装化、组件化，从而能够缩 山东师范大学硕上学位论文 短开发周期，有效地节省学校的财力、物力和人力，同时便于系统的升级。 然而，组件技术尚在发展之中，虽然大量相关理论、模型被提出，但总体上还没有形 成一致的观点，要实现基于组件的软件开发的目标还需要做大量的理论和实践工作。理论 上，不但要有更为先进的组件模型出现，支持组件的高级特性( 如良好的组件自我描述、 组件的自动装配、组件的开发方法、组件的通用性等) ，还要有完善并文档化的特定领域 的设计模式和领域框架来支持软件工程项目的开发；实践上，组件作为一种前景广阔的技 术，必然会得到更为广泛的应用，进一步加速组件技术的发展。 因此，从软件工程的角度出发，构建学习管理系统的组件化设计方法，形成组件化学 习管理系统的软件设计模式，以支持学习管理系统的软件开发，具有重要的理论意义与实 际应用价值。 1 2 相关研究综述 近年来，国内外许多专家学者、企业组织和研究机构对学习管理系统和组件技术进行 了大量深入的研究，为组件技术在学习管理系统中的应用奠定了良好的理论与实践基础。 1 学习管理系统的研究 学习管理系统是在内容管理系统( c o n t e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ，c m s ) 的基础上发展 起来的网络教育管理平台，目前在国内外的网络教育领域和企业培训领域有着广泛的应 用，许多国外著名的企业，如m m 、l o t u s 和o r a c l e ，都有自己的学习管理系统产品。 另外，还有几个非常活跃的自由软件形式的学习管理系统，如m o o d l e 和o l m s 。国内也 有从事学习管理系统研发的公司【4 1 ，如北京奥姿时代教育网络技术有限公司生产的紫晶学 习管理软件系统、上海易而学在线教育公司生产的s o c r a t e s 学习管理系统、台湾一宇数位 科技公司开发的一宇企业学习管理系统、北大青鸟教育培训公司开发的l m sl e a r n i n g s k y 学习管理系统等。随着对学习内容的日益关注，学习管理系统已逐渐与学习对象、可共享 内容对象参考模型等相结合i 鄂，形成了学习内容管理系统( l e a r n i n gc o n t e n tm a n a g e m e n t s y s t e m ，l c m s ) 。学习内容管理系统结合了学习管理系统的学习追踪、学习管理等功能及 内容管理系统的内容创建、内容发布与内容管理等功能，是目前网络教育领域中新一代学 习资源与系统间可共享、互操作的信息管理系统。 目前对学习管理系统的理论研究和实践工作主要集中在企业培训和应用层面，在教育 领域中的研究相对狭窄，主要侧重于学习管理系统的标准化及设计模式的研究。在标准化 规范方面的相关研究有清华大学计算机与信息管理中心郑莉的“可共享网络课件与学习管 2 山东师范大学硕上学位论文 理系统”、北京大学汪琼博士等对学习管理系统的标准制修订等。也有一些学者从设计模 式的角度出发对学习管理系统进行研究，如a v g e r i o u ，p 等人，对w e b c t 、c o s e 、 l e a m i n g s p a c e ，b l a c k b o a r d ，t o p c l a s s ，v i r t u a l u ，f i t s t c l a s s ，z e b u ，l e a m l i n e ，i n t r a l e a r n ， s a b a 、f l e 、c o n v e n e 、g e n t l e w b t 等学习管理系统进行了分析，总结出近2 0 种学习管理 系统成功的设计模式；华南师范大学的柯清超博士在其博士论文分布式学习系统软件建 模方法研究中对学习管理系统的设计总结出1 4 种设计模式。这些模式为学习管理系统 的实际开发提供了最为直接的指导。 2 组件技术及其在学习管理系统中的应用研究 软件设计技术自诞生以来，主要有三种主流的方法论：第一种是面向过程的设计方法， 即2 0 世纪7 0 年代由d e m 灿汜o 提出的结构化设计方法；第二种是2 0 世纪8 0 年代得到 广泛应用的面向对象的系统设计方法；第三种是在面向对象技术基础上发展起来的基于组 件的软件设计方法【6 l 。面向过程的设计方法强调在整体优化的前提下来考虑具体的分析、 设计问题，即所谓的自顶向下的观点。应用这种方法进行系统的开发，很大程度上依赖于 程序员的经验和工作能力，软件的重用性很低。面向对象的方法将客观世界抽象地看成若 干相互联系的对象，然后根据对象和方法的特征研制出一套软件工具，使其能够映射为计 算机软件系统结构模型和进程，从而实现系统的开发工作。面向对象方法的应用在一定程 度上提高了软件的重用性，但是这种重用是比较低级的重用，只是源代码级上的重用。基 于组件的软件设计方法是以组件为核心，软件之间的相互作用是通过组件之间的接口完成 的，因而能够从更大粒度上促进软件系统间的重用。 组件技术的出现是对传统软件开发过程的一次变革，极大地满足了多个应用领域的要 求，使得各种技术形成的软件组件可以最大程度地进行重用。而分布式对象领域c o r b a 、 c o m d c o m 、e j b 等规范的制订和相关支持产品的出现，为软件组件的实现提供了技术支 持，从而促进了采用组件思想开发的软件产品的相继出台，主流是以美、日大公司为首的 产品。早在1 9 9 8 年在日本召开的国际软件工程会议上，基于组件的软件开发模式就已成 为当时会议研讨的一个热点。美国总统信息顾问委员会也在1 9 9 8 年美国国家白皮书上， 提出了解决美国软件产业脆弱问题的五大技术，其中之一就是建立国家级的软件组件库。 目前，随着众多国家对组件技术的重视，组件基础设施日益完善，组件化软件市场容量不 断扩大【7 j 。 我国在组件技术的应用上也紧跟国际前沿。早在1 9 9 7 年，由北京大学软件工程研究 所杨芙清院士主持的国家重大科技攻关项目“青鸟工程”中，采用软件组件技术开发的“青 山东师范大学硕 学位论文 鸟i i i 型系统”通过了技术鉴定。至今，“青鸟工程”一直在研究开发软件组件库体系，继 续推进基于组件的软件开发技术【8 1 。此外，中国科学院软件研究所、上海普元软件有限公 司、互联网实验室也都在致力于组件技术的研究和实践，并取得了丰硕的成果。 综上所述，目前对学习管理系统的研究和实践主要集中在企业培训和应用层面，在教 育领域中主要侧重于学习管理系统的标准化及设计模型的研究，研究工作还需进一步深 入。在学习管理系统的开发中，大部分还是采用传统的软件设计方法进行系统的分析和设 计，真正采用组件技术进行学习管理系统分析和设计工作的成果还不多见，其主要原因有 以下几个方面： ( 1 ) 组件技术虽然已经较为成熟，但许多理论和技术细节仍在探究阶段，人们对新 技术的认识需要一定的时间。 ( 2 ) 目前组件技术的研究者大部分来自于软件工程领域，对教学领域较为陌生，缺 乏对学习管理系统相关的学习理论、教学理论的支持，其设计的学习管理系统未必真正满 足学习管理的需求。 ( 3 ) 许多学习管理系统的数据库之间存在大量的数据冗余。不少学习管理系统都存 在着系统孤立，业务不完整的情况，要复用现有的遗产系统，还要做大量的工作。 因此，采用软件工程的设计方法，研究基于组件的学习管理系统的设计过程，形成一 种参考性的学习管理系统软件体系结构，为学习管理系统的软件开发提供一套相对完整的 组件化设计方法，是本研究的重要内容。 1 3 研究目标与意义 1 研究目标 ( 1 ) 总结出一套相对完整的学习管理系统软件设计方法。 ( 2 ) 给出一种参考性学习管理系统软件体系结构。 ( 3 ) 得出一种学习管理系统软件设计模式。 2 研究意义 ( 1 ) 为学习管理系统的开发人员提供可参考的学习管理系统的软件体系结构和软件 设计模式。解决长期以来学习管理系统设计过程不完善，系统难以共享的问题，为以后系 统的设计与开发提供一些可重用、可共享的软件模型。 ( 2 ) 应用软件工程领域的设计理论、方法，总结出一套相对完整的学习管理系统软 件设计方法，能够从方法论层次上丰富教育技术学教学软件设计理论。 4 山东师范大学硕t 学位论文 ( 3 ) 使用组件可以实现软件并行开发，提高软件的重用性和开发效率，并且较好解 决了开发效率与开发质量之间的矛盾。当系统进行修改时，仅仅需要改变相关的组件而不 会影响系统的其它部分，便于实现流程、功能的重构和信息资源的重组与重用，适应了不 断变化的学习需求。 1 4 研究方法与内容 1 研究方法 研究方法是在课题研究过程中所使用的方法。方法选择的优劣，直接关系到课题质量 的高低。结合论文课题研究的实际，采用了如下的研究方法： ( 1 ) 文献分析法。搜集国内外与学习管理系统、基于组件的软件工程等相关的理论、 技术文献资料。在整理相关资料的基础之上，分析总结学习管理系统的理论基础和功能结 构，理解掌握基于组件的软件工程设计方法。 ( 2 ) 案例分析法。通过选定国内外比较成熟的学习管理系统作为研究对象，以学习 管理系统的共性和特征为研究内容，搜集大量与研究对象相关的案例资料，进行全面、深 入、细致的分析研究，从而总结出一般学习管理系统的功能结构。通常，文献分析法与案 例分析法结合，同步进行。 ( 3 ) 面向对象的软件工程方法。面向对象方法是关于如何看待软件系统与现实世界 的关系，以什么观点来研究问题并进行求解，以及如何进行系统构造的方法学。本研究主 要采用面向对象方法来进行学习管理系统的类设计，以完成学习管理系统的低层次复用。 ( 4 ) 基于组件的软件工程方法。基于组件的软件工程方法是面向对象方法的新发展， 是以接口为中心，面向行为的，基于体系结构设计的方法。本研究主要利用基于组件的软 件工程方法对系统的关联部分进行内部组装，以大粒度重用为指导思想，根据系统的体系 结构划出系统的功能组件来完成相应的系统功能。 2 研究内容 ( 1 ) 学习管理系统的研究。充分理解学习管理系统的基本概念、基本原理，总结学 习管理系统的功能需求。 ( 2 ) 学习管理系统软件设计基础研究。首先介绍软件设计相关知识，如模型构建、 模型表示语言等，然后介绍学习管理系统的组件化设计方法、流程。 ( 3 ) 学习管理系统软件体系结构设计。介绍软件体系结构的基本概念，根据学习管 理系统的总体需求，选定系统的软件体系结构风格。按照软件体系结构的风格，完成需求 山东师范人学硕士学位论文 到体系结构的映射，并详细设计组件、连接件以及配置等软件体系结构各组成要素。通过 这些内容可以初步达到识别学习管理系统的子系统，并建立起子系统控制和通信框架的目 的，为系统的详细设计奠定基础。 ( 4 ) 学习管理系统的组件设计。在系统软件体系结构设计的基础上，从软件的性能 等诸方面出发，合理布局组件在软件体系结构的用户界面层、业务逻辑层、数据层中所处 的位置。详细设计各组件间的行为、接口、依赖关系并定义各组件类的可见性、方法、属 性、继承关系。 ( 5 ) 学习管理系统组件化应用实例。针对学习管理系统的软件需求，利用上述软件 设计方法。开发一个学习管理系统的实例，并详细介绍该实例的开发环境及所应用的相关 技术等。 1 5 论文结构 论文共分成六章，其结构如图1 1 所示。 6 l 第一帝 。缀转让学嚣管理幕绕的鞔修避谤基础。； 学习管理系统的理解 学习管理系统的理论基础 学习管理系统的软件设计技术 组件化学习管理系统的软件设计 i第兰枣! 组件化学嚣管理系统的软绋体系绫梅疆谵 j 软件体系结构设计基础 学习管理系统软件体系结构分析 学习管理系统软件体系结构设计 学习管理系统软件体系结构验证 ；第网牵1 i维箨化学习管理系统的组件蹬计； 组件设计基础 学习管理系统组件设计方法 选课管理于系统组件的设计 考试管理子系统组件的设计 成绩管理了= 系统组件的设计 ： 第五章 i 应用设计实瓣 实例系统的分析与设计 实例系统的实现 实例系统的运行 图1 1 论文结构 山东师范人学硕上学位论文 第2 章组件化学习管理系统的软件设计基础 网络教育的不断深入，导致了学习管理系统规模的扩大和复杂程度的日益增加。为了 提高系统的开发效率和质量，有必要将软件工程学中的组件技术运用到学习管理系统的设 计和开发中来。本章首先讨论了学习管理系统的基本概念、特点与实例，然后论述了进行 学习管理系统设计的理论基础、技术基础。最后从软件工程的角度出发，介绍了组件化学 习管理系统的软件设计方法和设计过程，从而为学习管理系统的软件体系结构设计和软件 组件设计奠定理论与技术基础。 2 1 学习管理系统的理解 2 1 1 学习管理系统的概念 要理解学习管理系统的概念和内涵，首先必须把握学习管理的本质。对于学习管理本 质的把握，又建立在对管理本质的理解基础之上。 1 学习管理的概念 ( 1 ) 管理 管理一词有“管辖”、“处理”、“管人”、“理事”等含义，是指人们对一定范围内的人 员及事务进行安排和处理，以期达到预定目标的活动【9 1 。 管理是一种社会现象和文化现象，它是一种与人类社会共生的社会活动，只要有人类 社会存在，就会存在着管理活动。管理是人类社会实践的产物，也是人类社会实践的组织 方式。管理的最基本形式是组织，或者说组织是管理最原始和最基本的手段。管理的任务 是有效地实现人类活动的社会协作，通过最佳的协作方式和最优的组织结构保证在实现目 标的过程中作出最小的支出，使人力、物力和财力都能发挥出最大效应。管理是一个体系， 是管理者、被管理者、相应的物质载体，以及管理手段、技术和方法构成的组织系统。 ( 2 ) 学习管理 在教育领域，学习管理是指学习活动方式的组织，包括保证学习活动的完整性、多样 性、综合性和学习活动的分配等。这一概念强调教师或学习者自主对学习过程中的学习活 动进行的管理。 在学习平台的功能设计和开发中，一般认为学习管理应提供个别辅导、协作监控、讨 论组管理、疑难解答、试卷管理、作业管理、成绩管理和学习进度管理等功能。在实际设 山东师范大学硕 ：学位论文 计和开发中，一般将网络环境中的学习管理划分为三个部分：学习内容生成及管理、学习 管理和学习活动的管理。然而，不同的开发项目，在对这三部分功能定义和划分时，具体 所包含的内容有时彼此相互交迭，界限比较模糊。但是，这些对学习管理的描述所强调的 从学习角度出发对整个学习过程的执行、计划和控制，强调对学习活动和学习过程的管理， 应该是学习管理的内涵中不可或缺的要素。 2 学习管理系统的定义 什么是学习管理系统，目前国际上尚无一致公认的表述，以下给出几个影响较大的定 义。 p a u l s e n 在一篇专题讨论在线教育的名词和定义的文章中指出：学习管理系统是对一系 列软件系统的统称，这些软件系统为教师、学生和管理人员组织和提供在线学习服务。这 些服务包括访问控制、学习内容发布、信息交流工其和用户群体组织。 k a p l a r p l e i s e r s o n 在l e a r n i n g c i r c u i t s 网站的e - l e a r n i n g 词汇表中对学习管理系统的定 义是：学习管理系统是培训自动化管理软件，它具有用户注册、课程目录维护、记录并汇 报用户数据的功能。学习管理系统特别适用于管理来自多个出版商和提供者的课程。它通 常不具备课程创作功能，而是专注于管理各种外部资源创建的课程。 e - l e a r n i n g 专业研究网站b r a n d o n - h a l l c o r n 首席研究员b r a n d o nh a l l 在其网站的“新 技术定义”中指出：学习管理系统是培训自动化管理软件，它具有的共同特征是管理学习 者登录、管理课程内容、记录学习者学习信息及提供管理报告等。学习管理系统与更加高 度整合的学习管理系统之间曾经有过明显的区别，但是目前这种区别消失了。学习管理系 统这一概念目前用来描述支持培训的各类应用软件，它们通常具有以下部分或全部功能： 著作工具、教室管理、能力管理、知识管理、教学指导、聊天室及讨论区等。 上述概念仅从功能的角度出发定义学习管理系统，没有涉及到学习管理系统的各个组 成要素和学习环境。学习环境是相对于教学环境提出来的，是学习者在学习活动展开的过 程中赖以持续的情况和条件。由此推及网络学习环境，它应该是网络环境下学习者在学习 活动展开的过程中赖以持续的情况和条件【1 0 】。这些条件包括硬件资源、软件环境、人员支 持、教学设计、教学模式、教学设备、教学管理等。软件环境又可以分为保证网络学习环 境正常运行的基础软件和网络学习系统两部分。 有时网络学习系统又称为网络教学系统、教学管理系统、教学支持系统、学习管理系 统、学习内容管理系统等。网络教学系统和网络学习系统是对同一事物在不同状态下的理 解。两者的区别在于教学系统以“教”为中心，而学习系统强调以学习者的“学”为中心， 山东师范大学硕十学位论文 但是它们的要素是相同的，即教师、学习者、内容和手段。随着建构主义的深入人心，教 学系统也采用了以“学”为中心的思想，在这种思想下开发的教学系统与学习系统本质上 并没有区别。按照这种理解，学习系统、学习内容管理系统、学习管理系统之间的区别在 于强调的侧重点不同：学习系统侧重于强调学生的自主学习，学习管理系统侧重于强调对 学习的管理，学习内容管理系统则强调学习内容与学习管理的并重。由于网络环境下对系 统自主学习、学习资源的充分关注，对它们的区别无需刻意界定，即学习管理系统中也可 以有学习资源和学生的自主学习功能，学习系统中也可以有学习的自动化管理功能。 综合上述定义和概念，可以认为，学习管理系统是网络学习环境中一套自动管理学习 活动的软件，其直接目的是创建一种适合学习者自主学习的网络化学习环境。它可以实现 实时和非实时交互学习模式下，对学习者、学习内容等学习要素的管理功能，为学习者提 供通过网络进行选课、在线考试、答疑、辅导、成绩查询等自动管理功能。 2 1 2 学习管理系统的特点 作为与教学管理系统、学生管理系统、教务管理系统、教育管理系统等相似的信息管 理系统之一，学习管理系统除了具备一般信息管理系统的共性外，随着系统规模、复杂程 度的日益增加，网络环境下的学习管理系统在系统间操作方式、学习方式、学习环境等方 面也具有自己的特点，具体表现在技术和教学应用两个方面【1 1 1 2 5 1 。 在技术上，学习管理系统具有以下特点： ( 1 ) 支持学习管理系统间的互操作性。通过对各种学习技术标准规范的研究及各种 先进设计思想的运用，实现学习管理系统间的资源互访、环境互用等互操作技术。 ( 2 ) 良好的可靠性和可维护性。通过运用各种先进的可复用技术，可以实现学习管 理系统中元素的重组、重用与共享，从而使系统具有良好的可靠性，便于系统的维护。 在教学应用上，学习管理系统具有以下基本特征： ( 1 ) 学习方式的个性化。在网络环境下的学习管理系统中，学习者可以根据自身的 学习需要自主地选择学习资源、学习伙伴、自定学习步调等。 ( 2 ) 学习环境的信息化。完全的信息化网络学习环境，使学习者能超越时空的限制， 从而使学习行为的广度和深度都得到扩展。 ( 3 ) 学习内容的开放性、交互性。开放性指学习管理系统能够让教师和管理员方便 地进行调整和更新；交互性是指系统不仅可以进行人机交互，更重要的是教师与学生之间， 学生与学生之间也可以通过网络实现人与人之间的交互。 9 山东师范大学硕上学位论文 2 1 3 学习管理系统的案例 随着网络教育的不断深入，学习管理系统日益受到众多研究机构和开发组织的关注， 产生了各种各样的学习管理系统，以下是三个国内外著名的学习管理系统。 1 w 曲c t w e bc t 是由加拿大英属哥伦比亚大学计算机科学系开发的一个基本的服务器程序， 主要用于课程开发与联机教学内容发布。w e bc t 是一个方便创建基于w e b 联机教育环境 的紧密集成的工具，它不仅可以用于开发完全联机的课程，也可以用于将现有的课程内容 在网上发布。另外，w e bc t 还有系列可以自动与课程内容紧密集成的学习工具，包括 会议系统、在线聊天、学习过程跟踪、小组项目组织、学生自我评价、成绩管理和发布、 访问控制导航工具、定期测试、电子邮件等。 2 i l e a m i n g i l e a m i n g 是o r a c l e 公司开发的一个企业级的学习管理系统，它将学习者、教授者、制 作者、管理者有效地组织在一起，使他们互相合作。i l e a m i n g 可以提供确认服务或者作为 需要许可证的产品。确认服务提供一种非常便利的、有效的、广泛合作的a s p 学习方案， 它通过网络提供个性化的教育；对于那些不愿意使用a s p 方案的公司，也能够提供一个需 要许可证的产品。同时，o r a c l e 公司还提供必要的产品维护。 3 l e a m i n g s k y l e a r n i n g s k y 是中国北大青鸟教育机构2 0 0 5 年1 2 月最新发布的一种企业级的学习管理 系统，是在对国内企业培训需求深入调研的基础上，应用最新的国际标准，结合先进的在 线学习的经验研发出来的新一代学习管理系统。该系统提供了强大的用户管理、课件及培 训管理、学习管理、自主学习和实时交流等功能，能够高效率地跟踪与管理学员的学习情 况：能够与国内外标准课件实现完美的集成；可以对所有的课程进行分类管理，设置自动 课程注册，并允许学员自己登录和注册，同时跟踪学生所有类型课程的完成情况；还可以 通过异步讨论和实时交谈进行协作学习，为学员提供灵活、丰富的学习体验。 通过许多案例可以看出，大部分学习管理系统都是基于网络学习环境的，即基于w e b 平台的。k h a n b h 将基于w e b 的学习定义为：“利用w e b 上的资源和属性创建的一个有意 义的学习环境，这个学习环境对学习提供支持和帮助”。通过w e b 学习环境所具有的丰富 的属性和功能，为教与学的活动提供支持。 根据对学习管理系统案例的调查与分析，并参考华南师范大学的柯清超博士总结的学 习管理系统的1 4 种设计模式，可以认为，基于w e b 的学习管理系统由考试管理系统、选 1 0 山东师范大学硕：t 学位论文 课管理系统、课程管理系统、作业管理系统、辅导答疑系统、成绩管理系统、协作交流系 统、学习过程跟踪、辅助工具系统、用户管理系统等部分组成。 2 2 学习管理系统的理论基础 学习管理系统作为实现网络化学习管理的支撑工具和环境基础，必然要在很大程度上 受现代管理理论和现代教育理论的指导和影响。这些理论为学习管理系统的整体规划、模 块设计、功能定位提供了理论指导和借鉴作用，使学习管理系统的设计工作不再盲目和缺 乏依据。因此，只有将现代教育教学的思想融入到学习管