【毕业学位论文】（Word原稿）基于MVC模式的多媒体网络教学平台的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 基于 式 的多媒体网络教学 平台的设计与实现 姓 名： 学 号： 所在院系： 软件学院 职业类型： 工程硕士 专业领域： 软件工程 指导教师： 副 指导教师 ： 二 一 四 年 三 月 A in 2014 F A N 基于同济大学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于 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： 年 月 日 同济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，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位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作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，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人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 多媒体网络教学是教育信息化改革中的重要建设项目，通过利用网络技术和多媒体技术与传统教学手段相结合的方式能够有效的提高教学质量和教学效率，因此 多媒体网络教学 已经成为了目前众多高校信息化建设中的重要组成部分。本文通过对多媒体网络教学的理论研究， 包括国内外研究现状和发展趋势，以及相关关键技术，并 结合实际的需求，提出了建设一个多媒体网络教学平台的研究目标。 本平台的设计与开发完全在软件工程思想的指导下完成。 首先对系统进行了详尽的可行性分析和需 求分析，包括系统的功能需求和非功能需求，以及系统基本数据的需求，并通过 建立了数据模型。之后对系统的架构和功能模块进行了总体设计，以及对系统主要功能和数据存储的详细设计。 其中系统的主要功能包括备课系统，教学评价，多媒体资源在线查看，用户管理以及基于角色的访问控制安全功能等等。 在此期间，采用了 模语言对系统进行建模。 接着 利用 术以及相关的网络技术和多媒体技术，在 式中开发实现了本多媒体网络教学平台。并且搭建了 系统运行在服务器上。随后用了大量的用例 进 行了系统 测试，并对测试结果 给出了分析。最后总结了本次研究的所有工作，指出了其中的不足和未来进一步的工作方向。 本课题所开发的多媒体网络教学平台对于 柳州师范高等专科学校 的教育信息化建设工作具有重要 的意义，所作的工作在 多媒体网络教学的 领域内具有一定的理论价值和工程应用价值。 关键词 ： 多媒体网络教学 ， 式 ， 在线查看 ，备课系统 I is an in of As a a of in A in of of is in of of of of of A an on of At a on s a is on In is by VC is on EB TP up a of on of At of is s a in of 济大学 硕士学位论文 目录 录 第 1章 引言 . 1 题背景与意义 . 1 内外研究现状及发展趋势 . 2 课题主要研究内容 . 3 文的组织结构 . 4 第 2章 相关技术和开发环境介绍 . 5 关关键技术介绍 . 5 术介绍 . 5 式 . 6 术简介 . 8 档在线预览技术 . 9 发环境介绍 . 10 章小结 . 11 第 3章 需求分析 . 12 统功能需求 . 12 理员角色需求 . 13 师角色需求 . 14 生角色需求 . 15 统非功能需求 . 16 能需求 . 16 靠性需求 . 17 行性分析 . 17 统数据分析 . 18 章小结 . 22 第 4章 系统设计 . 23 统总体设计 . 23 同济大学 硕士学位论文 目录 系统架构设计 . 23 统功能模块设计 . 23 统主要功能详细设计 . 24 课系统模块设计 . 25 源库模块设计 . 26 学评价模块设计 . 27 学交流模块设计 . 28 户管理模块设计 . 29 统数据存储设计 . 31 储设计 . 32 据库设计 . 32 章小结 . 38 第 5章 系统的实现与测试 . 39 统服务器配置 . 39 务器配置 . 39 务 器配置 . 39 统数据库创建 . 40 统主要界面实现 . 43 统首页 . 43 户登录 . 43 学资源库 . 44 户管理 . 45 统主要功能实现 . 45 课内容制作 . 45 学评价 . 47 线预览与播放 . 48 业发布与提交 . 51 户管理 . 51 统测试 . 54 同济大学 硕士学位论文 目录 V 试环境 . 54 试用例设计 . 55 试的执行与结果分析 . 55 章小结 . 56 第 6章 结论与展望 . 57 论 . 57 望 . 57 致谢 . 59 参考文献 . 60 个人简历、在读期间发 表的学术论文与研究成果 . 62 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 题背景与意义 本课题来源于 柳州师范高等专科学校 在教育信息化建设工作中，对于建设一个多媒体网络教学平台的实际需求，旨在通过网络教学平台来提高教学的质量和效益。该平台的建设 是 柳州师范高等专科学校 在 教育信息化建设中一项长期性、基础性和经常性的工作，是学校建设和人才培养的重要组成部分，也是建设开放型一流大学的标志性工程，更是学校改革发展战略不可或缺的组成部分。 21 世纪是知识经济的时代，以知识和 信息的产生、传播及应用为基础的知识经济将占世界经济发展的主导地位。信息技术的飞速发展，为知识经济的发展奠定了坚实的技术基础。国家的综合国力和国际竞争力越来越取决于教育发展、科技进步和知识创新，教育在经济和社会发展过程中将呈现出越来越突出的作用。然而 21 世纪教育面临一系列的挑战，这些挑战主要来自于科学技术的迅猛发展、因人口增长而引起的教育要求、国际竞争和各种社会问题等方面。传统的教育越来越不适应社会的发展，教育的根本出路就在改革，而教育改革的重要途径之一是教育信息化 1。 在教育信息化的总体建设中， 实行多媒体 教学已被证明确实能够提高教学质量 2，因此 实现多媒体教学是 教育信息化中的一个 重要的组成部分。 近年来， 我国 对于高校多媒体教学的关注越来越多，教育部 20051 号文件和 20072 号文件中都明确提出了对高校多媒体教学的要求。因此，全国各等高校纷纷开始了多媒体资源和教学环境的建设。传统的多媒体教学存在以下一些问题：多媒体教学中忽视教师的主导作用；多媒体课件的信息传达方式设计不当，不利于学生对知识的吸收；多媒体教学实现手段有限，难以充分发挥多媒体教学的独特优势等问题 3。由于以上一些问题存在，因此对于 多媒体教学的改革和建设提出了更高的要求。 多媒体教学是指在教学过程中，根据教学对象、教学目标和教学内容，合理运用现代多媒体技术，将各种多媒体元素（ 如 文字、 声 音、图形 /图像、动画、视频 ）按照教学活动要求进行有机结合，与传统教学手段有效结合，在教学过程中相互补充，与学生进行充分的互动交流，达到最优化的教学效果 4。为了更好的实现多媒体教学，不仅需要在各种多媒体设备的支持下完成，更重要的是还需要一个多媒体 网络 教学平台的支持。 网络教学平台的发展大体上经历了四个阶段：普通学习资源库，学习管理系统，学习内容管理系统和 通用网络教学平台 5。目前的多媒体教学系统已经朝着动态的、交互式的、集成的、智能化的方向快速 同济大学 硕士学位论文 基于 式的多媒体网络教学平台的设计与实现 2 的发展。新的多媒体网络教学平台是指利用网络和多媒体等信息技术，整合传统的教学资源和手段，集教、学、管理以及互动为一体的统一的教学平台。多媒体网络教学平台可以用来存储、传递、处理和展现教学资源，能让学生进行交互操作，并对学生的学习做出较为客观评价的教学软件。多媒体网络教学平台除了以教学为主要目标而设计的功能外，还具有管理用户和管理教学资源的功能，通过信息化的管理，使得管理工作变得更加简洁清晰和方便。由于所有的信息 都是开放的放在网络中，学生和教师可以在网上进行教学和交流，使得教育的形式不再有地域和空间的限制，变得更加开放。 本课题通过对多媒体网络教学平台的理论研究，设计一个 B/S 架构的，集成教师备课、教学资源、教学评价、教学交流和用户管理等功能的多媒体网络教学平台，并在利用相关的网络技术和多媒体技术的基础上，在 过本系统的开发和实际应用，推动新的教学改革和提高教学质量。本课题的研究 对于 柳州师范高等专科学校 的教育 信息化工作具有重大意义，对于多媒体网络教学系统实际开发 和应用可以提供参考作用 。 所以本课题的研究具有重大的理论意义和实际意义。 内外研究现状 及发展趋势 随着网络技术 和多媒体技术 的发展，多媒体教学也正在从单机教学进入了网络教学的阶段，也因此提出了对于多媒体网络教学平台建设的要求。目前的多媒体网络教学平台根据实际教学模式不同可以分为两类：辅助教学的多媒体网络教学平台和辅助学习的多媒体网络教学平台。辅助教学的多媒体网络教学平台主要是根据授课的内容和学生的实际情况，帮助教师灵活多样的组织教学内容，利用多媒体技术图文并茂、生动形象的进行教学。此外教师还可以利用平 台对于教学资源管理的功能，有效的管理备课资料、课件和学生作业等等资源，减轻了教师在上课之余的负担。辅助学习的多媒体网络教学平台则主要是以学生为对象，为学生提供丰富有趣的学习资料，为学生创造一个最佳的学习环境，可以调动学生的积极性和主动性，帮助学生更好的学习。通过网络的教学，可以让学生突破空间和时间的限制，让学生可以在网上进行学习和与教师进行交流。总之， 这两类多媒体网络教学平台都对教学改革和提高教学质量起了一定的推动作用。 国外 早年 比较流行的 大型 网络教学平台有 、 等等。其中 1995 年由加拿大英属哥伦比亚大学的 授所编写，是一套以网页为本的电子教学平台。这个平台提供讨论版、邮件系统及实时聊天等功能，该系统已经广泛的应用于香港诸多的大学中，例如香港中文大学、香港 第 1 章 引言 3 理工大学等等。而 由 发的能够模拟教学环境的软件。目前也有更多的开源的免费网络教学平台，例如 等。 一个提供课程管 理和虚拟教学环境的免费的教学平台，也是目前应用最广泛的教学平台，其中香港大学已经全面启用了 台。 一个开源的程序，可以提供用户在网上创建自己的在线教室进行教学。在这个平台上， 教师 可以创建自己的教学活动，发布并收集报名的学生，可以监控学生学习情况，还可以创建一个聊天室或者讨论的论坛。 目前国内也在积极的开发自己的多媒体网络教学平台。比如好视通公司开发的远程互动培训系统，视高科技开发的网络教学平台，北京大学的网络教学平台，奥瑞文公司开发的免费的在线考试系统等等。这些软件相比国外的大 型平台，无论是在功能上还是在稳定性上，还是有很大的差距。 目前的多媒体网络教学平台正朝着高集成度，智能化和移动化的方向发展。新的多媒体网络教学平台已经不再是单一的以教或者学为目标的平台，而是向着集成各类教学系统以及管理功能的集成度高，功能丰富的新型多媒体网络教学平台发展。随着计算机技术的发展，智能化的多媒体教学平台也是一个重要的发展趋势。目前，智能化多媒体教学系统主要发展方向是基于专家系统的 术，能够根据学生的自身认知特点、知识水平来进行教学内容的调整，实现个性化的学习和因材施教。移动互联网是目前最热 门的话题，多媒体教学平台的另一个发展趋势就是移动化，使网络教学做到真正的随时随地。 最近又有学者将多媒体教学与云计算相结合，借助云计算强大的存储和计算能力，为多媒体教学提供了新的动力 8。 从发展的趋势来看，未来的多媒体网络教学平台将在深度、广度、时间和空间的覆盖上有更进一步的发展，实现随时随地、高度交互性、高度协同性、高度智能化的全新的教学形式，同时能够更好的提高教学的质量和效率。 课题主要研究内容 本课题 从分析多媒体网络教学平台和学习相关关键技术入手，通过进行需求分析，确定系统的总体框架和主要功 能模块，利用 术 以及相关的其它 关键技术，在 式中开发实现一个集 教师备课、教学资源、教学评价、教学交流和用户管理等功能的多媒体网络教学平台 。 整个开发过程依照软件工程的思想，依次进行需求分析，总体设计，编码实现和测试完善。在安全方面，用户的密码只保存密码明文的 列值，对于不同类型的用户（本系统中主要分为管理员， 教师和学生三类 ） 采用基于角色的访问控制模型（ 同济大学 硕士学位论文 基于 式的多媒体网络教学平台的设计与实现 4 现对不同资源的访问控制。具体研究内容如下： 1)对多媒体网络教学 平台和相关关键技术理论研究，包括多媒体网络教学平台的国内外研究现状和未来的发展趋势，相关的关键技术包括 术、架、文档在线预览技术以及相关的网站开发技术等等； 2)研究本课题的多媒体网络教学平台的总体设计，构建一个以 B/S 架构的，具有教师备课、教学资源、教学评价、教学交流和用户管理五个子模块的多媒体网络教学平台； 3)分别研究五个子模块的具体功能。教师备课模块： 包括 备课内容制作，电子教案管理，备课管理；教学资源模块： 包括 建立一个教学资源库，保存教学大纲，教学课件，教学视频和常用的教学软件 ，对于保存的教学大纲和教学课件提供在线预览的功能，对于教学视频提供在线播放功能，所有的资源都可以提供下载；教学评价模块：以教师为对象，包括学生评价，自我评价，同行评价和专家评价；教学交流模块：包括作业发布与提交，教师答疑和师生交流；用户管理：包括用户账号管理和权限管理。 4)系统实现。用 术和相关的网络关键技术，在 架下实现本课题的多媒体网络教学平台。 文的组织结构 本文共分 6 个章节： 第一章，引言。介绍了本课题的研究背景和研究意义，以及多媒体网络教学平台的研究现状和未来的发展 趋势，说明了本课题的主要研究内容。 第二章 ，相关技术 和开发环境 介绍。 介绍本课题所需要用到的相关关键技术，以及介绍了本系统开发的环境。 第三章，需求分析。 对系统进行详细的需求分析和可行性研究， 确定了系统的功能需求和非功能需求， 对系统的数据进行 建模 。 第四章，系统设计。 对系统的架构和功能模块进行总体设计，并对系统的主要功能进行详细设计，以及对本系统底层数据存储的设计。 第五章，系统实现与测试。 完成服务器的配置和数据库的搭建， 编码实现本系统，并给出了用例测试，同时对测试结果进行了分析。 第六章，结论与展望。 对本次研究进行总结，指出研究和实际开发中存在的问题，并给出了进一步工作的方向。 第 2 章 相关技术和开发环境介绍 5 第 2 章 相关技术 和开发环境 介绍 关关键技术介绍 术介绍 一项微软公司的技术，是一种使嵌入网页中的脚本可由因特网服务器执行的服务器端脚本技术。 态服务器页面） ， 运行于 以利用 建大型的 点和 用。 网站 和应用程序通常选用 司的 品 行开发。其开发的首选语言是 C#及 时也支持多种语言的开发，本课题选用 C#进行开发。 前身 术，是在 首次推出 (T 当时与 起推出，在 T 扬光大，成为服务器端应用程序的热门开发工具，微软还特别为它量身打造了 1994 年到 2000 年之间， 术已经 成为微软推展 T 台的关键技术之一，数以万计的 站也是这个时候开始如雨后春笋般的出现在网络上。它的简单以及高度可定制化的能力，也是它能迅速崛起的原因之一。不过 缺点也逐渐的浮现出来：面向过程型的程序开发方法，让维护的难度提高很多，尤其是大型的 用程序。 解释型的 言，让性能无法完全发挥。 扩展性由于其基础架构的不足而受限，虽然有 件可用，但开发一些特殊功能（如文件上传）时，没有来自内置的支持，需要寻求第三方控件商的控件。 1997 年时，微软开始针对 缺点（尤其是面向过程型的开发思想），开始了一个新的项目。 当时 主要领导人 从杜克大学毕业，他和 队的 理一起合作两个月，开发出了下一代 术的原型，这个原型在 1997 年的圣诞节时被发展出来，并给予一个名称： 为了将 植到 ， 队将 内核程序全部以 C#语言进行了重构（在内部的项目代号是 但是当时对公开场合是保密的），并且改名为 在 2000 年第二 季时，微软正式推动 顺理成章的改名为 过四年的开发，第一个版本的 2002 年 1 月 5 日亮相 (和 同济大学 硕士学位论文 基于 式的多媒体网络教学平台的设计与实现 6 因为 基于通用语言的编译运行的程序，其实现完全依赖于虚拟机，所以它拥有跨平台性， 建的应用程序可以运行在几乎全部的平台上。其中大致分为以微软 基础使用 为 务器承载的微软体系，以及使用 基础框架运行在 的开源体系。 能只被看做是 的下一个版本，而 是一种建立在通用语言上的优秀程序构架，而且可以运行于多种平台的 务器之上 ，包括 。 本课题选用 为 务器。 开发 用程序的基础架构，除了它内部的运作方法外，对外也显露了许多的开发支持，让开发人员可以利用它来发展出许多强大的 用程序解决方案。 页 (网页由 来提供基础支持，包含了页面的事件以及对象绘制的引发点（ 本身是一个 实现品）。 页在微软的官方名称中，称为 了是要和 分别以外，同时也明白的刻划出了它的主要功能：“让开发人员能够像开发 样的方法来发展 页”。要提供的功能就需要类似 窗体，每个 要有一个区块，所有的 务器控件都要 放在这个区域中，这样才可以让 服务器控制能够顺畅的运作。 从 2002 年发布 本到现在已经经历了多个版本的更新。 2002年与 起发布的第一个版本 后于 2003 年 与 003 和 003 一起发布 了 本，增加了移动设备控件和自动化输入验证功能。随后于 2005 年 和 005、 005 一起发布 了 本，此版本 比 本增加了很多新的功能。之后，分别于 2007 年和 2008 年， 与 008和 008 一 起发布了 本，与 008 发布 本。 2010 年， 与 010 一起发布 了 本。 2012年， 与 012 一起发布 了 本。 式 名 是 模型 (视图 (控制器(缩写，一种软件设计典范， 用于组织代码 。它使 用一种业务逻辑 和数据显示分离的方法，这个方法的假设前提是如果业务逻辑被聚集到一个部件里面，而且界面和用户围绕数据的交互能被改进和个性化定制而不需要重新编写业务逻辑。 独特的发展起来用于映射传统的输入、处理和输出功能在一个 第 2 章 相关技术和开发环境介绍 7 逻辑的图形化用户界面的结构中。 式 9最早由 1978 年提出，是施乐帕罗奥多研究中心（ 20 世纪 80 年代为程序语言 明的一种软件设计模式。 式的目的是实现一种动态的程序设计，使后续对程序的修改和扩展简化，并且使程序某一部分的重复利用成为可能。除此之外，此模式通过对复杂度的简化，使程序结构更加直观。软件系统通过对自身基本部分分离的同时也赋予了各个基本部分应有的功能。 模型（ 层： “数据模型”（ 于封装与应用程序的业务逻辑相关的数据以及对数据的处理方法。“模型”有对数据直接访问的权力，例如对数据库的访问。“模型”不依赖“视 图”和“控制器”，也就是说，模型不关心它会被如何显示或是如何被操作。但是模型中数据的变化一般会通过一种刷新机制被公布。为了实现这种机制，那些用于监视此模型的视图必须事先在此模型上注册，从而，视图可以了解在数据模型上发生的改变。 视图（ 层： 视图层能够实现数据有目的的显示（理论上，这不是必需的）。在视图中一般没有程序上的逻辑。为了实现视图上的刷新功能，视图需要访问它监视的数据模型（ 因此应该事先在被它监视的数据那里注册。 控制器（ 层： 控制器起到不同层面间的组织作用，用 于控制应用程序的流程。它处理事件并作出响应。“事件”包括用户的行为和数据模型上的改变。 式的框架图如图 示： 常见的 课题选用 微软官方提供的以 式为基础的 用程序 (架 ， 由 来 ( 由 来 )，目 前最新版本是 式具有耦合性低，重用性高，生命周期成本低，部署 快，可维护性高，有利于工程化管理等优点。 控 制 器( C o n t r o l l e r )视 图( V i e w )模 型( M o d e l )图 根据天极网资料显示：基于 世界内已是空前繁荣， 站上几乎每隔一两个星期就会有新的 架发布，比较好 同济大学 硕士学位论文 基于 式的多媒体网络教学平台的设计与实现 8 的 老牌的有 兴的 架有 。这些大多是著名团队的作品，另外还有一些边缘团队的作品，也相当出色，如 ，这些 框架都提供了较好的层次分隔能力，在实现良好的 隔的基础上，通过提供一些现成的辅助类库，同时也促进了生产效率的提高。 在 架中没有 自己的控件，页面显示完全就回到了写 好在 架中也有自带的 个帮助类。另外在 展项目中也有扩展一些帮助类，这样我们就不光只能使用完整的 编写了需要显示的页面了，就可以使用这些帮助类来完成，但最后运行时都还是要生成 码的。 术简介 又称统一建模语言或标准建模语言，是始于 1997 年一个 准，它是一个支持模型化和软件系统开发的图形化语言，为软件开发的所有阶段提供模型化和可视化支持，包括由需求分析到规格，到构造和配置。 面向对象的分析与设计 (， 法的发展在 80 年代末至 90 年代中出现了一个高潮， 这个高潮的产物。它不仅统一了 表示方法，而且对其作了进一步的发展，并最终统一为大众所接受的 标准建模语言。 是一种方法学，不需要任何正式的工作产品。而且它还提供了多种类型的模型描述图（ 当在某种给定的方法学中使用这些图时，它使得开发中的应用程序 更易理解。 内涵远不只是这些模型描述图，但是对于入门来说，这些图对这门语言及其用法背后的基本原理提供了很好的介绍。通过把标准的 放进工作产品中，精通 人员就更加容易加入项目并迅速进入角色 。 本 课题主要用到的就是用例图 和序列图 。 用例图主要用来描述用户、需求、系统功能单元之间的关系。它展示了一个外部用户能够观察到的系统功能模型图。 它的主要用途就是 帮助开发团队以一种可视化的方式理解系统的功能需求。 目标是以面向对象图的方式来描述任何类型的系统，具有很宽的应用领域。其中最常用的是建立软件系统的模型，但它同样可以用于描述非软件领 域的系统，如机械系统、企业机构或业务过程，以及处理复杂数据的信息系统、具有实时要求的工业系统或工业过程等。总之， 一个通用的标准建模语言，可以对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。 第 2 章 相关技术和开发环境介绍 9 此外， 用于系统开发过程中从需求规格描述到系统完成后测试的不同阶段。在需求分析阶段，可以用用例来 捕获用户需求。通过用例建模，描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统（用例）的功能要求。分析阶段主要关心问题域中的主要概念（如抽象、类和对象等）和机制，需要识别这些类以及它们相互间的关系，并用 图来描述。为实现用例，类之间需要协作，这可以用态模型来描述。在分析阶段，只对问题域的对象（现实世界的概念）建模，而不考虑定义软件系统中技术细节的类（如处理用户接口、数据库、通讯和并行性等问题的类）。这些技术细节将在设计阶段引入，因此设计阶段为构造阶段提供更详细的规格说明。 目前 要的建模工具有 课题将采用 画用例图。 档 在线预览技术 文档预览即文档以 形式在网页上展示，所以要解决两个问题：以什么格式展示 档如何转化为符合格式的 展示 两种方式，一种是直接生成好一个完整的 示出来，一种是用一个播放器来播放另外一个文档 一种方式可以用 工具直接将 化成一个整体的示，但这种方式的 大，且不容易控制，故用得较少。第二 种方式是重点，首先需要了解的是一个开源的 放器，它可以播放一帧一页的 基础上，如果遇到大文档则会出现速度和性能的问题，这个时候需要像百度文库、豆丁一样修改 它支持一次仅读取指定页数的 果文档安全级别较高，不允许下载查看，则需要给 上加密解密算法；如果需要登录用户才能查看，则要让 登录 转化文档为 思路有一条，但有多种实现方式。一般文档需要先转化为 从 化为 化为 方法有很多，例如