（计算机应用技术专业论文）基于web的课程辅助学习系统的设计与实现.pdf

江苏大学r = 程硕十学位论文 摘要 随着计算机技术、互联网技术以及通信技术的发展，远程教育正经历着一场 前所未有的挑战，如何将现代的科学技术与教育结合起来，解决目前教育普及存 在的问题，是现代远程教育研究和发展所要解决的关键。然而，我国对现代远程 教育的研究起步较晚，所以，研究现代远程教育是一个艰巨而且有深远意义的课 题。目前i n t e r n e t 已广泛普及应用，因此，研究开发基于w e b 的课程辅助学习 系统具有较好的理论意义和实际应用价值。 本文在广泛查阅相关文献和调研现有的远程辅助学习系统的基础上，总结先 人的长处，借鉴别人的经验，结合自己教学中的体会，提出了一些自己的设计构 想，并采用目前较先进的开发环境，设计实现了一个适应实际学习需求的基于 w e b 的课程辅助学习系统。本文主要工作包括： 1 ) 采用嵌套式知识结构模型，进行了基于w e b 的课程辅助学习环境知识空间 的组织。该方法以知识域为主干对学习文档进行组织管理，它能将学习资料的存 储位置和学习者的学习目标结合在一起，方便学生的学习。 2 ) 对基于w e b 的远程辅助学习系统进行了用户和系统的需求分析，采用目前 比较流行的m v c 模型的恩想对系统中的各功能子模块进行了详细设计。各功能模 块要求明确，结构清晰，有利于采用先进的开发环境开发实现。 3 ) 在嵌套式知识空间模型上，设计实现了感知构件。该感知构件提供了多 层次感知方式、感知状态的灵活选择和实时感知等功能。感知构件的应用能避免 学习者的孤独感，方便学习者之问、学习者与教师之问实时交流，提高学习效率。 4 ) 采用j s p ( j a v as e r v e rp a g e s ) 和s o l s e r v e r 等开发环境，设计实现 了基于w e b 的课程辅助学习原型系统 关键词：远程教育，课程辅助学习系统，系统分析与设计，感知处理，系统实现 江苏大学。r = 程硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , t h ei n t e m e tt e c h n o l o g ya s w e l la s t h ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y , t h ed i s t a n c el e a r n i n gi se x p e r i e n c i n ga l l u n p r e c e d e n t e dc h a l l e n g e h o wt oc o m b i n et h em o d e ms c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya n dt h e e d u c a t i o ni no r d e rt os o l u t et h ew i d e s p r e a dp r o b l e m se x i s t i n gi nt h ee d u c a t i o ni st h e k e yw h i c ht h em o d e md i s t a n c el e a n l i n gs t u d i e sa n dd e v e l o p sm u s ts o l v e h o w e v e r , t h em o d e md i s t a n c el e a r n i n gr e s e a r c hs t a r t sl a t e ri no u rc o u n t r y , w h i c hi sa na r d u o u s a n dp r o f o u n ds i g n i f i c a n tt o p i c 。i n t e m e ti sw i d e s p r e a da p p l i e dn o w , t h e r e f o r e ，t h e r ea r e f a i r l yg o o dt h e o r e t i c a lm e a n i n ga n dp r a c t i c a la p p l i c a t i o nv a l u ei nr e s e a r c h i n ga n d d e v e l o p i n gc o n r s ea i d e dl e a r n i n gs y s t e mb a s e do nt h ew e b b yw i d l yr e a d i n ga s s o c i a t e dl i t e r a t u r e sa n ds t u d y i n gt h ed i s t a n c ea s s i s t e dl e a r n i n gs y s t e m s e x i s t i n g a tp r e s e n t , s o m e d e s i g n a n dc o n c e p t i o n a l ep r e s e n t e d i n t h i sp a p e r a r e r c o n c l u d i n g o t h e r s a d v a n t a g e s ，d r a w i n gl e s s o n sf r o mo t h e r s e x p e r i e n c e sa n dc o m b i n i n go w nt e a c h i n ge x p e r i e n c e a c o w s a s s i s t e dl e a r n i n gs y s t e mb a s e do nt h ew e bi sd e s i g n e da n dd e v e l o p e db yu s i n gs e n i o r d e v e l o p i n ge n v r o m a n t t h em a i nw o r ki nt h i sp a p e ri n c l u d e s ： i )w eo r g a n i z et h ek n o w l e d g es p a c eo ft h ew e b b a s e dc o u r s ea s s i s t e d s t u d y i n ge n v i r o n m e n tb yu s i n gt h en e s t e dk n o w l e d g es p a c em o d e l t h e m e t h o dg i v e sp o t yt ot h ek n o w l e d g ed o m a i ni no r g a n i z i n ga n dm a n a g i n gt h e s t u d y i n gm a t e r i a l s ，w h i c hc a 1c o n j o i nt h es t u d y i n gm a t e r i a l s s t o r a g ep l a c e sa n dt h e l e a r n e r ss t u d y i n go b j e c t i v et op r o v i d et h el e a r n e r sc o n v i e n ts t u d y 2 em ac e 榔a n ds y s t e m ，sr e q u i r e m e n ta n a l y s i so fd i s t a n c ec o u r s ea s s i s t e d l e a r n i n gs y s t e mb a s e do nw e b e v e r yf u n c t i o n a ls u bm o d u l ei sd e t a i l e dd e s i g n e db y u s i n gm v cm o d e l e v e r ym o d u l eh a se x p l i c i tr e q u i m e n ta n dc l e a rf r a m e w o r k , w h i c h i si nf a v o ro f d e v e l o p i n gi ns e n i o re n v i o m a n t 3 1w jd e s i g na n dr e a l i z et h ea w a r e n e s sc o m p o n e n tb a s e do nt h en e s t e dk n o w l e d g e s d a c em o d e l s u c hc o m p o n e n tc a np r o v i d em u l t i 1 e v e la w a r e n e s sm e t h o d , v i v i dc h o i c eo fa w a r e n e s ss t a t u sa n dr e a lt i m ea w a r e n e s s e t c t b eu s eo f a w a r e n e s sc o m p o n e n tc a na v o i dt h el e a l t l e rf e e l sl o n e l y , m a k et h er e a l t i m e c o m m u n i c a t i o na m o n gt h es t u d e n t sa n dt e a c h e r sc o n v i e n t l ya n dr a i s et h e s t u d y i n ge f f i c i e n c y 4 1w ed e s i g na n dd e v e l o pt h ec o b i s a s s i s t e dl e a r n i n gs y s t e r ab a s e do nw j b b yu s i n gj s p ( j a v as e r v e rp a g e s ) a n ds q l s e r v e se t c k e yw o r d s ：d i s t a n c ee d u c a t i o n ，o d u r s ea i d e dl e a r n i n gs y s t e m ，s y s t e ma n a l y s i sa n d d e s i g n ，a w a r e n e s sp r o c e s s ，s y s t e mi m p l e m e n t a t i o n n 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容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和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 年解密后适用本授权书。 不保密口 学位论文作者签名： 年月日 指导教师签名毳舀虫 j 矿钾年 | 月bf t 江苏犬学- f = 程硕十学位论文 1 1 背景 第一章绪论 世界政治和经济的区域化趋势越来越明显的加快，也由于基于信息技术的全 球电子通信网络的日新月异的发展、扩展和渗透，教育和学习的区域化和全球化 趋势同样也得到迅猛发展，并成为新世纪之初各国教育发展战略和决策的重点课 题、研究和舆论的争论热点之一。 教育和学习的全球化趋势对各国而占是机遇和挑战并存。一方面，信息社会 和现代通信技术带来的全球化和自由化进程使知识发挥主导作用，给我们提供了 许多激动人心的机会。教育正从校园和课堂的狭窄天地中、从大学辖区和国家边 界中解放出柬走向更广阔的世界。国际互联网和其他通信设施的广泛应用使教育 趋向全球化，诞生了许多新的机会。 现在，教育可以通过各种通信媒体和网络来提供。这必然引发从古老年代的 课章教学过程向通过同步或异步通信实现的虚拟或分布式的课掌与学生相互任 用的教学的转变。其终极目标是使教育开放：向教育对象、教学时空、教育观念 和教学实践开放。随着使用电子网络媒体，知识和学习材料可以适应各种学习者 的需要和背景进行不同的组合，并且以更多交流和通信的方式发送给学生。整个 教学过程将转变成在网络上的基于w e b 的课程辅助学习和工作。网络还可以用 来开放和提供各种学习资源，进而被各种单位和地区共享，并在每个学习者需要 的时问和地点被利用。而且，在当今综合和趋同的时代，学习正与垂涎和工作综 合而形成继续教育和终身学习。现在正是建立全球知识网的时刻，通过网络和“基 于资源的学习”，所有的人，尤其是至今仍处于不利地位的人们能共享专业知识 和专门经验，在公正和平等的基础上共创2 1 世纪的文明。 另一方面，全球化进程和未来知识社会有可能继续加大数字鸿沟，从而继续 加大贫与富、先进和落后的差距，即继续加剧现存的不公平状态；并且有可能在 文化和教育领域里形成某些力量的主宰地位，从而威胁发展中国家或欠发达国家 丰富的历史遗产和文化认同。这是包括许多亚洲国家在内的发展中国家关注的焦 点之一。各国如何抑制教育全球化带来的负面效应丽尽量开发正面效应，成为国 际教育界研讨的一大主题。 所以，重要的是，采用适当的道路和方法去适应各国人民的需要、背景、文 江苏大学。i = 程硕士学位论文 化和信仰。将各国人民辉煌的古代文明和丰富的历史遗产和现代化联系起来是每 个国家教育系统面临的任务。数字鸿沟从根本上说，是受良好教育的优势群体与 被剥夺了教育权利的弱势群体之间的社会鸿沟。新的教育目标归根结底是发展在 数字环境中的大众教育和全民教育。 开放与远程教育的全球化趋势，既是国际社会政治、经济、文化、教育全球 化进程的组成部分，也是为后者服务的。为了更好地描述和解释在世纪之交开放 与远程教育在各国社会中的角色，需要更好地理解各国经济如何在融入全球经 济，以及各国文化如何在融入全球文化之中。信息技术和全球化为教育带来了新 的活力。现存的丌放与远程教育院校面临来自传统大学、新兴的国际的和虚拟大 学的与闩俱增的竞争，后者正应用新技术和新的办学模式来寻求教育市场的更大 的份额。互联网及力维网新构建的全球市场正在变得越来越充满进取精神，学生 得以在全球范围寻求最适合的课程和学位。对于全球化的挑战，发展中国家最为 关心的是，以全社会为基础的未来知识不应该拉大贫与富、优势和弱势人群之问 的差距，由此加剧亚洲国家亿万人民己遭受的不平等。 1 2o a i 系统的国内外发展现状 计算机和现代网络技术为特征的现代信息技术极大地促进了社会经济的发 展，也引发了一场知识和信息的革命。现行的教育方式和方法面临着前所未有的 挑战，计算机远程教育作为一种新的重要的教学形式具有重要的意义。并呈现出 广阔的发展前景。 自i n t e m e t 在全球广泛应用以来，基于i n t e m e t 的计算机远程教学( t e a c h i n g a n dl e a r n i n ga tad i s t a n c e ) ，又称在线教育( o n l i n ee d u c a t i o n ) ，在世界范围内得 到了迅速的发展。国内的些大学也开始计算机远程教育的研究和试验，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，具有强劲的发展念势。与此同时， 为了更好的迎接信息社会的挑战，教育部制订并经国务院批准的面向2 1 世纪 教育振兴行动计划中明确提出：现代远程教育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。因 此，研究基于因特网的各类型远程教学系统，已是刻不容缓的问题。在对课程学 习不断的研究过程中，涌现出越来越多的研究熟点，主要集中在以下几个方面： l 、虚拟教室 网络虚拟教室，就是要在网络空间中建立一个虚拟的交互式教学环境，通过 模拟实现传统物理课堂的教学功能，为地域分散的网络在线老师和学生提供一个 2 江苏大学t 程硕十学位论文 共享协同式课堂学习环境，使其不仅可以享有自由的教学和学习空间，还可以闻 其声、见其人，进行各种实时的交流与协同操作。传统的课章教学中师生面对面 的交流可以方便地实现良好的交互，而如何在双方存在距离和时甸差的i n t e r a c t 上实现良好交互性呢? 这是在进行设计虚拟教室要研究的一个重要的问题。在 i n t e r a c t 上教学中主要是学习者对教师、媒体、学习者三者之侧的相互交互。目 前的虚拟教室即包括纯硬件的虚拟教室，也包括软件虚拟教室，其中内容有电子 举手、电子白板、屏幕监视、屏幕广播、声音广播、电子笔记簿等。 2 、虚拟实验室 虚拟实验室( v i r t u a ll a b o r a t o r y ) 概念，是由美国弗吉尼亚大学的威廉沃尔 夫教授于1 9 8 9 年首先提出的。科研人员在远程即可从事研究工作：使用仪器设 备、共享数据资源、交流信息等。虚拟实验室实质上是一个分布式计算机系统。 在该系统中，配置有遥控、遥测能力的网络化研究设备和数据采集平台，有支持 协作活动的各种工具，建有可以支持数据共享的数字式图书馆。加入到i n t e m e t 的虚拟实验室可视为建立了一个可以演示、操纵、控制实验的特殊网站。用户可 以在任何时候，从任何地点访问虚拟实验室网站。它的建立大大提高了实验教学 的伸缩性和适应性。 3 、试题库 当i i 试题库已经发展成为现代教育的一个重要组成部分，采用试题库的题目 进行考试，其优点已成为教育专家的共识。使用这样的系统，使得试题的收集和 试题的管理自动化和标准化，而试题的自动化和标准化又有利于教学质量的提 高。如何更好地、准确地完成对学生知识程度的测试，编制合理、准确的试题这 是亟待解决的问题。目前我们国家陆续建立了一系列投入使用的题库系统，如高 等教育基础学科系列题库、劳动部职业技能鉴定题库、国家医学水平考试题库、 基础教育系列题库等。一般来说，题库是一个精密的测量估计，其维护、管理、 更新、数据统计与分析都是由专业认识来进行的，故基本上都是由一些专业的重 要机构封闭运行。 4 、智能答疑系统 答疑系统能够及时的解答学生的疑难问题，消除学生的学习故障，因此它是 网络教育普通的重要组成部分之一。整合了网络通信、人工智能等高新技术的基 于网络的智能答疑系统使教育答疑突破了答疑行为的时间、空间局限，并广泛扩 展了问题解答的资源内容、资源呈现形式和资源获取方式，提供了高效率、高质 量的学生与教育资源的交互，不但支持了网络教学的顺利进行，而且成为传统课 堂教学的有益补充。国内网上智能答疑系统中的主要功能包括答疑功能、问题查 询和浏览功能、用户信息和知识管理功能、系统统计功能。除此之外，还包括了 其他的附加功能，如用户个性化定制、问题操练、问题解答评价等功能。例如上 江苏大学t 程硕+ 学位论文 海交通大学的a n s w e rw e b 系统，国外的则有a s kj e e v e s 公司的a s kj e e v e sf o r k i d s 网上答疑系统、m 1 1 r 人工智能实验室的s t a r t ( s y n t a c t i ca n a l y s i su s i n g r e v e r s i bl et r a n s f o r m a t i o n ) 系统等。 5 、协同与感知 计算机及网络作为一种交流媒介，它不像空气那样整个是透明的，而是不透 明中分布着透明的通道。无论是学生与学生或学生与教师进行交谈还是“书写” 交流，都是连接不同交互通道的过程。这就意味着c s c l 环境下交互具有间接性、 片面性，而不是直接的、全面的。在学习者面对面交流时，首先在同处相同空间 里，“你见即我见”，“我见即你见”；其次，一举手、一抬足的动作不仅能产生为 微妙的体会，同时对方的言行对周围环境( 人、物) 的影响也是“尽收眼底”。尽 管现有的c s c l 系统支持工作空间共享，努力实现你见即我见”、“w y s i w i s ”， “你见即我想你见”、“w y s i w i t y s ”，使得一节点对公共工作空间信息的变动 也能在其他节点上反映出来，但是c s c l 实现的交互在调动学习者情感、思维、 感官而全身心投入方面仍有待进一步探讨；在多人交互的c s c l 中，如何克服以 计算机屏幕的有限范圈展现现实视域空间中无限内涵的困难，也是c s c l 研究的 重要课题。 6 、信息的组织与整理 i n t e r a c t 上的教育信息在地理上分散，组织上松散；数据类型多，随机变化 大，数据以一次性信息为主，数据之间相互联系：信息的服务直接面向用户。对 于学习者而言，如何在信息浩如烟海的i n t e m e t 上迅速找到所需的教育信息，而 不会在其中淹没和迷失，这是远程教育中需要解决的问题。当前的工作包括：一 是组织力量，开发教育信息资源，主要包括开发基于i n t e r a c t 的教学系统和建立 网上教育信息数据库；二是开发基于i n t e m e t 的信息检索系统和建立i n t e r a c t 网 络中教育信息资源导航库，做好网上已有信息的搜索与导航工作，将i n t e r n e t 上 有关的教育信息以合理的方式组织起来，使用户能方便地找到他们所需要的信 息。 基于w 曲技术的计算机远程教育与传统的教学模式( 即传统课堂、卫星电 视教学和专门网络教学) 相比，具有相当明显的优势，主要表现在：w 曲教学以 i n t e m e t 为载体进行传播，有巨大的影响范围：w e b 技术是一个跨平台、多媒体 的信息发布和浏览技术，并可以实现动态交互，使开展形象生动、内容丰富的多 媒体教学成为可能；由于学生的学习进度和方式可以自己掌握，学生统计信息容 易获得以及由于w 曲技术的交互手段使w e b 教学更容易实现向以学生为中心的 教学模式的转移。正因为如此，以w e b 为基础的远程教育得到了迅猛的发展。 目前，国内外对基于w e b 的课程辅助学习环境的研究比较多，无论是理论上 4 江苏大学工程硕七学位论文 还是实践上都有着较大的发展，因此也涌现了一批优秀的基于网络的协作学习支 撑平台，这里将所了解到的国内外比较有特色的网络协作学习系统介绍如下： l 、c o v i s ( l e a m i n gt h r o u g hc o l l a b o r a t i v ev i s u a l i z a t i o n ) 是将专家、老师、学生 及实际工作者连结成学习群体的可视化合作科学学习系统。此项目的目标是建立 一个科学学习的电子化社区，其设计概念是c o m m u n i t yo f p r a c t i c e ，通过参与者 之间的交互学习和合作，以提出问题、解决问题的方式来进行大气科学和环境科 学的学习活动，同时建立一个双向共享的虚拟学习环境。学生可利用共享的相同 可视化合作工具，共同存取分散在各地的资料，达到科学理论的合作视学化学习。 2 、c o r a l ( c o o p e r a t i v er e m o t e l ya c c e s s i b l el e a r n i n g ) 是台湾交通大学开发的 远距离合作学习系统，又称珊瑚系统。它以学习者的个别诉求为主，利用代理人 协助学习者在w 曲上搜寻相关的信息，基本上将w e b 视为一个大型的图书馆， 通过a g e n t 搜寻与过滤信息功能，提供给学习者相关的信息。还有文献介绍非同 步交互社会学习系统，是以“学生与教材内容”、。学生与教师”及“学生之间” 的交互性合作学习为原则，在w 曲上发展非同步的学习环境：在功能上具有编 辑教材、登录控制和动态方式，可产生学习内容与测验等。 3 、c s i l e ( c o m p u t e rs u p p o r t e di n t e r n a t i o n a ll e a r n i n ge n v i r o n m e n t ) 是一种 合作式数据库概念的学习系统，它的主要目的是提供一个可以促进学生思考的策 略性工具，因此c s i l e 并不针对特定的知识领域。学生借由c s i l e 的数据库可 以取出目前及先前同学留下的“想法”，并留下自己的意见以便于他人互动。 c s i l e 是一种非同步的意见分享方式，它所强调的是在学习群体的内涵中，“知 识的建立”应远比知识的传达来得重要和有效。在知识建立的过程中，学生持续 努力地去确认他们不知道的事情，并借由他人的想法来协助扩展自己的知识体 系。 4 、p p e r 是一个由c a r n e g i em e l l o n 大学开发的写作平台。它使用文本表格， 类似于展开的表单，学习者在这里进行独立的工作。文本被水平的分割成每个学 习者都可以处理的部分。学习者可能会对自己的部分进行评论，重写或编辑。另 外，允许其浏览其他学习者的部分。这样通过使用该根据，学习者开发了他们自 己的文本部分，也了解了别人的工作。经过证明，该系统在处理诸如类型、句子 分析或者段落分析等写作问题中很有用，而对于诸如全面组织和文档结构这样大 型的问题上用处较小。 5 、“方正校园解决方案”是采用i n t e m e t 技术配合多媒体教学软件的一个 江苏大学工程硕士学位论文 软硬件一体化的现代化教学、管理的解决手段。协作学习需要借助一定的信息资 源，如从互联网环境中检索信息，需要计算机界支持下的通讯交流手段，从“小 资料室”中查阅资料，这都是“方正校园解决方案”可以满足的需求。在利用他 进行协作学习时，可在局域网中实现i n t e m e t 仿真浏览，快速进行网络收索、收 发电子邮件、进行网上讨论、网上教育等功能。 6 、v c l a s s 是国内丌发比较圆满的一套基于w e b 的教学支撑系统，包括网上 课程开发系统，网上教学支持系统，网上教务管理系统和网上教学资源管理系统。 在教学支持系统中，它提供了学生管理系统，可以记录学生的学习过程，对学习 效果进行评估。具有讨论、搜索、公告等功能，从部分上支持协作学习和协同工 作。 其它如帮助中学科学教师专业成长的合作学习系统l a b n e t ：以中小学教师为 主要对象，参与者还包括与中小学教育领域相关的政府官员、大学教授、专家学 者、大学生等的网络合作学习群体t e n e t ：帮助教师、学生、家长及其它成员建 立合作式学习群体的w i r e df o rl e a r n i n g ：加强教师使用科学来提高学习能力而形 成的一个分布性合作学习群体的o w l l i i l k ：同学与专家合作学习共同致力完成 “奔向火星”课程的t h o u g h t 等。 这一系列的基于w e b 的课程辅助学习系统都有着自己的特点，同时也存在 着一定的局限性。c o v i s 系统局限于特定的学科，其中的工具仅适用于地理学科； c o r a l 系统仅为用户提供了相互交流的平台，功能相对简单：c s i l e 系统的主 要思想是借助数据库技术将学生的学习思路逐渐的保存下来，利用前人的经验帮 助后人学习，并未将学习者较好的组织起来；p p e r 系统则着重于对学习者写作 能力的培养；“方正校园解决方案”为学生学习提供的工具包括电子阅览室、视 频点播等，简单的聊天室和校园论坛功能无法充分调动学生问的交流gv c l a s s 系 统则是国内外比较圆满的教学支撑系统，其中资料的组织和用户之间的感知处理 都有所不足，而这将会是本文所关心的主要内容。 为此，我们开发了基于w e b 的课程辅助学习系统。通过采用多媒体、w e b 交互等技术，实现了一种可跨时间和地点，以跟学与自学习模式为主的远程教学 方案。 1 3 本文的工作 本文的工作主要有以下几点： 1 学习和分析基于w e b 课程辅助学习环境中感知处理的相关资料，了解当前 6 江苏大学r 程硕士学位论文 国内外c a i 的发展状况及面临的问题。 2 对整个系统进行需求分析。 3 、研究系统开发模型( m v c 模型及嵌套式知识空间模型) 4 、对系统进行详细设计。 5 、完成整个软件系统的实现及对运行情况作分析。 7 江苏大学r = 程硕十学位论文 第二章基于w e b 的课程辅助学习系统需求分析 通过课程辅助学习系统对系部学生学习进行管理，满足了系部只常教学管理 各方面的的需求，实现了学生、老师之间消息的发送与接收功能，大大的方便了 系部内部人员沟通。网站提供的前后台的公告信息的管理方便教师及学生及时的 了解系部的动态。其他功能模块的设置使系部的日常教学管理步入了科学系统管 理的轨道上，同进也更进一步提高学生的学习兴趣与学习的主动性。 2 1 基于w e b 的课程辅助学习系统用户需求 软件开发的第一步是作好需求分析。软件需求分析是在软件开发的初期，由 软件丌发者和用户共同明确目标软件系统在功能、性能、环境、用户界面与接口 等方面的期望( 需求获取) ；由软件开发者对用户的需求进行分析与综合，建立 需求分析模型( 逻辑模型) ，由相关人员进行修改与需求验证；最终形成“软件 需求规格说明书”的过程。 软件需求分析是软件开发的第一个阶段，也是关系到软件歼发成败的关键步 骤，软件开发过程中遇到的许多问题都是需求阶段埋下的祸根，是由于收集、编 写、协商、修改软件需求过程中的失误带来的，因此，良好的需求获取是作好需 求分析的关键步骤。 本系统的用户主要有管理员、教师( 系主任、课程教师、章节教师) 、学生。 对于管理员用户应该具有以下几个功能：学生确认、老师确认、登录用户、所有 用户、确认更改、编写通告、删除通告、编写留言和查看留言和返加登录几个部 分。 系主任需要对课程进行管理，包括创建课程，删除课程，设置课程的先后联 系，更改责任人等。课程责任人可以增加章节，设置两门课程之问的相关关系等。 学生学习时需要有跟学和自由学两种选择。跟学时，学习某门课程的某一章 节就直接进入相应的感知空间，可设定自己的状态包括上线、隐身和离线，与本 课程的后续课程、本章节的相关章节、后续章节、共同学习本章节的同学以及同 在这一张节的老师等在线人员进行交流。自由学时，学习某门课程的某一章节， 可以进入相应的感知空间，在其中设定自己的状态包括上线、隐身和离线等状态。 8 2 2 基于w e b 的课程辅助学习系统的系统需求 在基于w e b 的课程辅助学习系统设计中，系统主要实现的功能是：老师对整 个系统在线人员的感知交流及查看某一章节时的感知交流，学生对整个系统在线 人员的感知交流及学习某一章节时的感知交流。 在老师的功能中，主要包括： 1 对知识空间进行组织管理，系主任对课程进行管理，包括创建课程，删除 课程，设置课程的先后联系，更改责任人等。课程责任人可以增加章节，设置两 门课程之间的相关关系等。以此建立起课程，章节之间的联系，从而实现嵌套式 知识空间模型，为感知构件的设计提供基础。 2 对于“感知空间”的选项，用户可以设定自己的状态包括上线、隐身和离 线，与当前感知空间中在线的人员交流；查看到已登录系统的其他人员，鼠标停 留于相应的用户名上可看到其基本资料、具体位置及学生的学习进度，并与之进 行交流；查看到有人在学习的课程章节，鼠标停留于相应课程章节名上可看到在 其中学习的人员类别、用户名和真实姓名。 3 点击“个人设簧”的相关选项，可以看到自己的当d 口状态，并根据需要设 定状态。 4 ，在查看某门课程的某一章节时，可以进入相应的感知空间，在其中设定自 己的状态包括上线、隐身和离线，与这一感知空间中在线的人员交流。 在学生的功能中，主要包括： 1 点击“感知空间”选项，设定自己的状态包括上线、隐身和离线，与当前 感知空间中在线的人员交流；查看到已登录系统的其他人员，鼠标停留于相应的 用户名上可看到其基本资料及具体位置，并与之进行交流：查看到当前有人在学 习的课程章节，鼠标停留于相应课程章节名上可看到在其中学习的人员类别、用 户名和真实姓名。 2 点击。个人设置”的相关选项，可以看到自己的当前状态，并根据需要设 定状态。 3 学习时有跟学和自由学两种选择。跟学时，学习某门课程的某一章节就直 接进入相应的感知空间，可设定自己的状态包括上线、隐身和离线，与本课程的 后续课程、本章节的相关章节、后续章节、共同学习本章节的同学以及同在这一 9 江苏大学：r = 程硕+ 学位论文 张节的老师等在线人员进行交流。自由学时，学习某门课程的某一章节，可以进 入相应的感知空问，在其中设定自己的状态包括上线、隐身和离线，与这一感知 空自j 中在线的人员进行交流。 2 2 1 系统目标和运行环境需求 l 、系统目标：新开发的基于w e b 的课程辅助学 - 3 系统应能全面满足我们计 算机工程系的教学管理及学生学习要求，新系统应安全、可靠、用户界面良好， 系统的功能模块既要和现有管理方式匹配又要与组织的改革和发展相适应。 本系统的用户对象是江苏财经职业技术学院计算机工程系的教师及学生：教 师包括系主任、课程教师及章节教师；学生进入系统后有两种学习方式：跟学与 自由学。 2 、本系统的运行环境要求： 硬件平台： 口c p u ：p 4 1 8 g h z 。 o 内存：2 5 6 m b 以上。 软件平台： 口操作系统：w i n d o w sx p w i n d o w s2 0 0 0 。 口数据库：s q ls e r v e r2 0 0 0 。 口开发工具包：j d kv e r s i o n l 4 2 。 口j s p 服务器：t o m c a t 。 口浏览器：i e 5 0 ，推荐使用i e 6 0 。 口分辨率：最佳效果1 0 2 4 x 7 6 8 像素。 2 2 2 系统主要功能需求 课程辅助学习系统是一个功能基本完备的系统，由教师子系统、学生子系统 及管理员子系统三大部分组成。 口教师子系统模块 教师子系统模块要求实现：系主任、课程教师、章节教师等三个部分。 口学生子系统模块 江苏大学- | = 程硕士学位论文 学生子系统模块要求实现：个性化学习，协作式讨论学习，测试评估。 口管理员子系统模块 管理员模块要求实现：学生确认、老师确认、登录用户、所有用户、确认更 改、编写通告、删除通告、编写留言和查看留言和返加登录几个部分。 课程辅助学习系统总体功能结构如图2 1 所示。 2 3 本章小结 豳2 1 课程辅助学习系统总体功能结构图 本章首先介绍基于w e b 的课程辅助学习系统的用户需求及系统需求，接着介 绍了系统的目标及运行环境，最后介绍了系统的主要功能。 江苏人学- 【= 程硕七学位论文 第三章基于w e b 的课程辅助学习系统开发模型 3 1w c 开发框架模型 随着计算机网络技术的发展，w e b 软件系统被广泛地应用。在w e b 软件技 术日趋成熟的今天，开发者不再仅仅着力于是系统功能的实现，更关注软件系统 的结构。实践证明，一个成功的软件系统往往依托着个好的软件架构 ( s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e ) ，软件架构已经成为软件开发能否成功的决定因素之 。m v c 是一种被广泛运用的软件架构。国内不少文献称m v c 是一种设计模式， 而根据g o f 对设计模式( d e s i g np a t t e r n s ) 的界定，m v c 被认为是一种可以通过 设计模式来实现的高层设计，因而称m v c 是一种软件架构更合理。 m v c 是模型一视图一控制器( m o d e 卜v i e w c o n t r 0 1 l e r ) 的英文缩写，最早于 上世纪7 0 年代提出，当时x e r o x ( 施乐) 将它应用在第一代基于视窗的计算机 上管理g u i 和用户交互。此后m v c 被广泛接受，成为一种通用的面向对象语言 的g u i 应用程序设计架构。m v c 把系统分解成模型、视图、控制器三个组成部 分，如图3 1 所示。 扯瘩e l 村 填肇 执奄 戋 ”甍w 捌张哗妖套 啊h 锭囊 嗣 ： 辆j h rr ? ：珀睫 ：_ 知 生鼍他南i ； 魁陶 鲤嘲垃怿 拧名i 嚣 一拜幢| t ， 宅文晦棚咔n 再 慎审宦簧俯掌 棚i 谴辗 肄j p 功忭时射峻馕，岂簧 气迂 f i 输入甜拧糖摹 建栉响秘的慢阳 七件拧豺摹皿择健嘲 丹；王一哪 ，丌 图3 1m v c 结构天系| 鳘i 模型( m o d e l ) 是对系统应用功能的软件抽象，完全独立于软件系统的其它 部分。模型封装了系统所需的数据，以及处理数据和访问数据的方法，这些方法 是模型提供给外界的操作接口，如：控制器通过调用数据处理方法来修改模型状 态；视图通过调用数据访问方法来获取模型状态。另外在g u i 系统中，模型在 其状态发生改变时，有责任通知所有视图，让视图更新自己，以保证视图与模型 江苏大学工程硕士学位论文 状态的同步。显然在w e b 系统中这是不必要的，因为服务器端没有必要主动更 新客户端浏览器中的显示内容。控制器( c o n t r o l l e r ) 定义了应用程序的数据处 理过程。它接受来自视图的用户输入，然后将用户的要求解释成相应的数据处理 行为，并调用模型提供的数据处理方法，进行数据处理。控制器所实现的行为包 括业务处理和修改模型状态。视图( v i e w ) 用于组织模型的内容，是整个软件系 统与用户之间的接口。视图从模型那里获取数据，并以一定的方式显示给用户， 同时视图还要将用户的输入和要求通知给控制器。模型视图控制器三个部分将 软件系统的逻辑描述，数据处理和图形显示分离7 于，降低了各部分之间的耦合程 度，提高了系统的灵活性、可维护性、可扩展性和可复用性。 最初将m v c 引入w e b 程序的是j a v a 技术，1 9 9 8 年s u n 公司发布了j s p 规范的o 9 2 版，在此规范中提出两种“j a v a 服务器页面访问模型”m o d e l l 和m o d e l2 。1 9 9 9 年的j a v a w o r l d 大会上，g a v i n ds e s h a d r i 在一篇文章中 指出m o d e l2 是一种m v c 架构，并认为m v c 架构是一种最好的w e b 程序开发 方法。图3 2 所示是j s p 的w c 架构，也称m o d e l2 架构。从图3 2 中可 以看到，模型是一个j a v a b e a n 组件，它封装了系统数据和数据处理规则。控制 器由s e r v l e t 担任，它接收来自用户的请求，根据用户请求进行数掘处理，修 改模型状态，并选择下j s p 视图。视图则是一系列的j s p 页面，j s p 页面不进 行任何数据处理，它仅仅获取并显示模型的状态 i ：1 ( )q - c q 1 警咚 f m o d e l i i e l j * b e a m刊i 芋 ：i 翟矿 、一一 t 雌雄o n 5 l a p p l i d a t u o ts c l v 口d m 轴 图3 2j s p 的m v c 架构 图3 2 所示仅是g g c 架构的j s v 实现策略。事实上，早期的面向过程的 动态网页技术并不支持m v c 架构的实现，如a s p 和p h p 等。鉴于采用m v c 架 构开发程序所带来的好处，微软推出了支持m v c 架构的n e t 技术。在p h p 方 面也发展了其功能，出现了支持m v c 的p h p m v c 技术。本系统就是一个基于 m v c 架构的w e b 应用程序的j s p 实现。理解m v c 架构并非难事，但是要实现 江苏大学：r = 程硕十学位论文 它却不容易。因此出现了一些基于m v c 的w e b 应用框架( f r a m e w o r k ) ，如 s t r u t s 框架等。使用s t r u t s 框架开发系统，可以将开发者从m v c 架构实现的 细节中解放出来，使他们能够集中精力进行系统功能设计和具体组件的建立。当 然开发者得为此付出学习和适应s t u r t s 开发环境的时间以及损失运行效率的 代价。 r 。o o 。o 1 分析虚用同一对囊毵进行分膏f 图3 3 m v c 模式设计沉程 m v c 模式设计流程如上图3 3 ，m v c 模式清晰地分离了表达和内容，明确了角 色定义以及开发者与网页设计者的分工，适用于大型项目的丌发。在这种模式下 通常j s p 文件只负责显示页面( 表达逻辑) ，b e a n 完成内容生成( 业务逻辑) 。具 有设计清晰，独立性强，易于扩展的优点，使得后台开发人员可以专注琢力于 解决s e r v l e t 和b e a n 中更为复杂的问题，i ； 台开发人员只专注于用户交互的 界面的开发，因此在构建w e b 应用程序中具有显著的优势。 m v c 设计模式的优缺点 1 ) 各施其职，互不干涉。在m v c 模式中，三个层各施其职，所以如果一旦 哪一层的需求发生了变化就只需要更改相应的层中的代码而不会影响到其它层 中的代码。 2 ) 有利于开发中的分工。在m v c 模式中，由于按层把系统开，那么就能更 好的实现开发中的分工网页设计人员可以进行开发视图层中的j s p ，对业务熟悉 的开发人员可开发业务层，而其它开发人员可开发控制层。 3 ) 有利于组件的重用。分层后更有利于组件的重用。如控制层可独立成一 个能用的组件，视图层也可做成通用的操作界面。 1 4 江苏大学j 【程硕士学位论文 3 2 基于w e b 的课程辅助学习系统的嵌套式知识空间模型及感知处理 3 2 1 问题的引