（计算机应用技术专业论文）基于xml的网络课件系统的研究与实现.pdf

a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e m e ta n dw e bt e c h n o l o g y , m a n yk i n d so ff r e s h t e c h n i c a lm e a n sa r es u p p l i e df o rm o d e mr e m o t ee d u c a t i o n b yc o n s t r u c t i n ga n o p e ne n v i r o n m e n tf o rt e a c h i n gs y s t e m ，m o d e mr e m o t ee d u c a t i o n ，w h i c hi s b a s e do ni n t e r u e tt e c h n i q u e ，o v e r c a m ec o n f i n e m e n t so ft e a c h i n gr e s o u r c e sb o t h i nt i m ea n ds p a c e i tp l a y sav e r yi m p o r t a n tr o l ei nm o d e me d u c a t i o ns y s t e m t h e n e tg ot o e st h et e a c h i n gt oh a v ea l r e a d yb e c o m eam a i nc u r r e n td i r e c t i o nt h a t d e v e l o po fe d u c a t i o n ；t h et e a c h i n go nt h en e t w o r kh a v eb r o k e nr e s t r i c t si nt i m e a n da r e a s s h a r ep r o f i t st ou s et h er e s o u r c e sa d v a n t a g eo ft h es c h o o l ，a n di sak i n d o f e x p l o i t a t i o nn e t w o r kt op r o c e e dt e a c h i n go f g a t h e r i n gv o i c e i m a g e s v i d e od a t a i nt h eh a n do v e r i n go fi n t e g r a lw h o l ew i t he a c ho t h e rr e m o t ee d u c a t i o n c o u r s e w a r e ；u s e rc a nv i e wt h em u l t i - m e d i at e a c h i n gb yi n t e r v i e wt h eh y p e r t e x t p a g e s ；i sak i n do fm e t h o do fs h a r i n gt h ei n f o r m a t i o nm e a n s c o n v e n i e n t l ya n d q u i c k l y t h i sp a d e rb a s e do nt h es t u d yo fp r e s e n ts i t u a t i o n si nr e m o t ee d u c a t i o na t l o v e rt h ew o r l d ，c o m b i n et e a c h i n gf o r m u l a sw i t hd i s t r i b u t e dt e c h n o l o g y ，a n da s s a y t h el i m i t so ft r a d i t i o n a lc sp a r t e m t h e ni td i s c u s st h ef e a t u r e so ft e c h n o l o g yi n m u l t i 1 e v e ld i s t r i b u t e ds t r u c t u r e ，b u i l dat e a c h i n gw e bb a s e do nm i c r o s o f tt o o l s ， w i e l dt h es p e c i a l t i e so fx m l a c h i e v et h es y s t e mo fr e m o t ee d u c a t i o ni n s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ，i tu s et h ea d v a n t a g eo fr e m o t ee d u c a t i o ni nt e a c h i n gi n m o s td e g r e e ，g i v e sak i n do ft e a c h i n gm e a n si ne f f e c t ，i n s t r u c t ss t u d e n tt ot h i n k a c t u a l l y a n di m p r o v e ss t u d e n t si n t e r e s ti nl e a r n i n g p r e s e n tr e m o t ce d u c a t i o ns y s t e ma r em o s t l ym a d eu po fw e bp a g e sb u i l tb y h t m l u s i n ga s po rj s pt e c h n i q u e st oa c h i e v es o m er e c i p r o c i t i e s ；b u ti tc a nn o t f u l l yu s et h eh u g eo f p o t e n t i a l so f t h ei n t e r u e t ，r e p r e s e n tf l e x i b i l i t y 、c o m m o n a l i t y a n dd i v e r s i t y a n dc a n ta c h i e v et h es e p a r a t i o nb e t w e e ni n t e r f a c ed e s i g n i n ga n d j o g i c a lp r o g r a m m i n g 1 1 1 0x m lt e c h n o l o g ys u p p l ys o m eu s e f u lm e t h o d st oa c h i e v ed i s t r i b u t i o n ， s t r u c t u r i z a t i o n a n ds h a r i n gi nr e m o t ee d u c a t i o n t h i sp a d e rs e tu pam e t h o dt 1 1 a t c a ns t o r ea n dd i s p l a yc o n t e n t so fc o u r s e su s i n gx m l t h i sm e t h o di sv e r yu s e f u l i nt h er e m o t ee d u c a t i o ns y s t e mt or e s o l v ec o n s i s t e n c yp r o b l e ma n dp u tt h e s y s t e mi n t oc o m m e r c i a l i z a t i o n s o m ek e ym o d u l e so f t h es y s t e mw e r ea l s og i v e ni nt h i sp a d e r , k e vw o r d s ：x m l ，r e m o t ee d u c a t i o n ，c o u r s e w a r e ，s o f t w a r ee n g i n e e r i n g i i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 现代远程教育及其特点3 现代远程教育是构筑知识经济时代终身学习体系的主要手段。网络技 术和计算机技术的发展，对传统的教学模式产生了巨大的冲击。网上教学 已经成为教育发展的一个主流方向；网上教学打破了时间，地域的限制， 充分利用学校的资源优势，是一种利用网络进行教学的集语音、图象、视 频数据于一体的远程交互系统；可以使用户通过超文本页面访问多媒体教 学资源；是一种方便迅速的共享信息手段。 现代远程教育有以下优点：教师的讲授和学生的学习可以在不同地 点同时进行，师生之间可以进行充分的交流：学生能够根据自己的需要自 主安排学习时间和地点，自主选择学习内容，自行安排学习计划，随时提 出学习中的问题并能够及时地得到解答。现代远程教育有利于个体化学 习。 在工业经济时代，教育模式是学生走向教室，而在信息经济时代， 教育的模式是教室通向学生。现代远程教育给教与学的概念赋予了新的内 涵。随着现代远程教育的发展，未来的教育思想、教育内容、教育模式和 教育结构都将发生重大变化。发展现代远程教育，可以为更多的人提供各 级各类的受教育的机会。发展远程教育，能够有效地发挥现有各种教育 的资源优势，实现资源的合理配置，提高全民族的科学文化素质，是我国 经济、社会、文化教育发展的现实要求。 1 2 基于i n t e r n e t 的远程教育现状 计算机进入教育教学领域，经历了两个阶段。第一阶段是计算机辅 助教学( c a i ) ，即教师利用计算机设计的课件，对教学过程中的某些知识 点进行演示，使知识点易于直观表现和理解。这种状态仅仅把计算机当作 教学辅助手段来加以应用，实际上并没有引起传统教育理论和教学模式的 变革。第二个阶段，是在互联网诞生以后，多媒体技术和虚拟现实技术造 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 现代远程教育及其特点3 现代远程教育是构筑知识经济时代终身学习体系的主要手段。网络技 术和计算机技术的发展，对传统的教学模式产生了巨大的冲击。网上教学 已经成为教育发展的一个主流方向；网上教学打破了时间，地域的限制， 充分利用学校的资源优势，是一种利用网络进行教学的集语音、图象、视 频数据于一体的远程交互系统；可以使用户通过超文本页面访问多媒体教 学资源；是一种方便迅速的共享信息手段。 现代远程教育有以下优点：教师的讲授和学生的学习可以在不同地 点同时进行，师生之间可以进行充分的交流：学生能够根据自己的需要自 主安排学习时间和地点，自主选择学习内容，自行安排学习计划，随时提 出学习中的问题并能够及时地得到解答。现代远程教育有利于个体化学 习。 在工业经济时代，教育模式是学生走向教室，而在信息经济时代， 教育的模式是教室通向学生。现代远程教育给教与学的概念赋予了新的内 涵。随着现代远程教育的发展，未来的教育思想、教育内容、教育模式和 教育结构都将发生重大变化。发展现代远程教育，可以为更多的人提供各 级各类的受教育的机会。发展远程教育，能够有效地发挥现有各种教育 的资源优势，实现资源的合理配置，提高全民族的科学文化素质，是我国 经济、社会、文化教育发展的现实要求。 1 2 基于i n t e r n e t 的远程教育现状 计算机进入教育教学领域，经历了两个阶段。第一阶段是计算机辅 助教学( c a i ) ，即教师利用计算机设计的课件，对教学过程中的某些知识 点进行演示，使知识点易于直观表现和理解。这种状态仅仅把计算机当作 教学辅助手段来加以应用，实际上并没有引起传统教育理论和教学模式的 变革。第二个阶段，是在互联网诞生以后，多媒体技术和虚拟现实技术造 武汉理工大学硕士学位论文 就了虚拟学校的产生。虚拟学校是实施远程教学的第三代远程教育机构。 远程教育中的网络学校( 教育) 其实就是建立虚拟学校，是以学生为 主的自主学习环境：它是一种新型的开放的没有围墙的学校，它与传统广 播电视教育的不同之处在于，人们可以在i n t e r n e t 环境下，不受时间和 空间的限制，完成“随时、随地的交互”教学活动。近年来，国内外对基 于i n t e r n e t 的远程教育进行了广泛的研究。 1 2 1 国外研究现状 美国是世界上信息技术最发达的国家，互联网的普及率最高，基于 i n t e r n e t 的远程教育也最发达。据美国联邦教育部国家教育统计中心对 中等后教育机构远程的调查，1 9 9 7 一1 9 9 8 年，美国5 0 2 0 所大学中有1 6 9 0 所提供远程教育课程，占高等学校总数的3 4 ，约1 6 6 万学生注册接受各 种形式的远程高等教育，占所有类型高校在校生总数( 约1 4 3 4 万) 的1 l 。 6 。与此同时，美国已经开始把注意力放到中小学基础设施的建设上来。 在远程教育所采用的媒体手段上，据美国联邦教育部国家教育统计中心 1 9 9 9 年的调查显示：最常用的是非即时的技术。如e m a i l 和网上信息 粘贴，5 8 的高校用这一方法，这种传递方式对远程教育的提供者和接受 者而言都最易于获得，同步的基于网络的计算机会议系统或聊天系统占 1 9 英国的开放大学是一种面向全社会、全世界的全方位的开放的大学。 开放大学的教学以网络为基础，采用多媒体教学环境，应用c a i 课件。在 过去的两年中，英国高等教育基金理事会拟定了一个雄心勃勃的计划，要 整合英国各大学的力量，建立一所网上大学。他们计划通过英国已有的 j a n e t 网络系统，向全球提供远程教育。3 1 2 2 国内研究现状 自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，到目前为止，国家教育部已经正式批准了国内清华大学等6 6 所重 点高校进行远程教育试点。1 9 9 9 年1 月，中国教育部在现代远程教育 资源建设指南中指出的新型教育模式，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。 国内网络教学的最初形式是基于c d r o m 的教学软件，这些教学软件 大多出自诸如a u t h e r w a r e 、d i r e c t o r 、p o w e r p o in t 之类的交互式多媒体 武汉理工大学硕士学位论文 就了虚拟学校的产生。虚拟学校是实施远程教学的第三代远程教育机构。 远程教育中的网络学校( 教育) 其实就是建立虚拟学校，是以学生为 主的自主学习环境：它是一种新型的开放的没有围墙的学校，它与传统广 播电视教育的不同之处在于，人们可以在i n t e r n e t 环境下，不受时间和 空间的限制，完成“随时、随地的交互”教学活动。近年来，国内外对基 于i n t e r n e t 的远程教育进行了广泛的研究。 1 2 1 国外研究现状 美国是世界上信息技术最发达的国家，互联网的普及率最高，基于 i n t e r n e t 的远程教育也最发达。据美国联邦教育部国家教育统计中心对 中等后教育机构远程的调查，1 9 9 7 一1 9 9 8 年，美国5 0 2 0 所大学中有1 6 9 0 所提供远程教育课程，占高等学校总数的3 4 ，约1 6 6 万学生注册接受各 种形式的远程高等教育，占所有类型高校在校生总数( 约1 4 3 4 万) 的1 l 。 6 。与此同时，美国已经开始把注意力放到中小学基础设施的建设上来。 在远程教育所采用的媒体手段上，据美国联邦教育部国家教育统计中心 1 9 9 9 年的调查显示：最常用的是非即时的技术。如e m a i l 和网上信息 粘贴，5 8 的高校用这一方法，这种传递方式对远程教育的提供者和接受 者而言都最易于获得，同步的基于网络的计算机会议系统或聊天系统占 1 9 英国的开放大学是一种面向全社会、全世界的全方位的开放的大学。 开放大学的教学以网络为基础，采用多媒体教学环境，应用c a i 课件。在 过去的两年中，英国高等教育基金理事会拟定了一个雄心勃勃的计划，要 整合英国各大学的力量，建立一所网上大学。他们计划通过英国已有的 j a n e t 网络系统，向全球提供远程教育。3 1 2 2 国内研究现状 自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，到目前为止，国家教育部已经正式批准了国内清华大学等6 6 所重 点高校进行远程教育试点。1 9 9 9 年1 月，中国教育部在现代远程教育 资源建设指南中指出的新型教育模式，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。 国内网络教学的最初形式是基于c d r o m 的教学软件，这些教学软件 大多出自诸如a u t h e r w a r e 、d i r e c t o r 、p o w e r p o in t 之类的交互式多媒体 武汉理工大学硕士学位论文 就了虚拟学校的产生。虚拟学校是实施远程教学的第三代远程教育机构。 远程教育中的网络学校( 教育) 其实就是建立虚拟学校，是以学生为 主的自主学习环境：它是一种新型的开放的没有围墙的学校，它与传统广 播电视教育的不同之处在于，人们可以在i n t e r n e t 环境下，不受时间和 空间的限制，完成“随时、随地的交互”教学活动。近年来，国内外对基 于i n t e r n e t 的远程教育进行了广泛的研究。 1 2 1 国外研究现状 美国是世界上信息技术最发达的国家，互联网的普及率最高，基于 i n t e r n e t 的远程教育也最发达。据美国联邦教育部国家教育统计中心对 中等后教育机构远程的调查，1 9 9 7 一1 9 9 8 年，美国5 0 2 0 所大学中有1 6 9 0 所提供远程教育课程，占高等学校总数的3 4 ，约1 6 6 万学生注册接受各 种形式的远程高等教育，占所有类型高校在校生总数( 约1 4 3 4 万) 的1 l 。 6 。与此同时，美国已经开始把注意力放到中小学基础设施的建设上来。 在远程教育所采用的媒体手段上，据美国联邦教育部国家教育统计中心 1 9 9 9 年的调查显示：最常用的是非即时的技术。如e m a i l 和网上信息 粘贴，5 8 的高校用这一方法，这种传递方式对远程教育的提供者和接受 者而言都最易于获得，同步的基于网络的计算机会议系统或聊天系统占 1 9 英国的开放大学是一种面向全社会、全世界的全方位的开放的大学。 开放大学的教学以网络为基础，采用多媒体教学环境，应用c a i 课件。在 过去的两年中，英国高等教育基金理事会拟定了一个雄心勃勃的计划，要 整合英国各大学的力量，建立一所网上大学。他们计划通过英国已有的 j a n e t 网络系统，向全球提供远程教育。3 1 2 2 国内研究现状 自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，到目前为止，国家教育部已经正式批准了国内清华大学等6 6 所重 点高校进行远程教育试点。1 9 9 9 年1 月，中国教育部在现代远程教育 资源建设指南中指出的新型教育模式，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。 国内网络教学的最初形式是基于c d r o m 的教学软件，这些教学软件 大多出自诸如a u t h e r w a r e 、d i r e c t o r 、p o w e r p o in t 之类的交互式多媒体 武汉理工大学硕士学位论文 创作工具。这些教学软件实际上还是基于传统教学模式。 基于互联网内容提供商( i c p ) 的网络教学。很多i c p 以类似“教育 频道”之类的名义开设了与教育有关的专栏或“网上课程”。他们的优点 和重点在于通过丰富栏目内容引来访问量。这些网站的教育内容大多以静 态教材为主。还有相当多数的i c p 提供不同的类型的教育社区或市场服 务，由于他们的市场活动相当活跃，很多教育培训机构都反映得到他们的 合作意愿。但真正的教学内容仍相当匮乏，并且不能完成完整的网上教学 服务。在短期内不会提供大量成熟的课程或教学服务。” 近年来，随着高校校园网络的建设，高校的总体硬件水平有了很大的 提高。依托于大学的继续教育学院、远程教育学院得到了很大的发展。国 内的一些大学也开始计算机远程教育的研究实验，并已有不少简体中文远 程教育试验网站出现。这些网站无论从数量还是从质量上看，都呈现出网 上教学作为现代教学的一种重要形式，具有强劲的发展态势，但大多数停 留在提供课件演示和下载形式上，用户普遍反映学习缺乏自主性，交互性 少或是没有。其次就是缺乏一种整体的解决方案，难以将现有的教学资源 组织起来加以充分的利用。 1 3 本文的研究目标和技术路线 在我校，随着“2 1 1 工程”的建设，网络化、信息化的校园正在建成 并投入运行。运行于千兆校园网络上的教务管理系统、后勤管理系统等大 型综合软件系统给学校的教学、科研和管理带来了质的飞跃。另一方面， 我校已成为教育部批准的开展网络教育的重点高校之一。为促进网络教育 发展，很有必要对基于i n t e r n e t 远程网络教学系统及教学课件进行研究。 随着计算机网络技术和计算机支持的协同工作的发展，基于 i n t e r n e t i n t r a n e t 多媒体课件系统已在计算机辅助教学领域中普遍应 用，教育的教学方法、教学手法，教学观念与形式、教学结构，以至教学 理论都发生了深刻的变革。远程教育就是这一变革的产物。它突破了时域 和地域的限制。使得远程的用户能够共享多媒体教学课件资源。越来越多 的人开始利用网络来接受教育，随之而来的是对网络课件需求量的日益增 加然而，支持这种课件开发的各种创作工具却不尽完美无论是早期的 p o w e r p o i n t 。a u t h e r w a r e ，还是现在使用较多的”网页三剑客”等，都因自 武汉理工大学硕士学位论文 创作工具。这些教学软件实际上还是基于传统教学模式。 基于互联网内容提供商( i c p ) 的网络教学。很多i c p 以类似“教育 频道”之类的名义开设了与教育有关的专栏或“网上课程”。他们的优点 和重点在于通过丰富栏目内容引来访问量。这些网站的教育内容大多以静 态教材为主。还有相当多数的i c p 提供不同的类型的教育社区或市场服 务，由于他们的市场活动相当活跃，很多教育培训机构都反映得到他们的 合作意愿。但真正的教学内容仍相当匮乏，并且不能完成完整的网上教学 服务。在短期内不会提供大量成熟的课程或教学服务。” 近年来，随着高校校园网络的建设，高校的总体硬件水平有了很大的 提高。依托于大学的继续教育学院、远程教育学院得到了很大的发展。国 内的一些大学也开始计算机远程教育的研究实验，并已有不少简体中文远 程教育试验网站出现。这些网站无论从数量还是从质量上看，都呈现出网 上教学作为现代教学的一种重要形式，具有强劲的发展态势，但大多数停 留在提供课件演示和下载形式上，用户普遍反映学习缺乏自主性，交互性 少或是没有。其次就是缺乏一种整体的解决方案，难以将现有的教学资源 组织起来加以充分的利用。 1 3 本文的研究目标和技术路线 在我校，随着“2 1 1 工程”的建设，网络化、信息化的校园正在建成 并投入运行。运行于千兆校园网络上的教务管理系统、后勤管理系统等大 型综合软件系统给学校的教学、科研和管理带来了质的飞跃。另一方面， 我校已成为教育部批准的开展网络教育的重点高校之一。为促进网络教育 发展，很有必要对基于i n t e r n e t 远程网络教学系统及教学课件进行研究。 随着计算机网络技术和计算机支持的协同工作的发展，基于 i n t e r n e t i n t r a n e t 多媒体课件系统已在计算机辅助教学领域中普遍应 用，教育的教学方法、教学手法，教学观念与形式、教学结构，以至教学 理论都发生了深刻的变革。远程教育就是这一变革的产物。它突破了时域 和地域的限制。使得远程的用户能够共享多媒体教学课件资源。越来越多 的人开始利用网络来接受教育，随之而来的是对网络课件需求量的日益增 加然而，支持这种课件开发的各种创作工具却不尽完美无论是早期的 p o w e r p o i n t 。a u t h e r w a r e ，还是现在使用较多的”网页三剑客”等，都因自 武汉理工大学硕士学位论文 身不适应网络环境或其设计初衷不是用于教育领域而存在不可克服的局 限。因此，实现教学课件的标准化、统一化越来越重要。在此提出了基于 x m l 技术的多媒体课件的分布式体系结构，并设计了基于x m l 的在网络环 境中的多媒体课件的实例：软件工程网络课件。 现在网上的课件系统多是由h t m l 创建的页面构成，大多是通过a s p 或j s p 技术实现一定的交互性；。并不能挖掘和利用i n t e r n e t 的巨大潜力， 无法表现课件的灵活性、通用性、多样性，不能实现界面设计和逻辑编程 的分离。 x m l 的功能特点使得远程教育的分布化、结构化、课件共享开放化能 够实现其具有的优势：( 1 ) 课件媒体与平台无关性：使用x m l 和其它相关 技术就可以创建跨平台的课件内容，这样同一教学内容就可产生不同的表 现形式。( 2 ) 课件文档数据的有效检索，多重使用和修饰，x m l 将结构、 内容和表现分离，因而对于同一教学内容可以多次用不同的表现形式传播 和加工使用，避免了重复劳动和资源的浪费，同时，一旦利用x m l 对媒体 内容做好标注。就能在课件文档管理系统中管理个别部分，从中抽取数据 信息，将这些所需信息重复组合和修饰，又可获得所需新的课件文档内容。 ( 3 ) 真正的在线网络教学：x m l 语言可以和现有的h t t p 等网络协议交互， 这样只需简单地通过i n t e r n e t 网络浏览器就可以实现在线多媒体课件传 输和播放显示。 本论文的研究目标就是通过对目前基于i n t e r n e t 的应用模型和网络 教学系统中相关开发技术的研究，分析现代远程教育中的教学模式，给教 师授课提供网络支持，给学生的学习过程引入更大的自主性和交互性。通 过引入新的设计模式和开发思想，为现代远程教育提供框架式的解决方 案，也是本文研究力求达到的目标。 本系统是基于i n t e r n e t 的应用系统，采用基于x m l 的分布式多层结 构体系。所有功能都是通过应用服务器和用户浏览器之间的交互来完成 的。与系统相关的数据由数据库服务器来维护和组织。图卜l 是对系统的 简单描述。由i n t e r n e t 网络连接的教师和学生以及系统管理员通过浏览 器向应用服务器发出请求，应用服务器根据用户的请求，检索数据库服务 器上的教学数据，并把服务结果通过浏览器反馈给用户。 武汉理工大学硕士学位论文 甲甲甲甲甲 学生学生教师救柙曹理员 图i - i 远程网络教学系统功能描述 基于i n t e r n e 的远程教育系统是一个分布式的结构环境。本课题在 微软w e b 平台支撑下进行设计和实现。 1 4 本文的组织 本文共分八章。 第一章为绪论，介绍了以现代信息技术为教育手段的现代远程教育及 其特点，并对基于i n t e r n e 的现代远程教育的国内外研究现状进行分析 讨论。最后给出了本文的研究目标和采用的技术路线。 第二章分析了分布式体系结构的发展，重点分析了传统的两层c s 模 式的局限性和多层分布式结构技术的特点，并对本课题采用的躲于x m l 分 布式应用模型进行了深入的分析和研究。 第三章为系统分析和总体设计。在对基于i n t e r n e t 的远程教学模式 的分析基础上，论述了本系统的功能模块划分和系统架构设计。并对系统 中所使用的应用服务器和数据库服务器的选择进行了研究和讨论。 第四章对系统设计中的关键技术x m l 进行了深入的研究。包括x m l 与c s s ，x s l 技术，在x m l 分布式体式结构中：x m l 负责存储数据、信息， 体现在课件系统中即：课件内容；然后通过样式单( c s s 和x s l ) 以丰富 武汉理工大学硕士学位论文 甲甲甲甲甲 学生学生教师救柙曹理员 图i - i 远程网络教学系统功能描述 基于i n t e r n e 的远程教育系统是一个分布式的结构环境。本课题在 微软w e b 平台支撑下进行设计和实现。 1 4 本文的组织 本文共分八章。 第一章为绪论，介绍了以现代信息技术为教育手段的现代远程教育及 其特点，并对基于i n t e r n e 的现代远程教育的国内外研究现状进行分析 讨论。最后给出了本文的研究目标和采用的技术路线。 第二章分析了分布式体系结构的发展，重点分析了传统的两层c s 模 式的局限性和多层分布式结构技术的特点，并对本课题采用的躲于x m l 分 布式应用模型进行了深入的分析和研究。 第三章为系统分析和总体设计。在对基于i n t e r n e t 的远程教学模式 的分析基础上，论述了本系统的功能模块划分和系统架构设计。并对系统 中所使用的应用服务器和数据库服务器的选择进行了研究和讨论。 第四章对系统设计中的关键技术x m l 进行了深入的研究。包括x m l 与c s s ，x s l 技术，在x m l 分布式体式结构中：x m l 负责存储数据、信息， 体现在课件系统中即：课件内容；然后通过样式单( c s s 和x s l ) 以丰富 武汉理_ 丁大学硕士学位论文 的表现形式在浏览器中显示出来。 第五章主要介绍本系统中所采用了s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库，以及 相关的a s p 技术。数据库访问技术为a d o o d b c 。数据库主要用于存储课 件资源及在线测试子系统数据。 第六章系统详细设计。在这里作者论述了基于x m l 课件系统的架构 组成，本章给出了软件工程网络课件中的主页模块和在线测试子模块 及教学资源管理模块等三个关键模块的实现。最后给出了系统中基于x m l 设计的软件工程课件的详细流程。 第七章作者论述了基于x m l 的设计模式，并在本系统的设计中结合实 际应用对其进行改进。基于界面显示和事务逻辑分离的设计思想，提出了 基于x m l 的课件文档模式，描述了如何利用x m l 技术及相关技术设计网络 课件页面、发布图文信息。给出了设计思想及源代码。 第八章为全文的总结和进一步研究的展望。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于x m l 的w e b 分布式体系结构 2 1 分布式体系结构 在设计基于i n t e r n e t 的现代远程教育系统时，应用的体系结构是非 常重要的。体系结构是指程序的宏观的物理的或者逻辑的程序的结构，包 括代码程序包的组织，在网络的各个节点之间的程序包分布，程序的各个 组成部分之间的通信和协同工作机制。几乎所有的现代应用系统都包含用 于用户界面、数据处理和数据存储的程序包，应用系统的体系结构因这种 程序包的包装、组织和分布方式的不同而不同。 2 2 两层c s 模式及其局限性 早在1 9 8 0 年第一个数据库管理系统出现时，数据库的世纪就已悄然 开始。那时的观念是由应用程序控制关系型数据库，这种数据处理的模式 一般称为单层结构( 卜t i e r ) 。由于这种结构的数据库占用计算机资源较 多，于是在8 0 年代中，数据库应用开始转向c s 结构，也就是所谓的两 层结构( 2 一t i e r ) 。这种结构在近十多年不但得到广泛的运用，而且相当成 功。 c s ( 客户机服务器) 模式是一种非常成熟的应用体系结构，被广泛 应用于各种信息管理系统中。客户机服务器应用程序的一种定义是应用 程序有一个客户接口，而访问的数据则位于另外一个远程的数据库服务器 之上。客户机将其所需的数摊访问命令传送给数据库服务器，数据库服务 器执行命令，并将结果返回客户机。这使得整个工作能够分布在客户系统 和远程服务器系统共同执行。 这种体系结构的好处在于：首先，交互性强是c s 结构固有的一个 优点。在c s 中，客户端有一套完整的应用程序，在出错提示，在线帮 助等方面都有强大的功能，并且可以在子程序问自由切换。 其次，c s 模式提供了更安全的存取模式。由于c s 是配对的点对 点结构模式，采用适用于局域网、安全性比较好的网络协议( 例如：n t 的 n e t b e u i 协议) ，安全性可以得到较好的保证。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于x m l 的w e b 分布式体系结构 2 1 分布式体系结构 在设计基于i n t e r n e t 的现代远程教育系统时，应用的体系结构是非 常重要的。体系结构是指程序的宏观的物理的或者逻辑的程序的结构，包 括代码程序包的组织，在网络的各个节点之间的程序包分布，程序的各个 组成部分之间的通信和协同工作机制。几乎所有的现代应用系统都包含用 于用户界面、数据处理和数据存储的程序包，应用系统的体系结构因这种 程序包的包装、组织和分布方式的不同而不同。 2 2 两层c s 模式及其局限性 早在1 9 8 0 年第一个数据库管理系统出现时，数据库的世纪就已悄然 开始。那时的观念是由应用程序控制关系型数据库，这种数据处理的模式 一般称为单层结构( 卜t i e r ) 。由于这种结构的数据库占用计算机资源较 多，于是在8 0 年代中，数据库应用开始转向c s 结构，也就是所谓的两 层结构( 2 一t i e r ) 。这种结构在近十多年不但得到广泛的运用，而且相当成 功。 c s ( 客户机服务器) 模式是一种非常成熟的应用体系结构，被广泛 应用于各种信息管理系统中。客户机服务器应用程序的一种定义是应用 程序有一个客户接口，而访问的数据则位于另外一个远程的数据库服务器 之上。客户机将其所需的数摊访问命令传送给数据库服务器，数据库服务 器执行命令，并将结果返回客户机。这使得整个工作能够分布在客户系统 和远程服务器系统共同执行。 这种体系结构的好处在于：首先，交互性强是c s 结构固有的一个 优点。在c s 中，客户端有一套完整的应用程序，在出错提示，在线帮 助等方面都有强大的功能，并且可以在子程序问自由切换。 其次，c s 模式提供了更安全的存取模式。由于c s 是配对的点对 点结构模式，采用适用于局域网、安全性比较好的网络协议( 例如：n t 的 n e t b e u i 协议) ，安全性可以得到较好的保证。 武汉理j ：大学硕七学位论文 再次，采用c s 模式将降低网络通信量。c s 只有二层物理结构， 网络通信量只包括c l i e n t 与s e r v e r 之间的通信量。对于相同的任务，完 成的速度较快。使得c s 更利于处理大量数据。 最后，c s 很容易开发，特别是因为用户界面层、事务逻辑层和数 据存储层驻留在同一进程中，开发者不必处理分布式应用的复杂关系。 然而随着信息系统结构的复杂和规模的日益扩大，两层c s 结构成 功的背后却逐渐暴露出其构架上的缺陷。具体表现在以下几方面： ( 1 ) 出于客户端和服务器端直接连接，服务器将消耗部分系统资源用 于处理与客户端的连接工作。每当同时存在大量客户端数据请求时，服务 器有限的系统将被用于频繁应付与客户端之间的连接，从而无法及时响应 数据请求。客户端数据请求堆积的直接后果将导致系统整体运行效率的大 幅度降低，甚至全面崩溃。 ( 2 ) 主从式的结构中，唯一在线的数据库服务器成为系统可靠性的极 大隐患。如果数据库服务器因为某种原因停止工作，那么整个系统将趋于 瘫痪。 ( 3 ) 客户端应用程序的分发工作的繁琐程度令人难以接受。系统开发 过程完毕，随之而来的程序分发除了要求为每台客户机安装客户端程序的 执行文件以外，还要求安装程序运行所必须的动态连接库文件( $ d 1 1 ) 、 程序初始化文件( i n i ) 等许多其他文件。另外，还必须完成每台客户机 器的o d b c 或b d e 的配置工作。不仅如此，每次对客户端程序的修改和升 级，又意味着上述相同分发过程的又一重复。 ( 4 ) 在存储过程调用中，即所有的处理过程都在数据库层进行，只是 将最终的结果返回到客户端。这种结构的事务逻辑需采用专用语言开发， 很难再移植到其他的数据库上去。“”“” 2 3多层分布式结构技术的特点 今天信息技术部门所面临的问题是如何能够创建通向未来的没有中 断的跨越l a n 、w a n 和i n t e r n e t 平台的分布式可伸缩性的应用结构，以满 足当今复杂的、不断发展变化的事务需求，同时又能确保企业在系统、应 用、信息及人员上的投资。能够适应这种变化的结构是多层分布式计算体 系结构。多层体系结构能够在低费用的条件下比现行p c l a n 、两层客户 武汉理j ：大学硕七学位论文 再次，采用c s 模式将降低网络通信量。c s 只有二层物理结构， 网络通信量只包括c l i e n t 与s e r v e r 之间的通信量。对于相同的任务，完 成的速度较快。使得c s 更利于处理大量数据。 最后，c s 很容易开发，特别是因为用户界面层、事务逻辑层和数 据存储层驻留在同一进程中，开发者不必处理分布式应用的复杂关系。 然而随着信息系统结构的复杂和规模的日益扩大，两层c s 结构成 功的背后却逐渐暴露出其构架上的缺陷。具体表现在以下几方面： ( 1 ) 出于客户端和服务器端直接连接，服务器将消耗部分系统资源用 于处理与客户端的连接工作。每当同时存在大量客户端数据请求时，服务 器有限的系统将被用于频繁应付与客户端之间的连接，从而无法及时响应 数据请求。客户端数据请求堆积的直接后果将导致系统整体运行效率的大 幅度降低，甚至全面崩溃。 ( 2 ) 主从式的结构中，唯一在线的数据库服务器成为系统可靠性的极 大隐患。如果数据库服务器因为某种原因停止工作，那么整个系统将趋于 瘫痪。 ( 3 ) 客户端应用程序的分发工作的繁琐程度令人难以接受。系统开发 过程完毕，随之而来的程序分发除了要求为每台客户机安装客户端程序的 执行文件以外，还要求安装程序运行所必须的动态连接库文件( $ d 1 1 ) 、 程序初始化文件( i n i ) 等许多其他文件。另外，还必须完成每台客户机 器的o d b c 或b d e 的配置工作。不仅如此，每次对客户端程序的修改和升 级，又意味着上述相同分发过程的又一重复。 ( 4 ) 在存储过程调用中，即所有的处理过程都在数据库层进行，只是 将最终的结果返回到客户端。这种结构的事务逻辑需采用专用语言开发， 很难再移植到其他的数据库上去。“”“” 2 3多层分布式结构技术的特点 今天信息技术部门所面临的问题是如何能够创建通向未来的没有中 断的跨越l a n 、w a n 和i n t e r n e t 平台的分布式可伸缩性的应用结构，以满 足当今复杂的、不断发展变化的事务需求，同时又能确保企业在系统、应 用、信息及人员上的投资。能够适应这种变化的结构是多层分布式计算体 系结构。多层体系结构能够在低费用的条件下比现行p c l a n 、两层客户 武汉理工大学硕士学位论文 服务器或主机终端应用结构提供更好、更及时信息的可能性。多层分布 式计算应用服务技术是目前数据库应用发展的潮流，传统的客户服务器 ( 二层) 的应用正朝着三层或n - t i e r 结构发展“。 三层结构是传统的客户服务器结构的发展，代表了网络应用的未来， 典型的有w e b 下的应用、多层c s 应用等。多层结构和三层结构的含义 是一样的，只是细节有所不同。该模型与基于客户端服务器的机制不同， 将事务的表现与实现逻辑分开，这样更与现实世界的事务处理相同。因为 前台的操作人员不需要对事务逻辑进行控制，而事务逻辑是由管理人员确 定的，操作人员仅面向人机交互。 一个典型的i n t e r n e t i n t r a n e t 应用应分为三层，表示层、事务逻 辑层和数据服务层。” 表示层：该层为用户提供人机交互界面，所有的数据录入显示操作 都在此完成。当用户需要进行数据交换时，是不允许直接访问数据库服务 器，而是通过事务逻辑层提供的s e r v i c ei n t e r f a c e 接口进行访问，这样 保汪了后台数据的安全性同时实现了真正意义上的瘦客户。在in t e r n e t 环境下，表示层的工作由浏览器完成。 事务逻辑层：该层负责对输入的数据按照事务逻辑进行加工处理， 并实现对数据库服务器的访问。该层对它的上层和下层分别提供了 s e r v i o ei n t e r f a c e 和d b a g e n t ( 数据访问代理) 。s e r v i c ei n t e r f a c e 接 口用于向客户程序提供事务服务。当表示层录入数据后，通过陔接口传递 到本层。本层根据预先定义好的事务规则对数据进行分析处理，通过 d b a g e n t 访问数据库取得显示数据，再根据事务规则进行加工，从s e r v ic e i n t e r f a c e 接口返回给表示层进行显示。 d b a g e n t 接口用以实现对后台数据库的无关访问。在d b a g e n t 内部 我们为不同的数据库提供了相同的接口引擎，屏蔽了与数据库相关的细 节，也就是说，当后台数据库发生了变化，由于实现通过d b a g e n t 进行数 据库访问，因而我们的应用程序不需要做任何变动。 数据服务层：即实际意义上的r d b m s 。该层为应用提供数据来源，保 证数据的低冗余、结构性、完整性和一致性。和两层体系结构不同，数据 库不再和每个活动客户保持一个连接，而是若干个客户通过应用逻辑组件 共享数据库的连接，从而减少了连接次数，提高了数据服务器的性能和安 全性。目前，可根据需要选择任何与o d b c j d b c 兼容的数据源。 武汉理工大学硕士学位