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课程设计在线学习系统的设计与实现

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课程设计在线学习系统的设计与实现

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摘 要
传统的教学模式在信息共享和互动性等方面存在着诸多的不足之处。网络教学平台不仅轻松地解决了信息资料的共享问题，而且提高了师生之间的互动性，成为教学实践的辅助平台。
本课题以A技术为支撑，设计并实现了一个基于B/S构架的网上互动知识学习系统。该系统是在教师指导下的自主学习平台，在信息资料共享方面，能够把教师发布的文章、视频等学习资料形成系统的资源库以供学生在线学习；在学习互动方面，能够提供聊天室以实现师生交流、答疑等学习活动。本文论述了该系统的设计思路、系统分析、功能结构、实现过程和关键技术。

关键词： 互动学习 辅助教学 网络教学平台
Abstract
There are a lot of disadvantages on information sharing and interactive teaching of traditional instruction model. Web-based learning platform, which not only easy to solve the problems but also improves the interactive between teachers and students, becomes an aided education of teaching practice.
This paper designs and implements a B/S on-line interactive knowledge learning system, which on the support of A technology platform. This system is an independent study platform which under the guidance of teachers. On information sharing, this system supports the teachers to publish articles, videos and other learning materials to form a resource library to support online learning. On interavtic learning, it also provides forums and chatrooms to realize communication and interaction between teachers and students. This paper elaborats the designing mentality, system analysis, function structure, achievement procedure and key technologies of this system.

Keywords: interactive learning aided education WEB-based learning system

目 录
第1章 前言 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 课题研究目标与意义 2
1.3 课题研究思路 3
1.4 开发环境的确定 3
第2章 系统需求分析 4
2.1系统的性能要求 4
2.2系统功能需求分析 4
2.2.1功能划分 4
2.2.2功能描述 5
2.3用例模型 5
2.3.1用例图 5
第3章 系统设计与实现 12
3.1系统体系结构设计 12
3.2数据库表的设计 13
3.3系统实现具体技术 13
3.3.1 UML建模技术 13
3.3.2 SHA1加密技术 14
第4章 系统功能模块 19
4.1用户注册 19
4.2系统登录 21
4.3在线交流 24
4.4课设管理 27
4.5检查评阅 30
4.6上传资料 32
4.7课设分配 35
4.8修改密码 38
第5章 总结 40
5.1系统主要特色 40
5.2系统存在的不足 43
参考文献 44
致 谢 44

第1章 前言
在一个学习群体中，学习成员对知识的理解程度不可能完全一致，通过成员讨论、沟通、传授和分享，从而使得原本分布在各处的知识得以共享。现如今科技进步促发“学习的革命”，知识经济则催化“教育的改革”。知识经济时代的到来，对人的能力提出了更高的要求，而人们对能力的需求则引发了对新教育形式的渴求——为更多人提供学习机会的大规模教育。
教学是由课堂授课、辅导答疑、阶段测试、专题讨论、实践教学等环节组成的，是学校教育的核心。随着高校教育体制改革的不断深化，如何激发学习热情、改善教学手段、提高教学质量成为教育工作者极为关注的问题。在保证授课环节的同时加强辅助教学环节无疑可以提高教学质量。但是在教学中，辅助教学环节受到时间和空间的限制，其效果并不理想。
网络教育能够很好的解决了以上问题，给人们随时获取新知识提供强有力的支持。随着Internet的飞速发展，基于网络的自主学习正在成为一种重要的学习方式。网络教育中，由于师生、生生在时空上处于永久性分离的状态，为了保证远程教学的质量，应充分利用现代化的教学手段和教学资源，创设一个在教师指导下的自主学习环境，这个环境能够支持教师发布课程、批改作业，学生自主学习、考试，以及教师和学生课后交流、答疑等教学活动。
1.1 课题研究背景
目前，各高校改变了“黑板+粉笔”的死板教学模式，建立了带有实物投影仪的大屏幕演示、电子教材、电子讲稿、多媒体教室等教学环境，在这种教学环境里，教师既可演示课程的多媒体课件，又可利用实物投影仪对一些细节问题通过书写演示给同学，因此教学内容显得生动、活泼，增加了课堂容量，减少了教学时数，提高了上课时效，从而使教学效果较之普通教学模式有明显提高。然而，这种方法对学生也提出了一个新的问题，由于播放信息量大且时间长，在课堂上学生可能没有更多的时间完成全部笔记，对于教学内容的理解也会有一定的困难，解决的办法是：对基本原理、基本概念内容要细讲，有关操作技术及使用性内容要少讲多练，以学生为中心开展教学，例如启发式、讨论式教学，让同学有更多机会参与到教学过程中来。但在课堂上学生参与的时间毕竟有限，我们面临的问题是如何突破时间限制将课上问题移到课下解决，即将课堂延伸到课下并且不受时间和空间的限制，建立一种网上辅助教学环境可适当解决这一问题。
网上辅助教学环境缩短了师生之间的距离，只要‘环境’在运行，师生之间就可跨越空间进行实时或非实时的交互，教师可以及时地了解学生的学习进度和对课程的理解程度，解答学生所提出的问题，学生之间、师生之间，在更广范围内对感兴趣问题发表自己见解。学生也可根据自己情况选择‘环境’中辅导材料浏览学习，加深对概念的理解。这样在整个教学过程真正体现了教师的主导作用和学生的主体作用，这对于开展素质教育，培养社会所需的高质量人才很有意义。但是，经过对现有的教学网站与精品课程研究发现，大部分的教学网站或精品课程的资源都是由教师发布，缺少互动，不能很好的发挥互联网共享的特点。
因此，开发一个基于WEB的网上互动知识学习系统很有必要，该系统是一种辅助教学模式，学生和教师可以通过网络这个平台进行交流、学习和互动。
1.2 课题研究目标与意义
我们必须明确知识学习需要互动，而不是灌输。所以基于WEB的互动知识学习系统的设计和开发应实现以下目标：
(1)培养学生的自主学习能力和协作学习能力。互动知识学习系统平台应该能够提供大量的教学资源，如课件、讲义、试题、音频、视频等学习资料，学生可以根据自己的需求，利用WEB的非线性呈现方式进行跳跃性学习，真正体现学习的“自主性”，从而培养学生的自主学习能力。同时互动知识学习系统应该为学生和教师提供协作式的虚拟学习社区，使学生和教师、学生与学生之间保持同步或异步互动，加强交流和信息的反馈，培养学生的协作学习能力。
(2)整合教学资源，提高授课质量。利用互动知识学习系统平台，将各门课程的优秀教学资源进行集成和共享，教师也可以进行网上的交流和讨论，极大地提高课程的教学质量。而且在这种宽松和谐的学习环境中，让学生积极主动地寻找解决问题的最佳途径，在探求知识的过程中培养和锻炼了学生的创新精神和创新意识，能够提高授课质量。
(3)改革教学模式，提高学习效率。互动式教学改变了传统教学模式下教师灌、学生装的费时低效的教法，以导促学，促使学生从“苦学、死学”变为“乐学、会学”。互动知识学习系统应该提供一个师生之间、学生之间方便讨论和交流的环境，师生之间可以在网上以各种方式进行在线或离线交流，获取信息更容易，信息量更大，学生还可以在网上完成、上交作业等，进一步提高学习效率。
1.3 课题研究思路
学习分为正式学习和非正式学习。正式学习主要是指通过学校组织、课堂授课等形式实现的学习形态，它通常是有计划性的、有明确的目标和课程知识体系，学习的目的是获取成绩、证书，并为将来的工作做准备。非正式学习指受内在心理或外在情境触动而引发的学习形式，它有明确的学习意图，即解决当前遇到的问题，因而与实践的需要密切相关，从而获得能够立即应用到实践当中去的知识和技能。
基于WEB的课程设计在线学习系统的设计和实现遵循的一个主要思路就是：辅助正式学习、方便非正式学习。
实现教学资源共享，辅助学生进行正式学习。教师将每次课的重点、难点、讲稿与在备课期间收集的与课程内容相关的学习视频和大量的实例练习等教学资源有序地上传到网络教学平台上，结合课上讲授的知识点，学生根据自身的情况在对这些教学资源进行有针对性的自主学习。
提供交流互动功能，方便学生进行非正式学习。学生、教师能够通过系统对非正式学习过程中遇到的问题进行方便的在线或离线交流，同时对讨论话题、内容进行整理、分析，得出普遍问题，形成常见问题库，避免重复讨论。
非正式学习获取的知识以隐性知识为主，因为非正式学习往往发生在个体的观察、反思、交流、协作等活动中，需要学习者通过心理或行为的参与去主动挖掘知识。
1.4 开发环境的确定
(1)硬件环境
PC机一台： 处理器：Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU 1.80GHz，内存2.00GB
(2)软件环境
①开发和运行环境：WIN7旗舰版作为底层平台，系统类型32位操作系统
②开发工具的选择
UML建模：Microsoft Visio 绘图
数据库管理：Microsoft SQL Server 2005
A开发：Microsoft Visual Studio2005
网站页面编辑：Dreamweaver8.0
对位图进行加工：Adobe PhotoShop

第2章 系统需求分析
2.1系统的性能要求
课程设计在线学习系统主要建立在学生自主学习的动机上，为了鼓励学生积极参与系统进行互动学习，其基本要求是：
(1)系统界面简洁美观。系统界面应简洁美观、具有统一的风格，能准确、规范、完善地展示文章、视频、音频等学习资源，使用户打开首页后愿意继续使用系统。
(2)系统操作简单方便。能够提供方便的站内查询和导航：用户可以通过搜索功能和模糊查询方便的找到自己需要的学习资料，并可通过导航到达自己想去的模块实现相应功能。
(3)系统功能齐全。能够实现学学习和师生之间互动的基本需求。
(4)系统安全可靠。数据库易于维护，保证系统的数据、信息等资源安全可靠，防止信息的破坏和丢失，确保系统的正常运行。
(5)系统具有扩展性。易于修改或增加系统的功能模块
2.2系统功能需求分析
2.2.1功能划分
(1)系统功能结构（如图2-1）

课程设计在线学习系统
在线交流
模块
管理员登录
学生管理
模块
教师管理
模块
用户管理
模块
信息修改模块
安全退出模块

课程设计在线学习系统
在线交流
模块
教师登录
课设管理
模块
检查评阅
模块
上传资料
模块
分配课设模块
下载资料模块
信息修改模块
安全退出模块

课程设计在线学习系统
在线交流
模块
学生组长登录
分配课设
模块
查看成绩
模块
下载资料
模块
完成情况模块
提交任务模块
信息修改模块
安全退出模块

课程设计在线学习系统
在线交流
模块
学生登录
查看成绩
模块
下载资料
模块
完成情况模块
提交任务模块
信息修改模块
安全退出模块

图2-1 系统功能结构
2.2.2功能描述

管理员系统模块：

1、 登录模块：
该模块主要用于管理员登录后台；
2、 在线交流模块：
本模块的作用是管理员、教师和学生在线交流的平台；
3、 学生管理模块：
管理学生信息，包括添加、删除和编辑操作；
4、 教师管理模块：
管理教师信息，包括添加、删除和编辑操作；
5、 用户管理模块：
管理用户信息，包括审核及删除操作；
6、 信息修改模块：
在此模块管理员可以修改自己的信息；
7、 安全退出模块：
该模块的作用是清除系统帐号信息缓存，确保系统安全；

教师系统模块：

1、 登录模块：
该模块主要用于教师登录后台；
2、 在线交流模块：
本模块的作用是管理员、教师和学生在线交流的平台；
3、 课设管理模块：
教师在本模块可以添加、修改和删除课设名称；
4、 检测评阅模块：
查看学生提交的课设任务，并可以在本模块为学生提交的任务打分；
5、 上传资料模块：
上传学习资料以及各种程序文件；
6、 分配课设模块：
为学生组长分配任务；
7、 下载资料模块：
下载学习资料以及各种程序文件；
8、 修改信息模块：
修改当前账户的基本信息；
9、 安全退出模块：
该模块的作用是清除系统帐号信息缓存，确保系统安全；

学生组长模块：

1、 登录模块：
该模块主要用于学生组长登录后台；
2、 在线交流模块：
本模块的作用是管理员、教师和学生在线交流的平台；
3、 分配课设：
为小组成员分配课设任务；
4、 查看成绩：
查看成绩；
5、 下载资料：
下载学习资料以及各种程序文件；
6、 完成情况：
查看各任务的完成情况；
7、 提交任务：
提交被分配的课设任务；
8、 修改信息模块：
修改当前账户的基本信息；
9、 安全退出模块：
该模块的作用是清除系统帐号信息缓存，确保系统安全；

学生模块：

1、 登录模块：
该模块主要用于学生登录后台；
2、 在线交流模块：
本模块的作用是管理员、教师和学生在线交流的平台；
3、 查看成绩：
查看成绩；
4、 下载资料：
下载学习资料以及各种程序文件；
5、 完成情况：
查看各任务的完成情况；
6、 提交任务：
提交被分配的课设任务；
7、 修改信息模块：
修改当前账户的基本信息；
8、 安全退出模块：
该模块的作用是清除系统帐号信息缓存，确保系统安全；
2.3用例模型
2.3.1 用例图
1、 管理员登录用例：
使用正确的帐号密码 admin 123456登录，登录成功并转入后台管理页面；

使用错误的帐号密码 admin 1234567 登录，提示错误；

2、 添加学生用例：
如果如果学号与其他学号同名则添加不成功，并有下图提示：

如果填写信息正确，则提示添加成功；

3、 学生注册用例：
如果学号正确，将会提交成功，并有下图所示提示；

如果学号不存在，将会提交失败，并有下图所示提示；

第3章 系统设计与实现
3.1系统体系结构设计
采用浏览器、服务器（Bowser/Server，B/S）三层体系结构（如图3-1），包括：表示层(USL)、业务逻辑层(BLL)、数据访问层(DAL) 。　
①数据访问层：主要是对原始数据（数据库或者文本文件等存放数据的形式）的操作层，而不是指原始数据，是对数据而不是数据库的操作，具体为业务逻辑层或表示层提供数据服务。
②业务逻辑层：主要是针对具体的问题的操作，也可以理解成对数据层的操作，对数据业务逻辑处理，如果说数据层是积木，那逻辑层就是对这些积木的搭建。
③表示层：主要表示WEB方式，也可以表示成WINFORM方式，WEB方式也可以表现成：aspx，如果逻辑层相当强大和完善,无论表现层如何定义和更改，逻辑层都能完善地提供服务。

图3-1 B/S三层结构
3.2数据库表的设计
1、数据库E-R图设计：
管理员
帐号
密码
类型
学号/工号
审核状态
学生
学号
姓名
性别
联系电话

课设名称
课设名称
课设编号
课设任务
任务主题
任务介绍
任务类型
截止日期
负责人
资料
文件标题
文件路径
上传日期
教师
工号
姓名
联系电话
性别
在线交流信息
发布人
内容
日期

任务提交记录
文件路径
提交人
提交日期
批改状态
得分
课设编号

共计8张表：

①管理员表(X_Manager)
管理员表存放登陆系统所需要的用户名和密码，登录后台时需要访问此表。
表4-1 管理员表
字段名
数据类型
长度
是否为空
是否为主键
说明
X_Manager_ID
int
4
否
是
登陆ID
X_Manager_User
varchar
50
否
否
登陆帐号
X_Manager_Pwd
varchar
50
否
否
登陆密码
X_Manager_State
varchar
50
否
否
审核状态
X_Manager_Type
varchar
50
否
否
帐号类型
X_Manager_Code
varchar
50
否
否
工号或学号

②学生信息表（X_Student）
学生信息表存储学生信息。
表4-2 学生信息表
字段名
数据类型
长度
是否为空
是否为主键
说明
X_Student_ID
int
4
否
是
编号
X_Student_Code
varchar
50
否
否
学号
X_Student_Name
varchar
50
否
否
姓名
X_Student_Sex
varchar
50
否
否
性别
X_Student_Pho
varchar
50
否
否
联系电话
③教师信息表（X_Teacher）
教师信息表存储教师信息。
表4-2 教师信息表
字段名
数据类型
长度
是否为空
是否为主键
说明
X_Teacher_ID
int
4
否
是
编号
X_Teacher_Code
varchar
50
否
否
工号
X_Teacher_Name
varchar
50
否
否
姓名
X_Teacher_Sex
varchar
50
否
否
性别
X_Teacher_Pho
varchar
50
否
否
联系电话
④课设名称表(X_Subject)
存储课设名称信息。
表4-4课设名称表
字段名
数据类型
长度
是否为空
是否为主键
说明
X_Subject_ID
int
4
否
是
ID
X_Subject_Name
varchar
50
否
否
课设名称

⑤任务信息表X_Task
此表用于存储任务信息。
表4-5 任务信息表
字段名
数据类型
长度
是否为空
是否为主键
说明
X_Task_ID
int
4
否
是
编号
X_Subject_ID
int
4
否
否
课设编号
X_Task_Title
varchar
50
否
否
课设主题
X_Task_Content
varchar
50
否
否
课设介绍
X_Task_Type
varchar
50
否
否
课设类型
X_Task_End_Date
varchar
50
否
否
截至日期
X_Manager_User
varchar
50
否
否
执行对象

⑥资料信息表X_Downloads
表4-6 资料信息表
字段名
数据类型
长度
是否为空
是否为主键
说明
X_Downloads_ID
int
4
否
是
编号
X_Downloads_Title
varchar
50
否
否
资料标题
X_Downloads_FileName
varchar
50
否
否
文件路径
X_Downloads_Date
Datetime
8
否
否
上传日期

在线交流消息表X_Message
表4-7 在线交流消息表
字段名
数据类型
长度
是否为空
是否为主键
说明
X_Message_ID
int
4
否
是
编号
X_Message_Content
varchar
50
否
否
消息内容
X_Message_Author
varchar
50
否
否
发布人
X_Message_Date
Datetime
8
否
否
发布时间

提交任务记录表X_Work
表4-7 提交任务记录表
字段名
数据类型
长度
是否为空
是否为主键
说明
X_Work_ID
int
4
否
是
编号
X_Work_File
varchar
50
否
否
文件路径
X_Manager_User
varchar
50
否
否
提交人
X_Work_Date
Datetime
8
否
否
提交时间
X_Work_State
varchar
50
否
否
批改状态
X_Work_Score
varchar
50
否
否
得分
X_Task_ID
int
4
否
否
课设名称编号

3.3系统实现具体技术
3.3.1UML建模技术
统一建模语言（Unified Modeling Language, UML）是面向对象开发中一种通用的图形化建模语言，面向对象的分析主要在加强对问题空间和系统任务的理解、改进各方交流、与需求保持一致和支持软件重用等4个方面表现出比其他系统分析方法更好的能力，成为主流的系统分析方法。
UML建模就是用模型元素来组建整个系统的模型，模型元素包括系统中的类、类和类之间的关联、类的实例相互配合实现系统的动态行为等。UML提供了多种图形可视化描述模型元素，同一个模型元素可能会出现在多个图中对应多个图形元素，人们可以从多个视图来考察模型。UML主要包括用例图、类图、对象图、状态图、活动图、交互图、包图、构件图、配置图。
本系统使用UML建模中的用例图、活动图和类图对系统进行了分析。使用用例图从系统的内部结构和静态角度来描述系统的功能，获得了用户角度的功能需求；使用活动图从系统中对象的动态行为和组成对象间的相互作用、消息传递来描述系统的功能，明确了用户与系统的交互作用；使用类图对系统的对象、整体结构和行为有了一个更高层次的、全面的了解，并将类图中的类映射成表，模型化出一个逻辑数据库模式，即关系模型数据库。具体内容请看第二章系统需求分析及第三章数据库的设计。
3.3.2 SHA1加密技术
SHA1将任意长度的“字节串”变换成一个128bit的大整数，它是一个不可逆的字符串变换算法。
本系统使用A内置的SHA1加密函数对用户密码进行加密，原理就是在用户注册时，SHA1将用户密码计算成SHA1值后写入数据库，用户登录时，系统把用户输入的密码计算成SHA1值再和数据库中保存的SHA1值进行比较，进而确定输入的密码是否正确。通过这样的步骤，系统在并不知道用户密码的明码的情况下就可以确定用户登录系统的合法性。
实现方法：
①导入命名空间：using System.Web.Security;
②注册时cs代码：
string pwd = FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(txt_pwd.Text.Trim(), "SHA1");

第4章 系统功能模块
4.1用户注册
截图与主要代码：

protected void Page_Load(object sender, EventArgs e)
{
if (!IsPostBack)
{
if (DropDownList_type.SelectedValue == "教师")
{
lb_code.Text = "工号：";
}
else
{
lb_code.Text = "学号：";
}
}
}

#region 添加数据
protected void Button1_Click(object sender, EventArgs e)
{
string code = Common.UrnHtml(this.txt_code.Text.Trim());
string sql = "";
if (DropDownList_type.SelectedValue == "教师")
{
sql = "select * from X_Teacher where X_Teacher_Code='" + code + "'";
}
else
{
sql = "select * from X_Student where X_Student_Code='"+code+"'";
}
if (DB.isExists(sql))
{
if (DB.isExists("select * from X_Manager where X_Manager_User='" + txt_user.Text + "'"))
{
Common.ShowMessage(this.Page, "对不起，该用户名已经存在！", "");
}
else
{
string pwd = FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(txt_pwd.Text, "SHA1");
string sql2 = "insert into X_Manager(X_Manager_User,X_Manager_Pwd,X_Manager_Type,X_Manager_Code)values('" + txt_user.Text + "','" + pwd + "','"+DropDownList_type.SelectedValue+"','"+txt_code.Text+"')";
try
{
SqlConnection cn = DB.OpenConnection();
SqlCommand cmd = new SqlCommand(sql2, cn);
cmd.ExecuteNonQuery();
cn.Close();
cn.Dispose();
Common.ShowMessage(this.Page, "您的信息已提交，请等待管理员审核……", "");

}
catch (Exception ex)
{
throw new Exception(ex.Message);
//Common.ShowMessage(this.Page, "服务器繁忙，添加失败！", "");
}
}

}
else
{
Common.ShowMessage(this.Page, "对不起，您提供的工号或学号不存在！", "");
}
}
#endregion
protected void DropDownList_type_SelectedIndexChanged(object sender, EventArgs e)
{
if (DropDownList_type.SelectedValue == "教师")
{
lb_code.Text = "工号：";
}
else
{
lb_code.Text = "学号：";
}
}
4.2系统登录
截图与主要代码：

protected void ImageButton1_Click(object sender, ImageClickEventArgs e)
{
SqlConnection cn = DB.OpenConnection();
string user = Common.UrnHtml(txt_user.Text.Trim());
string pwd = FormsAuthentication.HashPasswordForStoringInConfigFile(txt_pwd.Text, "SHA1");
string sql = "select * from X_Manager where X_Manager_User='" + user + "' and X_Manager_Pwd='" + pwd + "'";
SqlDataReader dr = DB.getDataReader(sql,cn);
if (AuthCode1.IsMatch)
{
if (dr.Read())
{
if (dr["X_Manager_State"].ToString() == "未审核")
{
Common.ShowMessage(Page, "对不起，您的帐号暂时未审核通过！","");
}
else
{
HttpCookie cookies;
cookies = new HttpCookie("xzfonline");
cookies.Values.Add("Manager", HttpUtility.UrlEncode(this.txt_user.Text.Trim()));
cookies.Values.Add("Manager_Type", HttpUtility.UrlEncode(dr["X_Manager_Type"].ToString()));
cookies.Expires = DateTime.Now.AddHours(24);//1天有效24小时
Response.Cookies.Set(cookies);//存储！～
dr.Close();
dr.Dispose();
DB.DisposeConnection(cn);
Response.Redirect("MainFrame.aspx");
}
}
else
{
dr.Close();
dr.Dispose();
DB.DisposeConnection(cn);
Common.ShowMessage(Page, "登陆失败，请检查用户名及密码是否正确！", "");
}
}
else
{
dr.Close();
dr.Dispose();
DB.DisposeConnection(cn);
Common.ShowMessage(Page, "验证码错误", "");
}
}

注：以下模块均以教师角色登录，由于其他角色功能操作代码与教师操作功能代码模式相同，在此仅列出教师功能模块