（计算机应用技术专业论文）网络教学与评价系统——性能分析.pdf

摘要 摘要 随赣i n t e r n e t i n t r a n e t 技术的成熟，网上资源和应用系统的日盏丰富， 餐癸各褥戆鼷上教攀系统不藜溺戮，毽嚣蓑溺各耱工兵款孛簇箨兹谋 孛楚嚣结籀 化的，没有遵循统一的i e e el t s c 教学系统标准，致使丰寓的网络资源和网上 教学资源得不到重复和有效利用。同时，传统的网络教育评价方法过分注漂了评 价欧强魄懂，瑟忽巍了谔侨指标鑫赛瓣属性，皱乏浮债搔耘黪管理，不裂予评价 系统豹通矮性和可寇铡性。困此，遥用诧的设计和实现或为联前网络教学与评价 系统迫切需要解决的问题。 本文首先分析了网络教学资源结聿每、建设椰使用方面存在的问题，提出网络 教学邋麓亿鹣设诗憨想，设诗了鬻络教学资澈秘管理系统靛絮擒，完成了避鼹纯 的网络教学系统的开发，实现了课件建设和素材管理以及远程网络教学的熬本功 能。 本文赞对当蕊耀络教育评狯系绞夔理状，援爨了评价掺繇霹定裁管理瓣设诗 思想，设计了评价指标管理系统的架构，完成了网络教学评价系统，实现了远程 在线教学评价的基本功能。 最后，本文针对w e b 应用系绞用户多，受载大的特点，结合软件性能工程 ( s p e ) 麓恿想，辩教学评债系统避雩亍性能的分耩和测试，多 ：殴蓝为基礤摄出了 系统性能改进的方案。 关键词；网络教学教学评价性能分析 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ei n t e m e f f i n t r a n e tt e c h n o l o g ym a t u r i t y ，t h eo n - l i n er e s o u r c e sa n dt h e a p p l i c a t i o ns y s t e ma r ed a yb yd a yr i c h ，v a r i o u so n - l i n et e a c h i n gs y s t e mu n c e a s i n g l y e m e r g e s b u ta tp r e s e n tt h ec l a s sr i g h ta n dw r o n gs t r u c t u r ew h i c hm a n u f a c t u r e sw i m e a c hk i n do ft o o ls o 胁 a r c ，h a sn o tf o l l o w e dt h eu n i f i c a t i o ni e e et h el t s ct e a c h i n g s y s t e ms t a n d a r d ，c a u s e st h er i c hn e t w o r kr e s o u r c e sa n dt h eo n l i n et e a c h i n gr e s o u r c e s c a n n o to b t a i nr e d u n d a n ta n dt h ee f f e c t i v eu s e a tt h es a n l et i m e ，t h et r a d i t i o n a l n e t w o r ke d u c a t i o na p p r a i s a lm e t h o dh a se x c e s s i v e l yp a i dg r e a ta t t e n t i o nt ot h e a p p r a i s a lg o a l ，b u th a sn e g l e c t e dt h ea p p r a i s a lt a r g e to w na t t r i b u t e ，l a c k st h ea p p r a i s a l t a r g e tt h em a n a g e m e n t ，i sd i s a d v a n t a g e o u sa n dm a yh a v ec u s t o m m a d et h en a t u r et o t h ea p p r a i s a ls y s t e mv e r s a t i l i t y t h e r e f o r e ，t h eu n i v e r s a l i z e dd e s i g na n dr e a l i z e st h e q u e s t i o nw h i c hi n t ot h ep r e s e n tn e t w o r kt e a c h i n ga n dt h ea p p r a i s a ls y s t e mi su r g e n t n e e d st os o l v e t h i sa r t i c l eh a sf i r s ta n a l y z e dt h eq u e s t i o nw h i c ht h en e t w o r kt e a c h i n gr e s o u r c e s s t r u c t u r e ，t h ec o n s t r u c t i o na n dt h el l s ea s p e c te x i s t s ，p r o p o s e dt h en e t w o r kt e a c h i n g u n i v e r s a ld e s i g nt h o u g h t ，h a sd e s i g n e dt h en e t w o r kt e a c h i n gr e s o u r c e sa n dt h e m a n a g e m e n ts y s t e mm a n a g e m e n ts y s t e mo v e r h e a dc o n s t r u c t i o n ，h a sr e a l i z e dt h ec l a s s c o n s t r u c t i o na n dt h es o u r c em a t e r i a lm a n a g e m e n ta sw e l la st h el o n g - d i s t a n c e n e t w o r kt e a c h i n gb a s i cf u n c t i o n ，h a sc o m p l e t e dt h eu n i v e r s a l i z e dn e t w o r kt e a c h i n g s y s t e md e v e l o p m e n t t h i sa r t i c l ei nv i e wo ft h ec u r r e n tn e t w o r ke d u c a t i o na p p r a i s a ls y s t e mp r e s e n t s i t u a t i o n ，p r o p o s e dt h ea p p r a i s a lt a r g e tm a yh a v ec u s t o m - m a d et h em a n a g e m e n tt h e d e s i g nt h o u g h t ，h a sd e s i g n e dt h ea p p r a i s a lt a r g e tm a n a g e m e n ts y s t e mm a n a g e m e n t s y s t e mo v e r h e a dc o n s t r u c t i o n ，r e a l i z e dt h el o n g - d i s t a n c eo n - l i n et e a c h i n ga p p r a i s a l b a s i cf u n c t i o n ，t h ed e v e l o p m e n th a sr e a l i z e dt h en e t w o r kt e a c h i n ga p p r a i s a ls y s t e m f i n a l l y ，t h i sa r t i c l ea r em a n yi nv i e wo ft h ew e ba p p l i c a t i o ns y s t e mu s e r , t h el o a d m a j o rc h a r a c t e r i s t i c ，u n i f i e st h es o f t w a r ep e r f o r m a n c ep r o j e c t ( s p e ) t h et h o u g h t ， c a r r i e so nt h ep e r f o r m a n c et ot h et e a c h i n ga p p r a i s a ls y s t e mt h ea n a l y s i sa n dt h et e s t ， a n d p r o p o s e dt h es y s t e mp e r f o r m a n c ei m p r o v e m e n tp l a nt a k et h i sa st h ef o u n d a t i o n k e yw o r d s ：n e t w o r kt e a c h i n g ，t e a c h i n ga p p r a i s a l ，p e r f o r m a n c ea n a i y z e i i 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：娉；垃 圳妄年旯2 s b 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月日 - ：jiii曩- j = -一 一i 1 7 内部5 年( 最长5 1 年，? 可少毛曩辱篡i 薯i i 薹至毒曩一= | 譬i 一蔓量| 、羔_ 。一蔓i 叠噩誊譬。c p j 一“。：。 一 j 秘密1 d 年( 最长i l o 年，可少于；l d 年群：_ j _ ；j 。j - _ i i 薯薯i l 算_ j 蟹蓦 j _ ； 。善“l ；”：j 譬i i | _ 蔓： ；l ；：_曩曩誓；1 = | 蔗曩、嚣氡蕊；，j ；j 机密2 0 年c 最z o 年可少于2 0 年) 曩i ； | 警j 戮；蟹i 墨口董警 ；| | 1 i ； 薯i 曩：曩薯曩曩鬻 ；薹墨0 誓誓毫。j “ | ：曩嚣囊垂 j | | 雾。誊曩曩一薯曩= ；| 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作瘊取得麓成果。豫文中已经注黉弓| 霜静蠢零钤，本学绽论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 乍瑟懿建容。黯本论文瑟涉及的疆究王俸徽凄贡黻鲶其 遣个人穗集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本入承担。 学位论文作者签名：楞玩 埘年f 莠? f 罄 绪论 本文通过对现有阙络教学状况的分析，提出阚络教学邋瘸化设计的思想，并付 诸实跤，开发实囊了邋婿纯豹网络数学与评徐系统。在鼗基秣上，着重对教学评赞 系统进行了性能分析。 通用化的网络教学与评价系统以原有的远程教肖系统为基础，扩展了远程教育 系统戆功戆，对素耪漆中豹瀑程进 亍远程发毒，黧赣设诗并实褒了教学谔份系绞。 该系统鳞决了当前网络教学与网络评价的一些缺陷，比如课件以单一课程的单一教 材为背景，结构单一，素材简单，课件不易变化和升级：素材形式单一；评价指标 不灵活，译债内容擎一化等。 本文对该系统豹邋厢彳七设计愚想坟及技术实现方案进行了详缨遗阐述，并对系 统的性能做了深入地分析研究，找出了影响系统性能的瓶颈，提出了性能改进方案。 在此基础上，对系统的后续发展提嫩了一些看法鄹观点。 第一章引言 第一章引言 第一节网络教学可行性和网络教学评价现状 进入新世纪，世界许多有远见的政治家都把大力发展科技和教育作为推动国家 进步的重要策略，利用网络进一步普及教育、提高国民素质在各国更是风起云涌。 以网络为主要载体的现代网络教学模式，顺应了这一趋势，给人们随时获取新知识 提供了便利和强有力的支持。 美国政府曾宣布要把教育广泛构架在网络上，美国的网络大学已有3 0 0 多所； 英国政府把1 9 9 8 年定为网上教育年。亚洲、欧洲、美洲和大洋洲的许多国家，也 都在积极发展建设教育网络。 当前，随着信息技术的发展，网络教学已经逐渐成为学校、个人学习的一个主 要方式。所谓网络教学，是指将网络技术作为构成新型学习生态环境的有机因素， 以探究学习作为主要学习方式的教学活动【i j 。 网络远程教学是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式，是构筑 知识经济时代人们终身学习体系的主要手段。它是以多媒体、交互式为特征，远距 离、快速度、高质量地传送教学声像、图文和数据，自动跟踪学习，记录和分析培 训结果，从而实现培训目的的一种新型的教育模式。它不仅是对传统培训手段的改 革，也是对一种全新培训模式的探索，它突破了传统教学和培训在时间和空间上的 限制，可以实现不同地点、实时地、交互地或者有选择地进行。现代网络远程教学 以其特有的弹性设计和高度交互性功能，可以有效地弥补教室培训的不足。 在我国快速发展的今天，需要大量的高素质人才，普及高等教育则成为工作的 重中之重。但众多的求学者，可能由于时间、地域的限制无法进行脱产教育。传统 的高等教育方式，希望利用函授等方式来解决这种矛盾，但是所能提供的参考资源 和受教育名额十分有限，不能很好地解决这一问题。利用先进网络技术，开展网络 教学，正是解决这一问题的良方。还有许多问题都亟待解决，概括讲，网络远程教 育可以解决以下教育矛盾问题： 在校学生层次不同，兴趣不同，传统的教学方式中，只能靠教师的判断和调 整来满足学生多样的求知要求，没有一种灵活机制可以给学生更多自主权。 教师每学期都要给多个班级上同一门课，在师资力量欠缺的情况下，还必须 有大量的时间在重复劳动，而不是用来深入进修提高自身素质或投入其它教 学科研活动中。 2 第一章引言 给由于时间、地点的限制无法进行脱产教育的求学者提供机会。传统的高等 教育方式，希望采用函授等方式来解决这种矛盾，但是所能提供的参考资源 和受教育名额十分有限。 在信息化推广应用的今天，传统的人工教学管理方式，迫切需要向计算机自 动化靠拢。更好地利用计算机多媒体技术，进行丰富多彩的教育是现代教育 的趋势。 学校实施网络教学系统，一方面可以用来将远程教学与传统教学方式相结合， 将一门课程分为网上学习和实际教室学习两个部分，大多数的内容在网上学习，而 疑难重点由教师面授解惑。另一方面，可以首先解决基础课、预备课的教学。这些 课程的教案内容相对固定，涉及的学生多，教师需要轮流对不同的班级讲授同样的 内容。通过网络远程教育平台，极大程度减轻了教授的劳动强度。而且可以满足不 同程度、不同学习能力的学生个体的要求，使得他们能获得比统一的班级上课更加 个性化的学习方式。最后，可以利用电子教室，使教师可以直接面对学生进行讲授 电子课程，利用多媒体计算机技术，直接对学生进行教育，实现网络教学同步化。 通过这种方式，可以节省教师备课时间，同时给学生留下了完整的教学课程，使学 生可以在课后通过网络来进行进一步的学习，巩固课堂结果，也给学生留下了机会 来评价课程的水平。 综上所述，网络远程教学提供的多种学习方式和灵活的教学方式，能够给教学、 管理带来很大的方便性，引进这种教学模式，提高教学效果、扩大受教育面，将网 络教学与课堂教学完美的结合。 与此同时，作为衡量网络教学服务质量核心的网络教学的评价研究才刚刚起 步。网络教学评价是网络教学质量的保障【2 。然而，与传统教学相比，网络教学的 质量保证体系却显得不够完善和健全。虽然，美国国家教育政策研究所( t h ei n s t i t u t e f o r h i g h e r e d u c a t i o n p o l i c y ) 于2 0 0 0 年4 月发表了一份名为“在线教育质量：远程 互联网教育成功应用的标准”口 的报告，然而，这些报告也仅仅是描述性的定义了 网络教学的评价指标，而对如何组织评价、如何获取定量数据、评价数据等方面的 内容很少涉及。随着我国网络教育学院的不断增多，网络教育范围的逐渐扩大，如 何保证网络教学的质量，建立一个行之有效的网络教学评价模型，已经成为网络教 学的一个重要的研究课题。 第二节问题分析 课件是实现网上教学的载体，它是由媒体和元数据组成的用于计算机教学系统 的实体。1 9 5 8 年美国i b m 沃斯顿研究所设计了第一个计算机教学系统，标志着c a i 第一一章引言 的产生。近4 0 多年的发展中，在认知理论和模型研究、新技术和新概念、智能专 家系统、智能计算机辅助教学等方面己取得了很大的进展。我国c a i 开始于6 0 年 代，近1 0 多年得到了迅速发展，主要经历了四个阶段：自发探索阶段、开发课件 制作工具阶段、以计算机网络和多媒体支持阶段、以专家系统和人工智能支持阶段。 伴随网上资源和应用系统的日益丰富，各种各样的网上教学系统不断涌现，但 各种网上教学系统的软硬件平台、教学管理系统、课件的设计等没有遵循统一的标 准，网上教学系统的各模块不能实现一体化，模块间通信没有标准化，不符合i e e e l t s c 4 1 5 】的教学系统标准，致使网络资源和丰富的网上教学资源得不到充分的利 用。因此，通用化设计和实现成为网络教学与评价迫切需要解决的问题。 网络教学与评价系统作为一个数据库应用系统，其中一个主要的特点就是其信 息量大，访问用户多，由此所带来的一个主要的问题就是系统的性能问题。 目前，在软件开发过程中，由于主观和客观上的原因，对软件性能问题的重视 程度不够。主观上存在错误认识，认为软件开发完成和实施后可以通过调整解决性 能问题，而没有认识到基本结构和设计是影响性能的主要因素，结果是通过代码优 化达不到性能要求时，花大代价变更软件基本结构；认为效率来源予技巧性编码， 而不认为在早期设计时就可以基本确定性能是否可以满足性能要求；认为后期技巧 性编码是解决问题的唯一方法：认为硬件会更快更便宜，结果是软件需求超过硬件 的处理能力，设备采购和维护费超过预算而导致软件实施失败。客观上知识经验不 足，受开发人员知识技术水平和经验的限制，不能有效利用性能方法和现有工具进 行软件开发，或由于方法和工具使用复杂而不愿意使用，结果是开发出的软件性能 得不到保证，维护成本上升，导致软件不能应用，给用户造成损失。 数据库应用系统在软件中占有很大比例，并且软件系统结构复杂，信息量大且 处理任务繁重，如何保证软件质量是十分关键的问题，根据软件工程的方法，并在 软件开发过程中( 尤其是前期) 按性能化模式设计，是开发高性能软件的根本保证。 本论文研究数据库系统性能信息、指标的基本问题和性能化设计模式及性能分 析技术，探索软件性能工程( s p e ) 【6 】与软件工程的结合方法，使s p e 真正成为软 件工程必不可少的一部分。 第三节本文综述 网络教学与评价系统是以我们实验室2 0 0 4 年开发的远程教育系统为基础，扩 展了相关的功能，基于b s 结构的一套系统。该系统的主要思想就是建立通用化的 网络教学与评价的平台，并结合软件性能工程理论，对网络教学与评价系统进行性 4 第一章引言 能测试和分析。 原有的远程教育系统，生成了结构化的网络教学资源素材库，该素材库使我们 的系统可以对素材这个基本的教学要素进行重用，达到减少重复建设、重复内容的 效果。并且，该系统支持多种素材格式处理( 文本、图片、声音、动画和视频等) ， 方便课件生成，素材统计查询，并且在实现功能时均按照信息量最少和网络流量最 少原则设计和编程。该素材库按照知识点对素材进行了分类，使教师在备课时有了 更多的选择自由度。网络教学与评价系统在远程教育系统的基础上，扩展了其功能， 增加了学生注册登录管理过程，以及多媒体内容、各种文本格式的课程的学习展示 过程等功能。另外，根据网络教学课程学习的不同层次，建立了课程、课件、素材 三级评价体系和统一的评价指标管理体系，增加了网络教学评价功能。 本人在指导老师的实践指导下，对该系统进行了开发和实现，完成系统框架的 搭建工作，实现了其中主要的内容，并扎实地完成了系统所需技术的积累。由于时 间关系，部分功能未能实现，另外有些功能还需要进一步完善，以期早目作为真正 的应用。 本论文主要分“引言”、“远程教育系统”、“通用化设计与实现”、“性能分析”、 “技术分析及展望”几个部分。 “引言”部分对当前的网络教学与网络教学评价的必要性和缺陷进行了分析， 并阐述了网络教学与评价系统的设计思想。 “远程教育系统”提出了“结构化网络教学资源管理”的思想，并根据这一思 想，简要介绍了远程教育系统的实现及特点。这部分f h = 节构成：第一节“系统综 述”介绍了远程教育系统的结构；第二节“远程教育系统和网络教学系统之间关系” 描述了远程教育系统和网络教学系统之间的联系；第三节“远程教育系统的功能介 绍”则简要论述了远程教育系统所实现的功能。 “通用化设计与实现”部分由三节组成：第一节“系统综述”部分分析了整个 系统的结构，说明了系统的功能，并利用表格形式分类说明了本人已实现的功能和 有待实现的功能；第二节“网络教学系统”部分详细的介绍了网络教学系统的设计 思想以及实现技术细节；第三节“教学评价系统”则详细的论述了教学评价系统的 设计和实现。 第四章“性能分析”则是在“网络教学与评价系统”的平台上，对该系统进行 测试和性能分析，找出系统运行过程中的性能瓶颈，并给出相应的改进措施。本章 对性能分析的细节，以及性能测试的全过程进行详细的论述。 第五章“技术分析及展望”则对网络教学与评价系统未来的发展提出了几点意 见。 第二章远程教育系统 第二章远程教育系统 第一节系统综述 随着i n t e m e t i n t r a n e t 技术的成熟，网上资源和应用系统的日益丰富，各种各样 的网上教学系统不断涌现，但目前用各种工具软件制作的课件是非结构化的，没有 遵循i e e el t s c l 4 】【5 j 的教学系统标准，致使网络资源和丰富的网上教学资源得不到 重复和有效利用。 人类的思维具有联想特征，人在阅读和思考问题过程中，经常由于联想从一个 概念或主题转移到另外一个相关概念或主题，按照( 超媒体的) 非线性、网状结构 组织管理信息，更符合人类思维特点和阅读习惯，也有利于学生认知主体作用的发 挥。教学资源的大量涌现，建立科学、实用、方便的大型知识素材库，可以避免网 络课件制作中的大量重复劳动，使多学科或课程间共享和交叉引用教学素材，加快 现代远程教育资源建设的进程，为电子教案准备方便实用素材。素材库包括各学科 内容，大量知识点和教育素材，涉及知识的产生背景、条件、过程等。 目前远程教育和课件存在的问题主要表现在：难以形成完整教学教务一体化系 统，难以与现有系统接口和集成；课件相对独立，并以单一课程的单一教材为背景， 结构单一，素材简单，课件不易变化和升级；不能跨学科、跨课程交叉引用和重复 利用好的素材：非专业人员( 软件专家、教学专家) 用专业课件制作工具制作课件， 低水平重复劳动，教师不能集中于素材建设和教学方法研究；静态文本和图片为主， 兼用音频和视频技术，但缺少真正意义上的动态性，忽视了知识内容、展现方法和 智能化的统一；教师自己开发课件主要体现了教育者的个人教学特点，而难以实现 针对学习者的个性化教学。 从目前的计算机教学系统软硬件平台的构建、课件开发工具、课件组成和开发 方法等方面来看，与企业信息管理系统的发展过程有着惊人的相似，即在发展初期 软硬件平台各异，信息组成结构、系统结构和规模没有统一标准，到目前采用企业 集成e a i ( e n t e r p r i s e a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ) 方法来整合各种各样的信息系统。 为避免在教育界出现类似企业界的e a i ( e d u c a t i o n a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n ) ，有 必要把软件专家和教学专家的特长结合起来，从管理系统级和基本素材级进行结构 化研究，建立统一规范化的网上教学管理平台和基于结构智能化素材对象的智能化 和网络化教师电子备课系统。 在管理系统级，将传统教学中成熟的教学教务管理思想和方法延伸到远程教 6 第二章远程教育系统 学中，建立一体化的网上教学管理系统，包括教学教务管理、素材建立和素材库管 理、课件生成制作和课件管理、辅导答疑系统、智能反馈与决策系统、与现有系统 的接口等，构建灵活的集成规范化网上教学管理系统。 在基本素材级，对知识点模型、学习模型和教学模型，对基于知识点的素材分 类体系和评价体系，素材内容和素材的展示方法等进行研究，运用面向对象技术， 引入人工智能方法，将现有的动态仿真分析系统和虚拟实验系统与素材集成起来， 建立具有知识、展现方法和智能的素材对象，构建实用的素材库，在此基础上建立 基于素材的教师智能化电子备课系统，用组态方法对素材对象进行非线性、网状结 构组织得到课件。 远程教育系统就是基于以上结构化网络教学资源管理的思想开发的一套教学 管理系统。其结构化主要体现在对素材和课件等教学资源进行分层次结构化组织， 便于资源的共享、复用、操作、展示、智能化和管理，是建立交互性强、使用方便 灵活的智能化课件或教案的基础，也有利于教学效果的监测和信息反馈、个性化教 学的实现和教学质量的提高，具体表现在以下三个方面： 教学素材的结构化与存储 结构化信息包括：课程类、知识点、素材类别、素材索引、索材结构、素材评 价信息等。 图2 1 素材结构化视图 素材的基本存储方式：简单直接文本内容存入数据库字段中，较复杂非直接文 本或非文本内容用间接文本文件( 段) 表示后存入数据库字段中( 如x m l 文本段 表示的公式、文本形式的简单程序代码段等) ，复杂文本或非文本内容以文件形式 保存( 如图像、音频、视频、应用程序件等) ，但在数据库字段中保存完整的文件 名称( 不受数据库对不同格式存储的限制，维护和处理比较简单，扩展性、兼容性 7 第二章远程教育系统 和适应性比较好) 。 课件或教案的结构化 按照课程大纲要求，将素材及素材要素按照一定结构关联起来就形成结构化的 课件或教案，在教学时由程序处理成为便于教学的课件实体，也可以预先生成普通 的平面课件实体并以课件文件的形式存放在课件服务器上指定的目录下，供教学或 下载之用。结构化信息包括：课程基本信息、课件结构信息、学生课程信息。 素材的智能化 素材智能化就是素材具有多种操作与展示方法、交互反馈方法，便于实现灵活 多样生动的教学方法。例如：缩放、变色、变体、变形、形象辅助、静态关联注解、 动态关联应用程序等。 系统采用c s 结构的方式。 服务器集群 素材建立与管理 c s 数据库服务器 课件建立与管理卜_ + 文件服务器 应用服务器 w e b 服务器 图2 2 远程教育系统结构图 第二节远程教育系统与网络教学系统的关系 远程教育系统提供了一个电子备课和素材管理的平台，网络教学系统提供了一 个远程网络登录进行学习的平台，这两个系统是有机的结合体。只有远程教育系统 提供远程课件素材库，网络教学平台上才能进行正常的教育学习工作。所以系统的 核心模块是素材库，而远程教育系统中的备课子系统和素材管理子系统是对素材库 操作、管理的平台，网络教学平台是对素材库进行展示的平台。 通过远程教育系统，生成了结构化的网络教学资源素材库，该素材库使我们的 系统可以对素材这个基本的教学要素进行重用，达到减少重复建设、重复内容的效 果。并且，该系统支持多种素材格式处理( 文本、图片、声音、动画和视频等) ， 方便课件生成、素材统计查询，并且在实现功能时均按照信息量最少和网络流量最 少原则设计和编程。该素材库按照知识点对素材进行了分类，使教师在备课时有了 更多的选择自由度。 在这两个系统中，素材库起到了至关重要的作用。素材库主要由数据库内容构 成，它存储了网络教学所使用的全部基本要素，教师使用远程教育系统将素材库中 的素材组织成具有层次结构的课程内容，通过网络教学系统展示在浏览器上。 8 第二章远程教育系统 下图表示了网络教学系统与远程教育系统关系的体系结构 浏览器 r 、 上j ， 表示逻辑i 业务逻辑 远程教育系统 网络教学系统 彳彳 上上0 上 固q 三托 图2 3 体系结构图 通过建立并完善网络教学系统，实现了c s 和b s 结构相结合的系统体系结构， 构建灵活的集成规范化网上教学管理系统，即素材建立与管理系统和课程建立与管 理系统( 教师电子各课系统) 采用基于局域网的c s 结构，课件以基于数据库的结 构化网页形式展现，教学、学习和注册管理等用b s 结构方式实现。 服务器集群 l 素材建立与管理l c s 数据库服务器 课件建立与管理r 卜_ + 文件服务器 应用服务器 w e b 服务器 图2 4 总体逻辑结构图 第三节远程教育系统的功能介绍 远程教育系统根据其实现的目的分为了三大模块，即教师电子备课子系统、素 材管理子系统和用户管理子系统。下面分别介绍各个子系统的功能： 9 筇二章远程教育系统 2 3 1 教师电子备课子系统 教师备课子系统在远程教育系统中主要具有课件资源整合的功能，而课件素材 的生成的功能是由素材管理子系统提供的。其功能主要有以下几个方面： 结构化课件组织功能； 素材直接添加和保存功能； 素材的编辑，展示功能； 下图是电子备课系统的主窗口： 图2 5 教师电子备课系统主窗口视图 从图中我们可以看到，结构化课件信息组织功能是通过树型结构实现的。用户 可以根据自己的需要从素材库( 由素材管理系统建立) 中选取素材，也可以添加自 己的素材。从素材库中选取素材可以根据已有的针对素材的评价信息选取( 评价信 息由教学评价系统提供) ，从这个角度我们也能看出，远程教育系统、网络教学系 统、教学评价系统在应用上是一个有机结合的整体。 图2 6 远程教育、网络教学、教学评价结构图 1 0 第二章远程教育系统 在远程教育系统中，素材的类型可以是多样的，比如简单文本类型( 字符串) ， 复杂文本类型( r t f ) ，媒体类型，图片类型。这些不同类型素材的管理主要是在素 材管理系统中实现。教师备课系统中，用户也可以根据自己的需要添加素材。 针对不同的素材类型，教师备课系统采用了不同的方法展示它们，比如媒体播 放，我们采用a c t i v e x 技术，在系统中嵌入m i c r o s o f t 提供的m e d i a p l a y 播放媒体信 息，下图是媒体播放视图： 图2 7 教师备课系统媒体播放视图 图片信息，我们采用第三方组件y i m a g e e n 实现其编辑、展示功能，见下图： 图2 8 教师备课系统图片展示视图 第二章远程教育系统 2 5 。 格式化文本内容的编辑和展示我们采用第三方组件r i c h e d i t 来实现，见图 2 , 3 2 素材管理子系统 素材库是远程教育系统和网络教学系统的核心内容，也是结构化网络教学资源 管理的核心内容，素材库的建立和管理是通过素材管理子系统来实现的，其主要功 能有以下几个方面： 素材编辑功能； 素材组织功能； 素材内容展示、播放功能( 相关素材同步展示、图形图像操作、音频视频播 放) ； 素材信息统计、查询功能； 素材管理的数据库e r 图见图2 9 。 素材库的管理，我们采用分级的方式来实现，见下图： 图2 , 9 素材库的分级管理视图 在这里，课程类和知识点信息的建立就是为了根据素材自身属性信息分类，不 同的素材属于不同的课程类，也可能属于不同的知识点。素材类别定义了素材展示 1 2 第二章远程教育系统 的基本信息。素材还可以细分为不同的要素，在素材结构信息表中，我们定义了要 素的基本信息。 素材是具有一定格式、一定组织的内容，处理时应当注意组织结构的一致。对 于显示的素材来说，有以下内容：标题，作者，日期，关键字，难易程度以及所有 素材的段落内容。这些内容可以包含多种形式，如有多媒体显示的动画、表格、图 片以及公式等等，这些内容给存储处理造成了一定的困难。另外这些内容的顺序组 织结构也是素材关键的部分，特定的结构表示了特定的内容。对于远程教育，若将 内容按照段落划分，, t jj i n 序结构应该是主要结构。在我们的素材管理系统中，为素 材中的要素提供了展示序号属性，根据此属性，素材可以实现顺序结构的管理。 素材具体可以划分为以下部分：标题，作者，日期，类型，关键字，文本内容， 多媒体( 包括动画，图片) 。将素材存储于关系数据库中需要定义好各个表格之间 的关联。 下图是素材信息管理窗口视图： 蚓2 1 0 素材信息管理视图 针对不同的素材类型，我们采用了不同的方法展示它们，比如媒体播放，我们 采用a c t i v e x 技术，在系统中嵌入m i c r o s o f t 提供的m e d i a p l a y 播放媒体信息。图片 信息，我们采用第三方组件t i m a g e e n 实现其编辑，展示功能。格式化文本内容的 1 3 第二章远程教育系统 编辑和展示我们采用第三方组件r i c h e d i t 来实现。在实现上，与教师电子备课系统 采用的技术是完全一样的。 2 3 3 用户管理子系统 用户管理子系统为远程教育系统的辅助管理功能，其对象主要是系统管理者、 学生和教师。其中，针对系统管理者，用户管理子系统的功能主要是给管理者分配 管理权限，针对教师和学生，用户管理子系统的功能主要是为他们分配课程。 图2 1 1 用户管理系统e r 图 用户管理子系统定义了功能代码信息，系统管理员只有被分配了功能代码才能 够执行相应的功能，例如，只有为系统管理员分配了素材管理功能代码，他才能够 添加，修改，编辑素材信息。同时，系统还定义了用户( 教师) 学生课程类信息， 用户( 教师) 学生只有被分配了相应的课程类后，他才能够浏览该课程类下面的素 材信息和课程信息。另外，用户管理子系统还定义了用户( 教师) 学生选课的信息。 1 4 第三章通用化设计与实现 3 1 1 体系结构 第三章通用化设计与实现 第一节系统综述 网络教学系统提供了一个远程网络登陆学习的平台，它与远程教育系统有机的 结合，只有通过远程教育系统提供的远程课件素材库，网络教学平台上才能进行正 常的教育学习工作。所以系统的核心模块是素材库，而远程教育系统是对素材库操 作、管理的平台，网络教学平台是对素材库进行展示的平台。网络教学评价系统提 供了一个在线课程评价的平台，它与网络教学系统是相辅相成，用户在使用网络教 学系统学习的同时，可以使用网络教学评价系统对课程的组织，课件的内容以及素 材的特性进行评价，实现网络教学信息的反馈。 在这两个系统中，素材库起到了至关重要的作用。素材库主要由数据库内容 构成，它存储了网络教学所使用的全部基本要素，教师使用远程教育系统将素材库 中的素材组织成具有层次结构的课程内容，通过网络教学系统展示在浏览器上。 浏览器 ，、i 上上 表示逻辑 业务逻辑 远程教育系统 网络教学评价系统 彳彳 j 上3 上 | 5 e 0 一p c o f e 础p r o p e 【印一”d a c 酬t 岫- 。e ”) 一t p 【0 p e 钾p = q p 自w - ”d 1 味6 蛐i e ”a i ，e ”) m 一 图3 5 网络教学系统数据库连接池配置 第三章通用化设计与实现 最后在s 恤i t s 结构中，专用的应用程序用于处理请求的组件叫a c t i o n 类。在 m v c 结构中，它们代表模型。它们可能用于验证用户输入的合法性，假如在信息 处理过程中出现了应用程序错误，a c t i o n 类可以创建一个e r r o r 对象的实例，然后 保存在h t t pr e q u e s t 对象中。如果在a c t i o n 类中的逻辑成功地被执行，类给 c o n t r o l l e r 传递一个a c t i o n f o r w a r d 对象，代表所需地描绘响应的j s p 。 3 2 3 2 业务层设计 业务层又称逻辑层，它处理用户与系统的交互。本系统采用的s t r u t s 框架对该 层进行了很好的抽象，简化了可重用组件的开发。 s t r u t s 框架包含一系列互相合作的类、s e r v l e t 和j s p 自定义标记。该框架中有 三个组成部分，模型、视窗和控制器。模型利用一组a c t i o n f o r mj a v a b e a n 来存储 应用程序的状态，将操作内嵌入a c t i o n 类中或单独的模型处理类中供a c t i o n 类来 调用。视窗通常使用j s p 技术。s t r u t s 包含一个可扩展的自定义标签库，可以简化 创建完全国际化的用户界面的过程。它还可以与模型中的a c f i o n f o r mb e a n 进行交 互，用于接受客户端请求值。决定执行何种事务逻辑功能来响应客户端的控制器部 分，是a c t i o n s e r v l e t 类，它由该s e r v l e t 的初始化配置文件来配置功能映射，将控 制传递给适当的视窗组件。其工作流程大致如下：用户发起一个请求，服务器端通 过控制器前端( f a c a d e ) 将该请求发送至合适的a c t i o n 类进行处理。该a c t i o n 通过 调用模型组件对数据进行处理，然后找出合适的视图，将格式化后的数据发送至该 视图，对用户请求进行相应。图5 描述了这个基本过程。对于组件式设计，比较合 理的是a c t i o n 类只封装该功能的事务逻辑，作为专用的控制器，调用模型组件来具 体处理数据，然后发送响应( f o r w a r d ) 给视图j s p s e r v l e t ，返回至客户端即浏览器。 在小型的应用中，所有的数据处理操作也可以都内嵌在a c t i o n 类中。另外有个组件 图中没有显示，即a c t i o n f o r mb e a n 。 图3 6s t r u t s 基本流程图 2 1 第三章通削化设计与实现 从上述可知，采用s t r u t s 框架，可以方便地开发出结构清晰，易于维护的w e b 应用程序。s t r u t s 框架主要是在业务层，对业务流程进行控制，将业务分配给我们 开发的组件上。下面对我们自己开发的组件进行介绍一下。 根据s t r u t s 的要求，我们主要开发的组件是a c t i o n s 和a c t i o n f o r mj a v a b e a n s 。 a c t i o n s 有：c o u r s e a c t i o n ，t r e e a c t i o n ，l o g i n a c t i o n ，c h a t a c t i o n 。从名称上就 可以理解各个a c t i o n 类的功能。每个a c t i o n 基本上完成一种功能。 a c t i o n f o r m 有：c o u r s e a e t i o n f o r m ，l o g i n a c t i o n f o r m ，t r e e a c t i o n f o r m 。 j a v a b e a n s 主要是作为数据存储类，辅助a c t i o n s 完成各项工作；l o g i , 认c t i o n f o r m 与l o g i n a c t i o n 结合起来处理用户登录操作；c o u r s e a c t i o n 与c o u r s e a c t i o r l f o r m 处 理用户选课处理；t r e e a c t i o n 和t r e e a c f i o n f o r m 处理用户的操作，取得用户想要查 看的课件，素材信息：c h a t a c t i o n 用来显示电予白板；f q a c t i o n 、f a a c t i o n 、 f q d e t i a l a c t i o n 用来处理课程问题的显示：f q f i l e a c t i o n 和f a f i l e a c t i o n 实现文件方 式课程问题的下载。 3 2 3 3 表示层设计 表示层由各个处理视图的j s p 和s e r v l e t 组件，以及最主要的课件显示部分，j a v a s e r v e rp a g e s ( j s p ) 是嵌入j a v a 代码的w e b 页面，它结合了静态的标志如h t m l ， x m l 与动态的、自定义的标签，用来进行动态生成w e b 页面，是理想的视图生成 组件。 白定义的标签允许使用类似h t m l 的标签将应用逻辑嵌入j s p 页面中。选择适 当的标签库便可以使用标签来书写逻辑，而不用使用传统的s c f i p t l e t ( 直接将j a v a 代码嵌入j s p 中) 。l k 女f l 标签，使用它可以用来取代f o r 循环。 标 签为标签正文中的每个集合元素循