离散数学网络教学平台建设.docx
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离散数学网络教学平台建设
离散数学网络教学平台建设
摘要
基于J2EE技术的在线教育系统的设计，主要是针对当今高校。
本系统致力于提供以计算机为平台的在线教育培训服务。
具体课程包括高校的基础课程和专业课程等。
本系统的主要功能围绕学生、教师、管理员展开的。
本系统采用浏览器/服务器模式，选用WindowsXP作为服务器端的操作系统，数据库选用Oracle11g,用MyEclipse作为客户端应用程序的开发工具，Web服务器选用Tomcat5.5版本并配合Struts和Hibernate开发架构。
学生可以查看课件和视频、下载课件和播放视频、在线作业，在线留言、以及修改自己的密码。
教师可以上传课件和视频、在线布置作业和评阅作业，在线答疑解惑、查看公告、以及修改自己的密码。
管理员能对后台数据进行更新操作，增加、删除、修改学员信息和教师信息，发布公告,管理考试。
关键词：
Struts,Hibernate，Myeclipse,Apache，Tomcat
DiscreteMathematicsTeachingPlatformforNetwork
ABSTRACT
BasedonJ2EEtechnology,thedesignofonlineeducationsystemMainlyaimedatcollegetoday.Thesystemiscommittedtoprovidingtothecomputerasaplatformforonlineeducationandtrainingservices.Specificcoursesincludebasiccoursesandspecializeduniversitycoursesandsoon.Themainfunctionofthissystemaroundthestudents,teachers,administratorsstarted.
Thissystemusethebrowserandservermode,anduseWindowsXPoperatingsystemasaserver-side,anduseOracle11gdatabase,anduseMyEclipseasaclientapplicationdevelopmenttools.Inthissystem,WebserverversionusedTomcat5.5,anddevelopmentwithStrutsandHibernate.Studentscanviewvideoandcourseware,andoperateonline,andleaveamessageonline,andviewnotices,andmodifytheirownpassword.Teacherscanuploadcoursewaresandvideos,andlayouthomeworkonline,andanswerquestionsonline,andmanagenotices,andmodifytheirownpassword.Managerscanupdatethebackgrounddata.Theycanadd,delete,modifystudentinformationandteacherinformation.Theycanreleasenotices,andmanagerexam.Themanagershavethegreatestoperationalcompetence.
Keywords:
Struts,Hibernate,Myeclipse,Apache,Tomcat
目录
摘要I
ABSTRACTII
1绪论1
1.1本课题研究的背景1
1.2本课题研究的意义1
1.3本论文研究思路和所做的主要工作1
2.系统概述3
2.1提出问题3
2.2现行系统存在问题3
2.3J2EE方案的选择4
2.4系统的业务流图5
3MVC设计模式6
3.1MVC模式结构6
3.2MVC模式的实现7
3.3MVC模式的优缺点7
4可行性研究9
4.1技术可行性9
4.2操作可行性9
5需求分析10
5.1系统目标10
5.2系统功能10
5.3在线教育系统的数据流程图11
5.4数据字典11
5.4.1网络教学平台数据元素卡片12
5.4.2网络教学平台数据存储描述12
6总体设计14
6.1 任务及原理14
6.1.1任务14
6.1.2原理14
6.2系统功能模块15
6.3 接口设计15
6.3.1接口设计重要性和优点15
6.3.1系统接口设计16
6.4代码设计16
6.4.1代码设计原则16
6.4.2系统所需代码设计17
6.5数据库设计17
6.5.1关系数据模型设计17
6.5.2系统具体数据库19
6.6输入输出设计21
6.6.1输入设计21
6.6.2输出设计21
6.7系统安全性设计21
6.8系统运行设计22
6.9出错处理设计25
6.10系统维护设计26
7详细设计27
7.1目标及任务27
7.2模块功能设计27
7.2.1管理员模块的详细设计27
7.2.2教师模块的详细设计28
7.2.3学员模块的详细设计28
8编码30
8.1编码工具的选择30
8.2包结构与变量设计30
9测试设计31
9.1系统测试的基本原则31
9.2测试用例及测试结论32
致谢35
参考文献36
1绪论
1.1本课题研究的背景
随着计算机网络的发展和进步，网络在国内人民心中已经占据很大的比重。
网络的便捷和成就令世人瞩目，短短数年间，中国的网络已经开始的陌生跨入各个行业。
各个高校正积极的利用网络资源进行教学的创新和改革，因此在一个高校建设网络教学平台进行网络教学已经渐渐成为衡量一个高校的标准。
为了使国内的教育事业走进世界领先地位，就必须在教育界中普及网络，以网络为手段进行人才教育培养。
高质量的网络教学平台是中国步入网络教育时代的最关键因素之一。
网络教学成为教育业不可阻挡的必然趋势，中国作为人才聚集的国家，其教育的作用不可替代，而网络教学作为科技教学的结晶，必然要替代以往繁琐的教学模式。
该平台应能够使学生在任何地点任意时刻进行教学视频于资料的观看学习，完成教学作业，甚至可以在线考试；使教师能在任何地点任意时刻进行作业评阅，分享教学资源资料。
这样逐步实现中国国内教育于科技的一体化，节约教育成本，提高教学效果。
1.2本课题研究的意义
伴随着中国教育事业和网络产业的高速发展，社会对人才的质量越来越高。
作为科技与人才的21世纪而言，中国的教育为了能成为世界人才的摇篮而努力改革创新，将教育与网络相结合无疑是教育事业的新里程。
在一个学校里，开发一个优秀的网络教学平台可实现教育的信息化管理，节省大量教育资源，方便学生与教师的交流，提高人才的质量。
网络教学平台与学校的校情相结合是人才培养的改革创新，使中国的教育事业走向全自动化。
系统满足学生与教师的要求和需要，可使学生在网络平台上成才，教师在网络上办公，并满足教学的要求。
此系统若能在全国普及，必将使中国的教育事业一跃千里。
1.3本论文研究思路和所做的主要工作
随着高校将网络教育资源作为一种重要的战略资源，网络教学平台正得到越来越多高校的重视，同时随着Internet/Intranet技术的发展，在线也呈现出一些新的发展趋势。
本文针对目前国内外高校教育的现状加以研究分析，运用J2EE技术，实现基于Web技术的网络教学平台。
主要完成以下几方面的任务:
（a）对现代国内外高校教育的基本理论和基本思想，以及教育资源的一些重要作用、发展趋势等进行深入研究，加强国内高校对网络教学平台系统理论方面的理解，并为网络教学平台的设计和实现建立理论基础。
（b）分析目前国内外在线教育的应用现状，剖析我国高校教育系统在实际应用中存在的一些问题，提出开发网络教学平台要融入到Internet中的思想。
（c）深入探讨基于Web的网络教学平台的体系结构设计、开发方法和实现技术等问题。
并对网络教学平台进行需求分析和数据流程分析。
（d）以后台管理系统为实例进行开发，实现后台管理的一些主要功能，给基于Web的网络教学平台的开发提供了一个好的思路。
2.系统概述
2.1提出问题
随着教育的改革和创新，现在的高校教育倾向于多媒体教学，加强了教育的形象化，学生也更加容易的理解和掌握所授理论知识。
而多媒体教学中的介质为计算机媒质，学生并不能实现对知识的即时掌握，则需要在课后将资源“运送”到自己的计算机上，此过程既费时又费力。
况且教师所持有的教育资源并不能和学生实时共享，教育效果并不突出。
学生的作业依旧采取传统方式，有教师在课堂布置，学生做完后同意收取，再有教师评阅。
此流程复杂，效果不佳。
有没有一种方便的工具将上述繁琐的工作流简化，实现教学的实时性和方便性。
既然在网络上可以应聘工作，可以视频聊天，可以……，那么上面繁琐的工作亦可借助网络实现，本文即借助网络实现教学，本系统即为网络教学平台系统。
2.2现行系统存在问题
网络时代一步步来临，作为国家的基础性建设——教育建设，自然不能落于人后，随着“网络教学概念”的诞生，我们欣喜地看到了教育网络化时代的来临，它衍生自传统纸质教材，却又不局限于传统纸质教材。
所谓网络教育指的是在网络环境下，以现代教育思想和学习理论为指导，充分发挥网络的各种教育功能和丰富的网络教育资源优势，向受教育者和学习者提供一种网络教和学的环境，传递数字化内容，开展以学习者为中心的非面授教育活动。
随着网络的普及，教育网络化终于不再是一句口号，许多学校已经开始实施网络教育化。
有的学校是在利用网络进行同步教学，即将传统的教学形式改变，实质还是一样的。
有的学校虽然搭建了网络教学平台，但还是存在许多的问题。
根据调查结果，存在问题可总结为以下三点：
（a）形式化比较严重：
许多高校投资创建网络教学平台，是为了完毕教学设施，并非为了实现现代教育。
（b）网络教学平台功能不完善：
有的网络教学平台只是实现了资源共享，或者只是实现了在线作业与留言。
（c）不利于扩展：
现行网络教学平台源代码在封装上存在很大问题，为以后需求功能的扩展埋下隐患。
2.3J2EE方案的选择
本系统采用JAVA作为开发语言，J2EE作为开发技术，设计模式为MVC。
J2EE融合了JAVA语言、JSP、JAVA中可重用组建（JavaBeans）、AJAX技术等，因此J2EE也可以说是一种框架，一种规范，以下是J2EE中各个部分的特点介绍。
JAVA是非常新的一种语言（1995年正式发布），具有面向对象、分布式、解释执行、健壮性和安全性、体系结构中立、可移植、多线程、以及动态性等特点。
和其他编程语言相比，它有很多优点。
使用JAVA的优点具体体现在以下几个方面:
（a）灵活性：
JAVA非常灵活，足以支持部署和开发环境中的各种变化。
由于JAVA是在面向对象的基础平台上构建的，因此可以很容易对基本的语言进行扩展和发布。
（b）厂商的广泛支持：
采用JAVA有一个非常引人注目的原因，就是受到了厂商的广泛支持。
JAVA不像其他技术一样只有一个主要的供应商，而是有数百个公司都生产或支持JAVA产品。
Oracle公司是JAVA业界的一个巨头，它继续对客户提供引导，对JAVA应用程序的开发提供产品支持。
这种支持JAVA的公司有很多，因此选择JAVA语言非常牢靠，不会因为选择它作为开发语言而将自己紧紧和一个厂商捆绑在一起。
（c）用户的广泛支持：
JAVA具有很好的用户基础，它们并不局限于一个特定的公司。
在Internet上，有很多资源都可以获得JAVA示例代码。
另外，JAVA程序员还可以使用很多免费软件或共享软件和很多应用程序代码。
（d）平台独立性：
JAVA源代码和运行时文件并不局限于某一个操作系统。
因此，在Windows环境中创建并编译JAVA类文件，无需任何修改就可以将相同的文件部署到UNIX环境中。
JAVA的这种特性，也称为可移植性，这一点对于那些发现自己的业务增长需要一个特定的操作系统、又需要支持原操作系统的企业来说非常重要。
JavaBeans就是Java的可重用组件技术。
ASP通过COM来扩充复杂的功能，如文件上传、发送E-Mail以及将业务处理或复杂计算分离出来成为独立可重复利用的模块。
JSP通过JavaBeans实现了同样的功能扩充。
JavaBeans组件可以用来执行复杂的计算任务，或负责与数据库的交互以及数据提取等。
JSP（JavaServerPages）是用于构建包含动态Web内容（HTML,DHTML,XHTML以及XML等）的应用系统的一种Java技术。
JSP使得进行复杂动态Web页的开发变得简单、灵活而高效。
J2EE架构非常可靠，它将MVC的优点体现的淋漓尽致。
MVC架构是"Model-View-Controller"的缩写，中文翻译为"模型-视图-控制器"。
MVC应用程序总是由这三个部分组成。
Event（事件）导致Controller改变Model或View，或者同时改变两者。
只要Controller改变了Models的数据或者属性，所有依赖的View都会自动更新。
类似的，只要Controller改变了View，View会从潜在的Model中获取数据来刷新自己。
在model中，不会看到view和controller的任何东西，view和controller也类似。
将这三部分在表现上分开，隐藏其中的联系。
使得编程人员的操作方便、快捷，加快开发速度，产品也易于维护。
2.4系统的业务流图
业务流程图是一种描述系统内各单位、人员之间业务关系、作业顺序和管理信息流向的图表，利用它可以帮助分析人员找出业务流程中的不合流理向。
业务流程图表示业务的流向。
本系统的业务流程图如图2-1所示：
图2-1系统业务流图
3MVC设计模式
网络教育平台的开发过程中采用了MVC（Model一View一Controller）设计模式。
MVC是一种目前广泛流行的软件设计模式，它由Xerox公司在80年代末期发表的一系列论文中首先提出的。
MVC作为一种开发模型，通常用于分布式应用系统的设计和分析中，以及用于确定系统各部分间的组织关系。
柳C模式把数据处理、程序输入输出控制以及数据表示分离开来，并且描述了不同部分的对象之间的通信方式，使它们不必卷入彼此的数据模型和方法中，使程序结构变得清晰而灵活。
3.1MVC模式结构
MVC模式包括三个部分:
模型（Model）、视图（View）和控制器（Controller），分别对应于内部数据、数据表示和输入输出控制部分。
模型（Model）：
它采用面向对象的方法，将问题领域中的对象抽象为应用程序对象，在这些抽象的对象中封装了对象的属性和这些对象所隐含的逻辑。
模型的作用包括抽象应用程序的功能，封装程序数据的结构及其操作；向Cnotro11er提供对程序功能的访问；接受View的数据查询请求；当数据有变化时，通知对此数据感兴趣的View。
视图（View）：
视图是模型的外在表现，一个模型可以对应一个或者多个视图，如图形用户界面视图、命令行视图、API视图;或按使用者分类:
新用户视图、熟练用户视图等。
视图具有与外界交互的功能，是应用系统与外界的接口:
一方面它为外界提供输入手段，并触发应用逻辑运行;另一方面，它又将逻辑运行的结果以某种形式显示给外界。
当Model变化时，它作出相应变化，有两种方法:
Push（推）方法，让View在Model处注册，Model在发生变化时向己注册的View发送更新消息;Pull（拉）方法，View在需要获得最新数据时调用Model的方法。
View的作用包括:
对数据的表现部分进行抽象;将数据展现给用户，获得用户输入;将用户输入转发给Controller;当接到来自Model的“数据已更新”通知后，更新显示信息。
控制器（Controller）：
控制器是模型与视图的联系纽带，控制器提取通过视图传输进来的外部信息，并将用户与View的交互转换为基于应用程序行为的标准业务事件，再将标准业务事件解析为Model应执行的动作（包括激活业务逻辑和改变Model的状态）。
同时，模型的更新与修改也将通过控制器来通知视图，从而保持各个视图与模型的一致性。
Controller的作用包括：
抽象用户交互和应用程序语义的映射；将用户输入翻译成应用程序的动作，并转发给Model；根据用户输入和Model对程序动作的输出，选择适当的View来展现数据。
MVC三部分之间的关系：
如同一般的程序结构一样，MVC有输入、处理、输出三个部分:
Controller于输入，Model对应于数据表示和数据处理，View对应于输出。
其中，控制器与平台和操作系统的关系最为密切，View与其部分相关，Model则与平台无关。
MVC模式通常定义一个受限连接集合，用以描述模型、视图与控制器之间的通信，以及数据和控制信息的传递方式与方向。
MVC模式中三个部分之间的通信都按照这个集合的规定进行。
模型、视图与控制器的分离，使得一个模型可以具有多个显示视图。
如果用户通过某个视图的控制器改变了模型的数据，所有其它依赖于这些数据的视图都应反映到这些变化。
因此，无论何时发生了何种数据变化，控制器都会将变化通知所有的视图，导致显示的更新。
这实际上是一种模型的变化一传播机制。
模型、视图、控制器三者之间的关系和各自的主要功能，如下图所示：
图3-1MVC各模块功能图
3.2MVC模式的实现
MVC是Model－View－Controller的简写。
模型（Model）可以使用各种J2EE技术，例如Java类，JavaBean和关系数据库（JDBC）等。
视图（View）没有业务逻辑，主要用于展示用户界面。
通常J2EE程序使用一组JSP文件构成。
控制器用来处理用户请求并使用该请求来操纵模型。
J2EE开发人员通常选在Servlet来实现控制器。
例如：
Struts的控制器就是由ActionServlet来完成。
3.3MVC模式的优缺点
（1）MVC模式的优点
（a）将数据建模、数据显示和用户交互三者分开，使得程序设计的过程更清
晰，提高了可复用程度；
（b）当接口设计完成以后，可以开展并行开发，从而提高了开发效率；
（c）可以很方便地用多个视图来显示多套数据，从而使系统能方便地支持其他新的客户端类型；
（d）模式中各组件的分界线就是很自然的分发接口点，使得应用程序的发布更加容易，并且支持渐进式升级；
（e）各部分的责任划分得很清楚，从而简化了测试工作，维护人员很容易了解程序的结构，便于维护工作的进行；
（f）提高了系统灵活性，因为数据模型、用户交互和数据显示等部分都可以设计为可接插组件;
（g）可以用于分布式开发，只要给Model，View和Controller使用代理（Proxy），就可以封装不同计算机之间的通信。
（2）MVC模式的缺点
（a）增加了系统结构和实现的复杂性。
对于简单的界面，严格遵循MVC，使模型、视图与控制器分离，会增加结构的复杂性，并可能产生过多的更新操作，降低运行效率。
（b）视图与控制器间的过于紧密的连接。
视图与控制器是相互分离，但确实联系紧密的部件，视图没有控制器的存在，其应用是很有限的，反之亦然，这样就妨碍了他们的独立重用。
（c）视图对模型数据的低效率访问。
依据模型操作接口的不同，视图可能需要多次调用才能获得足够的显示数据。
对未变化数据的不必要的频繁访问，也将损害操作性能。
（d）目前，一般高级的界面工具或构造器不支持MVC模式。
改造这些工具以适应MVC需要和建立分离的部件的代价是很高的，从而造成使用MVC的困难。
4可行性研究
4.1技术可行性
本系统的技术可行性从数据库、开发技术和个人技术三方面详述。
（a）数据库可行性分析：
本系统数据库采用Oracle。
Oracle本就是商用的数据库，但其一般针对对象都是大项目。
本系统采用Oracle主要是因为考虑到系统的应用与扩展。
根据在线教育的发展局势，系统的前景比较好，发展也比较快，很快就会深入到每个在校学生。
本系统建立新用户edu，将所有数据存储在此用户下，和Oracle中其他数据不混淆，清晰明了，深为可行。
（b）开发技术可行性：
系统采用技术为J2EE，有2.3章可以看出J2EE技术的优点，系统开发中所涉及到的难点都能应用J2EE技术解决，此技术对本系统具有较好的可行性。
（c）个人技术可行性：
个人经过对J2EE和Oracle半年的培训学习，已经深刻掌握J2EE中MVC开发模式（本系统的核心）和数据库的简单操作。
个人技术已经成熟，能够单独开发本系统。
由以上三方面的分析可以看出，本系统的开发技术成熟，从多种角度考虑，技术是可行的。
4.2操作可行性
在如上技术的支持下，网络教学平台系统亦可顺利的开发完成。
但系统的操作是否可行呢？
是可行的。
本系统提供友好的用户界面和良好的安全性，即使对计算机从没接触的学生，在本系统友好的界面提示下很快可以掌握系统的使用方法，而无因操作失误引起系统出错之虞。
不仅如此，系统还可以提供详细的“用户操作失误提示信息”，为用户的正确操作给以图文并茂的形式加以提示说明。
同时，在开发过程中，我们还可以尽量给用户以方便，考虑到用户需求的实际情况，在输入界面、查询界面等部分添加注释信息，帮助用户尽快掌握本系统的使用方法。
由此看来，本系统在操作上是可行的。
5需求分析
5.1系统目标
随着工Internet不断的发展，现代信息技术向教育领域迅速扩展，教育的方式已不再是传统面对面的书本传授了，办学模式正面临着前所未有的严峻挑战，同时也面临着良好的发展机遇。
在先进的计算机和通信技术的支持下，网络教学平台系统所表现出的勃勃生机正在引发着一场深刻的教育革命，它打破了传统教育的局限，在高等教育、继续教育、在职教育乃至终身教育中将发挥前所未有的作用。
如今提供网络教学的网站已渐渐被人们接受，学生和老师依靠互联网进行在线交流和完成一些以前需要在课堂完成的工作，有利于学生创造能力和信息能力的培养。
开展网络教学，是时代的需要，是学校教学的必然选择，是信息时代最为有效的全民教育和终身教育方式。
系统本身是教育平台，要完成学生在网络上学习的功能，提供给学生友好的操作界面，这是系统的最终目标。
本系统为了体现现代软件设计的高技术水平，严格按照面向对象设计的流程，要实现一下总体目标：
（a）在线教育功能齐全：
完成学生、教师、管理员模块，实现不同用户的不同功能，将功能最优化。
（b）摒弃系统的形式化：
许多高校投资创建在线教育平台，是为了完毕教学设施，本系统从实现上抛却这种观念，从使用者利益出发设计，实现系统，不含形式化色彩。
（c）优化封装，利于扩展：
在许多技术先进的软件公司中，要求只要有三处的代码相似，即必须封装（重构）。
本系统在此理论基础上，良好的实现了封装，大量使用接口，为系统以后扩展打下坚实的基础。
5.2系统功能
本系统主要提供网上的教学平台，教师可以通过该系统发布教案、布置和批改作业、发布公告、答疑解惑和管理试题等。
学生可以通过该系统完成自
升级会员 