在线交互学习系统-工学学士.doc

摘要 随着现代信息技术的迅猛发展，网络技术在教育中的应用日益广泛和深入，特别是Internet与校园网的接轨，为各大中小学教育提供了丰富的资源，使在线学习真正成为现实，同时也为各大中小学教育开辟了广阔的前景。利用网络进行远程教育已经成为了教育发展的一个方向，基于网络的教学相对于传统的教学而言，一方面师生可以突破时空的界限，大大的节省了教育资源，而且师生间可以实现互动，反馈和交流都比传统的广播电视教学方便，有效率，另一方面，丰富的网络教学、学习资源给师生提供了有利的学习支持，因此，有着广阔的应用前景。本系统基于C/S架构和VS2005平台，采用C#技术和Microsoft SQL Server 2005数据库技术进行开发。主要实现问题发布、成果汇报、在线交流等等。关键词: 在线交互学习系统；在线学习；发布；交流Abstract With the rapid development of modern information technology, network technology application in education is increasingly wide and deep, especially the Internet and campus network standards for each big primary and secondary school education, provide abundant resources, make online learning really become reality, but also for each big primary and secondary school education opened up broad prospects. Using the network education has become a remote education development of a direction, based on the network teaching compared with traditional teaching speaking, on the one hand, teachers and students may break spatio-temporal bounds, greatly saves education resources, and interaction between teachers and students can realize, feedback and communication than traditional radio and television teaching convenient, efficient, on the other hand, rich network teaching, learning resources to provide the good teachers and students learning support, therefore, have broad application prospects. This system based on C/S structure and VS2005 platform, using C # technology and Microsoft SQL Server database technology developed in 2005. Main realization release, achievement report, online communication, etc.Key words：Online interactive learning system; Online learning; Release; exchange1. 绪论1.1在线交互学习系统的现状和意义随着现代信息技术的迅猛发展，网络技术在教育中的应用日益广泛和深入，特别是Internet与校园网的接轨，为各大中小学教育提供了丰富的资源，使在线学习真正成为现实，同时也为各大中小学教育开辟了广阔的前景。陈至立部长在全国信息技术教育工作会议上指出：在全国中小学基本普及信息技术教育，全面实施“校校通”工程，以信息化带动教育的现代化，努力实现基础教育跨越式的发展。远程教育自19世纪在英国诞生以来,已经历了三个阶段：第一阶段以文字、印刷教材为主要传播媒体，以邮政作为主要传播手段(如函授教育)；第二阶段以广播、电视、电话等为主并辅以文字教材的多种媒体组合，以广播电视作为主要传播手段(如电视大学)；第三阶段以计算机多媒体和网络作为主要技术手段、以数字化信息作为主要传播媒体，以因特网作为主要传播手段(如网络学校),真正实现了“师生双向通信交流”。前两个阶段的远程教育对教育的普及与发展曾起到了相当大的作用,但由于缺乏适当的通信手段,学生与教师的交流基本上是单向的，反馈也是滞后的。我国教育部将远程教育的第三阶段称之为现代远程教育。网络远程教育可以有效地发挥远程教育的特点，是一种相对于面授教育、师生分离、非面对面组织的教学活动，它是一种跨学校、跨地区的教育体制和教学模式3，它的特点是：学生与教师分离；采用特定的传输系统和传播媒体进行教学；信息的传输方式多种多样；学习的场所和形式灵活多变。与面授教育相比，远距离教育的优势在于它可以突破时空的限制；提供更多的学习机会；扩大教学规模；提高教学质量；降低教学的成本。基于远程教育的特点和优势，许多有识之士已经认识到发展远程教育的重要意义和广阔前景13。1.2本系统研究内容本课题的主要任务是设计并实现一个小型的在线交互学习系统，使之能够为教师的教学和学生的学习带来方便：教师课题在系统中发布新的课题，包括课题名称，教师名称，小组组长，还有课题具体的一些内容，学生可以阅读到这些内容，了解课题的学习目标。教师还可以根据课题的每部分具体内容发布出相应的问题，学生收到问题后通过进行自学、交流等方式进行探索，并在得到结论后可以通过系统将结果反馈给老师。系统还会有一个在线交流平台供大家学习交流使用，聊天窗口会定时更新。相关要求如下：1. 符合教学管理规定，满足网上教学的需要，界面美观，操作直观、方便。2. 相关数据库（表）的设计，满足3NF，具有数据库维护功能。3. 系统应具备一定的安全性。4. 采用模块化程序设计方案，完成系统的总体规划、分析、设计、实施、运行与维护，并进行系统的开发总结。 5. 完成系统的集成测试和调试，运行正常提交原程序，并按要求完成毕业设计说明书的撰写。2. 在线交互学习系统需求分析2.1 需求概述根据对教学过程的实际调查了解，在整个教学过程中，主要涉及到教师的教学和学生的学习两个方面，对老师而言，他可以发布问题、阅读学生讨论成果和跟同学进行在线交流。学生可以根据自己的需要完成自学、与老师和其他同学讨论、向老师回报讨论结果等功能。在整个系统中通过学习计划的有效管理，教师方便准确下达学习任务，学生对知识进行全面的巩固、温习；而通过在线交流，教师能了解学生对知识的掌握情况，并能帮助学生答疑解惑；利用问题发布系统，学生可以了解最新的学习目标等；各系统功能分开，但又相互关联，而数据完全共享，教师根据自己的职责范围，运用相应的系统完成日常教学工作，学生进行知识的学习，达到了师生互动的效果。2.2 系统开发目标一、功能目标基于上述对系统开发背景的描述和对系统需求的描述，在线学习管理系统的设计应达到以下的目标：(1)学生在不同的地理位置上也能与教师进行交流，打破了传统的面对面教育的局限性。(2)学生可以根据自己的兴趣或学习情况掌握学习进度，自主学习。远程教学不受时间和地点的限制，可实现持续教育和终生教育。二、其它目标实用性：要为网上教学提供方便。操作简单：本系统应该适用于不同水平的使用者，包括教师和学生，同时系统不应太复杂和烦琐，因此要求系统的操作尽可能简单易行。2.3 功能需求在本次设计中，主要涉及到两种类型用户对该系统的使用，即学生、组长和教师。这三种用户根据不同的用户姓名和密码登陆。通过登陆，学生、组长和教师将获得不同的权限：课题发布：学生在课题发布界面可以查看目前正在进行的课题名称；教师则可以通过课题发布界面发布新的课题和任命课题组长。问题发布：学生和组长可以在问题发布界面查看当前教师布置下来的问题内容；教师可以通过问题发布界面发布新的问题以及查看学生组长汇报的问题讨论结果。成果汇报：学生可以在成果汇报界面查看组长对相应问题的成果汇报内容；组长可以在该界面将学生的讨论结果汇报给教师；教师可以在该界面查看学生组长的成果汇报内容。在线交流：学生、教师、组长均在该界面进行课题的学习、交流。2.4 性能需求（1）网络环境下的多用户系统。信息主要存储在服务器端的数据库中，由各用户在规定的权限下在各自的客户端上录入、修改、删除相关的内容，各用户还可进行查询、调用，达到信息共享。（2）数据的完整性和准确性。录入数据采用表格方式，限制录入数据类型及取值范围以保证数据的完整性及准确性。系统应具有部分反悔修改功能，系统备有的修改功能均可反悔。（3）数据安全性。本系统采用二级安全保障。第一级：依赖于网络本身对用户使用权限的规定。在网络中，通过各项协议，使得用户权限已经有了限制，包括页面浏览、数据发送等一系列规则的限定，使得位于网络的信息内容有了天然的第一级保障。第二级：在程序模块中通过使用密码控制功能对用户使用权限加以限制。2.5 开发模式的选择 系统架构的选择，对系统的开发来说是至关重要的，因此，选择一个正确、合适的软件架构是十分必要。这次我选择的系统构架是B/S构架，它具有如下优点：实用性强：为网上教学提供方便。 操作简单：本系统应该适用于不同水平的使用者，包括教师和学生，同时系统不应太复杂和烦琐，因此要求系统的操作尽可能简单易行。 技术成熟：随着网络技术、数据库技术的不断完善，使稳定安全实用的B/S模式成为可能。 下面简单介绍下B/S系统构架：B/S是Brower/Server的缩写，客户机上只要安装一个浏览器（Browser），如Internet Explorer，服务器安装Oracle，Sybase, Informix或SQL Server等数据库。浏览器通过Web Server同数据库进行数据交互。B/S结构原理如图2.1所示，多数页面都是通过脚本程序直接访问数据库和文件系统，有部分程序通过组件（上传组件）访问数据库和文件系统。上传组件页面页面数据库文件系统图2-1 B/S结构系统工作原理图在线交互学习系统的设计主要是使用Web浏览器风格的界面来进行数据检索和更新，作为当前流行的Web发展趋势，浏览器界面作为这个系统所有用户熟悉和友好访问的所有类型数据的界面，系统应该为用户提供一个公共的外部接口。在线交互学习系统的设计在于所有用户把这个系统看作一系列相互连接的网页，可以从任何一台连接在Internet上的计算机用浏览器进行访问。用户通过选择链接或在基于Web的表单上输入信息与Web浏览器进行交互。这个信息通过Internet传送到Web服务器，Web服务器识别出外部数据的请求，并且把请求传递给在Web服务器上的应用程序代理，这个代理的任务是把数据请求映射到对服务器的应用程序查询。应用服务器为请求提供服务，然后代理把返回的信息转变为一个网页，这个网页被传送到Web服务器以显示给最终用户。由于B/S构架管理软件只安装在服务器端上，网络管理人员只需要管理服务器，用户界面在服务器端完全通过WWW浏览器实现，极少部分事务逻辑在前端实现，所有的客户端只有浏览器，网络管理人员只需要做硬件维护。3.在线交互学习系统的设计3.1 系统总体结构设计本课题设计的在线交互学习系统是利用Asp和Access技术来构建一个基于因特网的动态交互式教学信息化平台，该系统可以在Windows2000/XP局域网或Internet上使用。在总体结构上是趋于采用3层B/S结构，各类教学资源在服务器一端，采取中心数据库Access统一存放和组织，学生在客户机一端，无须任何配置工作，只须使用浏览器向Web服务器代理提出请求，服务代理通过中间组件与数据库链接，把请求服务的教学内容以Web页面形式通过浏览器反馈给学生。系统由四个子模块组成：密码修改模块、课题发布模块、问题发布及汇报模块、在线交流模块。3.2 功能模块设计3.2.1 课题发布模块.这个模块主要是提供给教师发布课题和学生了解课题，为静态内容。系统按各个课题分别进行存放，并提供相应的链接。学生和教师登陆后都可以使用这一模块，教师可以在该模块发布新的课题，修改已有课题，任命课题组长；学生可以通过该模块查看现有课题的内容。3.2.2 密码修改模块教师和学生可以通过这一模块修改自己的密码，保护自己的账号安全。3.2.3 问题发布及成果汇报模块这个模块同时包含了教师发布问题和组长汇报成果两项功能，教师通过这一模块可以发布出新的问题，修改现有的问题，查看学生组长的汇报成果；学生组长可以通过这一模块汇报学生学习讨论所得到的相应答案；普通学生则可以查看到教师发布的问题内容和组长汇报的内容。3.2.4 在线交流网络课程的学习不同于一般的单机课件的学习，主要的一点在于学习环境的不同，它为学习者的学习交流、协作创造了条件，这是网络学习的一个优势。在线交流主要是学生呵学生、教师和学生进行交流学习，就知识本身或相关话题的讨论。教师善于在线交流区中发现学习者目前的问题和学习者思想的火花，以便及时收集、解决和整理。一方面可以提高学习的积极性，提高讨论的有效性，也可以减少师生之间情感的距离。3.3 系统后台数据库设计3.3.1 数据库设计概述数据库系统的出现使信息系统从以加工数据的程序为中心转向围绕共享的数据库为中心的新阶段。这样既便于数据的集中管理，又有利于应用程序的研制和维护，提高了数据的利用性和相容性，提高了决策的可靠性。目前，数据库已经成为现代信息系统不可分割的重要组成部分。数据库技术也是计算机领域中发展最快的技术之一。数据库设计是把现实世界的实体模型与需求转换成数据库的模型的过程，它是建立数据库应用系统的核心问题。数据库及其应用的性能都建立在良好的数据库设计的基础之上，数据库的数据是一切操作的基础，如果数据库设计不好，那么其它一切用于提高数据库性能的方法收效都是有限的。数据库设计的关键是如何使设计的数据库能合理地存储用户的数据，方便用户进行数据处理。设计数据库必须遵循一定的规则，在关系型数据库中，这种规则就是范式，范式是符合某一种级别的关系模式的集合。一般我们设计数据库遵循第三范式。即：数据库表中不包含已在其他表中包含的非主关键字信息。采用范式减少了数据冗余，节约了存储空间，同时加快了增、删、改的速度。3.3.2 概念结构设计概念结构设计是数据库设计的核心。概念结构独立于数据库的逻辑结构，也独立于所使用的具体的数据库管理系统。概念模型（E-R模型）的组成元素有：实体、属性、联系，E-R模型用E-R图表示。实体是用户工作环境中所涉及的事务，属性是对实体特征的描述。(1)模型中的实体相当于一个实体集、一个表。实体用矩形框表示，实体名称标注在矩形框内。用菱形表示实体间的联系，菱形框内写上联系名，用无向边把菱形分别与有关实体相连接，在无向边旁标上联系的类型。(2)属性是实体的性质。用椭圆框表示，与实体之间用一条线相连，表的主码是关键属性，关键属性项加下划线。(3)各子系统模块中主键相同的字段之间存在着相互关联的关系。(4)在程序中实现对他们的完整性和一致性控制。该系统E-R图如下所示用户名称ID用户密码用户用户身份课题内容课题名称教师名称课题组长名称ID图3-1 用户实体图问题内容问题名称教师名称问题学生汇报ID图3-2 课题实体图教师课题学生发布浏览查看回答发布t问题N图3-3 问题实体图图3-4 实体联系图3.3.3 物理结构设计数据库在物理设备上的存储结构与存取方法称为数据库的物理结构，它依赖于给定的计算机系统。为一个给定的逻辑数据模型选取一个最符合应用要求的物理结构的过程，就是数据库物理结构设计。该系统数据表如下所示。（1） 用户表allusers表3-1 用户表字段名称数据类型（字段大小）默认值说明username文本（50）无用户名字pwd文本（50）无用户密码cx文本（50）无用户身份Id（主键）自动编号（长整型）无（2）课题表problem表3-2 课题表字段名称数据类型（字段大小）默认值说明problemname文本（50）无课题名称teachername文本（50）无教师名字supervisor文本（50）无组长名字problemcontent文本（254）无课题内容Id（主键）自动编号（长整型）无(3)问题表question表3-3 问题表字段名称数据类型（字段大小）默认值说明questionname文本（50）无问题名称teachername文本（50）无教师名字questionontent文本（254）无问题内容answer文本（254）无学生汇报内容Id（主键）自动编号（长整型）无4. 在线交互学习系统的实现4.1 开发工具选择本系统前台数据库采用Microsoft SQL Server 2005，该数据库系统在安全性、准确性、运行速度方面有绝对的优势，并且处理数据量大、效率高；后台选择以.NET平台作为开发平台，以C#作为开发语言，采用Visual Studio 2005作为主要的开发工具，可与SQL Server 2005数据库无缝连接。4.1.1 Visual Studio.NET平台简介Visual Studio .NET 是一套完整的开发工具，用于生成 ASP Web 应用程序、XML Web services、桌面应用程序和移动应用程序。Visual Basic .NET、Visual C+ .NET、Visual C# .NET 和 Visual J# .NET 全都使用相同的集成开发环境 (IDE)，该环境允许它们共享工具并有助于创建混合语言解决方案。另外，这些语言利用了 .NET Framework 的功能，此框架提供对简化 ASP Web 应用程序和 XML Web services 开发的关键技术的访问。4.1.2 C#语言简介C#编程语言是由微软公司的Anders Hejlsberg和 Scott Willamette领导的开发小组专门为.NET平台设计的语言，它可以使程序员移植到.NET上。这种移植对于广大的程序员来说是比较容易的，因为 C#从C，C+和Java发展而来，它采用了这三种语言最优秀的特点，并加入了它自己的特性。C#是事件的驱动的，完全面向对象的可视化编程语言，我们 可以使用集成开发环境来编写C#程序。使用IDE，程序员可以方便的建立，运行，测试和调试C#程序，这就将开发一个可用程序的时间减少到不用IDE开发 时所用时间的一小部分。使用IDE迅速建立一个应用程序的过程称为快速反映开发。4.1.3 SQL Server 2005简介SQL Server 2005 中包含了非常丰富的新特性：通过提供一个更安全、可靠和高效的数据管理平台，增强企业组织中用户的管理能力，大幅提升IT管理效率并降低运维风险和成本； 通过提供先进的商业智能平台满足众多客户对业务的实时统计分析、监控预测等多种复杂管理需求，推动企业管理信息化建设和业务发展；同时，SQL Server 2005将提供一个极具扩展性和灵活性的开发平台，不断拓展您的应用空间，实现Internet数据业务互联，为您带来新的商业应用机遇。由于大大减少了应用程序宕机时间，提高了系统的可伸缩性和性能，并加以更严格的安全控制，SQL Server 2005在支持现实中最苛刻的企业级系统要求的道路上，迈出了极大的一步。SQL Server是微软服务器家族中重要的一部分，通过微软服务器系列产品共有的Engineering strategy所实现的增强的管理性和集成性，客户可以有效降低总体拥有成本并从更快的开发部署时间中受益。4.2各功能模块的实现4.2.1 登录模块登录模块是系统的第一个模块，它要实现用户登录功能，同时为了区分不同用户的权限，在验证了用户名和密码后，登录模块还需要进行身份比对，将教师、组长、学生转入不同的页面，以此来区分他们之间的权限，具体方式如下：当用户输入用户名和密码，点击登录按钮后，程序通过数据库先对用户名、密码进行验证，验证不成功则提示“用户名或密码错误”，若验证成功，再通过数据库查询用户身份，将用户转入与其权限相对应的页面，实现代码如下：sql = select * from allusers where username= + TextBox2.Text.ToString().Trim() + and pwd= + TextBox1.Text.ToString().Trim() + ;该代码实现从数据库中比对用户名和密码。if (Sessionrole.ToString() = 教师) Response.Redirect(manage1.aspx);if (Sessionrole.ToString() = 组长) Response.Redirect(manage2.aspx);if (Sessionrole.ToString() = 学生) Response.Redirect(manage3.aspx);该段代码实现将不同身份的用户转入不同页面4.2.2 密码修改模块用户登录后可以进入密码修改模块进行密码修改，在密码界面中输入两次新密码，点击按钮后，首先进行两次密码的比对，若不一致，则提示“两次密码不一致”，若一致，则程序将该用户的新密码写入数据库。sql = update allusers set pwd= + this.TextBox2.Text + where username= + Sessionusername.ToString() + ;以上代码实现新密码的写入功能。4.2.3 课题发布模块教师可以通过该模块发布新的课题，若是以学生或者组长身份登录则只能查看已有课题的内容。教师填写完课程信息后，点击按钮，程序将信息存入数据库；学生和教师查看课程时，则从数据库中提取出相应信息并以表格的方式显示出来。sql = insert into 课题管理(课程名称,教师,组长,课程内容) values( + this.TextBox1.Text.Trim() + , + this.TextBox2.Text + , + this.DropDownList1.Text + , + this.TextBox4.Text + )以上代码实现课题管理的录入功能。4.3.4 问题发布及成果汇报模块教师可以在该模块发布新的问题，组长可以在该模块进行成果汇报，学生可以查看已有问题的信息内容。通过使其进入不同的页面，达到教师只能发布新问题和查看成果汇报内容，而不能直接修改成果汇报内容；组长则可以进行汇报但不能发布新的问题和修改已有问题；学生只能查看的效果。在发布新问题界面教师可以设置组长，设置后会将相应的学生身份改为组长，在修改组长或者删除课题后，原组长的身份将被还原为学生。result = new Class1().hsgexucute(sql);sql = update allusers set cx=组长 where username= + this.DropDownList1.Text + ;result = new Class1().hsgexucute(sql);sql = update allusers set cx=学生 where username= + Request.FormTextBox5 + ;以上代码实现组长修改后，老组长和新组长身份变更。4.3.5 在线交流模块学生和教师均可在登录后进入该模块，该模块用于学生、教师间的学习交流，用户输入发言内容后点击发送按钮，将发言内容出去，利用每隔1秒自动刷新一次页面的方式，使聊天面板定时更新，达到实时交流的效果。string message1 = Applicationmessage.ToString() + Convert.ToString(Sessionrole)+ + Convert.ToString(Sessionusername) + 说： + talk + ;Application.Lock();Applicationmessage = message1;Application.UnLock();以上段代码实现内容发送功能。以上代码实现定时刷新功能5. 系统运行与测试5.1登录模块测试测试方式：分别以教师账号“张三”；组长账号“张小花”；学生账号“张一”登录系统。测试结果：均成功登录，并且在系统左上方显示出用户身份和名称，系统左边显示出与身份对应的功能列表，如下图： 图5.1 登录模块测试5.2修改密码模块测试测试方式：以教师账号“张三”登录系统，使用修改密码功能将密码修改为888，然后退出系统，使用密码888登录。测试结果：使用新密码“888”成功登录系统，退出后使用旧密码“111”，提示“对不起，用户名或密码不正确”，测试成功。5.3课程管理模块测试测试方式：以教师账号“张三”登录系统，进入课程管理界面，发布新课题，课程题目为“C#.NET”，组长设为“李二”，课程内容填入“学习使用C#.NET编写网络程序”，之后分别用教师、组长、学生身份登录，查看该页面，然后再登入“李二”账号，查看身份是否变为组长。测试结果： 教师、组长、学生均可从课程管理模块查看到新发布的课题以及相关信息，“李二”账号身份变为组长，如下图：图5.2 课程管理模块测试5.4问题发布及成果汇报模块测试测试方式：以教师账号“张三”登录系统，进入问题管理界面，发布新问题，问题题目“脑筋急转弯”问题内容“一头公牛加一