（系统分析与集成专业论文）网络远程教育系统的设计与实现.pdf

摘要 随着i n t e m e t 和教育信息化的发展，网络远程教育产生并不断的发展着。作 为一种新形式的教育方式，网络远程教育所拥有巨大优越性为世界各国所瞩目。 我国在实现现代化过程中，教育必须先行，大规模实施网络远程教育是势在必 行，可以看到网络远程教育在我国正以空前的速度发展。目前网络远程教育发 展中的一个关键性问题就是如何建立一个优越的网络远程教育系统。我们在作 论文期间设计并编制了网络远程教育系统的部分软件。本文将就此展开，介绍 如何设计与实现一个实用型的网校系统，并着重探讨网络远程教育系统建设过 程中的一些相关问题。 本文第一章介绍网络远程教育的重要性与发展状况，提出需要解决的几个 主要问题。在第二章中给出了我们的网络远程教育系统结构的设计包括硬件与 软件组成、系统结构、系统分析。第三章着重介绍本系统的数据库设计，包括 数据库任务、功能、结构特色、模型和压缩算法。第四章叙述了网络远程教育 系统的具体实现，包括程序的开发工具、丌发过程、配嚣和几个具体程序模块 示例。在第五章中作者提出了在设计和实现网络远程教育系统的过程中遇到的 若干问题，并且对它们的解决方法展开了探讨。第六章则是对本文总结与展望。 关键词：网络远程教育，系统设计，数据库，软件可靠性，p h p ，m y s q l a b s tr a c t a l o n g w i t hd e v e l o p m e n to f i n t e m e ta n de d u c a t i o n sc o n s t r u c t i o no f i n f o r m a t i o n ， w e b - b a s e dd i s t a n c ee d u c a t i o n a p p e a r s e v e r yc o u n t r y r e a l i z e st h a tw e b b a s e d d i s t a n c ee d u c a t i o ni sv e r yi m p o r t a n t b e c a u s ec h i n ai sd e v e l o p i n ge d u c a t i o nf o r b e c o m i n g m o d e m s o c i e t y ，w e b b a s e dd i s t a n c ee d u c a t i o n i sm o r ei m p o r t a n tt oc h i n a b u tt h ec r u xi sh o wt oe s t a b l i s h e sas u i t a b l ew e b - b a s e dd i s t a n c ee d u c a t i o ns y s t e m i n t h i sa r t i c l e ，w ew i l lp a yo u ra t t e n t i o ni nt h ed e s i g n i n ga n dr e a l i z i n gaw e b - b a s e d d i s t a n c es c h o o ls y s t e m ，a n dd i s c u s ss o m er e l a t e dp r o b l e m s i n c h a p t e ri ，t h e a u t h o ri n t r o d u c e st h ei m p o r t a n c ea n dp r e s e n tc o n d i t i o no f w e b b a s e dd i s t a n c ee d u c a t i o na n da d v e r t sc h i e fc h a l l e n g e i nc h a p t e r2 ，t h ed e s i g no f o i l yw e b * b a s e dd i s t a n c ee d u c a t i o ns y s t e mi sm t r o d u c e d ，s u c ha sh a r d w a r e ，s o f t w a r e ， s y s t e mc o n s t r u c t i o n ，a n ds y s t e ma n a l y s i s i nc h a p t e r3 ，t h ed e s i g no f d a t a b a s es y s t e m f o ran e t w o r ks c h o o ls y s t e mi si n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gi t st a s k ，f u n c t i o n ，c o n s t r u c t i o n f e a t u r e ，m o d e la n dc o m p r e s s i o na l g o r i t h m i nc h a p t e r4 ，t h ea u t h o rs t a l e sh o wt o r e a l i z ew e b - b a s e dd i s t a n c ee d u c a t i o na n di n t r o d u c e sd e v e l o p m e n tt o o l s ，d e v e l o p m e n t p r o c e s s ，c o n f i g u r a t i o na n dp r o g r a me x a m p l e i nc h a p t e r5 ，t h ea u t h o rd i s c u s s e ss o m e p r o b l e m sm e ti nd e s i g no fs y s t e m ，a n dp u t sf o r w a r dt h em e t h o d so fs o l u t i o n i n c h a p t e r6 ，t h ea u t h o rm a k e sac o n c l u s i o no nt h i st h e s i sa n dt h e ni n d i c a t e st h en e x t r e s e a r c hg o a l k e y w o r d s ：w e b - b a s e d d i s t a n c ee d u c a t i o n ，s y s t e md e s i g n ，d a t a b a s e ，s o f t w a r er e l i a b i l i t y p h p ，m y s q l 第一章网络远程教育的概况 众所周知，互联网的发展，教育信息化建设的逐步展开，使得互联网 时代新的教育模式一网络教育应运而生。这对于教育事业的发展，特别对 我国教育事业的发展更具有重要意义。 1 1 网络远程教育的重要性 网络远程教育【1 1 ，就是通过互联网进行远程教学方式的教育。自2 0 世纪9 0 年代起，随着信息和网络技术的发展，这种以信息和网络技术为 基础的网络远程教育在我国出现了。作为一种新兴的教育方式，网络远程 教育在当前具有极为重要的意义，这从以下几点可见： 1 网络远程教育是高等教育的重要组成部分：我国人口居世界第一 位，是世界最大的发展中国家，但高校设施严重缺乏，大部分适龄青年不 能在大学学习，据统计，经过大规模的扩大招生之后2 0 0 3 年我国适龄青 年的高校毛入学率为1 7 ，而世界上其他发展中国家的高等教育毛入学率 的平均水平为1 8 2 0 ，美国、加拿大，俄罗斯等国的毛入学率则高于 5 0 ，也就是说，要赶上其他国家的高校毛入学率，达到高等教育普及化， 我们还有很长的路要走，对高等教育的投入要加大。但是，作为一个发展 中国家，高等教育资源的短缺问题在短期内是很难解决的。这种高等教育 资源短缺的情况导致了人才的缺乏，制约了我国经济的高速发展。而实施 网络远程教育则通过跨时空的教学资源共享，降低了教育的成本，提高了 办学效率，不需要增加教室，也不用增加学生宿舍，更不要增加大量教师， 就能让更多的学生得到接受高等教育的机会。通过实施网络远程教育，只 需要少量的投入，就能给更多学生提供接受高等教育的机会，是一个解决 高校教育资源不足的好办法，也为我国的终身教育与全民教育普及提供了 新思路。 2 网络远程教育是终身教育和继续教育的重要方式：由于科学技术 不断发展，全社会都需要不断学习新技术，新知识；人们也希望在各个方 面提高自己的素质和修养，这就存在终身教育和继续教育问题。网络远程 教育能够充分满足这样的要求。这种学习方式使学生可以不脱产学习，而 且传统的学习日程安排也不复存在，学生可以选择自己认为最方便的时间 学习，随时随地的利用自己的空余时间上课，也不需要到教室上课，可以 远离数千里之外的学校，坐在家里上课。因此网络教育非常适合作为终身 教育和继续教育的教育方式。 3 网络远程教育是西部边远地区中等教育的重要方式：对于西部不 发达地区，中等教育师资缺乏，学校可能离家很远，住校也不方便，网络 远程教育可以使众多学生能在网上得到杰出教师的指导。网上教育对于西 部不发达地区，甚至东部发达地区的中学生而言，也是提高教育水平好方 法。 4 网络远程教育是新型教育方法：网络远程教育改变了传统授课方 式。传统教育是静态而不是交互式的，教师写黑板，学生上课记笔记，下 课对笔记，回宿舍消化笔记，没有主动性。而参与网络学习的学生可登录 到受口令保护的网站参加网上课程的学习和对话，根据自己的兴趣和个人 特点，主动的安排自己的学习过程。这种个性化教学方式，具有较强的学 习针对性，弥补了传统教法简单划一的弊端，能够体现学生的主体地位， 发挥学生的主体作用，调动学生的学习积极性和主动性，培养学生的认知 方法和学习能力，既满足学生总体的发展性需要，也可满足学生个体的差 异性需要，真正达到因材施教的目的，十分符合素质教育的要求。 5 网络远程教育是普及科学的合适方式：通过网上教育，可以低成 本地，及时的向广大农村，边远地区普及新技术，新知识。 1 2 国内外网络远程教育的发展现状 互联网的发展、教育信息化建设的逐步展开，使得了互联网时代新的 教育模式一网络远程教育出现。网上学习( e l e a r n i n g ) 正在改变传统教育的 现状，并正在引发二十一世纪的教育革命 2 。 据了解，目前，我国7 0 8 0 的大学建立了自己的校园网，其中大部 分学校己建成多媒体教室。但这些学校的分布并不均匀，绝大多数位于东 部发达地区。从2 0 0 2 年开始，我国加大了对西部教育信息化的投入，在 西部1 5 2 所大专院校建设校园网，并进行网上应用的开发，其中涉及6 0 0 多项比较大的项目。此外在我国的大力支持下，全面实施了适合于西部地 区的远程教育项目，在西部中小学中建立远程教育。国家教育部还在西部 地区建立1 万个“现代远程教育教学收视点”。其具体做法是，为西部中 小学配备包括计算机、电视、接收卡、天线等在内的设备，使其能够直接 接收中国教育电视台播放的教育节目，尤其是接收其中优秀的教学教育资 源，更快、更好地提高西部地区的教育教学水平。 国际上网络教育发展得更快( 3 】。 在美国，美国政府一向重视网络教育，每年都会发布政府报告，强调 每个公民都不应落后于网络时代。克林顿政府从1 9 9 2 年开始就在大谈教 育信息化，并于1 9 9 6 年提出了“教育技术行动”f e d u c a t i o nt e c h n o l o g y i n i t i a t i v e ) 。行动纲领指出：到2 0 0 0 年，全美国的每间教室和每个图书馆 都将连上信息高速公路，让每个孩子都能在2 1 世纪的技术文化方面受到 网络教育。该行动提出的四大支柱是：a 每个学生都能使用到计算机；b 每个教室都连到i n t e m e t 上；c 开发能够整合到课程中的优秀教育软件：d 鼓励愿意使用和善于使用新技术进行教育的教师。1 9 9 7 年2 月4 日，克 林顿在他向国会提交的国情咨文中又进一步提出：将在1 9 9 8 年投入5 1 0 亿美元的巨额预算用于实施一项称之为“美国教育行动”的宏伟计划和模 式。2 0 0 1 年，美国有超过一半的高校提供网上课程，形成4 亿多美元的 市场。“网上学习”公司发展迅猛，包括各种网上培训的整个美国网上学 习领域预计到2 0 0 4 年将会发展成为一个价值1 4 5 亿美元的市场。其中技 术课程在所有网上内容当中略超过一半。此外，通过大学提供的网上课程 的数量也会继续增加。 在加拿大有一个“数字化收藏”项目，创建了一个网站，让学校、私 人机构出资，把内容丰富的博物馆资料、图书馆资料、学校资料及企业资 料汇集起来并数字化。2 0 0 0 年4 月，在这个项目下建成了3 5 0 个网站， 这些网站上存有大量加拿大各种各样的信息资源，包括历史、人文、多媒 体课件、公共应用计划等所有的教学材料，目的是加强人们对于新媒体的 学习，改善加拿大人的学习渠道，建立一个学习型的社会，以适应互联网 时代、知识经济时代的到来。 在英国，从1 9 9 8 年到2 0 0 4 年，“英国国家学习网”项目共计将投入 1 8 亿镑，以建立一个全民学习化社会资源网，对推进教育信息化进程所 投入的资金数额惊人。 同时，许多国家都建立了虚拟大学1 4 j ，目标就是使教育开放，形成真 正的全球化课堂。此外，除了国家级的研发项目之外，也有包括 s c o r m ，i m s 等致力于网络教育的企业机构和学术团体，开展网络教育技 术的研究与开发，已经产生了一批标准化成果和相关产品。 为了赶上国际水平，促进我国教育事业的发展，必须大力开展网上教 育。中国政府对此也表现出了极端的重视 5 l ，在中共中央国务院关于深 化教育改革全面推进素质教育的决定中明确提出：“大力提高教育技术 手段的现代化水平和教育信息化程度。而在面向2 1 世纪教育振兴行动 计划中则指出，在我国实现教育信息化的重要途径之一是“实施现代远 程教育工程，形成开放式教育网络，构建终身学习体系”。现代远程教育 工程，开放式教育网络就是指现代化的网络教育；而构建终身学习体系只 能通过网络远程教育实现。 1 3 网络远程教育建设中的几个问题 但是在网络教育建设中存在着许多技术问题，诸如：学习子系统的个 别化和个性化问题、网络学校的教学教务管理问题、带宽限制问题、接入 连接问题、软硬件兼容性问题、数据安全问题、服务超负载问题等等，这 些问题都出现在我们的网络远程系统的设计和实践中，通过不断的研究和 努力它们得到了一定的解决。但是限于篇幅在以下几章中只能介绍和讨论 其中的一部分。 第二章网络远程教育系统结构的设计 网络远程教育系统结构的设计是从纵观全局的角度做出的整体设计， 属于本文的重点部分，但是限于篇幅，只能大概介绍其中主要内容。在本 章中还对其设计背景和设计分析进行了简单的介绍。 2 1 设计背景 2 1 1 系统的硬件组成 本系统在目前的阶段对硬件系统的要求比较低，但是在投入大规模实 际使用时将有较高的硬件要求，而且软件要靠硬件来支撑，软件与硬件结 合起来才能完成各种功能，因而硬件部分也必须考虑。 支撑网络远程教育系统韵物质基础就是一个实际的计算机网络，类似 于目前各级学校中的网络中心的结构，不同的是它不仅是一个校内的局域 网或是处于教育网内部，而是要将大量的功能模块置于公网之上( 当然这 样受到攻击的危险将会比较大) 。而且作为一个通用型的远程教育系统， 根据需支持的学生人数、范围、学生访问网络的方式等诸多因素的不同， 它的硬件结构的变化也会很大，组织结构形式也可能有差异，但一般来说， 都具有如下模块：接入模块、交换模块、服务器模块、双向交互式同步教 学模块、课件开发平台等。【6 】i v 2 12 系统的软件组成 本论文主要研究远程网络教育系统的设计与实现，因此首先要开发远 程教学平台的模型。考虑到本课题的具体要求是建立一个通用型的网校系 统，所以采用了w i n d o w s + i i s + p h p + m y s q l 的基本架构。体系结构采 用浏览留服务器( b sb r e w e r s e r v e r 网络模式) ，采用三层体系结构，即包 括数据库系统、应用服务器、客户浏览器三部分。数据库服务器端采用的 是适用于各级大中小学校使用的开发源代码的数据库服务器软件系统 ( m ys q l ) ，这有利于提高批量数据的吞吐时间，使整个系统管理规范化。 应用服务器端采用可扩展的通用组件对象模型计算模式，采用分模块层次 结构，多模块分立，允许系统进行分布式并行处理来提高系统的工作效率。 各功能模块之间通过t c p ，h t t p 等多种协议进行消息和数据交换。用 户运行环境为标准的中文浏览器环境( n e t s c a p e 4 0 或以上版本或i e 4 0 或 以上版本，不需要特殊的插件) ，硬件环境不限，包括p c 机、手持式电脑、 电视机顶罱盒和网络电脑等，只要能够运行基本的浏览器软件就可以。使 用的主要开发语言有：用于动态网页制作的p h p 语占，j a v a s c r i p t 、h t m l 等；使用的网页开发工具和课件制作工具包括：f i r e w o r k s 、d r e a m w e a v e r 、 f r o n t p a g e 、f l a s h 、p o w e r p o i n t 等；以及用于数据库操作的m y s q l 语言和 管理工具p h p m y a d r a i n 等。 8 1 9 】d o h l l 2 2 系统结构 由主页唧n j i m s p h p 进入，可以通过导航条上的超链接进入本系统 第一层的5 个区域，即基本的五大模块，它们分别是网校招生区、学员通 道、教员通道、管理员通道、服务区( 如图2 1 ) 。 图2 - l 系统结构总图 在这五大模块下又各有若干功能区域，分别由相关的程序实现，具 体功能与相对应的程序列表如下： 网校招生区 招生简章z z d x h t m l 录取查询e n r o l l _ q u e r y p h p ，e n r o l l _ q u e r y _ a c t i o n p a p 考试预约k s y y p h p 学员通道 新生注册n e w _ r e g p h p ，n e w _ r e g _ a c t i o n p h p 成绩查询e n r o l l q u e r y p h p ，e n r o l l _ q u e r y _ a c t i o n p h p 学生守则x x s z h t m l 教学计划j x j h p h p 课程计划l o o k _ p l a n p h p 课程及教师介绍l e s s o n a n d t e a c h e r p h p 选课单 c h o i c i n g p h p ，c h o i c i n ga c t i o n p h p ，c h o i c i n g _ a c d o n l p h p c h o i c i n g _ a c t i o n 2 p h p 网络课堂c l a s s c h o i c i n g p h p ，c l a s s c h o i c i n g _ a c f i o n p h p ，c l a s s p h p ，0 ( 3 0 1 p h p 0 0 0 2 p h p ，0 0 0 3p h p ， 在线答疑o n l i n e p h p ，o n l i n e _ a c t i o n p a p 家庭作业h o m e w o r k p h p , h o m e w o r k _ a c t i o n ，p h p 课程评价l e s s o n p j p h p 考试大纲k s d g p h p 修改个人资料e d i tm y d d p h p ，e d i t _ m y d da c t i o n p h p ，e d i tm y d d _ a c f i o n l p h p 教员通道 教员登录s i r _ _ l a n d i n g p h p ，s i r _ l a n d i n g _ a c t i o n p h p 课程计划 c o u r s e _ p l a n n i n g p h p ，c o u r s e _ p l a n n i n ga c t i o n p h p ，l o o k j o l a n p h p ，e d i tp l a n p h p ，e d i t t f l a na c t i o n p h p ，e d i t _ n e w p a p 布置作业h o m e w o r k p h p ，h o m e w o r ka c t i o n ，p h p 学生信息s m _ i n f o p h p ，s t ui n f o _ a c t i o n p h p 察看成绩l o o k _ s c o r e p h p ，l o o ks c o r e _ a c t i o np h p 在线答疑s i r _ o n l i n e p h p ，s i r _ o n l i n e _ a c t i o n p h p 教学计划j x j h p h p 课程及教师介绍l e s s o n a n d t e a c h e r p h p 课程评价k c p j p h p 管理员通道 管理员g l y h t m l ，g l y p h p 学员管理x y g l h t m l , x y z c p h p 教员管理j y g l h t m l ，j y g l p h p 教学管理j x g l h t m l ，j x g l p h p ( 附管理员区细化结构图如图2 22 32 _ 42 - 52 - 6 ) 9 图2 2 管理员区结构总图 图2 - 3 管理员区管理员结构图 图2 - 4 管理员区学员管理结构图 0 图2 5 管理员区教员管理结构图 图2 - 6 管理员区教学管理结构图 服务区 相关软件下载s o f t w a r e h t m l 留言板i n d e x ，p h p 讨论区i n d e x p h p 聊天室d e f a u l t h t m l 2 3 系统设计分析 本系统的设计是由网络教育的任务和特点决定的。对于教育过程中的 两个主体，从学生的方面来讲，网络教育属于自主学习模式，是要培养学 生成为一个善于获取和利用知识的人；从教师的方面来讲，网络教育使得 教师改变了以往的角色，从单纯的教师个体转变为具有多重身份的教育群 体的一员，他可能是学科和课程专家、教学设计专家、媒体设计专家、主 讲教师、网络学习导航员、媒体和学生学习评估专家甚至身兼多职，这种 “分散智力”( d i s t r i b u t e d i n t e l l i g e n c e ) 式的工作对教师提出了更高的要求， 网络教育系统也必须适应这样的挑战。因此，网络教育系统采用学员，教 员，管理员三级划分制，即用户身份分为：学生、教师和管理员三种，系 统对其各自的功能作用进行划分和限定，保证其目的的实现，防止安全漏 洞产生。并且由于网络教育的性质，在我们的设计中，教师与学生的模块 功能是紧密结合相互呼应的，很多模块是双方同时具有的，但是其操作权 限不同，学员的权限较低，教员的权限较高；而管理员的权限又是最高的， 可以纵观全局，进入任何区域，操作全部数据。例如课程计划，学员和教 员双方均有此模块，但是学员只能观看其内容，教员却可以进行修改增加 数据，而整个数据表却只能由管理员创建和最终的删除。从此也可以看出， 按逻辑结构的层次划分，系统共分为四层，分别为用户层、w c b 表示层、 业务处理层以及数据库资源层。 通过以上的分析，可以得出结论：网络教育教学设计的重点在于师生 互动；全站管理的重点在于管理员区域；而网络教育结构的设计重点在于 数据库的设计，拥有了合适的数据库和数据结构之后，采用面向数据结构 的j a c k s o n 设计方法为主结合面向对象的o o d 设计方法设计网络教育体 系的结构是最恰当的。 由m a j a c k s o n 于1 9 7 5 年提出的j a c k s o n 方法也称为面向数据结 构的软件设计方法。这一软件开发方法至今仍被广泛使用，它从目标系统 的输入、输出数据结构入手，导出程序框架结构，再补充其它细节，就可 得到完整的程序结构图，该方式非常适合本系统的要求，因此被采纳。但 是j a c k s o n 方法是基于功能分解的，在它的输入、输出数据结构与整个系 统之间的有着难以越过的鸿沟，为了解决这个问题，我们在必要的部分采 用了面向对象的o o d 设计方法，满足了系统对需求分析的要求、保证了 可维护性和可靠性。 1 2 】 1 3 1 】4 】0 5 0 6 第三章数据库系统设计 数据库系统是网络远程教育系统中的一个重要组成部分，在对系统结 构进行整体设计之后，我们对数据库系统的设计进行分析和研究。 3 1 数据库系统的任务 数据库系统设计是允许数据库访问的w c b 应用程序开发的非常重要 一部分，它将直接影响系统的长期有效性和产品化程度。对于b s 网络远 程教育系统，所有的数据包括学员资料、教员资料、作业、试题、成绩等 等重要资料都将存放于数据库中，它的重要性是毫无疑问的。这样的数据 库对容量和安全性都有严格要求。 下面将介绍本系统数据库的设计过程。从最终用户以及应用程序设计 的需要出发，数据库需要保存学生、教师和管理员的基本信息：教学基本 信息；鉴别访问用户的信息；教师资源信息( 包括答疑、作业等) ；课件信 息以及索引；试题库信息以及索引：媒体素材信息以及索引等等。此外， 其结构还要能够既符合如图3 - 1 所示的教学过程，又要能够做到冗余度摄 小。 4 图3 - 1网络远程教育系统教学、管理模式图 5 从模式图中可以看出，这个网校系统必须拥有一个合适的数据库系统 来存储它的数据。可以预计，由于网校系统的学生、专业、课程很多，师 生的交流信息量很大，数据库系统的规模必然很大，因而数据库系统要占 用很大的存储空间，因而合理设计数据库将会非常重要。【1 7 】 3 2 远程教育数据库的功能 从某种意义上来讲，远程教育网站的数据库系统与传统电子商务网站 的数据库系统具有一些相似之处，它们同样是通过网络进行某种交易，但 是由于远程教育网站所提供的商品是具有某些特定要求的知识而不是普 通的有形货物，这使得它在灵活性，机动性和人机交互性等方面提出了更 高的要求。因此，远程教育数据库应采用不同于普通电子商务数据库的机 制，它应当参考实时数据库与动态数据库的优缺点，即采取时空数据库系 统；运用半结构化的数据模型如x 2 d l 等；并且根据自身所需的情况进行 编排。当然，对空间的理解要拓宽，不同班级，不同课程，不同教员都可 能是空间中不同点。【” 为了实现这整个系统，我们采用了如图3 - l 所示系统结构，那么在数 据库内部为了方便数据的划分、存储，使用了以下的模块结构对其进行数 据存储管理( 每个模块对应于若干张数据表) ： 教务管理模块：包括学籍管理、学员管理、成绩管理、科目管理、课程管理、 教员管理和密码管理。 学生管理模块 教师管理模块 资料管理模块：包括资料目录、信息管理、图书管、资料库。 财务管理模块：包括收费、退费、账务处理、学期初盘点、学期末盘点、库 存账面数管理、和自动生成报损。 变更管理模块：包括科目变更、课程变更、学员变更、教员变更和管理员变 1 6 更。 系统管理模块：包括权限管理、基本资料设置、系统设置和系统数据处理。 教育实施模块：包括教材管理，教师授课管理，教师与学生的交流管理，作 业管理，考核管理等。 仔细分析这些模块，就可以看出远程教育系统在数据组织方面的复杂 性。而且由于远程教育系统相当于一所建立在网上的学校，在教学过程中， 必然会有大量数据不断变更，那么，如何处理随之而来的海量数据将成为 最紧迫的问题。因此，在综合考虑了各个方面特别是注意到教学是一种时 间性很强的实践过程，并且在教学中科目、课程、学员、教员等资料分类 复杂且变更规律，那么采取偏重时问要素兼顾空间要素的时空数据库系统 应当是较好的解决方案。把基本的数据资料分类作为空间要素再加入时间 维构成三维( 无高度维) 或四维时空数据库，这将大大丰富了数据库的内 容，增加了管理复杂数据库资料的能力，为处理海量数据带来了便利。【】9 】 3 3 远程教育系统数据库的结构特色 3 3 1 逻辑结构 从数据库整体结构划分，该结构模型包括时间数据库实体与关系数据 库实体两大部分。时间数据库则分为基于状态的时间表达模型和基于事件 的时间表达模型两大类。基于事件的模型用时刻表示事件的发生或结束， 基于状态的模型用一个时间片段( t i m e s l i c e ) 来表示状态的整个过程，这 两种模型各有优缺点。在实际使用中，根据其特性，时间数据库由时间序 列数据库、单元数据库和单元变更数据库三大部分构成，分别记录与管理 数据实体以及纪录单元数据变动过程。关系数据库包括时间数据库定义与 描述等信息以及其他用于数据分析与研究的多种数据库。 3 3 2 层次结构 整个数据库系统可按时间空间的不同要求划分为多个层次。每个层次 中均可包含多个不同时间、不同属性类型的多个彼此相关的数据文件，以 便于依据不同的需求进行多层次分析与研究。 3 3 3 关系类型 ( 1 ) 一对一关系：表与表间的关联均为一对一关系，这种一对一关 系是一种最为简洁、最为规范的关系数据库模型。 ( 2 ) 一对多关系( 或多对一关系) ：一个单元具有多重属性特征， 与多个数据库文件相关联。 ( 3 ) 多对多关系：以某个单元为基础，其余相关数据单元的变动实 质上是关系划分的频繁变更，这种彼此关联是多对多关系。【2 ( ) 1 2 2 3 4 远程教育系统数据库模型的建立 建立在栅格数据基础上的典型的栅格型时空模型o o g e o m o r p h ，采用 面向对象的思想建模，其内容涉及面向对象的行为，考虑到远程教育系统 数据的实际用途，o o g e o m o r p h 相当符合使用者的要求 1 8 】。采用 o o g e o m o r p h 建立远程教育系统数据库模型示意图如图3 2 ： 罴= 王 t j m e1 n 【e n 址j l v a k e a t “i n e t 3 、葡l u ea t 硒e t 2 o 、矧u ca t t i “地l l 图3 - 2o o g e o m o r p h 示例 图3 - 3 教务管理模块模型 以教务管理模块( 如图3 3 ) 为例：该模块包括学籍管理、学员管理、 成绩管理、科目管理、课程管理、教员管理和密码管理等部分。那么，实 现该模块中每一管理部分的流程应包括以下几部分： 1 存储：包括历史数据和现势数据的存储，也可以预填部分未来数 据。 2 输入、编辑和更新： 提供对不同时态数据的编辑和管理。 这方面的主要功能有： a 数据的建立：在数据库的内容、结构定义之后的原始数据的输 入。 b 编辑( 增加、拷贝、移动、更新和删除) ：由于本数据库是时空 数据库，所有的有效历史数据是不能删除的。这里的删除是指在进行 编辑时临时数据的删除。 3 查询和检索： 检索和查询是数据库的重要功能之一。空间的引入已为查询增加 若干组查询操作符( 拓扑操作、距离操作等) 。由于时间的引入，需 要增加时间查询操作符，这些操作符包括：时间连接操作，时间拓扑 关系操作，时间距离操作，时空拓扑关系操作。本系统应包括关系查 询、空间查询、时间查询以及上述条件的联合查询。 4 数据分析： 主要包括下列几个方面： a 时空数据的分类：即对时空数据根据不同的分类体系进行重组， 派生新的数据。 b 基于时间的空间数据的平滑和综合：平滑是根据对象在不同的 时间的不同状态推测对象的中间状态。综合是根据一定的时间综合原 则对空间数据进行合并。 c 变化的统计分析：根据时空数据对变化的速度、频率、范围等 进行多种统计分析。时空叠加分析( o v e r l a y ) ：将不同时间的空间对 象叠加在一起。时空叠加主要包括：事件与事件的叠加，状态与状态 的叠加和事件与状态的叠加。时间序列分析：即对一个对象根据时间 序列进行空间上的排列。预测分析：预测分析是一种基于多种数据运 用数学模型根据某种目的进行推理的一种综合分析。预测分析不仅包 括上述多种简单分析，而且有一定的数学模型做支撑。由于数据管理 系统的存在，使预测分析所赖以的数据变得非常容易存取。 5 数据库的管理： 本数据库的管理功能应包括以下几个方面： a 时空数据库的复制、删除等操作。 b 数据导入和导出：即系统与其他数据库之间的数据交换。主要 包括与同系统其他类型数据库的交换和与外部数据库的交换。 6 显示和输出：以三种形式显示和输出时空数据库的内容和分析结 果：图形、文字和表格显示。 3 5 数据库压缩算法 可以想象，一个功能复杂、学生众多的网校，数据资料众多、体积庞 大，因此采用一定的方法，压缩数据库占空间、提高教率是十分重要的。 我们可以采用如下的方法压缩空间： 1 最简单的做法，教材临时占用单元。每位教师的教案存在光盘或 移动硬盘上，每当他上课时，接入系统；当他下课后时，断开或是接到备 用系统。 2 己毕业的学生的资料，诸如姓名，学号，各科成绩等，自动退出 系统，批量存入光盘或硬盘存储器中。 3 使用代码时设置有意义的代码。例如，可以用l l 位数作为学生的 学号：前2 位表示年级，如0 3 表示2 0 0 3 年入学学生，1 4 表示2 0 1 4 年入 学学生：第三位表示班别，例如3 表示3 班；之后2 位表示系别，例如 0 5 表示中文系，0 8 表示计算机科学系：再后两位表示专业，例如3 t 表示 计算机应用，4 5 表示会计专业。于是1 0 2 0 8 3 1 4 6 表示计算机科学系；计 算机应用专业2 0 1 0 级2 班编号为4 6 的学生。那么，我们就能够在编程中 添加一些代码段，由学生的学号，提炼出他的入学时间，系名，专业名， 班级，于是数据表中的这些代码段就可以被略去，就达到了压缩容量的目 的。至于有留级或转学等情况的学生，则采用别的数据表，另行处理。 4 利用查询系统和数据表关联节省容量。例如，不需要存储每个学 生每门课的学习时间和授课教师。只需使用关键字从教学计划表查出学习 该课程的时间，再从教师管理表查出任课教师。 应用以上所述的数据库结构模型，我们建立了本校远程教育数据库系 统，并且进行了数据分析与操作模拟，取得了令人满意的结果。初步实践 证明，本系统采用的时空结构，在实际编程使用中，在数据管理、数据操 作、特别是处理时变性海量数据等方面具有较强的优越性。本数据库同时 考虑关联结构，因而便于对数据作各种统计分析，可十分方便地实现多层 次、多目的的统计分析与可视化图形显示，能够生动形象地揭示了数量特 征背后事物的质量特征。当然考虑到本系统还未进行真正的大规模远程测 试，还需要对本文中所用的方法进行进一步修正，从而使其得到进一步的 提高。 第四章网络远程教育系统的具体实现 4 1 程序背景简介 本系统采用了堪称w e b 数据库黄金组合的p h p m y s q l 的基本架构 构筑网络数据库应用；使用的网页开发工具包括：f i r e w o r k s 、 d r e a m w e a v e r 、f l a s h 等等。 4 ，1 1 p h p m y s q l 简介 p h p 的全名是“p h p ：h y p e r t e x tp r e p r o c e s s o r ”，是建立动态网站的 强大工具，它独特的语法混合了c 、j a v a 、p e r l 以及p h p 式的新语法， 可以比c g i 或者p e r l 更快速的执行动态网页。而m y s q l 是一个轻型 s q l 数据库服务器，可运行在多种操作系统平台上，其中包括w i m o w s n t 和l i n u x 等，在u n i x 系统上该软件支持多线程运行方式，从而能获得 相当好的性能，m y s q l 被认为是建立数据库驱动的动态网站的最佳产品。 而p h p 和m y s q l 的组合被认为是w e b 数据库黄金组合。 2 3 1 1 2 4 1 4 1 2 服务器端应用程序的开发过程 本系统的开发过程分为4 个不同阶段，每个阶段完成不同的开发任务： 1 ，配置：获取软件包、编译软件包、安装软件包、直至整个软件环境 配置完成； 2 开发：编写和调试单个单元模块； 3 装配：将小的模块装配成可部署的模块，完成其间的关联； 4 测试：在网络环境下，采用白盒测试和黑盒测试的方式考察其实用 性，完善整个系统。 在第一个阶段即配置阶段，下载获取软件包、编译软件包、安装软件 包、直至整个软件环境配置完成。 在第二个阶段即开发阶段，主要编写并调试各个部分代码，包括p h p 程序等。这个阶段得到的结果称为p h i , 应用程序组件，包括p l a p 类文件 ( p h p ) ，h t m l 程序以及其它的资源文件。 在第三个阶段即装配阶段，在这个阶段将程序的相关组件装配成程序 模块，完成其间的关联，使其适应具体的操作环境。 在最后一个阶段即测试阶段，作为一个基于b s ( 浏览器j l i 务器) 架 构的海量存储的网络教育系统，其实用性时非常重要的，如果系统仅仅能 在小范围，少量数据与使用者的情况下使用，那么它是不合格的。所以， 应当在网络环境下，采用白盒测试和黑盒测试的方式考察其实用性，以便 完善整个系统，确保系统真正可用。 4 1 3 开发环境的配置 使用w i n d o w s + i i s + p h p + m y s q l 的架构，配置是非常重要的步骤 配置不当将会造成程序运行故障甚至完全不能运行。 4 1 。3 1 配置p h p 要在w i n d o w s 中的i i s 中安装p h p 。有两种选择安装p h p ，c g i ( c o m m o n g a t e w a yi n t e r f a c e ) 方式( p h i , e x e ) 或者i s a p i 模块方式。 首先将压缩包解压到c ：k p h p 这个目录下，然后将“c ：p h p d l l s ”目 录下的所有文件复制到“c ：w t n n t s y s t e m 3 2 ( w i n o d w s 9 8 系统为 c ：w i n d o w s s y s t e m ) ”目录下，有旧的文件存在就覆盖它。打开控制面板 管理工具，用右键点击w e bs e r v e r 节点，选择“属性”。然后可以选 择不同的方式操作。 a 选择c g i 方式，按照以下步骤： 在“主目录”，“虚拟目录”或者“目录”标签栏中，点击“配嚣”按 钮，然后选择“应用程序映射”标签栏。点击“添加”按钮，在“可执 行文件”框中输入：c ：p h p p h p e x e ( 将p h p 解压缩到了c ：城1 p ) 。在“文 件后缀”框中输入要使用的p h p 后缀。m e t h o de x c l u s i o n s 空着，选中 “脚本引擎”。对于其它可能使用的p h p 后缀重复以上两个步骤。通常 使用的有p h p 和p h t m l ，对于一些老的程序还需要p h p 3 。设置适当的 安全级别。如果使用了n t f s ，还需要在p h p e x e 所在的目录中给 iu s r 用户加上“执行”的权限。 b 选择i s a p i 模块，则按照以下步骤： 在i s a p if i l t e r s 中，加入一个新的i s a p if i l t e r 。用p h p 作为过滤 器的名字，并且提供p h p 4 i s a p i d l l 所在的路径。在“主目录”中点击“配 置”按钮，在应用程序映射中添加一个新的条目。用p h p 4 i s a p i d l l 的路 径作为可执行文件，用，p h p 作为文件后缀，选中“脚本引擎”，而。m e t h o d e x c l u s i o n s 为空。然后完全停止i i s 服务，接着重新启动i i s 服务，配 置完成。 值得注意的是，p h p 所支持模块很多，不过有些d l l 不是免费的，所 以没有随p h p 的压缩包一起发布，因此，需要把d l l s 文件夹里的内容复 制到s y s t e m 3 2 文件夹下了，然后测试它支持多少模块。以下是测试的结 果，如果安装完毕后，弹出不支持x x x d l l 模块的话，直接将前面分号加 上去就可以了。如果想p h p 支持某个模块，打开p h p i n i 将前面的“；”去掉 即可。常用的扩展模块配置方式详见附录l ( p h p 血i 的模块设置) 。修改 完成后，保存p h p ，i n i ，到此完成p h p 的安装和配置。 2 5 1 2 6 1 4 1 3 2 配置m y s q 安装m y s q l 数据库( o d b c ) 驱动程序。 安装m y s q l 数据库系统程序，一般安装在系统默认位置 “c ：l m y s q l ”，但要考虑的服务器是否作为网络数据库服务器，如果要在 此服务器上建立上百个数据库用户，就应该安装在空间比较大硬盘分驱 上，以免今后不必要的麻烦和繁琐的设置。