（计算机应用技术专业论文）基于j2ee的网络教学平台的设计与研究.pdf

哈尔滨工程人学硕士学位论文 摘要 随着计算机技术和网络技术的飞速发展，互联网上的各种应用应运而 生。网络教学是目前网络应用的一个重要发展方向。基于计算机网络技术和 多媒体技术的现代网络教学，是传统教学功能的延伸，也是网络环境下信息 资源共享服务的一个重要方面。我国高校在这一形势下，纷纷开始了网络教 学工作及精品课的建设工作。各高校十分重视网络教学环境的建设与利用， 己经做了大量的基础硬件建设工作，在软环境方面，有大量课件已经开发和 正在开发。而当务之急，就是让这些软硬件条件为教学服务，因此，建立一 个网络教学辅助平台势在必行，本研究正是在这种情况下提出的。开发网络 教学辅助系统这一工作，将有利于各专业课程的网络教学及精品课程的建 设，同时也适应了社会发展的需要。 本文研究和论述了一个以j 2 e e 技术为主的网络教学平台的构建过程。 j 2 e e 技术作为目前企业或商务开发中较为流行的一种软件开发技术标准， 不但继承了j a v a 的技术优点，而且在软件的部署、扩展、管理等方面采用 了更为先进的实现理念。因此，作为一种尝试，本系统在开发中使用了 j 2 e e 的技术构架，设计了基于开源软件的技术方案。 本课题在对网络辅助教学平台的认识与对目前网络辅助教学平台的应用 情况分析的基础上，以实施自主学习能力培养策略为论文出发点，设计一个 以培养自主学习能力为特色的网络教学平台。在功能上实现了管理模块、教 师模块、学生模块、交流模块、自主学习支持模块五大模块。系统将课程内 容、讲义、学习策略、学习技巧、自主学习认知工具等有效地集成为一体， 使学生在课程学习的过程中，学会合理的规划网络学习、高效地利用网络学 习时间，养成自我监控的良好习惯，以提高学生在网络环境中的自主学习能 力。 关键词：网络教学平台；j 2 e e ；开源软件；自主学习 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e ra n dn e t w o r k ，a l ik i n d s o fa p p l i c a t i o n sb a s e do nt h ei n t e r n e te m e r g ew i t ht h et i d eo ft h e t i m e 。a sat e n d e n c y ，n e t w o r ke d u c a t i o ni sa ni m p o r t a n ta s p e c to f n e t w o r ka p p l i c a t i o n m o d e r nn e t w o r ke d u c a t i o nw h i c hi sb a s e do n t h ec o m p u t e rn e t w o r kt e c h n i q u ea n d t h em u t i m e d i at e c h n i q u ei s t h ee x t e n s i o no ft h ef u n c t i o no ft r a d i t i o n a le d u c a t i o nm o d e ，i ti s a l s oa ni m p o r t a n ta s p e c to fi n f o r m a t i o ns h a r i n gu n d e rt h en e t w o r k e n v i r o n m e n t u n i v e r s i t i e si nc h i n as t a r t e dt h en e t w o r ke d u c a t i o n a n de x q u i s i t el e s s o n su n d e rt h i ss i t u a t i o n t h e yg i v ep r i o r i t yt o t h ee s t a b lis h m e n ta n du s eo fn e t w o r ke n v i r o n m e n t t h e yh a v ed o n ea 1 0 ti nt h e d e v e l o p m e n t o fh a r d w a r e ，a n da sf o r t h es o f t w a r e e n v i r o n m e n t ，al o to fl e s s o n sh a v ea l r e a d yb e e nd e v e l o p e da n ds o m e a r eu n d e rd e v e l o p m e n t n o w ，i t sa nu r g e n tt a s kt om a k et h e m s e r v et h ee d u c a t i o n i t sn e c e s s a r yt oe s t a b l i s ht h en e t w o r k e d u c a t i o np l a t f o r m t h i sr e s e a r c ha i m st ob r i n gu pt h ew o r ko f d e v e l o p i n gn e t w o r ke d u c a t i o np l a t f o r mt ob e n e f i tt h ec o u r s e sf o r e a c hm a j o ra n dt h ee x q u i s i r ec o u r s e s ：i ta 1 s om e e t st h en e e do f d e v e l o p m e n to ft h es o c i e t y t h i st h e s i s a n a l y s e s t h e e s t a b l i s h m e n to ft h en e t w o r k e d u c a t i o nb yj 2 e et e c h n i q u e j 2 e e k e e p sa l l t h ev i r t u e so fj a v a t e c h n o l o g ya s as t a n d a r do fm a j o rn e t w o r ks o f t w a r ed e v e l o p m e n tf o r e n t e r p r i s e s a n dc o m m e r c e i th a sm o r ea d v a n c e di d e a sf o rt h e d e p lo y m e n t ，e n l a r g e m e n t ，a n dm a n a g e m e n to ft h es o f t w a r e t h u s j 2 e ew i l lb eq u o t e di n t ot h e d e v e l o p m e n to ft h es y s t e ma s a n a t t e m p tb yt h eo p e ns o u r c es o f t w a r e b a s e do nt h eu n d e r s t a n d i n ga n dt h e a n a l y s e so fn e t w o r ka i d e d 哈尔滨工程大学硕士学位论文 e d u c a t i o np l a t f o r m ，t h i sr e s e a r c ht a k e st h es t r a t e g i e s o f c u l t i v a t i n gt h ea b i l i t yo fi n d e p e n d e n ts t u d ya si t sc h i e fp u r p o s e i th a sa c h i e y e df i v em o d e si n c l u d i n gm a n a g e m e n tm o d e ，t e a c h e r m o d e ，s t u d e n tm o d e ，c o m m u n i c a t i o nm o d ea n di n d e p e n d e n ts t u d y s u p p o r t i n gm o d e t h es y s t e mh a sm a d et h ec o n t e n t s ，t h ee d u c a t i o n m a t e r i a l s ，t h el e a r n i n gs t r a t e g i e s ，t h el e a r n i n gs k i l l sa n d t h e c o g n i t i o na p p r o a c h e so fi n d e p e n d e n ts t u d yi n t oa l li n t e g r a t e dw h o l e t h i se n a b l e st h es t u d e n t st op l a nn e t w o r ks t u d yw e l la n dm a k ef u l l u s eo fn e t w o r ks t u d y i nt h i sw a y t h e y c a nf e s t e rt h eh a b i to f s e l f - m o n i t o r i n gt oi m p r o v et h e i ra b i l i t i e so fi n d e p e n d e n ts t u d y k e yw o r d s ：n e t w o r ke d u c a t i o np l a t f o r m ；j 2 e e ；o p e ns o u r c e s o f t w a r e ；s e l f r e g u l a t e dl e a r n i n g 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指 导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据 和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除 文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本 人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ： 扔荔 日期：加c 年多月，多日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i _ i i i _ _ j i i _ i i _ _ j i i _ _ ；i i | _ ；j 第1 章绪论 1 1 课题来源和背景 自2 1 世纪以来，我国高等教育相继实施了一系列重大教学改革工程， 使高等教育的教学观念、人才培养模式和目标、课程体系与教学内容、办学 条件和教学环境、教材建设等都发生了深刻的变化。伴随着网络技术的发展 与网络的普及，网络教学己成为当前的一个教育热点。特别是2 0 0 3 年4 月，教育部在关于启动高等学校教学质量与教学改革工程精品课程建设工 作的通知中做出决定，在全国高等学校( 包括高职高专院校) 中启动高等学 校教学质量与教学改革工程精品课程建设工作( 简称精品课程建设) 。精品课 程建设的核心就是利用现代化的教学信息技术手段将精品课程的相关内容上 网并免费开放，以实现优质教学资源共享，通过精品课程的建设为教学起示 范作用，带动其他课程建设，提高高等学校教学质量和人才培养质量。精 品课建设工作无疑推动了网络辅助教学的发展。 1 1 1 网络教学现状 随着计算机技术和网络技术的飞速发展，互联网上的各种应用应运而 生。网络教学是目前网络应用的一个重要发展方向。 网络教育是一种新型的教育模式。这种教育模式以网络课程为依托，以 现代教育思想为理论指导，以现代信息技术为手段。网络课程是网络教育的 重要载体，其设计开发既要充分发挥网络技术的优势，又应该符合现代教育 思想。 几年前。美国等国家的很多学校都计划尝试利用网络来进行远程教学， 一些学校开设了虚拟大学。几年过去了，随着网络泡沫的破灭，很多虚拟大 学、远程大学纷纷倒闭了，但是，采用网络进行辅助教学的大学却越来越 多、发展势头越来越好。目前，在发达国家很多大学里，网络辅助教学已经 成为大学老师、学生不可缺少的手段。 网络辅助教学是指将网络作为教学活动的辅助手段来实现教学过程的教 学模式，它是总体教学环境中一个积极有益的补充部分。相对于传统教学方 哈尔滨工程大学硕士学位论文 式而言，网络辅助教学活动的中心仍然是教师和学生，教学活动的环境还是 学校，教师和学生共处同一空间。 采用网络来辅助教学，与单纯的传统教学方式相比，发生了以下变化： 1 教学观念由以前的教师为主体的观念，改变为教师为主导、学生为 主体的“双主”方针，树立了开放式教育和学生自主学习的观念。 2 教学环境由以前的课堂为主的教学环境改变为以课堂、电脑、网络 等多种融合的教学环境。 3 教学手段由黑板加粉笔的传统手段改变为以电了讲义、多媒体课 件、网络交互教学的多种方式。 4 教学方法由以前以讲授型为主，现在真正变成了主动式、协作式、 资源型、探索型、研究型的方式，对于现代教育方法的改革起到巨大的促进 作用，这是最重要的变化”1 。 目前，我国各高校的网络辅助教学开展的良莠不齐，大多数高校还停留 在w e b 网站+ 网页的方式，即将一些教学的讲义、课外阅读资料、上课视频 等多媒体资源做成静态的网页放到w e b 网页上，供学生浏览和下载，这是一 种比较初级的方式，不能发挥网络教学的许多固有优势”1 。而且每门课程均 要建立相应的网页，使网络课程缺乏统一的管理和模式；网页的建设存在大 量的重复工作，严重浪费了人力资源。由此可见，面对当今网络普及以及网 络资源越来越丰富的情况，如何更好地利用网络为我们的教学和学习服务， 是当前教育者急待考虑的问题。 1 1 2 课题的提出 基于计算机网络技术和多媒体技术的现代网络教学，是传统学校教学功 能的延伸，也是网络环境下信息资源共享服务的一个重要方面。我国高校在 这一形势下，纷纷开始了网络教学工作及精品课的建设工作。特别是当前各 高校十分重视网络校园网的建设与利用，己经做了大量的基础硬件建设工 作；在软环境方面，有大量课件已经开发和正在开发。当务之急，就是让这 些软硬件条件为教学服务，因此建立一个网络教学辅助平台势在必行。 网络教学平台就是进行网络教学或辅助教学时提供的一个网络的虚拟教 学环境，这个虚拟的教学环境是基于计算机网络为硬件环境的软件系统“1 。 哈尔滨_ 1 ：程大学硕十学1 1 | ) ：论文 网络教学平台一般由专业人员设计，为教师和学生及管理者提供一个教 学、学习、管理环境。利用这个平台，教师可阻有效地编写并管理属于自己 的网上课程，将他们教学方面的知识和经验能整合到网上课程的设计中，将 精力投入到网上教学内容的更新、教学策略的实施上，而不用考虑网页本身 的制作过程：使学生也能利用平台辅助学习自己的课程。 本研究正是寄于这种情况下提出的。开发网络教学辅助系统这一工作， 将会充分挖掘校园网的潜能，有利于各专业课件的网络教学及精品课程的建 设，同时也适应了社会发展的需要。 1 2 国内外相关研究与应用的现状 国外发达国家在网络教育应用方面的开发与实施均早于我国。在国外网 络教学发展的初期，有许多软件开发商都为学校提供了网络教学平台，但 是，几年下来，大部分平台提供商都由于系统容量小、不稳定、与其他系统 不兼容等各种各样的问题被淘汰了“。今天，经过残酷竞争洗礼后，仅幸存 的几家网络平台提供商，已经成为行业的领军，占有极大的市场份额。 目前，国外比较有特色的网络教学支持平台有： ( 1 ) w e b c t 。该系统是由b r i t i s hc o l u m b i a 计算机科学系开发，包括 会议系统，在线聊天，学生学习过程跟踪，小组项目组织，学生自我评价， 成绩管理与发布，访问控制导航，课程内容搜索等功能。 ( 2 ) v i r t u a l u 。该系统是由加拿大s i m o nf r a s e r 大学开发的基于 w e b 的教学和培训集成工具。它可以使老师方便的建立和管理协作小组，创 建会议以方便主题讨论，允许学生进行角色扮演，在消息中插入多媒体素 材。 ( 3 ) w i s h ( w e bi n s t r u c t i o n a ls e r v i c e sh e a d q u a r t e r s ) 。这是由美 国p e n n s y l v a n i a 州立大学开发，包括课堂管理、电子通信、课程公告牌、 电子白板、实时音频系统、邮件列表等系统模块。该系统的特点是提供教学 资源管理服务，网络教学功能是通过一些通用的工具来实现的。 ( 4 ) l u v i t ( l u n du n i v e r s i t yv i r t u a li n t e r a c t i v et 0 0 1 ) 。该系统 是第四代远程教育工具中较先进的一种。其主要功能有：电子邮件、新闻论 坛、分散式聊天、视频会议、电子自板、个人主页等。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ；i _ _ _ i ；i i ；i ；_ _ i ；i i i i i j _ l - i ；j ( 5 ) c l a s s f r o n t e r ( 课堂先锋) 。它是由挪威f r o n t e r 公司开发的网络 教学支持平台。它提供了4 0 多个模块，包括日历表、活动计划、联系人名 单、聊天室、论坛、写字板、测试等部分。它可以实现多个学生实时合作书 写同一文件的功能”。 ( 6 ) b l a n k b o a r d 。它是以课程为中心，包括内容资源管理、在线交 流、考核管理和系统管理等4 个独立功能模块，内容资源管理模块方便教师 发布、管理、组织教学，在线交流功能同时为用户提供同步虚拟教室以及异 步讨论板等交流工具，它集成了网络“教”与“学”的环境，每一个课程都 具备独立的学习区、交流区、考试区、管理区。 以上这些平台开发商目前已经成为行业的主导者。特别是b l a c k b o a r d 公司，5 年来共计投入数千万美元开发该网络教育平台软件，2 0 0 4 年其平台 软件使用费方面的收入己超过1 亿美元，其客户从普林斯顿大学、哈佛大学 等一著名大学，到一些政府机构、大公司等，应用十分广泛，其产品占整个 美国市场的5 0 以上”1 。目前，此平台已进入中国市场，我国的一些高校也 纷纷购买它，作为学校网络教学的平台。 在国内，网络教学支持平台的开发与使用尚处于初级阶段。在我国教育 技术工作者的努力下，其发展势头是好的。已经有越来越多的高校开始意识 到网络教学支持平台对于网络教学的重要性。现在也已经有一些优秀产品问 世，其中有代表性的研究有： ( 1 ) 金海航新数字学校。该平台可以支持文字交互、电子白板、声音 交互等功能，而且还可以将全体学生分成若干小组进行分组讨论，在各组中 教师可指定讨论主持人也可不指定讨论主持人，教师也可查看各个讨论组的 讨论情况并将讨论的结果存储和打印。 ( 2 ) 方正校园解决方案。这是采用i n t e r n e t 技术，配合多媒体网络教 学软件的一个软硬件一体化的现代化教学、管理的解决方案。协作学习需要 借助一定的信息资源，如在互联网环境中检索信息、需要计算机支持下的通 讯交流手段、从“小资料室”( 虚拟资料室) 中查阅资料等，而“方正校园解 决方案”可满足这种需求。在利用“方正校园解决方案”进行协作学习时， 可在局域网内实现i n t e r n e t 仿真浏览、快速进行网络搜索、方便地收发电 子邮件，还可实现网上讨论、网上会话、网上教学等功能。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ( 3 ) v c l a s s 系统。这是国内开发比较全面的一套基于w e b 的教学支持 平台，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几部分。在网上教学支持系统中，它提供了学生的管理 系统，可以记录学习过程，对学习效果进行评估，具有讨论、搜索、公告等 功能。 ( 4 ) 天空教室网络教学系统。该系统包含备课、作业、通知、讨论、 邮件、管理等基本模块。其特点是备课时可以在线导入各种格式的文件( 视 频、音频、动画、文档等) ，并且可以进行简单的编辑，学生可以自动选题 作业，平台还可以兼容各种网络化教学资源。 目前，也有一些大学自行研制开发了一些适合本校发展情况的网络教学 支持平台系统和一些大型的通用的精品课程开发系统。比如清华大学依托国 家“十五”攻关重点项目“网络教育关键技术与示范工程”，自主开发了 “网络学堂”网络辅助教学平台，由于系统基于自身校园网络特点，因而获 得较好的应用效果。总体来看，我国高校网络辅助教学尚处于起步阶段，需 要更多网络公司、系统开发商参与进来，和高校一起积极协作、研制适合中 国国情和本校特点的网络辅助教学平台。 从以上介绍的国内外教学平台来看，国外的教学平台，特别是w e b c t 和 b l a c k b o a r d 这两大平台在功能上相对于国内大多数教学平台而言，无论是 在管理、交互合作，还是在对学生的考核上都更完善，甚至就是在对平台的 操作方面都比一般的国内教学平台使用起来方便，界面更友好。总的来说， 以上教学平台都能完成教学过程的基本任务。但是从其应用的情况来看，仍 然存在着不足之处，如对协调的支持不够、对收集到的数据的分析不精确、 不全面等，特别是这些平台在设计中缺乏教学理念、教学策略的渗透，注重 是仅仅是教学和学习活动中的某一个环节的实现，而缺乏对教学过程的支 持，缺乏对学生自主学习的设计与引导，没有体现出教学活动的内在联系。 鉴于这种情况，本文从教学活动的内在联系出发，设计、开发个以培 养学生自主学习能力为特色的网络教学平台。在网络教学平台设计与应用中 都自始至终贯穿教师为主导、学生为主体的“双主”教学思想，在教学活动 中渗透自主学习能力培养的策略，使学生能自已安排学习计划、积极参与互 动、主动探索知识，及时获得反馈，从学习中品尝成功和乐趣，充分体现教 哈尔滨工程大学硕士学位论文 学方法和教学模式的改革”1 。 1 3 本网络教学平台设计的目标 通过对国内外网络辅助教学平台设计与应用的情况的调研与分析，我认 为一个成熟的网络辅助教学平台应该是一个基于网络，以课程建设为中心， 集课程制作、发布与维护为一体的网络教学平台。平台应该能充分体现现代 教育思想和教学理念，为学生提供具有良好交互性的网络学习环境，为教师 提供多种有效的教学手段和课件开发工具。平台应具有功能齐全、兼容性 强、开放性好、使用方便、维护简单、界面简捷友好、用途广泛等特性，同 时能适用于校园网络辅助教学的专业级网络教学支撑平台。 基于对网络辅助教学平台的认识与对目前网络辅助教学平台的应用情况 分析的基础上，决定以实施自主学习能力培养策略为论文出发点，设计一个 以培养自主学习能力为特色的网络教学平台。 在该平台的设计中，要始终贯穿网络环境下自主学习能力培养策略，以 便在平台的应用中能结合这些策略对学生进行适于自主学习的网络教学，来 为解决当前网络教学中的学习不适应、自主学习能力不足等问题提供有效的 帮助“。 在本教学辅助平台中将课程内容、讲义、学习策略、学习技巧、自主学 习认知工具等有效地集成为一体，方便学生进行自主学习、协作讨论、自我 评价。该平台的特色之一在于，不仅为学生提供了丰富的学习资源、网络交 流空间，还提供了支持自主学习的认知工具、自主学习策略讨论区。使学生 在课程学习的过程中，学会合理的规划网络学习、高效地利用网络学习时 间，养成自我监控的良好习惯，以提高学生在网络环境中的自主学习能力。 因此，拟定本系统平台设计要达到的主要目标为： ( 1 ) 充分体现“培养自主学习能力”的特色。使平台能在教学过程贯 穿“自主学习”的理念，为教师“教”与学生“学”提供交流平台，成为以 教师为主要创作者，学生自主学习的“双主”平台。 ( 2 ) 具有良好的通用性。能适于各专业学科课程的网络教学的通用平 台，使高校的网络教学课程具有统一模式，进行统一管理。 ( 3 ) 具有良好的可扩展性。系统平台要采用开放体系结构，松散的耦 哈尔滨工程大学硕士学位论文 合方式。为使用者提供一个先迸开放的空间，为系统平台的扩充和技术升级 提供极大的方便。 ( 4 ) 具有简单的操作性。无论用户计算机知识如何，都能很容易使用 平台。 ( 5 ) 具有足够的安全性。平台应具有足够的安全性，系统平台在身份 认证、资源管理、数据库等环节采用严格的安全措施，保证系统平台不受侵 害。对外发布的网站内容必须采取身份验证和上载内容的认证等防护措旎， 保证数据的正确和安全，将风险降到最低限度。 本文力图在设计网络教学平台中能体现出一种切实可行的解决方案，并 希望能在这个方面进行一些有益的探索。 1 4 网络教学平台简介 本网络教学平台是利用w e b 技术向用户提供标准的客户端界面，采用 j 2 e e 软件开发标准，具体实施方案以e c l i p s e 作为平台开发环境，采用 s t r u t s + s p r i n g + h i b e r n a t em v c 框架。使用t o m c a t 作为w e b 容器，j b o s s 作 应用服务器，m y s q l 为数据库管理系统。 本系统网络教学平台以“自主学习”为特色，在功能上实现了管理模 块、教师模块、学生模块、交流模块、自主学习支持模块五大模块。在管理 模块中实现了用户管理、公告管理、课程管理、资源管理等系统管理功能； 在教师模块主要设置了课程管理、课程制作、在线考试、审批作业、辅导答 疑、学生管理等功能；在学生模块设置了选择课程、安排学习计划、学习课 程内容、提交作业等功能；在交流模块中实现了聊天室、电子邮件、论坛、 检索等功能；自主学习支持模块主要向学生提供一些自主学习辅助工具，如 学习记录本、自我监控工具、学习导航等。 该平台采用多媒体、动态网页，为教师和学生提供了一个交互性好、个 性化强、界面友好、安全、通用、易维护、可扩展的多媒体环境，使教学平 台能成为师生沟通的桥梁，达到了良好的预期效果。 1 5 本文的主要研究工作和结构 本课题从研究设计网络教学平台入手，在对网络教学平台需求进行分析 哈尔滨工程大学硕士学位论文 的基础上，明确了网络教学平台的基本功能和基本结构，研究和论述了一个 以j 2 e e 技术为主的网络教学平台的构建过程。最后，使用丌源代码软件， 在e c l i p e s 平台上实现了主要模块。 论文所作的具体工作如下： 第一章：介绍课题提出的背景，分析了国内外网络教学平台设计与应用 概况，明确平台设计目标及功能，并给出论文的整体结构。 第二章：从网络教学平台的需求出发，设计了系统的功能模块：教师模 块、学生模块、交流模块、管理模块、自主学习支持模块以及数据库。并使 用u m l 建模语言的用例图和序列图分析了平台的软件结构，设计了系统的静 态和动态模型。 第三章：主要给出了网络教学平台基于 2 e e 的软件体系结构和系统开 发环境的选择，并从表示层、业务层、数据持久层的角度，对主要功能模块 做了阐述。 第四章：阐述了网络教学平台系统在具体实现时所使用的一些优化技 术，包括数据库的连接方式、身份认证、文件上传下载的优化等内容。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 _i_ ii ；_ i - i i i | i i l i e ；i i _ i _ i | _ ；i i _ _ i i i _ _ i 第2 章系统的分析与设计 2 1 系统的需求分析 网络课程作为教学的辅助手段，在各个高等学校内同益受到教师和学生 的重视，已经逐步成为教学过程的重要支撑。开发和使用网络教学平台必定 会成为学校教学工作的重要组成部分。 作为一个学校的教学平台，应该充分利用已有的校园网，为教学创建一 个教学环境，使学生可以在这个应用环境中访问到所有的课程资源，并能通 过电子邮件、论坛、聊天等形式与教师、同学进行交流、讨论；教师不用专 门考虑网络课程的技术实现，而将精力集中于课程内容、教学过程本身；教 学管理人员能够集中管理各门课程，简化技术的使用，不需要再为不同的课 程准备各种运行环境，从而降低管理成本。 鉴于对网络辅助教学平台的认识和在对目前网络辅助教学平台的应用情 况分析的基础上，将系统定位于以培养自主学习能力为特色的网络教学平 台。 2 1 _ 1 自主学习 自主学习是当今教育研究的一个重要主题，也是教育界提倡的种学习 方式。它一般是指学习者在教师的有限( 间接) 指导下，在已有知识的基础 上，借助各种学习媒体，自觉确定学习目标、选择学习方法、监控学习过 程、评价学习结果的过程。 美国著名自主学习研究专家齐莫曼( z i m m e r m a n ) 认为：从本质上讲： 自主学习的动机应该是内在的或自我激发的；学习的方法是有计划的或经过 练习己达到自动化的；学习的时间是定时而有效的：自主学习的学生能够意 识到学习的结果，并对学习过程作出自我监控。 自主学习既可以看作是种学习过程或活动，又可以被看作是一种学习 能力。作为一种活动过程，自主学习既需要内在的必要条件，也需要外部支 持条件；作为一种能力，自主学习是学习者与外部环境长期相互作用的结 果，是个体在不同的情境中表现出来的一种相对稳定的学习特征。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 在高等教育中，自主学习既是一种教育目标、教学模式，也是一种以学 生为主体的综合教育体系。自主学习是在教师的引导下，让学生自主选择教 学内容、学习方式，强调学生本人对自己的学习负更多的责任。 2 1 2 基于网络环境的自主学习 基于网络环境的自主学习是一种全新的学习方式。它是指学习者自行利 用网络，主动地运用和调控自己的元认知、动机和行为进行学习的一种形 式。它具有以下基本特征“： 1 自主性 在网络环境中，学生可以根据自己的学习情况自主确定学习内容和学习 方法。自主确定学习进程，学习活动由学生自身激活。 2 共享性 在网络环境中，具有共享性。学生在学习的过程中通过对网络资料的运 用，获取与学习内容有关的信息。 3 独立性 网络环境中，学生可以独立开展学习活动，独立进行练习测试，而不必 依赖教师与他人，学习的效果很大程度上取决于学生自觉学习的能力。 4 互动性 在网络环境中，要体现出学生与学生、教师与学生之间的互动，学生与 教师可以在这个环境中进行交互，教师能及时指导学生、提供反馈信息，学 生、教师之间也可针对某一问题展开讨论。 2 1 3 以培养自主学习能力为特色的网络教学平台 在该平台的设计中，始终贯穿网络环境下自主学习能力培养策略，以便 在平台的应用中能结合这些策略对学生进行适于自主学习能力培养的网络教 学。 在教学辅助平台中将课程内容、讲义、学习策略、学习技巧、自主学习 认知工具等有效地集成为一体，方便学习者进行自主学习、协作讨论、自我 评价。该平台不仅为学生提供了丰富的学习资源、网络交流空间，还提供了 支持自主学习的认知工具、自主学习策略讨论区和网络学习技巧的补充材料 等。使学生在课程学习的过程中，学会合理的规划网络学习、高效地利用网 哈尔滨工程大学硕士学位论文 络学习时间，养成自我监控的良好习惯，以提高学生在网络环境中的自主学 习能力。 学生用户是系统最终的使用者和检验者，他们主要利用网络平台来完成 辅助学习任务，在学习过程体现出自主学习的能力。图2 1 反映了学生用户 的活动流程。 图2 1 学生用户的活动流程 教师是- f l 或者几门课程的设计者、创作者和管理者。教师的角色要管 理人员批准后才1 能实现。他们除了掌握基本的计算机和网络的使用知识外。 还要会使用办公软件、了解网页的基本知识。教师的权限主要是课程制作、 教学过程的管理，包括答疑系统的管理、作业系统的管理、通知发布、学生 管理等。图2 2 反映了教师用户的活动流程。 管理人员可以进行用户管理、课程管理、公告管理、资源管理等。这类 用户需要得到系统使用的专门培训，尤其要具有计算机网络维护方面的知 识。 2 2 系统的功能设计 根据需求分析将本系统划分为教师模块、学生模块、交流模块、管理模 哈尔滨工程大学硕士学位论文 块和自主学习支持工具五个功能主模块，每个主模块下又设有相应的子模块 ( 图2 3 ) 。系统中有三种用户：教师、学生和管理员。以不同的身份登录 系统，将有不同的功能界面，这样的设计可以从根本上保证系统使用者个人 信息的安全性“。 图2 2 教师用户的活动流程 2 2 1 管理模块 管理模块为管理员提供了管理平台。管理模块主要具有下面功能：用户 管理、公告管理、课程管理和资源管理。 1 用户管理模块 管理员可以添加用户，查看用户信息，设置用户权限，删除非法用户。 2 公告管理 管理员可以对教师发布的公告进行查看、添加、删除等管理。 3 课程管理 管理员对课程的管理主要有课程批准、课程审核、课程发布等。教师制 作课程前必须向管理员提出申请，管理员批准后才能进行。课程制作完成 后，必须提交，管理员审核通过后，才能发布。 4 资源管理 管理员要对系统的其它资源如：课程库、作业库、试题库、邮箱、论 哈尔滨工程大学硕士学位论文 坛、聊天室进行管理。 图2 3 网络教学平台系统功能图 2 ，2 2 学生模块 学生在登录系统后，就可查看网上课程列表，选择课程、进行课程学 习、完成作业和进行测试等。下面对各功能加以说明。 1 浏览课程列表：学生登录后可以查看网上所有的课程信息。如果用 户没有登录，也可以查看课程列表，但不能阅读课程的具体介绍。 2 选择课程：学生在课程列表中选择要学习的课程。 3 学习课程内容：选择课程后，学生就可以打开该课程的主页，进行 哈尔滨工程大学硕士学位论文 课程学习。 4 作业：学生在学习过程中完成相应课程的作业，作业完成后，可以 查看教师的点评信息。 5 考试：在学习过程中，学生可以通过测试检查学习效果，也可以完 成教师安排的测试，考试结束后，可以查看成绩及教师的反馈信息。 6 课程辅导：查看问题解答，寻求帮助信息。 同时，在课程学习中，学生还可以进入聊天室、论坛或通过电子邮件与 教师和同学之间进行讨论交流。 2 2 _ 3 教师模块 教师模块主要设置了下面功能模块：课程公告、课程管理、课程制作、 辅导答疑、审批作业、题库管理等。一个教师可以在平台中创建一门或多门 课程。教师可以在任何时候创建课程，然后编写课程的大纲、制定教学计 划、编制教学内容、提供参考资料等具体信息。但这门课程在发布前尚不能 被学生看到，教师对课程制作完成后，需提交给管理员，只有管理员具有课 程发布的权限。管理员收到提交的信息后，经审核通过后，再将课程发布到 平台上。 l ，课程公告：教师可以发布课程公告，公告会出现在公告栏内。 2 制作课程：教师可以在任何时候创建一门课程，然后介绍本课程教 师队伍、课程简介、编写课程大纲、教学计划、教学内容、介绍教学方法、 编写教学内容、提供参考资料、进行实验指导、通知考核办法、上载视频教 学等具体信息。 3 课程辅导：辅导答疑系统是教师和学生进行交流的重要模块。系统 中除了提供了论坛、聊天室外，还增加了答疑向导，用来帮助学生更快、更 准确地找到所需的问题解答。 4 作业系统：教师可以在教学内容的章节后布置作业，使学生巩固自 己掌握的知识。这个功能主要包括以下几个予功能：布置作业、作业批阅、 结果反馈。 5 考试系统：每个教学环节完成之后，学生都可以就之前所学的内容 进行测试，以检查自己的掌握情况。全部教学内容学习完成后，学生可以参 哈尔滨工程大学硕士学位论文 加考核，以判断自己是否合格地掌握了这门课程教授的知识。这个模块主要 包括以下几个子功能：题库管理、组卷、批改试卷、结果反馈。 6 学生管理：教师可以对选择本门课程的学生进行管理，教师可以为 某个学生制定学习过程、布署学习策略、反馈学习结果，供学生对自己的学 习行为进行评估，学生根据教师的反馈结果对自己的学习情况进行恰当的评 估，以逐步增强学生自主学习中的自我评价能力。 2 2 4 交流模块 网络学习是以学生为中心的学习方式，教师和学生面对面的交流机会较 少，为使学生在学习过程中及时得到教师的帮助和指导，同时能够与其他学 生进行学习方法的交流和问题的探讨，平台提供了在线交流模块，供教师与 学生进行网络在线交流。该模块主要有聊天室、邮件、论坛、和文件检索等 功能。 1 聊天室：这里提供了在线实时聊天的功能，教师可以在任何时间开 放课程聊天室，成为主持人，每门课程拥有一个专用聊天室的开放权限，并 能使用消息群发功能。师生之间、同学之间可以在其中实时对话，进行问题 讨论。主持人离开后，聊天室自动关闭。 2 电子邮件：教师可以利用邮箱，将资料，指导、反馈信息等发送给 学生，指导学生的学习。 3 论坛：教师在课程论坛中回答学生提出的疑问，也可以通过课程论 坛以专题的形式组织讨论内容，教师提出话题由师生共同探讨，学生也可以 自行组织学习小组，相互交流，互帮互学。教师还可以在学习方法讨论区发 起学习策略的讨论，例如设计“如何更有效地学习”等话题，在学习方法上 给予学生指导。 4 文件检索：是一种快速查找文件信息的手段，本系统支持全文快速 检索功能及对数据库中相应字段的搜索功能。 2 2 5 自主学习支持工具模块 此模块主要向学生提供一些自主学习辅助工具，如记录本工具、监控工 具、学习导航等。 1 记录本帮助学生记录学习过程中疑难问题或者学习心得，学生可以 哈尔滨工程大学硕十学位论文 随时写入，在学习过程中养成自我记录的习惯，也可以随时翻看这些笔记， 在翻看这些记录的同时，可以有效地养成自我反思的习惯。 2 监控工具：可以帮助学生养成自我监控的良好习惯。帮助学生在学 习之初制定一份学习计划，允许学生设定系统弹出提示窗口的时间，当学习 开始后，该工具可以记录时间，并按照设置弹出窗口询问学生的学习计划是 否己经完成，还可以定时弹出一些文本信息，提醒学生不要浏览与学习无关 的内容，从而有效地防止网络迷航现象的发生。 3 学习导航：为避免学生在网络自主学习时产生迷航现象，更好地引 导学生利用本专题网站内容充分学习，设置了清晰、明确、简洁的知识导航 系统。 2 3 系统建模 要成功设计好一个软件，就要建立相应的软件模型。本文选取了u m l 来 为系统建模。 2 3 1 基于u m l 的系统建模 统一建模语言( u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ，u m l ) 是一种可视化的建 模语言，它定义了一种抽象的用来描述软件系统结构和行为的语言，还定义 了一种标准的用来建立模型元素视图的图形符号。u m l 的重要内容可以由下 列五种图( 共9 种图形) 来定义”： 第一类是用例图，从用户角度描述系统功能，并指出各功能的操作者。 用例图展现了一组用例、参与者以及它们之间的关系。在对系统行为组织和 建模方面，用例图是相当重要的。 第二类是静态图，包括类图、对象图和包图。类图描述系统中类的静态 结构。对象图是类图的实例，只能在系统的一定时间段存在。包图用于描述 系统的分层结构。 第三类是行为图，描述系统的动态模型和组成对象间的交互关系，包括 状态图和活动图。状态图描述类的对象所有可能的状态以及事件发生时状态 的转移条件。活动图描述满足用例要求所要进行的活动以及活动间的约束关 系。 第四类是交互图，描述对象间的交互关系，包括序列图和协作图。序列 哈尔滨工程大学硕十学位论文 图显示对象之间的动态合作关系，强调对象之间消息发送的顺序。协作图用 于描述相互合作的对象间的交互关系和链接关系。 第五类是实现图，包括构件图和配置图。构件图描述代码部件的物理结 构及各部件之间的依赖关系。配置图定义系统中软硬件的物理体系结构。 u m l 的建模过程是非常灵活的，可以利用不同的图来对系统进行静态表 述和动态执行，每种图的侧重点不同，可以根据系统的特点来选取相应的图 对系统进行建模。 通过对网络教学平台系统的分析，决定以用例图、序列图为例，介绍本 系统使用u m l 的建模过程。 2 3 2 建立用例模型 需求分析的第一步是定义用例，来描述所开发系统的外部功能需求。用 例模型的主要构件是用例、角色和系统边界。用例用于描述每个功能需求， 系统边界用于界定系统功能范围，而角色用于描述与系统功能有关的外部实 体，它可以是用户，也可以是外部系统。本系统的使用者有管理员、教师用 户和学生用户。经分析，确定了每个角色涉及到的用例。 教师用户：当用户以这个角色登录到系统后，系统将列出其对应的功能 列表。当用户选择了一个操作后，系统进行相应的处理。这个用户主要涉及 到课程公告、课程管理、课程制作、辅导答疑、作业、试卷这些用例。 学生用户：当用户登录系统后，用户可以可查看网上课程列表，选择课 程、进行课程学习、完成作业和进行测试，所以这个用户主要涉及以上几个 用例。图2 4 是教师与学生用户的用例图。 管理员用户：从管理员的角度看，系统应提供一些管理工具，以便对整 个系统的运行进行监控，对系统的异常情况进行处理，以及进行用户和角色 的权限管理。所以管理员涉及到用户管理、公告管理、课程管理和资源管理 这四个用例( 图2 5 ) 。 2 3 _ 3 设计动态模型 u m l 以图的形式提供了4 种动态模型：序列图、协作图、状态图和活动 图。其中序列图和协作图是交互图。序列图是描述对象如何交互的，其中最 重要的是时间。由于序列图与用例的路径有关，使用它，可以清楚地描述一 哈尔滨工程大学硕士学位论文 个用例路径的实现步骤，所以在大多数动态建模中都使用它。本系统以用户 登录、教师制作课程为例，设计了相应的动态模型。 图2 4 教师与学生用户的用例图 图2 5 管理员用户的用例图 吴黼 哈尔滨上程大学硕士学位论文 1 用户登录序列图 从用户的用例图中可知，登录的活动者是用户，用户进入登录界面后， 输入正确的用户名、密码和验证码，就可以登录到系