（计算机软件与理论专业论文）远程教育网络教学系统的设计与实现.pdf

中山人学硕上学位论文 y1 0 1 4 5 6 4 论文题目： 专业： 硕( 蹲) 士生： 指导教师： 远程教育网络教学系统的设计与实现 计算机软件与理论 肖海荣 吴向军 摘要 近年来，随着i n t e r n e t 技术的发展，远程教育成为网络研究与 应用的热点之一，并成为现代教育的有力补充，在一些发达国家己 经得到蓬勃发展，非常适合个性化学习。网络教学系统技术也随之 成为网络技术研究的重要课题之一。但由于网络硬件和软件资源的 限制，网络教学系统的开发需要建口起一个交互、开放、易用的环 境，并且要以尽可能低廉的投入而获得尽可能高效的教学效益。为 了达到这两个目标，就要很好地对网络教学系统进行设计与开发。 本文首先介绍国内外远程教育的发展现状和网络教学平台的 体系结构，然后分析了网络教学系统的三种用户( 学生，教师，管 理员) 对网络教学系统的主要需求，再按各用户子系统分析了网络 教学系统的主要功能的实现代码，对网上考试中较关键的技术环节 作了分析与讨论。本文最后进行了总结与展望。 关键词：远程教育，网络教学，网上考试，a s p 远程教育网络教学系统 殳计与实现 t i f i e m a j o r ： n a m e ： s u p e r v i s o r ： t h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o n o fd i s t a n c ee d u c a t i o n n e t w o r kt e a c h i n gs y s t e m c o m p u t e r s o f t w a r ea n dt h e o r y h a i r o n g x i a o x i a n g j u nw u a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e t ，d i s t a n e ee d u c a t i o nh a sb e c o m eo n eo f t h eh o t s p o t sf o rt h ea p p l i c a t i o no fn e t w o r k , b e c o m i n gt h ee f f i c i e n ts u p p l e m e n tt o m o d e r ne d u c a t i o n d i s t a n c ee d u c a t i o nh a sb e e np u b l i ci ns o m ed e v e l o p e d c o u n t r i e s e s p e c i a l l yf o rs e l f - s t u d y t h er e s e a r c hf o rt e a c h i n gs y s t e mt e c h n o l o g y w i l lb e c o m eo n eo ft h ei m p o r t a n ts n b j e c t s b u td u et ot h er e s t r i c to ft h e h a r d w a r ea n ds o f t w a r er e s o u r c e si nn e t w o r k , t h ed e v e l o p m e n to ft h en e t w o r k t e a c h i n gs y s t e md e m a n d st or i s ea ne n v i r o n m e n tf o rh a n d i n go v e rw i t he a c h o t h e eo p e n i n ga n de a s i l yu s i n g , a n dr e q u i r e st ob ew i t ht h ep o s s i b l ec h e a p d e v o t i o nb u tt e a c h i n gp e r f o r m a n c ei sa c q u i r e dp o s s i b l ya n de f f i c i e n t l y t oa t t a i n t h e s et w ot a r g e t s ，w es h a l lt r yo u rb e s tt op r o c e e dt h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to f t e a c h i n gn e t w o r ks y s t e m t h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fd i s t a n c ee d u c a t i o ni no u r c o u n t r ya n da b r o a da n dt h en e t w o r kt e a c h i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e 。a n dt h e ni t a n a l y z e st l i en e e d so ft h et h l e ec l i e n t si nt h en e t w o r ke d u c a t i o n i n c l u d i n g s t u d e n t s , t e a c h e r sa n ds u p e r v i s o r s ，f o c u s i n go i lt h en e t w o r ks y s t e mo ft e a c h i n g t e c h n i q u e sa n dt e a c h i n gs y s t e mi nt h er e a l i z a t i o no ft h en e t w o r ks u b s y s t e m a n a l y s i so ft h en e t w o r km a n a g e r sp r i m a r yf u n c t i o no ft e a c h i n gs y s t e ma n dt h e s t r u c t u r eo ft h ec o d e si sc a r r i e do u t a i s om o r ec r i t i c a le x a m i n a t i o no ft h eo n l i n e a n a l y s i sa n dd i s c u s s i o no ft h et e c h n i c a la s p e c t sa r ed i s c u s s e d f i n a l l y , t h ep a p e r t ot h ec o n c l u s i o na n dp r o m o t et h ed e v e l o p i n gw o r ko nd i s t a n c ee d u c a t i o n k e yw o r d s ：d i s t a n c ee d u c a t i o n 、t e a c h i n gn e t w o r k 、o n l i n ee x a m i n a t i o n 、 a s p l l 中山大学硕十学位论文 第1 章引言 近年来，随着i n t e r n e t 技术的发展，远程教育和网上考试成 为网络研究与应用的热点之一，并成为现代教育的有力补充，在一 些发达国家己经得到蓬勃发展，非常适合个性化学习。网络教学系 统技术也随之成为网络技术研究的重要课题之一。与现代教育中的 群体学习相比，网上教学非常适合个性化学习，远程教育要求对传 统的考试方式进行变革，使人们可以不受时间和空| i b j 的限制，随时 随地以：虚拟教室选学相关课程，随时参加考试”。据国外统计结果 表明，某些课程通过多媒体远程教育的学生比在校学生的学习效果 更好”，网上考试的效果与常规课堂考试效果相当。 1 1 工作背景 卫生部2 0 0 0 年1 2 月2 9 日印发了卫生部关于在职卫生技术 人员丌展远程医学教育的意见，指出“远程医学教育是采用先进 信息技术，使广大在职卫生技术人员不受时间、地点限制获得知识 的一种全新教育手段，是我国医学教育的重要组成部分”。广东省 卫生厅同时指示“各单位要充分重视、积极支持参与和推动远程医 学教育事业的发展”( 粤卫办 2 0 0 1 2 2 号) 。2 0 0 3 年，本人所在学 校( 嘉应学院医学院) 根据卫生部和卫生厅的文件精神，与华中科 技大学同济医学院联办远程医学教育。 由于受本校网络硬件和软件资源的限制，需要合理的对网络教 学系统进行设计与开发，而在现今的几种网络教学系统中以基于 w e b 的网络教学系统( 非实时网络教学系统) 最为经济实用，正是 在这个前提下，本人开发了基于w e b 远程教育网络教学系统，围绕 “不受时间、地点限制获得知识”的指导思想，利用学校的网络资 源，在教学方法改革和教学管理方面进行了尝试。 1 2 主要内容 本文第一部分是引言，第二部分是远程教育概述，介绍了国内 外远程教育发展现状、远程教学模式和远程教育平台的组成。第三 部分介绍了相关技术。第四部分主要说明了网络教学系统的需求分 析和总体设计。第五部分按照学生子系统、教师了系统、管理员子 远程教育网络教学系统设计l j 实现 系统分析了网络教学系统的主要功能的实现，还对网上考试中较关 键的技术环节作了分析与讨论。第六部分进行了总结与展望。 中山大学硕十学位论文 第2 章远程教育概述 远程教育也称为远距离教育，是指学生与教师、学生与教育组 织之间主要采取多种媒体方法进行系统教学和通信联系的教育形 式。 2 1 国内远程教育发展现状 2 1 1 国内远程教育发展 远程教育在中国的发展经历了_ 二代： 第一代是函授教育，它主要采用文字、印刷品等邮寄形式传播 知识，这一方式为我国培养了许多人才，但是函授教育其有较大的 局限性。 第二代是二十世纪八十年代兴起的广播电视教育，它主要运用 广播电话、录音、电视录像等多种媒体，以模拟信号传播知识，这 一阶段远程教育的特征是单向传输。 第三代是二十世纪九十年代，随着计算机技术、多媒体技术、 通信技术和网络技术的发展，产q 了以现代信息技术为基础的远程 教育，即现代远程教育，这一阶段的远程教育可以实现师生之间及 学生之间双向通信的实时交互。 1 9 9 6 年，清华大学校长王大中率先提出发展现代远程教育即网 络教育，1 9 9 7 年，湖南大学与湖南电信合作，第一个建起了网上大 学。1 9 9 9 年1 1 月，教育部在现代远程教育资源建设指南中指 出：现代远程教育是利用网络技术、多媒体技术等现代信息技术手 段开展起来的新型教育形式，发展现代远程教育是扩大教育规模、 提高教育质量、增强办学效益、建立终身教育体系、办好大教育的 重大战略措施。2 0 0 0 年7 月，教育部颁布关于支持若干所高等院 校建设网络教育学院，开展现代远程教育试点工作的几点意见。 根据文件，3 1 所试点院校可自己制定招生标准并决定招生数量，可 开设专业目录之外的专业，有权发放国家承认的学历文凭。 中国社会科学院的一项调查报告称，由于信息网络技术的快速 发展以及在各行业的渗透和应用，网上教育将成为我国一种速度更 快、传播空间更大的新型教育形式，与课堂教育、广播教育、电视 教育一同构成多元的教育手段体系。 远程教育网络教学系统设计与实现 现代远程教育主要开展学历教育和非学历教育，其中学历教育 分研究生课程进修班、专科起点攻读本科、高中起点攻读本科、普 通专科4 个层次类型；非学历教育面向社会开设继续教育课程，为 社会从业人员参加学习提供服务。这些学校可以开设研究生课程， 本、专科学位学历教育。招生时既可以通过高考、成人高考录取， 也可以自行组织考试。 2 1 2 远程教育的作用 ( 1 ) 有利于扩大教育舰漠 我国是一个人口大国，需要接受教育的人数也十分巨人。由于 现有的经济条件等因素的限制，我国学校的数量及规模不可能超过 自己的经济承受能力，尤其足高等教育远远不能满足社会的需要。 发展远程教育可以解决这一矛盾。 ( 2 ) 有利于构建终身学习体系和学习化社会 终身学习是2l 世纪的生存概念，如果没有终身学习的意识和 能力就难以在2 l 世纪生存。联合国教科文组织1 9 9 8 年在其一项调 查报告中指出：无论是发达国家还是发展中国家，都不同程度存在 教育滞后于现实需要的问题，第三世界国家尤其严重，而普及远程 教育不仅是解决这一问题的有效途径，而且将成为革新传统教育模 式的重要动力。 ( 3 ) 有利于农村贫困地区教育发展 我国幅员辽阔，经济发展很不平衡，农村与城市、发达地区与 欠发达地区的差距在新时代又发展成为数字化的差距。远程教育可 以使全国各地的学生都能够接受一流水平教师的教导，接受最先进 的教学方法，享有更丰富的教学信息资源，不仅可以大大加快经济 发达地区的教育信息化进程，也能切实推进边远贫困地区中小学教 育进步，改善他们的办学条件，提高他们的教师素质。 ( 4 ) 有利于实现个别化学习 现代远程教育以学生自学为主，充分发挥学生自主学习的主动 性、积极性及创造性。学生能够根据自己的需要自主安排学习时间 和地点，自由选择学习内容，自行安排学习计划。教师的讲授和学 生的学习虽然在不同的地点进行，但师生之间可以进行充分的交 流，学生随时可以提出学习中的问题并能及时地得到解答。 自1 9 9 7 年以来，我国现代远程教育已取得了令人瞩目的成绩。 但从总体上来说，尚处于探索阶段，资金不足、资源短缺、师资匮乏 等问题制约着远程教育发展。教育思想和观念需要进一步转变，教 4 中山大学硕士学位论文 学模式的改革有待于不断探索，教学平台需要不断完善，多种教学 媒体和教学手段的综合使用有待加强。 2 2 国外远程教育发展现状 发展以互联网为主要手段的现代远程教育如今已成为一种不 可阻挡的发展趋势。2 0 0 0 年，世界上已经有1 0 0 多个国家开展了现 代远程教育，全t h = 界8 5 的大学在网上拥有自己的网站，其中的1 4 推出了网络教育课程。由于网络风暴首+ 丸席卷欧美，他们的删络教 育很自然走在了界前列，己具有不小的舰模。 2 0 0 6 年1 月，美国国家教育统计中心公布了全国性公立中小学 远程教育课程调查：8 2 0 0 所公立学校有学生选修远程教育课程，约 占全国总数的9 ，选修学生约有3 2 8 万人，在美国每年超过5 0 0 0 万成年人通过现代远程教育手段进行学习，现代远程教育己经成为 美国高等教育发展最快的重要组成部分”1 。德国也有将近一万所学 校上网，其中的i 4 开设了远程教育课程。英国政府甚至把普及远 程教育作为保证英国人才培养紧跟世界潮流的战略性举措。韩国的 教育网站目前已达到2 0 0 多个，而且仍在以每天一至两个的速度增 加。 l9 9 5 年5 月日本文部省与通产省联合实施了一项在基础教育 领域有重大影响的试验研究项目“1 0 0 所中小学校联网试验研究” ( 实际参与试验学校为1 l l 所) 。他们之所以投入大量资金实施这 个项目，其目的不仅仅在于使1 0 0 多所试验学校的师生能掌握应用 i n t e r n e t 网络的技能，更重要的是要探索一种新的教育体制与教学 模式，使学生在这样的体制与模式下，能培养出很强的信息获取、 信息分祈与信息加工的能力( 通常把这几方面的能力统称为“信息 能力”) 。他们认为具有这样一种能力，对于培养能适应2 1 世纪激 烈的国际竟争的新型人材是至关重要的，而基于i n t e r n e t 的教育 网络则为培养这种信息能力创造了最有利的条件。很清楚，日本政 府是把具有信息能力，即具有获取、分析和加工信息的能力作为信 息社会所需人材的最重要的知识结构与能力素质来考虑的。我们认 为这种看法是有道理的，值得借鉴。 2 3 远程教育教学模式 现代远程教育系统按时效性可以分为实时同步教学系统和非 远程教育网络教学系统设计与实现 实时异步教学系统两大分类。对于这两类远程教学模式所涉及的技 术也各不相同，主要有电视广播、视频电视、互联网络、有线电视 和卫星数字频道等。不同的技术各有优势，也各有劣势和局限性。 但从总体来说，现代远程教育技术应用的主体应该向互联网络的方 向发展，即互联网是远程教学传播的主体，而其他技术只是起一种 补充和辅助的作用。 2 3 1 实时同步远程教学模式 在实h 同步远程教学模式中，采用在远程教学网络中没有远程 教育中心和一些远程电子教室的方式束实现远距离授课、举办讲座 和学习讨论。每个远程教室里配备一块电子白板以及相应的摄像 机、监视器、扫描仪、投影仪、麦克风和扬声器等设备。授课教师 在远程教育中心的主教室进行授课，利用摄像机和麦克风等设备将 教师授课日l 的动态视频和声音以及授课教师的电子教案实时传输 到本地和远程的各个教室。在实时同步远程教育模式下，本地和远 程教室中的所有学生就像在面对面的环境中听课。授课教师在授课 过程中一方面可以向远程教室中的学生提问，并通过安装在各个远 程教室中的视频与音频设备来观察学生回答问题的情况；另一方面 授课教师可以通过监视器和控制单元的切换功能来查看各个远程 教室的学习情况。 2 3 2 非实时异步远程教学模式 非实时远程教学模式，是基于w e b 服务的多媒体教学模式，即 通常所说的远程教学网站模式，非实时远程教学模式可以完全按照 个人的需要进行，不论是教学内容、教学时间、教学方式甚至指导 教师都可以按照学生自己的意愿或需要进行选择。如图2 1 所示， 学生可以在家里或是在办公室里通过计算机进行学习，也可以在旅 途中通过便携机进行学习。通常一个远程教学网站出教师模块、学 生模块和管理员模块3 大部分构成，必须提供网上教学、网上答疑、 网上作业、网上考试等教学辅助功能，学生可以通过教学网站进行 非实时的学习，例如学生可以利用网站提供的电子教案、网络课件 和网站的视频点播与答疑讨论系统进行独立的网上学习。 在基于i n t e rr l e t 的网络环境下，采用非实时的远程教学模式 可以最大限度地发挥学生的主动性、积极性，既可以进行个别化教 中大学硕上学位论文 学，又可以进行协作化教学。 图2 1 异步远程教学模式 2 4 远程教育平台的发展 2 0 世纪9 0 年代中期，为了满足网络教学的发展需要，一些教 育和商业机构开始开发专门的教学系统。这些系统从最初帮助教育 机构开发教学资源库，到后来支持和管理网络教学，都是围绕教学 资源的管理和网络教学活动的管理两方面的功能发展起来的网络 教学平台。 归纳起来，网络教学平台大体经历了四个发展阶段”1 ： 第一阶段：普通的学习资源库，也称为内容管理系统( c o n t e n t m a n a g e m e n ts y s t e m s ，c m s ) 。在网络技术发展的初期，一些大学、 公司和培训机构开始有意识地开发专门的网络资源库，用来存储和 管理教学资源，从而减少开支，使学习者可以自主地学习，也丰富 了知识的传播途径。但其功能仅限于资源管理，资源格式与管理技 术不统一，难以广泛共享。 第二阶段：学习管理系统( l e a r n i n gm a n a g e m e n ts y s t e m s ， l m s ) 。l m s 源于培训自动化系统，具有用户注册管理、课件目录管 理、学习者的信息数据记录等功能，但一般不具备教学内容制作的 远程教育网络教学系统设计与实现 功能。 第三阶段：学习内容管理系统( l e a r n in gc o n t e n tm a n a g e m e n t s ys t e m s ，l c m s ) 。l c m s 是最初为高等教育开发的传统课件管理系统 的发展版，旨在帮助没有技术经验的教师或资源专家设计、创建、 发布和管理网络课件。同时，l c m s 能够对用户进行管理，可以跟踪 学生的学习进度并及时调整以适合学习者的学习需要。l c m s 使学习 内容的共享和教学系统的交互成为可能。 第四阶段：通用网络教学平台( w e b - b a s e dt n s t r u c t i0 n p la t f o r m s ) 。通用叫络教学平台在既有教学系统的基础上，从对教 学过程( 课件的制作与发布、教学组织、教学交互、学习支持和教 学评价) 的全面支持，到教学的管理( 用户与课程的管理) ，再剑 与网络教学资源库及其管理系统的整合，集成了网络教学需要的主 要子系统，形成了一个相对完整的网络教学支撑环境。 2 5 远程教育平台的组成 一个完整的远程教育平台应该由四个系统组成：网络教学系 统、网络教务管理系统、网络课件开发工具和网络教学资源管理系 统四个子系统。 2 5 1 网络教学系统 网络教学系统是一整套提供远程教学服务的系统软件，它以网 络授课为核心，在教学管理系统的支持下，合理有效地利用学科教 学资源，为实施全方位的现代远程教学提供服务，它将网络授课与 学校的远程教学服务进行了有机的集成。网络教学系统不仅是先进 计算机科学和技术水平的体现，更重要的是要符合现代化教育的一 般规律，能够为远程教育提供一个真正高效的现代化教育手段。 ( 1 ) 流媒体的授课 在互联网络要传输大数据量的视音频数据，必须采用流式技 术，传统的文档是先下载完毕再查看，这对于多媒体信息并不适合。 因为在大数据量的情况下，用户在查看之前可能需要等待很长的时 间。而流式技术则是这样的一种技术：客户先下载文件的某一部分， 进行解压缩，并在文件的其它部分到来之前开始播放该部分的内 容。在回放之前将会建立一个数据缓冲区。在前面下载的文件片段 被播放的同时，将下载多媒体文件的后续部分。 中山大学硕士学位论文 基于流式媒体的授课系统可以让用户点播教师授课的视频课 件，也可以在网上实时看到教师的实况转播，在远程教育中有着巨 大的应用前景。 ( 2 ) 适应性超媒体学习 由于参与远程学习的学生来自各行各业，他们没有个统一的 起点，能力参差不齐，因此，远程教学系统必须能够针对不同能力 的学生，提供不同形式的教学。适应性超媒体教学是指根据学生的 个别能力特征，动态呈现与学习者。它有两个含义，首先是在学习 内容的选择上，系统会根据学习历史记录和能力估计，选择学生没 有掌握或是没有学习过的教学内容，这些学习内容是与当前学生能 力最接近的。学习内容的选择与组织以认知单元为最小单元，一个 认知单元就是教学目标中所规定的一个知识点，针对这个小知识 点所展开的教学内容称之为一个认知单元。每个学习阶段，可以选 择一个或几个认知单元。其次，是在学习内容的组织上，系统将根 据对学生估测的能力和学生的认知风格，选择最适合学习者的内容 呈现方式。 ( 3 ) 测评系统( 考试系统) 测评系统包括试题库、测验试卷的生成工具、测试过程控制系 统和测试结果分析工具。试题库的主要功能是将某门课程的试题资 源按照一定的反应理论加以组织，为测试试卷的生成与作业的布置 提供试题素材，并为学生考试成绩的评价提供学科结构的支持。测 验试卷的生成工具就是要根据测试的目的，自动从试题库中抽出试 题，组成符合教师考试意图的试卷。测试过程控制系统要完成对网 上测试过程的控制，如远程实时监控，在需要时锁定系统，不允许 学生进行与测试无关的浏览，控制测试时间，到时自动交卷等。测 试结果分析工具一般是根据每道题中的知识点和学生的答题情况， 对一些测量指标作统计与分析，根据这些测量指标所具体指示的意 义，调整教学过程中的活动，并对具体学生给出诊断，对下一步学 习提出建议。另外还要根据考试测验的统计数据，分析题目的质量， 如区分度、难度等。作业布置与批阅工具可以在试题库系统的基础 中，自动形成作业，并在网络上发布、收集和批阅。 ( 4 ) 自动答疑系统 自动答疑是一个适应性的知识库系统，它分为自动答疑与人工 答疑两大部份。在教学设计阶段，教师应将本学科最常见的疑难问 题按一定的组织方式，存放到领域知识库中，当学生遇到疑难问题 9 远程教育网络教学系统设汁与实现 时，通过网络远程提交问题的描述，系统将根据学生提交的问题描 述，对领域知识库进行智能搜索( 主要采用的技术有中文词语的自 动切分、全文检索、语义网络匹配、关键词索引等) ，按照检索内 容相关程度的高低，将该问题的解答呈现给学生。学生还可通过在 线答疑功能，登录到答疑室，将问题发送到答疑室的公共白板上， 教师或其他学生可对学生问题做出适当的解答，并将解答发送到公 共白板。 ( 5 ) 师生交互丁具 师生之间的交流是教学活动中的一个十分重要的环节。通过交 流，学生可以获得疑问的解答，教师也可以了解学生的当前学习状 况。在远程教学活动中应建立一个有效的交流环境能够使得分布在 异地的师生方便地交流，从而能够有效地提高远程教学活动的质 量。为了有效地支持分靠在异地的师生交流，远程交流工具应该包 括同步异步讨论园地、课程电子邮箱、协同t 作工具等基于文本 的交流工具，另外还应通过桌面视音频会议系统束提供包括图形、 语音、视频、电子白板等多媒体的支持。 ( 6 ) 学习管理系统 不管系统具备多么高的智能性，计算机并不能完全替代教师， 计算机可以把人类从简单的重复性的智力劳动中解放出来，但教学 过程中的高级诊断、推理必须由教师来完成，可以说，缺乏教师参 与的学习系统，不是一个完善的学习系统，在基于i n t e r n e t 的教 学系统中，教师的参与仍然非常重要，它可以弥补计算机系统智能 的不足。学习管理应具备的功能有：针对性的辅导、疑难解答、协 作监控、实施智能化、个性化的远程学习环境、成绩管理、学习进 度管理、学生工作区、课堂笔记本管理等等。 ( 7 ) 基于w e b 的虚拟实验室 网络虚拟实验就是在w e b 中创建出一个可视化的三维环境，其 中每一个可视化的三维物体代表一种实验对象。通过鼠标的点击以 及拖曳操作，用户可以进行虚拟的实验。网络虚拟实验室实现的基 础是多媒体计算机技术、网络技术与仿真技术的结合。虚拟实验技 术与认知模拟方法的结合也赋予虚拟实验室的智能化特征，无论是 学生还是教师，都可以自由地、无顾虑地随时进入虚拟实验室操作 仪器，进行各种实验。 2 5 2 网络教务管理系统 1 0 中山大学颁i ：学位论文 教学管理在远程教育中居于个至关重要的地位，它起着调配 教学资源、组织教学活动、总结教学数据等重要作用。教学管理系 统使得教学能够顺利实施，也可实现整个教学管理过程的现代化和 管理的规范化，另外还能及时、准确地反映教学现状，分析教学效 果。 教学管理可划分为三个相对独立模块：专业与课程管理、教务 管理和系统管理，它为学生、教师、管理人员提供全面的服务。学 生可以通过管理系统保存自己的个人档案，及时获取教学机构发布 的最新信息，得到教师的帮助辅导等；教师通过管理系统设置课 程教学计划，查看学生的学习档案，提供有针对性的帮助；管理者 可管理教师档案、学生档案、发布最新信息、对远程教学系统进行 管理和维护等。 ( 1 ) 专业与课程管理 专业与课程管理包括专业、课程的管理、课程内容发布、教学 计划发竹j 、选课管理。 ( 2 ) 教务管理系统 教务管理系统包括注册认证、学生学籍档案管理、教师档案管 理、数据统计与分析、信息查询、行政公文管理、教师评价、学生 学习评价管理。 。( 3 ) 系统管理 系统管理包括系统设置、维护功能，它负责系统的日常维护， 参数设置、数据备份和恢复。系统的安全性和数据的完整性、一致 性主要由本模块来保证。 2 5 3 网络课件开发工具 网络课件开发工具就是要让非计算机专业人员( 普通教师) 能 够方便地构建网络课件和相关内容( 备课、考试等) ，该工具可简 化教师开发网络课件和备课的过程，降低课件开发对教师计算机技 能的要求，使一般教师易于学习掌握。另外，该工具能够与远程教 学系统进行紧密的配合，直接将开发的网络课件发布到实施远程教 学的因特网站点上。 网络课件工具可以针对不同性质学科的特点，将该学科的教学 模式抽象为多个可以直接套用的模板，并给与相应资源库的支持， 有了丰富的资源和使用简单的教学设计模板，就可方便地完成多媒 体课件对交互性的要求。在课件编写过程中，从总体的教学设计到 具体的教学方法，从版面设置到对象属性设置，由于每一步都有模 1 1 远程教育刚络教学系统设计与实现 板和提示支持，经过较短时间的学习，普通教师就可以轻松地完成 课件的编写工作。 2 5 4 教学资源管理系统 远程教学的基础是教学资源，为了更好地发挥网络远程教育的 优势，将优秀教学资源划分成各种素材，进行系统化、科学化的分 类，艿以多媒体化的电子信息形式存储于各种数据库中，构建成统 一的教学资源库，形成数字化的电子图书馆，为学习者提供内容丰 富的优秀教学资源，使远程教育建立在丰富的教育资源基础之上， 减轻任课教师建立大量教育资源的负担，减少学校之间的重复开 发。 教学资源包括媒体素材库、试题素材库、案例库、网络课件库、 文献资料库等。它需要一个强大的资源管理系统对它进行管理和支 持。 总结：由于远程教育平台是个较为庞大的系统，对硬件、软件 资源以及网络技术要求较高，在本次的课题中，主要讨论该平台下 的网络教学系统。 中山大学硕十学位论文 第3 章相关技术 3 1 w e b 数据库 随着计算机技术的不断发展和进步，网上浏览者的要求也不断 提高，为了适应这种变化，任何一个网站都不再局限于仅发布静态 的页面，而是丌发动态的交互式页l f f ，使网上浏览者得到更加完善、 快捷的服务。目前，多数网站不同程度都有后台数据库的支持，用 来存放用户和服务器数据，如果再加上一定的前台程序，就能构成 一个完整的数据存储、查询系统。用户一般都通过客户端的浏览器 来获取信息，访问静态或动态的页面，或者访问远程数据库，这种 系统我们称为w e b 数据库系统”。本文就是基于这种思想来设计和 实现网络教学系统的。w e b 数据库目前在因特网上有大量的应用， 如网站的留言簿、自由论坛、网上商店、包括网上考试系统，都是 采用w e b 数据库这种方式来实现。使用w e b 数据库来开发系统的最 大优势就是“瘦客户”方式，也就是说，用户无需在自己的客户端 上安装任何与所需存取或操作的数据库系统对应的客户端软件，只 需掌握基本的网络操作，如填写、提交表单等就可以轻而易举地从 任何一台客户端计算机上来访问数据库。另外，采用这种数据库方 式可以大大提高服务器系统维护者的工作效率。 3 2w e b 数据库的运行方式 一般的w e b 数据库运行方式如图3 一l 所示。从图中可以看出组 成一个数据库的必要元素：后台数据库、w e b 服务器、客户端浏览 器及联系客户端和服务器之间的网络。 客户粥 图3 1w e b 数据库示意图 远程教育网络教学系统设计与实现 客户端只需w e b 浏览器即可。w e b 浏览器接受的其实只是文本 形式的h t m l 代码( 包括一些动态脚本语言) ，通过逐条解释h t m l 代码来组织各种文本和多媒体对象，以一定的方式显示在客户端的 浏览器界面上，传递信息给客户。要实现动态的交互浏览形式，w e b 服务器必须具有动态生成h t m l 代码的能力。w e b 数据库系统运行方 式如图3 2 所示。 壹询结果 数据操作 w e b 服务器 后台数据库 图3 - 2w e b 数据库的运行方式 从图3 2 可以看出用户通过客户端浏览器来访问一个w e b 数据 库系统的过程。客户端的浏览器首先发出请求，服务器根据请求向 客户端发回相应的h t m l 文件，这时客户端将显示出这一w e b 数据 库系统的登录界面，假设在这个登录界面上需要输入并提交后，信 息通过i n t e r n e t i n t r a n e t 网传递到服务器端，这时服务器端的相 应程序启动并执行，向后台数据库发出相关的数据操作指令，后台 数据库的引擎将执行该命令，进行相应的数据库存储和查询操作， 将结果返回到服务器的运行程序，服务器端的运行程序根据从后台 数据库返回的数据生成相应的数据存储和查询操作，将结果返回到 服务器的运行程序，服务器端的运行程序根据从后台数据库返回的 数据生成相应的h t m l 文件，并通过网络返回到客户端，客户端将 看到相应的信息。编写服务器端应用程序在开发w e b 数据库系统中 有很重要的地位，应用程序的效果直接影响对客户的服务质量和服 务方式。 3 3b r o w s e r s e r v e r 结构 随着网上浏览器功能的日益增强，一种新型的体系结构b s 应 运而生，并获得飞速发展。8 s 结构极大的简化了客户端的工作， 客户端只需安装、配置少量的客户端软件即可，服务器将担负更多 的工作，对数据库的访问和应用程序的执行只由服务器完成。其体 1 4 中山大学硕士学位论文 系结构如图3 3 所示。 请求 请求 事务 数据ln 处理 r x j - ，：l ：帮 _ 酶也 嘀应 逻辑 响应 图3 3b s 三层体系结构 在b s 三层体系结构中，表示层、功能层、数据层被分割成三 个相对独立的单元： 第一层表示层：w e b 浏览器。在表示层中包含系统的显示逻辑， 位于客户端。它的任务是由w e b 浏览器向网上的w e b 服务器发出服 务请求，w e b 服务器对用户身份验证后，用h t t p 协议把所需的协议 传给客户端，客户机接受传来的主页文件，并把它显示在浏览器上。 第二层功能层：w e b 服务器在功能层中包含系统的事务处理逻 辑，位于w e b 服务器端。它的任务是接受用户的请求，首先执行扩 展的应用程序并与数据库进行连接，通过s q l 方式向数据库服务器 提出数据处理申请，而后台数据库服务器将数据处理的结果提交给 w e b 服务器，再由w e b 服务器将结果传回给客户端。 第三层数据层：数据库服务器在数据层中包含系统的数据处理 逻辑，位于数据库服务器端。它的任务是接受w e b 服务器向数据库 操作的请求，实现对数据库查询、修改、更新等功能，把运行结果 提交给w e b 服务器。 这种结构不仅把客户机从沉重的负担和不断对其提高的性能 的要求中解放出来，也把技术维护人员从繁重的维护升级工作中解 脱出来。由于客户机把事务处理逻辑部分交给了w e b 服务器，使客 户机一下子“苗条”了很多，不再负责处理复杂计算及数据访问等 关键事务，只负责显示部分，所以维护人员不再为程序的维护工作 奔波于每个客户机之间，而把主要精力放在w e b 服务器上的程序的 更新工作中。这种三层结构的层与层相互独立；任何一层的改变不 影响其它层的功能，它从根本上改变了传统的两层c s 结构的缺陷， 它是应用系统体系结构中的一次深刻变革。 3 , 4w e b 与数据库的互连技术 远程教育网络教学系统设计与实现 w e b 与数据库的互连技术是开发基于b r o w s e r s e r v e r 计算模 式的信息系统的关键，目前有多种实现方案，它们各有利弊，本节 对常用的几种方案做详细地分析。 3 4 1c g i 技术 c g i 是公共网关接口，是扩展w e b 服务器功能的一种接口，所 有的w e b 服务器都支持c g i ，c g i 可以实现用户与w e b 的交互及w e b 与数据库的交互。用户使用浏览器填写h t m l 表格，向w e b 服务器 发出数据库访问请求，w e b 服务器将这种请求转化为c g i 调用，c g i 程序完成数据库访问，将结果返回给w e b 服务器，w e b 服务器再发 送给浏览器用户m 。 ( 2 ) c g i 工作原理 c g i 基本工作原理如图3 4 所示。 睦軎r r t p 划, , 吾c = 6 i 圈詈固 图3 4c g i 工作原理 c g i 程序访问w e b 数据库的主要流程是：客户端通过w e b 浏览 器向h t m l 文档中的表单输入所需要的查询信息或录入信息，并将 他们提交给w e b 服务器：服务器将这些信息置于一组环境变量或标 准输入中，然后调用服务器端的c g i 程序：c g i 程序将这些信息转 换成适当的s q l 语句，把查询条件送给数据库服务器，对数据库进 行访问，把查询结果生成为h t m l 的格式，最后通过w e b 服务器送 回到客户端供浏览器显示。 ( 3 ) c g i 技术特点 使用c g i 实现w e b 与数据库互连，最大的优点在于其通用性。 几乎可以不加任何修改即可移植到绝大部分操作系统上，c g i 应用 程序可以运行在d o s 、u n i x 、w i n d o w 、w i n d o wn t 等操作系统上。 目前几乎所有的h t t p 服务器都支持c g i 。c g i 技术的缺点是使服务 器负载过重，并且对用户请求的响应较慢。c g i 一般是一个独立的 可执行程序，和w e b 服务器各自占据着不同的进程，而且一个程序 只能处理一个用户请求。这样，每有一个用户请求，都会激活一个 中山大学硕士学位论文 服务器的c g i 进程，当客户端用户请求数量非常多时，会挤占大量 的系统资源，如机器的内存、c u p 时间等，造成整个系统负载过重， w e b 服务器的性能也随着急剧下降。另外，开发c g i 程序需要许多 底层开发知识，所以编写c g i 程序比较困难。 3 4 2 a s p 技术 ( 1 ) a s f ) ( a c t iv es e r v e rp a g es ) 简介 a s p ( h c t iv es e r v e rp a g e s ) 罡一套微软开发的服务器端脚本 环境，负责解释插入h t m l 页面的脚本描述。结台h t m l 语啬、a s p 指令和h c t iv e x 组件可以建立动念、交互且高效的w e b 服务器应用 程序，服务器端脚本代码用v b s c r ip t 或j a v a s cr i p t 编写，通过“ ”嵌入h t m l 页。只要在w o b 服务器上安装s ( jnl e r n e t i n f o r m a t i o ns e r v e r ) 就可以建立a s p 的运行环境1 。 ( 2 ) a s p 的工作原理 a s p 程序的运行过程如图3 5 所示。 图3 - 5 a s p 程序运行过程 当客户端浏览器用h t t p 协议向w e b 服务器请求文件时，服务 器会判断要求下载的文件是否为a s p 文件，如果不是，直接下载文 件到浏览器端执行。如果客户端请求的是a s p 文件，服务器会读取 该文件，并解释执行s c r i p t 程序。由此可见，a s p 是一个“中间体”， 它将w e b 上的请求转入到一个解释器中，解释器对所有a s p 的 s c r i p t 进行分析后，再解释执行。 ( 3 ) a d o 访问数据库的技术实现 a d o ( a c t iv e xd a t ao b j e c t s ) 是一组优化的访问数据库专用 对象集，为a s p 提供了完整的站点数据库访问解决方案“”。它可作 用于服务器端，以提供含有数据库信息的主页内容。a s p 使用a d o 对象实现对各种数据库的存取操作，a d o 是微软开发的吸取了d a o 和r d o 精华的数据库存取对象群，基于o l e d b ，可在服务器端脚本 中提供对数据库的强大操作，更适合于i n t e r n e t 上数据库的开发， 允许用户方便地控制和管理数据，与数据库交互。它和o d t j c 在底 远程教育网络教学系统设计与实现 层打开数据库并执行添加、修改记录等的操作方式相比有很大的不 同，通过a d 0 访问数据库是采用a c t i v e x 来实现，取代了o d b c 的 d l l ( 动态链接库) ，因这种方式减少了程序和需要进入的数据库引 擎之间的层次，因而提高了数据库编程的速度。如果在s c r i p t 程 序中使用了a d o 对象，w e b 服务器会根据a d o 对象的参数来启动相 应的数据库驱动程序，或者直接利用a d o 对象，或者通过a d o 对象 发送s q l 指令，进行数据库存取的操作。最后依据后台数据库的访 问结果集自动生成h t m l 页面，并传送给客户浏览器。 ( 4 ) a s p 特点无需编译 a s p 脚本集成于h t m l 当中，容易生成，无需编译或链接即可直 接解释执行，易于生成。使用常规文本编辑器即可进行女a s p 页面 的设计，独立于浏览器。用户端只要使用可解释常规h t m l 代码的 浏览器，即可浏览a s p 所设计的主页。a s p 脚本是在站点服务器端执 行的，用户端的浏览器不需要支持它。因此，若不通过从服务器下载 来观察术as p 主页，在浏览器端见不到萨确的页面内容。在a s p 脚本 中可以方便地引用系统组件和a s p 的内置组件，还能通过定制 a c t i v e xs e r v erc o m p o n e n t ( a c t iv e x 服务器组件) 来扩充功能。 与任何a c t i v e xs c r i p t in g 语言兼容，除了可使用v b s c r i p t 和 j s c r i p t 语言进行设计外，还可通过p l u g in 的方式，使用由第三方 所提供的其它sc r i p t in g 语言。源程序不会外漏，a s p 脚本在服务 器上执行，传到用户浏览器的只是a s p 执行结果所生成的常规h t m l 码，这样可保证辛辛苦苦编写出来的程序代码不会被他人盗取。 3 4 3 j s p 技术 ( 1 ) j s p 简介 j s p 是一种动态网页技术标准。在传统的h t m l 网页文件中加入 j a v a 程序片断和j s p 标记，就构成了j s p 网页( 术js p ) 。w e b 服务 在遇到访问j s p 网页的请求时，首先执行其中的程序片断，然后将 执行结果以h t m l 格式返回给客户。