基于Web技术的网络教学系统的设计与实现.docx

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基于Web技术的网络教学系统的设计与实现

CONTENTS

摘要

随着网络技术，特别是Internet技术的发展和普及，基于WEB的网络教学己经成为教学的重要方式和发展方向。

网络教学是将计算机和网络通信技术应用到教学领域的产物，这种教学模式完全是通过网络实现的，它既能充分发挥网络在教学中的优势，又能充分体现以学生为主体、教师为主导的教学理念，是构筑知识经济时代人们终身学习的一种新型教育模式，是未来教育发展的一种趋势。

本文在对国内外网络教学现状充分研究的基础上，结合山东电子职业技术学院的实际需求，采用Rational统一过程（RUP）为软件开发方法，以统一建模语言（UML）为分析设计描述语言，以.NET为技术平台架构，设计并实现了一个基于WEB技术的网络教学系统。

本文所实现的网络教学系统，采用B/S体系结构，开发平台采用WindowServer20O3+IIS6.0+ASP.NET，后台数据库采用SQLServer2005，ASP.NET的前端开发工具是VisualStudio2005。

系统主要涉及学生学习、教师教学及管理员管理等功能，是一个具有实用性的网络平台。

在这个平台下，可以充分利用网络资源，使学生方便的进行学习，教师轻松的进行教学及管理。

本文通过分析网络教学系统开发的背景和现状，简要描述了系统需要解决的主要问题；分析了系统的功能需求和非功能性需求；在需求分析的基础上，进行了系统总体设计。

由系统的静态模型类图导出了系统数据库，并对系统中学生、教师、管理员三大主要功能模块的设计进行了详细描述。

论文较详细地讨论了系统的技术实现，提供了系统的部分界面和流程，并详细介绍了系统中主要功能模块的实现。

论文最后对本文所做的开发、设计工作进行了总结，并阐述了进一步的开发、扩展该系统所需的工作。

关键字:

Web；B/S；网络教学系统；UML建模；ASP.NET

ABSTRACT

Withthedevelopmentofnetworktechnology,especiallythedevelopmentanddiffusionofInternettechnology,web-basednetworkteachinghasbecomeanimportantwayofinstructingstudentsandisasignificantstepinanewpedagogicaldirection.NetworkTeachingistheproductofcomputerandnetworkcommunicationtechnologythathasbeenappliedtothefieldofteachingwhereinstructionisachievedremotelythroughanetwork.Itcangivefullplaytotheadvantagesofnetworksinteaching,andalsofullyembodiesthestudent-centered,teacher-ledphilosophy.Thisisanewmodeofeducationintheeraofknowledgeeconomiestoletapersonwholelifelearning.Itisatrendinthedevelopmentoffutureeducationalsystems.

ThispaperhasitsbasisintheextensiveresearchdoneonthestatusquoofnetworkteachinginChinaandothercountries.WehavedesignedandimplementedanetworkteachingsystembasedonwebtechnologytomeettheactualneedsofShandongCollegeofElectronicTechnology.WeusedRationalUnifiedProcess（RUP）softwaredevelopmentmethods,theUnifiedModelingLanguage（UML）fortheanalyticdesigndescriptionlanguage,andtheMicrosoft.NETFrameworkforthetechnologyplatform.Specifically,thenetworkteachingsystemusestheB/SarchitectureandrunsonWindowServer2003,IIS6.0withASP.NET,andSQLServer2005back-enddatabase.TheASP.NETfront-endwasdevelopedinVisualStudio2005.Thissystemisapracticalnetworkplatformmainlyintendedforlearning,teaching,andmanagementfunctions.Withthisplatformwecanmakefulluseofnetworkresourcestofacilitatestudents’learningandteachers’teachingandmanaging.

Thispaperbrieflydescribesthemainproblemsthatneedtobesolvedinthenetworkteachingsystembyanalyzingitsdevelopmentbackgroundandcurrentstatusquo.Italsoanalyzessystemfunctionalrequirementsandnon-functionalrequirementsandprocessesasystematicdesignbasedondemandanalysis.Thedatabaseisexportedtoasystemstaticmodelclassdiagramandgivesadetaileddescriptionofthedesignofthreemajorfunctionalmodules（middleschoolstudents,teachersandadministrators）.Itdiscussesinmoredetailthetechnicalspecificsofthesystemandthemainfunctionsofthesystemmodules,andillustratespartofthesysteminterfaceandprocesses.

Finally,thepapersummarizesthedevelopmentanddesignworkanddiscussestheneedtofurtherdevelopandexpandthesystem.

Keywords:

Web;B/S;Networkteachingsystem;UMLmodeling;ASP.NET

第1章绪论

随着科学技术的进步，尤其是计算机网络的发展，人类将进入信息社会，因此人们的生活方式、工作方式，以及教育方式都将随之改变。

网络与教育的结合，不仅改变了教学方法、教学手段，同时也带来了教学内容、教学观念的更新，彻底改变了人们传统的教育思想、观念，改变了传统的人才培养模式。

末来的教育技术必然将重点放到以信息技术为基础的网络教育技术上。

计算机网络教学作为一种新的教学形式具有重要的意义，并呈现出广阔的发展前景。

1.1网络教学系统概述

网络教学是指利用计算机网络技术与多媒体技术，在网络环境下开展教学的方式。

网络教学不仅可以实现优秀教育资源的共享，而且能够提供灵活、开放、不受时间和区域限制的学习形式，同时还可以让学习者根据自己的需要来安排学习，实现传统教育无法实现的“个性化教育”。

1.1.1网络教学系统的发展及意义

网络教学是现代远程教育的一种表现形式，现代远程教育是从20世纪后半叶逐渐发展起来的一种新型的教育形式，它经历了传统的函授教育和以广播、卫星为媒体传送教学内容的教育形式这两个阶段，发展成如今的现代远程网络教育。

现代远程网络教育是随着当今计算机网络技术和多媒体数字技术的发展，尤其是Internet/Intranet的应用和普及而产生的，它以学习者为主体，以计算机技术、多媒体技术、通信技术和Internet网络等高新技术为主要教学手段和传播媒体，是将图像、文字、动画、音频和视频相结合的一种新型的交互式网络教育方式[1]。

这种教学模式通过计算机网络交互式地实现了远距离、快速度、高质量的教学体系，对整个教育结构产生了重大而深远的影响，是未来教育发展的一种趋势。

教育部《面向二十一世纪教育振兴行动计划》指出，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生学习的主要手段。

充分利用现代信息技术，在原有远程教育的基础上，实施“现代远程教育工程”，可以有效地发挥现有各种教育资源的优势，符合世界教育发展的潮流，是在我国教育资源短缺的条件下办好教育的战略措施，要作为重要的基础设施加大建设力度[2]。

1.1.2网络教学系统的优势

网络教学不同于传统的教学方式，它把教与学从物理空间和时间上相互分离开来。

网络教学的载体是多媒体计算机及网络，因此网络教学结合了二者的特点，具有着传统教学方式所无法比拟的优点:

1.开放性

所谓开放，是指目标开放即学校向学习的对象开放;教育资源即教学课程开放;教育方式即管理的方式开放;教育场所和时间开放。

在网络教学环境中，教师和学生在地理位置上的分离，传统意义上的教室将不复存在，取而代之的是虚拟教室，形成跨地域、跨国界的教学。

学生可根据自己的情况选择合适的时间，以自己喜欢的方式、方法进行学习。

更为重要的是，它将最终促进终身教育环境的形成。

2.灵活性

网络教学的灵活性表现在:

一、能够满足学生个性化的要求，给学生以更大的自主权，学生可以根据自己选择的方式去学习以提高学习效率从而使被动的学习变成主动的接受。

在网络教学环境中，将传统的“以教师为中心”、“以课堂为中心”的教育方式逐步转化为“以学生为中心”、“以自主学习为中心”[3]。

二、网络教学系统覆盖面广、传播手段灵活多样，教育资源和学习不受时空限制，可以随时、随地为学生提供教育服务。

3.交互性

网络教学与传统教学模式相比，一个很重要的特点就是它的交互性。

在教学活动中交互性的活动是很常见的，教师需要了解学生的学习情况，学生需要教师解答一些学习中的疑难问题，在这方面，电视、广播这种单向的教学媒体是无能为力的，而网络教学则可以轻易地做到这一点。

学生可以根据自己的实际情况来选择各种网络教学的课程，通过讨论区学生可以向教师及时反馈学习的效果，教师也可以向学生解答学习难题。

4.教学资源的共享性

网络的一个基本特点就是资源共享。

网络教学模式利用各种网络给学习者提供了丰富的信息，实现了各种教育资源的优化和共享，同时打破了资源的地域和属性特征，充分利用人才、技术、课程、设备等优势资源，以满足学习者自主选择信息的需要。

因此网络教学能够有效地发挥各种现有教育资源的优势，实现资源的合理配置，提高了教育资源使用效率和效益。

1.1.3国内外网络教学系统的发展现状

1.国外网络教学现状

世界上发达国家和地区都高度重视现代网络教育对社会、对教育的影响和作用，重视调整教育的培养目标，制定教育改革方案，采取相应措施，加快推进教育信息化的建设，以全面提高公民特别是青少年的信息素质，培养适应信息化社会的人才，增强国力和国际竞争力，迎接新世纪的挑战。

在国际上，现代网络教育的建设己成为许多国家的政府行为，很多国家都有自己的国家级网络教育中心，如美国教育部和国家教育图书馆（NationalLibraryofEducation）共同资助的GEM（GatewaytoEducationalMaterials）项目，澳大利亚各个州共同建设的澳大利亚教育网（EducationNetworkAustralia）[4]等。

美国作为信息技术高度发达的国家，在现代网络教育方面进行了大量的研究工作，并取得了很多研究成果。

美国于1984年成立了NTU（NationalTechnologicalUniversity），利用网络向全国范围提供大学、研究所的硕士课程。

现在美国网络大学开设的学历、学位课程达到4.9万门，基本覆盖了美国高等学校的所有学科和专业，44％的美国高校向全社会提供网络教育，至少有200万美国人接受网上课程教育[5]。

英国开放大学是国际闻名的大型远程教育大学，学生有二十万人，虽然采用远程教学，但它的教学质量却高居英国最好的十所大学之一，开放大学从1971年开始招生，目前是英国最大的大学，大约英国百分之二十二的部分时间就读的大学生，都在此校注册。

有百分之十三（两万六千名）的学生，从英国以外的地区向该校选课，欧洲是主要学生来源地之一[6]。

瑞典的远程教育相当普及，不仅国家办，议会或商会兴办，就连各党派或社会团体也通过捐款的办法兴办学习小组。

学习内容涉及文化科学、工业技术、商业事务、外语等学科。

学习方法几乎全靠自学，学习手段采用现有的电化教育设施[7]。

此外,在新加坡、日本、韩国等国家，政府也先后大力投资来购置电脑,为学校建立全面的网络、开发软件及教材和教师培训，其目标就是通过计算机、多媒体与网络通信技术的结合实现对所有学科从教学模式、教学内容到教学组织形式的彻底变革，以达到提高学习质量与教学效率的目的。

2.国内网络教学现状

近年来，我国政府也非常重视发展远程教育，对发展远程教育给予了大力支持，建设远程教育所需的教育环境。

以中国教育和科研网（CERNET）为骨干框架，国内的远程教育也正以惊人的速度发展。

从1998年9月教育部批准清华大学、湖南大学、浙江大学、北京邮电大学作为现代远程教育首批试点高校，到现在，国内已有67所大学已经开发了网络教学平台，注册学生近百万，高校网络教育已经形成一定规模。

其中，清华大学是最早开始网络教学实践的学校，1998年，清华大学就开发了网络辅助教学系统进行网络教学；2001年，新版的清华网络学堂投入使用，为全校师生提供了一个交互式的网络教学环境[8]。

同时，清华大学还制作了大量的高水平的网络教学课件。

现在清华大学近半数的课程开展了网络教学。

象清华大学一样，许多高等院校将许多课程的教学都搬到了Internet上，大大降低了教育成本，提高了教学效率。

目前，我国约90%的高校、55%的中等职业学校、38000多所中小学基本建成校园网。

随着我国信息化建设的加快，到2010年，基本形成高等教育、职业教育、基础教育、及继续教育等方面的现代远程教育资源系统和服务体系，为推动我国教育发展，建立学习型社会，构建终身教育体系奠定基础[9]。

1.1.4网络教学系统的发展趋势

随着计算机、网络、多媒体技术的迅速发展，越来越多的新技术应用于我国网络教学的实践中，根据教育专家的研究成果表明，未来的网络教学系统会具有以下几个方面的进步。

系统功能的智能化和人性化。

随着网络技术的不断进步，网格计算、人工智能、神经网络等领域的最新研究成果将应用于网络教学系统中，计算机将不再是生硬的机器，而是更加智能化和人性化的教师。

虚拟现实技术。

它将使教学手段多样化，从而达到明显改善教学效果的目的.用虚拟现实技术来模拟实际教学效果，可以降低教学成本。

海量教学资源库的建设与管理。

它能使得各种不同系统的学习资源相互转化，不同的网络教学系统之间可以共享教学资源库，从而合理利用教学资源。

总之，未来的网络教学系统实现其功能的手段将越来越丰富、越来越人性化，在对新技术应用方面也将越来越合理、高效。

1.2目前网络教学系统中存在的问题

现如今，虽然多数高校都有自已的网络教学系统，但是，通过比较与分析，大多都存在一些问题和不足，这些问题主要体现在以下几个方面:

第一是有关网络教学基础设施方面的问题，我国幅员辽阔，各地区经济和教育的发展极不平衡，尤其是西部地区以及一些经济不发达或欠发达地区中还存在着计算机普及率偏低、甚至还不能建设宽带网，或者网络传输速度太慢，网络教学信息传输的质量差以及稳定性差，上网费用过高等，致使教学双向交互信息严重不对称，严重制约了网络教学的发展。

因此，经济发达地区和欠发达地区之间的“数字鸿沟”使网络教学的推广普及陷入一种矛盾状态[10]：

一方面，我们期望通过网络教学使欠发达地区能有更多的机会接受高等教育，另一方面，又由于欠发达地区的网络基础设施太差，在那里或向那里开展网络教学面临着巨大的困难，从而使网络教学不能真正成为推动高等教育发展的有效工具。

第二是大多数网络教学系统都采用静态呈现技术，即使用超文本标记语言（HTML,HypertextMarkupLanguage）开发的静态页面，其内容基本是教师的讲义、习题甚至是教科书原文，忽略了网上学习环境的建设和学习实践活动的设计。

由于网络课程基本上是由一堆网页靠彼此错综复杂的超链接组成，使用复杂，学习者容易迷失在超链空间中，不能很好的掌握课程知识点，降低了学习效率。

第三是网络教学系统的交互性不够。

由于受教学模式的限制，现在的网络教学系统大都是以单向灌输为主，而不是互动讨论式的学习。

目前大多数网站，互动通常建立在学习者之间以及和教师之间，学习者与学习网站本身之间的互动性明显不足。

第四是从网络教学课件的开发方式来说，网络教学并不是技术越先进越好，而是与教学内容、学生需求、教师能力相匹配的适用技术最好[11]。

而网络课程由于在教学内容、教学目标等方面存在较大差异，开发者往往是任课教师本身，所以通常只重视本课程网络课件的开发，而忽视了其他网络课程（课件），造成网络教学课件的质量不一，风格不一，因此影响了教学效果，降低了教学质量。

第五是网络教学系统缺乏统一的标准或规范。

由于不同的网络教学系统是由不同的网络开发工具所开发，使用的数据库系统和数据结构也各不相同，这就使得不同教学系统之间难以进行数据交换，即便在系统内部，教学内容及教学课件的更新也不是一件很容易的事。

加之现存的操作系统和数据库系统的多样性，跨平台的数据交换就更加困难，这将不利于发挥各网络教学系统的作用，从而不能充分利用和共享网络教学资源。

针对以上分析网络教学系统所存在的各种问题，如果能利用现有网络的软硬件资源，结合WEB的开放式技术，建立一个交互、开放、易用的网络教学系统，同时方便各种用户的使用和交流，这样不但节省人力、物力资源，而且提高了教学质量。

网络技术的飞速发展促进了现代教育技术的发展，诞生了网络教育。

许多高校及高职院校都已经建立起自己的网络教学平台。

部分高校自己独立开发，如大连理工大学、武汉大学等。

部分高校则采用校企合作的方式来建立自己的网络教学平台，如清华大学、华南理工大学等。

在教学支持平台的开发上，大多采用ASP或JSP技术，结合数据库技术和多媒体技术来实现网络教学的管理、学生的学习活动和教师的教学活动。

我校作为一所年轻的高职院校，随着办学规模的不断扩大，校各级领导也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，2004年以来，我校投入千万元左右经费建成了主干带宽1000M，桌面带宽100M的校园网。

光纤己经铺设到教学楼、办公楼和宿舍楼。

目前，校园网运行安全稳定，为网络教学提供了良好的平台支持。

为了开展网络教学，学校从2007年开始，先后进行了多媒体教室的建设，为教师进行多媒体教学提供了良好的环境。

由于没有一个综合性的网络教学管理系统，学校的网络教学受到了很大的制约。

迫切需要一个综合登录控制、课程教学、在线学习、作业管理、实时交流、网上测试、网上答疑等功能的支撑环境，以满足网络教学的需要。

根据国内目前基于Web的网络教学系统的研究现状，结合我校本身网络教学的实际需要，构筑一个综合性的基于Web的网络教学系统是非常迫切和必要的。

1.3本文的主要工作和贡献

本论文以山东电子职业技术学院校园网为运行平台来讨论它的一个子系统—网络教学系统。

本文的主要工作包括:

首先介绍了网络教学系统的发展和意义，网络教学系统的优势；简要介绍国内外网络教学系统的历史和发展现状，并对网络教学发展趋势进行分析研究；认真分析了目前网络教学系统中存在的问题，并提出了设计开发基于Web技术的网络教学系统的重要性。

其次是理论联系实际，通过对其它网络教学系统进行调查、分析和总结，并与用户进行沟通、深入探讨和调研,并采用符合软件工程原理的方法对系统展开需求分析。

采用UML语言作为系统分析和设计的描述方法，以用例为系统功能划分的最小粒度，以用例图及用例描述、类图、时序图、作为主要的分析设计描述方法。

通过详细的需求调研与分析，做出切实可行的需求调研报告以及功能性和非功能性需求规格说明书。

然后是完成整个系统体系结构的总体设计，通过分析对比软件体系结构发展过程中的几大主流风格体系的优势与不足，最终确定本系统采用B/S体系结构。

最后采用分布式开发等技术手段设计并实现了整个教学系统中的B/S应用子系统。

1.4本文的组织结构

全文共分六章，具体安排如下：

第1章绪论，主要介绍了网络教学系统的发展和意义，网络教学系统的优势，国内外网络教学系统发展现状，网络教学的发展趋势；认真分析了目前网络教学系统中存在的问题，并提出了设计开发基于Web技术的网络教学系统的必要性。

第2章介绍了网络教学系统所使用的相关技术。

第3章是系统开发中的需求分析。

首先进行了网络教学系统的整体概述。

其次描述了该系统的系统目标和解决的问题。

最后对需求分析按照功能需求和非功能需求两个类别进行描述。

第4章是系统设计，包括:

系统体系结构的确定，后台数据库的设计，主要功能模块的设计、以及系统主界面的设计。

第5章是系统的实现，系统中主要功能模块：

系统登录/注册、课程教学模块、在线学习模块、以及网上答疑模块的实现。

第6章是总结与展望。

对本文所做的开发、设计工作进行了总结，并阐述了进一步的开发、扩展该系统所需的工作。

第2章网络教学系统所使用的相关技术

2.1MICROSOFT.NET简介

微软己经将Microsoft.NET作为新一代的平台标准。

并且Microsoft.NET平台己经成为业界公认的开发平台。

.NET开发平台简化了在高度分布式Internet环境中的应用系统开发，能够更容易地创建Web应用程序。

同时，也为创建稳定、可靠而又安全的Windows桌面应用程序，提供了更多的支持[12]。

.NET的核心是.NETFramework（.NET架构）[13]，.NETFramework是支持生成和运行下一代应用程序和XMLWebServices的内部Windows组件。

.NETFramework旨在实现下列目标:

1．提供一个一致的面向对象的编