网络教学辅助系统的设计与实现.docx

1、网络教学辅助系统的设计与实现网络教学辅助系统的设计与实现 摘要：在这个新知识不断膨胀的信息时代，急切需要人们，尤其是教育系统找到一种新的分析、处理和运用知识信息的教学手段和学习方法。本文从实际教学角度出发，首先分析了网络教学的发展前景，继而设计并实现了基于Web的网络教学辅助系统。 关键词：Web平台；网络教学；C/S结构引言计算机技术的迅猛发展和网络技术的广泛应用，不仅改变了人们的生活、工作和娱乐方式，而且还改变了人们对教学的传统看法以及教育与受教育方式。尤其是网络技术与教育相结合产生的新型网络教学辅助系统，将会彻底改变以往的教学思维、观念、方式与方法以及传统的人才培养模式。目前，在世界范围

2、内，网络教学（web-based education，简称WEB）正经历深刻变化。新的教学方式突破了传统教学的时空界限，改变了人们在传统教学中的被动地位，让人们充分享受到自由获取知识的乐趣。具体说来，网络教育的独特作用表现在：(1)实现了教育资源共享。教育资源是一国教育之根本，它不仅与国家的经济水平、社会和教育体制、历史传统、文化积淀等密切相关，而且还与政府和国民对教育的重视程度也息息相关；(2)为个性化学习创造了条件。网上教育资源是一个海量的知识库，它包含教育新闻、科研论文、教学教材、教学课件、教学招生、教学软件等各个方面，这些丰富的网络教学资源为学生的个性化学习创造了条件；(3)有助于实现

3、交互式学习。传统的教学方式中交互式学习往往停留在理想层面，难以实现，而网络教学利用互联网将文字、数据、图表、声音和影像等其他多媒体形式，通过先进技术有机地融合在一起，从而为交互式学习创造虚拟的现实环境；(4)有利于促进教育社会化和学习社会化。传统教育的培养模式已经无法满足现代社会对人才培养的素质、能力需求，人们必须转变认识，从一次性的学校学习转向终身的社会学习。由此可见，网络教学突破传统学校教学模式的时空束缚，并与广播电视教学、网络教学、多媒体教学共同构成多元化教育体系的发展趋势是现代教育技术改革和发展的方向。1、系统设计思想 基于Web的网络教学辅助系统建立的目的就是充分利用Web技术的开放

4、性和交互式功能，为网络教学提供一种良好的交互式和开放性的学习环境，为开发利用网络教学资源提供一种高效的技术手段。网络教学系统的开发与设计要符合一定的原则和要求，要在坚持教学内容与技术手段相结合的基础上，充分利用现行先进网络技术，并对网络教学技术的发展趋势做适当考虑，以保证所设计的系统能够满足不同水平用户群的通用性要求和少投入、高效益的经济性要求。现在通用的网络教学系统，一般是以局域网为基础组建的Web教学网站，出现在教学站点上的教学内容也是Web页面形式，用户通过访问站点中的课件来实现网上教学。基于Web的网络教学辅助系统采用三层C/S结构，将组织好的各类教学资源按统一要求存放在中心数据库服务

5、器，用户只须在客户端使用浏览器向Web服务器提出访问申请，经服务器审核后，通过中间控件与后台数据库链接把申请访问的教学内容通过浏览器以Web页面形式呈现给用户，最终完成双向通信服务的远程教学任务。2、系统设计关键技术2.1 基于三层C/S结构的Web通信技术基于三层C/S结构的Web通信技术是解决网络教学辅助系统中网络流量大、客户端肥大、数据更新速度快和系统连接问题的关键所在。三层C/S结构的网络教学辅助系统分为客户、应用服务器和数据库服务器三部分，其结构示意图如图1所示： 图1 三层C/S结构示意图 三层C/S结构的网络教学辅助系统只为客户提供用来显示信息和收集数据的可视化接口，并且只与应用

6、服务器产生关联。应用服务器是连接客户与数据库服务器的纽带，它对系统中显示的信息和收集的数据进行逻辑判断，并对用户发送的请求产生响应，以此完成用户的需求服务。数据库服务器的作用在于实现数据的规则定义、数据更新与维护、用户访问以及数据管理，并响应应用服务器的访问请求。此外，三层C/S结构的网络教学辅助系统的优势还表现在：1)数据安全性高。客户对数据库服务器的访问必须通过应用服务器来实现，而应用服务器通过对数据读写方式进行控制以及对读写权限进行分层设定来实现对访问的审查。在三层C/S结构中，由于各数据库分别采用了独立的安全设置，所以即使外部的入侵突破了客户端的安全防线，系统仍然可以阻止外部入侵进入系

7、统的其他部分。2)运行负荷低。三层C/S结构中，客户和应用服务器之间的通信形式比较简单，实际上只是一些并不复杂的通信协议，而客户和数据库服务器关联时所需要的设置或驱动程序，均由应用服务器来承担，这种运行模式既减轻了客户端的负担，也减轻了数据库服务器的负担，使数据库服务器只须专门提供数据服务而不用频繁地与客户端的应用程序进行交流。3)易于维护。三层C/S结构的网络教学辅助系统中，应用逻辑被封装到了应用服务器中。因此，当应用逻辑改变时，仅需对应用服务器中的程序进行修改，而不必对客户端的应用程序进行更新，从而大大减轻了维护工作量。4）硬件系统构成灵活。三层C/S结构的网络教学辅助系统中的硬件系统在逻

8、辑上互不影响、各自独立，并且能单独实现某种程序访问，具有灵活的硬件系统构成。三层构件只要它们在体系上遵循三层C/S结构就可以了，而不必局限于计算机的数量。5）共享性。应用服务器上的教学资源是可以共享的，也是可以为处于不同位置的客户应用程序提供服务的。6）开放性。三层C/S结构的网络教学辅助系统是一个开放的系统，其应用服务器的每个组件都有标准的接口，用户可以通过这些接口重新编写自己的客户端程序和浏览器程序。2.2 多媒体技术基于Web的网络教学辅助系统的一项重要内容就是实现在线课程学习，主要是教师将知识点、重点和难点以图片、视频和音乐等多媒体形式传授给受教育者。多媒体课件是一种全方位地体现课程内

9、容的教学方式，一般分为自学型和示教型。自学型可以辅助其他教学手段，以满足使用者的需求，该类型主要面向自学群体，具有功能全面、控制种类多等优点。示教型主要用于面向学生群体的教学，该类型与课堂教学存在紧密的联系和互动。网络教学辅助系统中由于多媒体技术的引入，使得课件的表现形式和承载的信息量发生了重大变化。其重要特征是：教与学的交互性进一步完善，操作方式也更加简单，人为出错的概率大大降低。受教育者可自由选择学习的内容和方式，并可检测学习的效果。2.3 流媒体技术流媒体技术实现了网络教学视频、音频、数据资料的在线阅读。现阶段，在网络上传输音频与视频等多媒体信息的方式主要有两种：下载和流式媒体技术（简称

10、流媒体）。采用下载观看视频或音频，用户必须将整个文件复制到自己的计算机中才能播放，这样既耗费时间又占据大量磁盘空间，并且其他网络功能可能会因网络宽带下载时的低效利用而减慢或被中断。采用流媒体技术可以把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户可以边下载边观看。因此，网络教学辅助系统中流媒体技术的引入，可以让受教育者更加便捷地阅读所需信息，极大地提高教学的效率。2.4 系统的安全技术网络教学辅助系统中，不同用户访问数据库的权力也不同，不同权利用户登录系统后，显示的功能模块也不同。因此，网络教学辅助系统的安全性问题除了硬件安全、通信安全、操作系统的安全以外，还要考虑数据库系统的安全。

11、提高网络教学辅助系统的安全主要采用用户身份验证的方法，该方法主要有两种：独立于操作系统的数据库身份验证和集成操作系统用户身份验证，考虑到数字化校园的逐渐普及，选择第一种方式进行身份验证较为合适。3、系统设计3.1 系统架构设计网络教学辅助系统采用三层开发模式，包括用户界面层（User Interface Tier）、业务逻辑层（Business Logic Tiger）、数据访问层（Data Access Tiger）。用户界面层的功能是在客户浏览器中显示用户界面，该层主要是通过使用相应的HTML标记和CSS（Cascade Style Sheet）模式来传送各种数据信息、获取并校验用户录入数

12、据，并将其传送给整个分层模型的中间层业务逻辑层。业务逻辑层作为分层模型中最为重要的一层，专门负责对用户界面层和数据访问层所提供的功能访问数据库进行调用。3.2 系统功能设计网络教学平台主要的任务为：管理员在管理后台来管理各种信息资源，教师通过自己的平台来教授课程，学生通过自己的平台来学习课程。整个的教学和管理平台可分为三条主线：学生、教师、系统管理员。1）管理员主线。只有具有管理员账户和密码才可以登陆管理员平台。对系统公告、用户、教学与资源进行管理。主要内容包括：系统公告管理、教师公告管理、学生学籍管理、管理员管理、课程库管理、专业信息管理、考试题库管理、单位管理、作业库管理、试卷库管理、信息

13、查询、作业成绩管理、考试成绩管理等。2）教师主线。教师可以通过自己的用户名和密码进入个人教学平台，编写或上传电子教案，供学生学习。教师也可以组织讨论，布置网上作业以及发布各种消息来管理学生信息，通过学生平台掌握学生最新动态。具体内容包括：课程公告、授课申请、课程文件维护、课程调整、课程预览、课程答疑、在线讨论、课程作业、课程测试、视频资源、个人设置、信息查询。3）学生主线。学生可以通过自己的登录用户名和密码进入学习平台。学生可根据教师提供的信息进行课程学习、课程讨论、完成作业等，也可以发布疑问，相互讨论、管理个人资料与信息等。具体内容包括：课程公告浏览、教师信息浏览、课程信息浏览、课程学习、课

14、程论坛讨论、课程在线讨论、课程作业、在线测试、教学视频浏览、个人设置、注册申请、信息查询。3.3 系统模块设计系统一般包括教学子系统、考试子系统、评分及成绩处理子系统、系统管理及维护子系统四个系统模块。如图2所示：图2 网上教学系统模块1）教学子系统。教学子系统包含教师模块和学生模块两个部分。教师模块中，教师拥有属于自己的账号和密码，经过验证登陆便可进行授课所需的各种操作，在Web网页上发布教学内容、给学生布置习题、确定教学时间及课时、随时对学习内容进行修改和删除；通过在Web网页检查学生的作业情况、对学生提出的问题进行查看并解答；明确学生人数、学习时间、某时刻的在线人数等。学生模块中，每个学

15、生拥有自己的用户名和密码，经过验证后登陆教学子系统，进行学习，随时了解课程的动态，查看教师的授课内容、时间以及布置的作业，并对老师授课内容进行学习、网上提问等。 2)考试子系统。该系统可用于学生进行在线考试，一般在特定的考试时间启动。学生首先通过验证自己的用户名和密码登陆到该系统，输入学号和考号，由服务器依据教师设定的参数来随机抽取试题，并将试题以HTML格式供给学生解答。同时利用服务器设定考试时间，在页面上可动态地显示出该考试所剩时间，考试时间结束时，或考生点击“交卷”按钮时，服务自动将考生答案传送至系统数据库中保存起来，为下一步评分提供基础。 3)评分及成绩处理子系统。该系统是一个独立的客

16、户端应用程序。他具有自动阅卷（主要针对客观题目）和进行最后的统计功能，节约了阅卷时间，提高可阅卷的人为错误，减少了阅卷工作的失误。客观性较强。教师可将最后的成绩进行打印，也可以直接保存在系统数据库中，方便学生进行查询。当然，在评分过程中，需结合试题的特点，提高系统的智能化程度，使最后的评卷结果更加客观真实。4)系统管理及维护子系统。系统管理及维护子系统是该系统中最重要的部分，该模块运行的好坏与否直接关系着考试的规范化和系统的安全性。结束语 本文从实际教学角度出发，对网络教学辅助系统的关键技术做了简要说明，并详细阐述了网络教学辅助系统的框架、功能以其组成模块，在此基础上设计并实现了基于Web的网络教学辅助系统。 参考文献1徐建红基于Web的交互式教学系统研究J计算机时代，2009(11):11-122柴晓芳，刘博基于Web技术的双语教学系统的开发J机械工程与自动化，2008(12):179-1813牛少彰信息安全概论M北京：北京邮电大学出版社，2009.