【毕业学位论文】（Word原稿）网络学习平台的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 网络学习平台的设计与 实现 姓 名： 韩雪 学 号： 1134819 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： 张晨曦 刘依 副 指 导教师： 王鹏 二 一三年六月 A in 2013 1134819 i of 网 络 学习平台的设计与实现 韩 雪 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 随着 E 技术的不断 发展 ，使用 架开发企业级应用系统已成为首选。 架以其分层的优势，明确每一层的职责和功能，通过接口进行层与层之间的通信，简化了开发的复杂性，提高系统的可维护性和可扩展性 1。本课题研究的网络学习平台 主要是提供配合面授课程的在线学习平台，能够 满足企事业单位人员进行在线网络学习培训 功能的 应用系统 。 我们首先 对 网络学习平台 的 需求 进行了 调查 和 分析 ，对 平台 建设 的目的、 服务的对象 和 应 具有的功能 进行调查研究， 并在此基础上， 使用 模语言 以及 面向对象设计理念开发模型，制定可行的开发方案和计划， 并进行了需求分析，给出了用例图。我们对本网络学习平台系统进行了总体架构设计和功能设计，确定它由 在线学习中心模块、互动交流模块、教学管理模块 和 系统管理 功能 模块 组成。接着，我们 对 本 平台 的 功能模块进行 了 详细设计，包括数据库设计 以及 各模块 的处理 时序图 。 最后， 我们 对 重要的功能模块进行 了 页面设计以及编程 的 实现 ，并对系统进行了测试。 本 系统对学员进行在线学习和考试过程监控提供了一个很好的平 台，并为之建立了良好的互动交流方式及教学评价策略等。本系统具有较全面的功能，能达到 比较 好的使用效果。 关键词 ： 网络学习平台 在线学习 互动交流 教学管理 I E eb of eb on of of s 1. of is of of we on of on of on we ML to we on We of it of we a of of of we of of a It of It is to 硕士学位论文 网络学习平台的设计与实现 1 目录 目录 . 1 第 1 章 引言 . 4 题研究背景 . 4 内外网络学习平台现状及发展 . 4 课题的目的和意义 . 6 文主要研究内容 . 7 文的组织结构 . 7 第 2 章 相关技术 . 9 发语言 . 9 ，网络应用需求的增加，不同人群上网查找资料和获取信息，对优秀资源共享尤其是课程教学信息在线学习的需求日益增长，使得网络学习平台的设计和实现成为了一个热门的课题。 随着 E 技术的不断成熟，使用 架开发企业级应用系统已成为首选。 架以其分层的优势，明确每一层的职责和功能，通过接口进行层与层之间的通信，简化了开发的复杂性，提高系统的可维护性和可扩展性 1。 既然主要是提供配合面授课程的在线学习平台， 能够适合党、政、军及企事业单位人员进行 在线 网络 学习培训 的应用系统， 那么无论是根据教育学和心理学的研究理论还是院校、企业、行业对于学生或 学 员的具体培养、培训方案的要求设计，其中如何通过软件设计提供有效的技术应用，有针对性 地实现其需要的功能，仍然是目前 用 户 对网络软件设计公司的核心要求 。 根据学科不同、区域经济发展差别、对教育教学方法的理解与运用不同，甚至受到预计在线学习人数过多，而目前可供开发软件所投入的资金有限等等制约， 本课题 设计出的网络学习平台功能可能相对简单实用，但在未来的使用过程中仍然可根据需要的增加和变化，再进一步改进调整模块的应用功能。 利用网络的便捷，相对降低教育教学的成本，更广泛地传播人类优秀的教育资源和理念，提升素质教育的质量 及知识与技能的创新与拓展 是目前各国教育仍旧追求的目标。网络学习平台的建设为这个目标提供了可以实现的数字技术平台，在这 个平台的设计中了解并 熟悉 核心的软件设计技术，对在今后的工作中和同事合作为自己的学生设计出更符合其专业学习需求的网络学习平台，这是非常有指导和借鉴意义的 。 内外网络学习平台现状 及发展 从 1994 年实施中国教育和科研计算机网示范工程至今，我国有关教育的网站发展已有些规模，总体保持设计理念和技术更新的发展趋势。从中国知网的硕士论文统计中，有关网络教育或学习平台的论文数量总体呈增长趋势，可以看出人们对网络教育平台的研究是一个不断认识的过程 2，随着软硬件技术的发展以同济大学 硕士学位论文 网络学习平台的设计与实现 5 及人们对于网络应用的各种最新观念不断感 知，将会找到适用于我国网络教育发展的方向。 目前国内比较有专业特点的网络教育平台，例如 2006 年 4 月正式成立 的 远程教育发展研究中心，研发并开展面向政府机关、高等院校、紧缺应用技术行业等的远程培训项目。其中，远程院校项目主要包括：清华大学远程专业课程进修院校合作项目、清华大学远程专业课程在线学习项目、清华远程教育课程资源库项目等。 000 年 7 月 经教育部批准作为全国现代远程教育试点高校成立 网络教育学院， 2009 年 4 月，上海交通大学将网络教育学院和成人教育学院合 并为继续教育学院。继续教育学院设立网络教育部，举办网络教育 ， 实行完全学分制，非全日制，走读。学生在学习期限内可以按照学院推荐的进度学习，也可以根据个人需求自主制订学习计划，学习形式自主、灵活。 其主要功能模块为： 1） 上课 ： 可通过宽带、手机网络收看课程实时直播或非实时点播。 2） 考勤 ： 网上学习 /移动学习考勤，全程跟踪学习进程。 3） 辅导 ： 阶段性网上辅导互动 + 考试前集中辅导。 4） 考核 ： 传统考试与网上考核相结合。 国内知名的网络学习平台如 1. 新为网，提供企业网络学院，学习发展系统、在线考试系统：实现出题、组卷、 考试、评卷、成绩分析整个流程信息化自动化管理。学习运营系统：在线学习与电子商务完美结合，为培训机构、高校量身打造的远程教学平台，高效的门户网站管理，便捷的在线支付功能，快速低成本地开展学习运营服务。培训会议系统：轻松创建虚拟教室，随时召开视频会议，适用于异地同步授课、远程辅导、视频会议、高品质的音视频效果，超强的稳定性，实时沟通无障碍。 2. 瑞德党校培训平台 由 瑞德软件 公司 开发，使用 统架构，研发出的专为学校组织部开展网上党校培训的新一代网络学习平台。平台采用 区设计思想、友好的用户界面、 灵活的权限分配机制、多服务器分布式管理架构 。 国外的网络教育以严谨著称的是德国的远程教育，从德国正式颁布的远程教育法（ 1978）、远程教育参与者保护法（ 2000）到远程教育指南和远程学习评价指南， 德 国对 网络教育 技术项目的支持 都显示出远程教育的质量要求与其常规学校教育相同的严格和一丝不苟的作风。目前德国远程大学主要依托其自行开发的学习管理系统 学生提供服务，此外还辅有基于 同步交流为目的的同步 课堂、以移动学习为辅助的虚拟远程学习等。还在技术应用中考虑到 使用免 费的大众化社交工具和信息推送工具来实现简单的学习支持服务。如德国远程大学在 建立了空间，学生还可第 1 章 引言 6 以接收来自大学的 息，订阅大学网站的 息，这 使 学生在日常学习中及时获得信息提供了方便 3。 目前国内的网络教育或学习系统主要是 基于 视频应用， 采用 B/S 架构，管理平台采用 言开发 , 统可以运行在不同的操作系统和硬件上。随着 持续增长以及 全支持 术，跨平台的特性变得越来越有分量 。 流媒体技术采用同时支持 议传输。视频编码同时支持高清 标清 用带宽小，每路视频只20频编码支持 。开放统一的 据交互，通过 输，实现 与 现有平台的无缝结合。 开放性，使得许多软件生产商提供的软件产品支持 得 为不同用户的异构应用系统之间的数据交换的标准语言，具备了数据交换的透明性、各个用户只要保证自己的信息系统提供的数据符合 范，就不用担心数据接收方的解码问题。采用基于 基础的流媒体服务器 ，节省用户成本 。 在产品研发过程中，严格按照 件生成流程进行控制，最大限度地确保研发出来的产品质量，安全性和稳定性。 课题的目的和意义 我国的网络教育研究从教育学和心理学研究出发，研究课堂教学方法、学习方法和学生的学习能力等课题都围绕着一个目标就是逐步提升全民的学习能力和文化道德素质，从而促进国家经济发展，人民生活水平提高。对于我国目前的教育现状，从教学资源的开发到各学科、专业课程体系建设都需要计算机软件技术的支持，因为涉及的教育者、学习者和等待培训的人员群体众多，需求多样，辅助课堂教学的网 络教育平台或学习平台的建设将在今后的教育学需求发展中使繁重的授课、学习、考试活动逐步变的易操作、易执行、易评价。而且将使教材选用更加的灵活，教学资料更加丰富，使得教师从主要运用教学方法传输知识和信息，逐步转变为因材施教，为每一位受教育者提供人性化的教学服务，促进其对生活的理解，增加其智慧和思想。 本文主要研究能够适 合党、政、军及企事业单位人员进行在线网络学习的系统应该具备的 基础 需求 功能和技术应用，为 这一目前比较 成熟 的 技术应用和推广作一 小小 铺垫 。 同济大学 硕士学位论文 网络学习平台的设计与实现 7 文主要研究内容 本文 课题 研究 和开发了一个 基于 B/S 结 构 的 网上 学习平台系统。该系统用言开发，并采用了 架 件设计架构， 应用 了 技术 。主要工作如下： 1. 网络学习平台需求分析的调查，对建设的目的、所具有的功能、服务的对象进行调查研究， 确定 能够适合党、政、军及企事业单位人员进行 在线 网络学习的系统，应该具备的功能。 2. 使用 模语言 和 面向对象设计理念 的 开发模型 进行了需求分析，给出了 功能模块 的用例图。并 制定可行的开发方案和计划。 3. 学习相关的 架技术 以及 言 ， 理解 构在软件 设计中的优势 和 动态页面的处理 技术 。 并掌握了 术应用体现的用户界面友好程度。 在此基础上进行设计和开发。 4. 对 本 网络学习平台系统进行了总体架构设计和功能设计。 本系统 主要分为 4 个功能模块：在线学习中 心 模块、互动交流模块、教学管理模块和系统管理模块。 我们详细设计了其 所 具有的各种功能。 5. 对平台功能模块进行 了 详细设计，包括数据库设计、各模块包含的 小 功能设计，并就重要的功能给出时序图，并进行 描述。 6. 对重要的功能模块进行页面设计以及编程实现。 并 对系统进行 测试。 文的组织结构 本文的 组织结构如下： 第 1 章 引言：主 要阐述了课题研究背景、国内外网络学习平台 现状及 发展、本课题的目的 和 意义 ，以及 本文的主要研究内容 和组织结构 。 第 2 章 相关技术介绍：主要研究了开发语言 B/S 结构、 构、术框架、 术、流媒体技术、 术以及 术。 第 3 章 网络学习平台的需求分析：分析了系统功能性需求和非功能性需求。并给出了不同角色在各功能下的用例图。 第 4 章 网络学习平台的 总体 设计： 用图表述了系统的整体架构 和网络架构设计；介绍了功能模块的划分和功能设计； 主要功能模块 的详细设计， 用时序图描述了重要模块的处理逻辑和过程；介绍了本系统的权限设计及数据库设计。 第 5 章 网络学习平台中主要模块的实现：介绍了各 功能 模块的编程实现，第 1 章 引言 8 展示部分截图和代码 ，以及介绍了 系统 的 测试 。 第 6 章 结 论 与展望：对本文工作进行总结，并 简单表述了 下一步工作 研究的预期 方向。 同济大学 硕士学位论文 网络学习平台的设计与实现 9 第 2 章 相关技术 发语言 一种可以撰写跨平台应用软件的面向对象的程序设计语言 。 主要特性： 1. 面向对象 ： 言提供类、接口和继承等原 语。支持类之间的单继承，支持接口之间的多继承，并支持类与接口之间的实现机制。言全面支持动态绑定，是一个纯的面向对象程序设计语言 。 2. 分布式 ：言支持 用的开发，在基本的 用编程接口中有一个网络应用编程接口（ 它提供了用于网络应用编程的类库，包括 。 程方法激活）机制也是开发分布式应用的重要手段。 3. 高性能 ： 与那些解释型的高级脚本语言相比，确 是高性能的。事实上， 运行速度随着 译器技术的发展越来越接近于 C+。 言不使用指针，而是引用。并提供了自动的异常处理、废料收集，使得程序员不必为内存管理而担忧。 4. 适应于动态变化 ： 言的设计目标之一是适应于动态变化的环境。 序需要的类能够动态地被载入到运行环境，也可以通过网络来载入所需要的类。这也有利于软件的升级。另外， 的类有一个运行时刻的表示，能进行运行时刻的类型检查。 安全模型是由安全策略（ 访问许可 (保护域 (访问控制检查 (权限操作（ 及类加载和解析（ 部分组成 。 其安全策略的内容和安全机制的实现完全分开，和安全接口分离，为升级和发展提供了最大空间。使策略配置和运行时环境分离，从而减少系统管理的复杂性。访问控制算法和其检查许可语义清晰分离，访问控制许可既能 静态表示也能动态表示，每个 可以定义自己的语义。安全类加载机制和委托机制扩展了 用程序安全覆盖，这就使得对于所以 码，不管它们来自哪里以及状态如何，都采用了统一的安全体系结构和策略 4。 对象技术的全面支持和 台内嵌的 缩短应用系统的开发时间并降低成本。 编译一次，到处可运行的特性使得它能够提供一个随处可用的开放结构和在多平台之间传递信息的低成本方式。特别是 业应用编程接口（ 企业计算及 电子商务应用系统提供了有关技第 2 章 相关技术 10 术和丰富的类库。 它以服务为中心替代以开发为中心，使企业赢得更多用户的支持，并促进 长远发展 5。 程语言应用非常广泛，主要涉及一下方面： 1. 面向对象的所有应用开发包括面向对象综合处理和事件描述等。 2. 设计动态的画面，包括调用图像和图形。 3. 设计交互操作，包括控制流程、定向交互和选择交互等。 4. 软件开发计算过程的可操作化和可视化。 5. 开发企业内部网的软件，可直接面向企业内部用户。 6. 实现 句，连接查询各类数据库。 7. 设计互联网系统管理功能模 块，包括交互操作设计、 页管理和动态设计等 6。 。它是随着 术的兴起，对 C/S 结构的一种变化 、 改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过 览器来实现，极少部分事务逻辑在前端 (现，但是主要事务逻辑在服务器端 (现，形成所谓三层 3构。 B/S 结构最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展性非常容易，只要能上网，再 由系统管理员分配一个用户名和密码，就可以使用了。甚至可以在线申请，通过公司内部的安全认证（如书）后，不需要人的参与，系统可以自动分配给用户一个账号进入系统。B/S 架构在图形的表现能力上以及运行的速度上弱于 C/S 架构。 其 弱点是受程序运行环境限制。以后随着网页语言以及浏览器的进步， B/S 在表现能力上的处理以及运行的速度上会越来越快，它的缺点将会越来越少。在这种结构下，软件应用的业务逻辑完全在应用服务器端实现，用户表现完全在 务器实现，客户端只需要浏览器即可进行业务处理，是一种全新的软件系统构造技术。 这种结构更成为当今应用软件的首选体系结构。 对于 B/S 结构的软件来讲，由于其数据集中存放于总部的数据库服务器，客户端不保存任何业务数据和数据库连接信息 ，所以数据更安全。 B/S 结构软件可以适用于任何网络结构（包括 号入网方式），特别适于宽带不能到达的地方（例如迪信通集团的某些分公司，仅靠电话上网即可正常使用软件系统）。B/S 结构软件可以适用于任何网络结构（包括 号入网方式），特别适于宽带不能到达的地方（例如迪信通集团的某些分公司，仅靠电话上网即可正常使用软件系统）。 B/S 结构软件一般只有初 期一次性投入成本。对于集团来讲，有利于软件项目控制和避免 洞 。 同济大学 硕士学位论文 网络学习平台的设计与实现 11 构 模型 控制器的简称，是目前流行的一种软件设计架构。特点是将用户、逻辑业务、数据层分隔开来。将系统分为三层：模型（ 视图（ 控制器（ 其中模型用来表示应用程序状态和业务逻辑；视图为用户提供可交互的客户界面，向用户显示模型数据信息；控制器用来响应客户的请求，并且根据客户的请求来操纵模型，并把模型的响应结果通过视图展现给用户 。如用户通过视图对 务器发出请求，由控制器接收用户请求，并根据情况调用一个合适的模型来处理请求，完成数据更新后，调用视图的方法将响应的结果展示给客户。视图也可以直接访问模型，查询数据信息，当模型中数据发生变化时，便通知视图刷新界面，显示更新后的数据 7。 主要特点是： 1. 一个模型可能对应多个视图，一个视图可能对应多个模型，减少了代码的维护量，一旦模型发生改变，也易于维护； 2. 由于模型返回的数据不带任何显示格式，因而这些模型也可直接应用于接口的使用； 制器成为了两 者的纽带，它把不同的模型和不同的视图组合在一起完成不同的请求； 时改变其中的一层就能满足应用的改变，一个应用的业务流程或者业务规则的改变只需改动调整 模型层 8。 架技术 意是指在建筑和旧式飞机中起支撑作用的金属架。所以用来命名这种框架技术，是因为软件工程师使用 时候，会给业务应用的每个层次提供相应的支持，以便帮助开发人员在采用 件设计架构开发 用程序时，相对减少系统开发时间。 用来实现 构的通用框架。若想混合使用 优点来构建可扩展的应用， 9。 用提供了现成统一的框架，提高了 发人员的效率。在 架中，模型是由实现业务逻辑的 件构成的，控制器由 实现，视图由一组 件构成，可以说 计模式在 应用。 作流程和 处理过程类似， 收用户请求，然后控制器根据请求的处理对象调用相关的 据用户请求调用相关的业务逻辑组件，处理完成之后，生第 2 章 相关技术 12 成动态网页，返回给用户 7。 架利用 行视图层和控制层之间表单数据的传递，架把从视图层（用户界面）接收到的表单数据保存在 把它传递给控制器层。而控制器层可以对 的数据进行修改。 件使用 签读取修改后的 信息，重新设置单 10。 术 多家公司参与建立的一种动态技术标准。在传统的网页 件（ *加入 序片段（ 记（ ，就构成了 页 （ *。 。 在同一个 面上，用户可以根据自己的不同需求而发送不同的请求，从而可以得到相应不同的处理结果，从而实现了网页的动态和交 互 12。 术对动态页面处理逻辑进行封装，常通过 程语言类的 签和 进行。并借助 关的网页还可以把保持在服务端的资源应用逻辑调用出来。 网页逻辑与网页设计和显示分离，支持可重用的基于组件的设计，使基于 应用程序的开发变得迅速和容易 11。 页的请求时，首先执行其中的程序段，然后将执行结果连同 件中的 码一起返回给客户。插入的 序段可以操作数据库、重新定向网页等，以实现建立动态网页所需要的功能。所有程序操作都在服务器端执行，网络仅传输给用户端所调用的信息，降低了对用户浏览器的要求 ，即使用户浏览器不支持 可以访问 页。 在 发应用中，与数据库的交互是整个开发过程中非常重要的一个部分。 问数据库主要是使用 一套面向对象的应用程序接口，制定了统一访问各类关系数据库的标准接口，为各个数据库厂商提供了标准接口的实现）连接技术来实现。为了解决 据库连接时的效率下降、耗时多的缺陷，提 出在 ，把连接池技术和 合起来使用可极大提高数据库的访问效率 13。 媒体技术 流媒体技术是 将经过编码并压缩处理过的声音、图像等多媒体信息采用六十同济大学 硕士学位论文 网络学习平台的设计与实现 13 数据传输的方式通过网络传播的一种方法，是一种基于时间的连续的 网络媒体 传输 技术。关键在于网络数据传输和客户端播放能够并行，即在播放是无须等待整个文件下载完毕，而是采用数据流边传送边播放的方式。音频、视频、文本、图片等在内的多媒体文件均可采用流媒体技术在网上进行数据传输。 技术特点有： 1. 流媒体采用特殊的压缩方式，并在文件中加入了流信息，数据压缩比率比普通多媒体高，可将动画、音、视频等媒体文件分成一个个压缩包，由服务器向客户端连续、实时传递。 2. 可节省用 户端的缓存及硬盘空间。下载和播放几乎