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摘要：受新冠疫情的影响,很多学校不得不延迟开学,为解决“停课不停学”的工作。基于现有的技术以“互联网+”为背景设计了一款基于Spring Boot框架、B/S架构的云教育系统。该系统主要以线上线下相结合的模式解决传统教育方式下学生学习积极性不高,教学质量无法提高的目的。以此构建一个智慧教育为现代化教育贡献一个解决方案。
关键词：“云教育”；“互联网+”；智慧教育；Spring Boot框架；B/S架构
Design of Cloud Education System Based on B/S under the Background of"Internet+"
LI Jiajun1,HE Yue1,QIAN Songcheng1,LI Longfei2
(1.Chengdu College of UESTC,Chengdu Sichuan 610000;2.Sichuan University of Science&Engineering,Zigong Sichuan 643000)
【Abstract】：Due to the continuous emergence of the epidemic,many schools have to delay the start of school,in order to solve the work of"suspending classes without stopping".Based on the existing technology and the background of"Internet+",a cloud education system based on Spring Boot framework and B/S architecture is designed.The system mainly solves the problem that students'enthusiasm for learning is not high and the quality of teaching cannot be improved under the traditional education method by combining online and offline mode.In this way,a smart education is constructed to contribute a solution to modern education.
【Key words】："cloud education";"Internet+";smart education;Spring Boot framework;B/S architecture
1背景及意义
从2006年亚马逊推出云计算服务并与IBM正式推出“蓝云”计算平台,“云平台”的萌芽开始产生。再到十多年前中共中央、国务院印发的《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》其中明确指出的：“信息技术对教育发展具有革命性影响,必须予以高度重视”,在我国范围内对“云教育”起到了一定的推进作用[1]。随着“互联网+”时代的到来,这种新机制带动下的教育,可以利用现代化科学技术工具打造高效的智慧课堂,从而推动了教学模式的转变[2]。受新冠疫情的影响,“云教育”逐渐成为疫情防控期间解决学生老师无法到教室上课的一个好方法[3]。随着时间的前进,计算机科学与通讯技术也在蓬勃发展,“云教育”的理论、技术研究也逐步走向成熟,就此基于现有的技术以“互联网+”为背景设计了一款基于B/S的云教育系统,以解决传统教育方式下学生学习积极性不高,教学质量无法提高的目的,为现代化教育贡献一个解决方案。
2核心关键技术
2.1 B/S架构
B/S架构(Browser/Server)是一种常用的软件系统设计结构,是一种基于C/S(Client-Server)架构的一种升级或者改进的架构。在B/S架构技术下,用户在使用该系统时的工作界面是通过浏览器来实现,很大一部的分事务逻辑在服务器端(Server)实现,极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现从而形成：视图层(User Interface layer)、业务逻辑层(Business Logic Layer)、数据访问层(Data access layer)这样的三层结构设计。该模式将系统功能实现的核心部分集中到了服务器上,简化了系统的开发、维护和使用,大大的降低了运行成本,减轻了系统维护与升级的成本和工作量,降低了用户的总体成本。
2.2 Spring Boot框架
Spring Boot本质并不是一个全新的框架,其核心就是一些库的集合,也可认为是Spring的一个封装。Spring Boot的开发者在Spring应用的基础上使用了特定的方式来进行配置。Spring Boot框架之所以可以成为当今社会主流的微服务开发框架,其根本的原因就是它可以被任意项目的构建系统所使用。
基于当今分布式网站的普及及微服务开发框架的流行,Spring Boot能帮助我们快速的搭建起一个分布式网站系统。在Spring Boot框架开发期间使用了特定的方式进行配置,从而简化了Spring初始搭建和开发应用。
其中,Spring的组件的代码是轻量级的,配置却是重量级,这也是为什么会在Spring的基础上搭建Spring Boot框架。Spring Boot框架比起Spring有以下几个显著的特点：可以创建相互独立的Spring应用程序、具有已嵌入的Tomcat,所以在后续的配置中无需再部署War文件、同时在一定程度上简化了Maven配置。
Spring Boot通过集成大量的模块与技术[4],极大的缩短了开发与设计的时间和精力,开发者可以选取自己所需要的核心模块进行特定的调配,从而大大的提升了开发速度。
2.3 SQL Server数据库
目前市面上流行的数据库管理软件有：MySQL、SQL Server、数蚕数据库、Oracle数据库等。本文使用的是Microsoft SQL Server数据库[5],SQL Server数据库是微软公司(Microsoft)开发的关系型数据库管理系统(DBMS)产品。其特点有高性能设计、先进的系统管理模式、强壮的事务处理功能支持对称多处理器结构、存储过程、ODBC,并具有自主的SQL语言。SQL Server以其内置的数据复制功能、强大的管理工具、与Internet的紧密集成和开放的系统结构为广大的用户、开发人员和系统集成商提供了一个出众的数据库平台。
目前最新的版本为SQL Server 2022,本文使用SQL Server 2019版本对我们的数据进行增加、删除、修改等操作。
3需求分析
3.1社会可行性分析
受新冠疫情的影响,不少学校不得不延期开学,面对学生、老师无法到校上课的问题,2020年2月27日教育部办公厅印发《关于深入做好中小学“停课不停学”工作的通知》就有序、有效、深入开展“停课不停学”工作再次提出指导意见[6],一时间线上授课成了重要话题。转眼间时间已经过去了两年多,线上教育的市场依旧存在,一个功能实用的平台往往是更符合当下环境的。云教育平台是把线下与线上相结合,老师可以通过录播室、教室、家等地方进行线下授课后将上课视频上传到平台,学生能随时随地进行观看学习,一方面不受地域的限制,另一方面也不受时间的限制。通过反复的观看学习对学生知识点的掌握有一定的帮助,并且学生还可以通过该平台在学习完对应的知识点后进行练习达到检测的目的,完成对应的测试后会有排名与奖励,从而极大地提高了学生学习的积极性。
3.2技术可行性分析
为了推广新型“互联网+农业”的销售模式而研发的土特产销售平台是基于Spring Boot框架及MySQL数据库所实现的。一方面,为了方便用户的使用,本平台采取B/S框架,即用户只需要通过浏览器进入平台的页面就可直接访问,同时,为了提高开发者的工作效率,以及在页面交互和用户体验上有所提升,本平台还运用MVC的开发模式来确保前后端的分离,此外,通过目前主流的前端MVC框架,可以降低开发者后期平台成本的维护,代码重构性也随之增强。
本平台以Spring Boot框架为主体结构,利用Spring Boot框架去创建相互独立的Spring应用程序的同时,在一定程度上也简化了Maven配置。在平台运营的日常开发、使用、维护中MySQL数据库能使数据具有结构化,共享性更高。
以上的设计思想和应用框架都是经过一次又一次的技术迭代所形成的,是当今社会所认可的主流且成熟的技术框架。
3.3可扩展性分析
随着互联网技术的不断革新迭代,Java EE最初使用的使用Spring框架就显得“笨重”起来,项目中存在的大量XML文件,和需要配置、整合的框架也相当繁琐,这些都使得开发效率极其的低下,在这些问题的基础上,开发者们在Spring应用的基础上使用了特定的方式来进行配置,最终形成了当前社会最为流行的Spring Boot框架。
Spring Boot作为Java应用中的集大成者,其优势在于整合了常用的一些模块,为开发者大大提高了工作效率,这离不开SpringBoot框架具有良好的扩展性。Spring Boot框架的核心就为Spring。二者间最本质的区别就是Spring Boot把原本的配置在XML文件里写有可扩展标记的语言的以Config的形式封装起来了。大部分Spring Boot应用中的配置文件都只需要非常少量代码,在拥有良好的延展性同时,也能让开发者能够更加专注于代码逻辑设计,减少了重复性的工作[7]。
4功能模块分析与设计
开发的云教育系统是利用BS框架所搭建,用户们只需要通过客户端浏览器进入页面即可实用该平台提供的功能模块。本平台的功能模块需求主要分为用户功能模块、视频功能模块、考试功能模块、管理模块、统计功能模块,具体关系如图1所示。
本平台主要功能模块的流程图如图2所示。
4.1用户功能模块
用户通过该模块可以进行平台的注册、登录、个人信息的修改、注销等功能。
在页面登陆中,首先为了确保用户账号安全,屏蔽恶意登陆或恶意刷单行为,但又要确保用户在日常生活中的正常使用,本平台登陆时对用户连续“账号”“密码”输入错误的次数进行限制。
//登录
Autowired
private UserService userService;
RequestMapping("/login")
public String login(User user,HttpServlet Request request){
try{
User u=userService.login(user);
if(u!=null){
request.getSession().setAttribute("USER_ SESSION",u);
String role=u.getRole();
if("ADMIN".equals(role)){
return"redirect:/admin/main.jsp";
}else{
return"redirect:/admin/index.jsp";
}
}
request.setAttribute("msg","用户名或密码错误");return"forward:/admin/login.jsp";
}catch(Exception e){
e.printStackTrace();
request.setAttribute("msg","系统错误");return"forward:/admin/login.jsp";
}
}
其次,考虑到登陆密码在传输过程中的安全性问题,本平台页面采取了RSA加密的方法,用户登陆时,前端先对用户所输入的密码进行加密,然后再返回给后端。后端利用私钥对密码进行解密,然后与数据库保存的密码进行匹配。当验证通过时,前端才会显示登陆成功,而服务器也会立即清除这个密钥。PSA加密能够极大的拦截伪造登陆的情况,确保用户安全性的问题。
4.2视频功能模块
视频模块的功能主要是为学生提供在线学习功能,为老师提供在线授课功能。提供学习的模式主要分为录播和直播学生在登入到该系统后进行选择学习直播课程还是录播课程。老师通过教师端发布直播预告后学生可以通过学生端进行预约,课程开始之前5min会向学生发送开课提醒。此外老师可以通过该平台提供的环境进行录制课程,课程录制后学生可以通过学生端进行学习。同时视频模块还提供了答疑功能(未在结构图中展示),学生通过学生端对应的答疑模块向老师提出问题,老师则通过教师端的对应模块进行问题的解答。
4.3测试功能模块
学生在使用学生端的测试模块时,可以选择测试方式,测试方式主要分为课后练习、在线考试、回顾错题3种方式。当学生在使用视频模块学习后通过测试模块对本节所选的内容进行测试,当某道题出现错误时,系统会调用count()函数对错题进行记录,之后可以通过回顾错题进行复习错题。相较于学生端而言,教师端所提供的服务是布置练习题、发布试卷、批改试卷3种主要的服务。老师在录制课程后通过使用测试模块发布对应章节的练习题,学期结束时发布本门课程的试卷。学生在学生端接收到老师发布的试卷后使用该模块进行作答,作答时间结束后自动上传至教师端,老师通过教师端对试卷进行批改。
4.4管理模块
管理模块主要是对课程进行管理,学生进入学生端后可以对平台上现有的课程进行选择,若有理想课程则添加该课程并进行学习,具体学习方式与视频测试模块相结合。若学生在学习过程中发现课程的教授方式与自己的学习习惯不符合,学生可以在管理模块中选择删除课程(系统调用delcourse()函数删除该课程)。老师则可以通过该模块对课程进行编辑、删除、修改(系统则调用对应的函数进行操作)。
4.5统计功能模块
统计模块主要是对学生的考勤、成绩、错题进行统计。具体实例如下：学生通过学生端的视频模块进行学习时系统调用统计模块对学生的考勤、学习时间进行记录,使用测试模块进行练习时对成绩、错题进行记录并返回数据库。老师通过统计模块对学生的考勤进行监督,对成绩进行分析,并对错题做出相对因的补充练习从而提高学生成绩。当每个学习周期完成后,系统通过如公式(1)所示(练习j、考勤k、期末成绩q、学分s)对学生的成绩进行相对应的计算并得出加权成绩,从而对学生这段时间的学习进行评估[8]。
5数据库设计
本平台主要包含3个实体模块,分别为:学生、老师、课程。通过实体-联系图(Entity Relationship Diagram)解释各个实体之间的关系,如图4所示。
5.1关系模型
根据平台的需求和功能,设计出该平台所需的模型如下：
(a)学生(学号,姓名,性别,年龄,联系电话,课程)；
(b)教师表(教职工号,姓名,性别,年龄,联系电话,课程)；
(c)课程(课程号,课程名,时间,分数,学时,学分,授课老师,课程评价)。
5.2关系模式
(a)student(stuID,stuName,stuSex,stuAge,stu phone,stu_courseID)；
(b)teacher(teaID,teaName,teaSex,teaAge,teap hone,title,tea_courseID)；
(c)course(couID,couName,cou_time,cou_ score,cou_hours,cou_credit,cou_tea,cou_evaluation)。
5.3创建表的SQL语句
--创建一个学生表student
create table tb_student
(
stuID varchar(10)not null primary key,stuName nvarchar(20)not null,
stuSex varchar(2)not null,
stuAge varchar(3)not null,stuphone char(11)null,stu_courseID varchar(10)null,check(stuSex='男'OR stuSex='女'))
--创建一个教师表teacher
create table tb_teacher
(
teaID varchar(10)not null primary key,
teaName nvarchar(20)not null,
teaSex varchar(2)not null,
teaAge varchar(3)not null,teaphone char(11)null,tea_courseID varchar(10)null,check(teaSex='男'OR teaSex='女'))
--创建一个课程表course
create table tb_course
(
couID varchar(10)not null primary key,
couName nvarchar(20)not null,
cou_time Timestamp not null,
cou_score varchar(3)null,
cou_hours varchar(3)null,
cou_credit varchar(3)null,
cou_tea varchar(20)null,
cou_evaluation varchar(200)null,
)
6结语
本文设计了一款以线上线下相结合的系统,与其他许多系统不同,该云教育平台是把线下与线上相结合,老师可以通过录播室、教室、家等地方进行线下授课后将上课视频上传到平台,学生能随时随地进行观看学习,一方面不受地域的限制,另一方面也不受时间的限制。通过反复的观看学习对学生知识点的掌握有一定的帮助,并且学生还可以通过该平台在学习完对应的知识点后进行练习达到检测的目的,完成对应的测试后会有排名与奖励,从而极大地提高了学生学习的积极性。虽然该系统预期的功能均实现,但是仍有需要改进的地方值得思考。
参考文献
[1]朱俊,吴砥,周鹏.基于云服务的区域教育生态构建研究—以武汉教育云为例[J].中国电化教育,2016(4):21-29.
[2]马化腾.“互联网+”国家战略行动路线图[M].北京:中信出版社,2015.
[3]张培勇.应用型本科高校“云教育”内涵建设的思考[J].科技资讯,2022,20(7):178-181.
[4]吕宇琛.Spring Boot框架在Web应用开发中的探讨[J].科技创新导报,2018,15(8):168+173.
[5]明日科技.SQL Server从入门到精通(第四版)[M].北京:清华大学出版社,2021.9.
[6]教育部.教育部部署深入做好中小学“停课不停学”工作[EB/OL].[2020-03-06]http://www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_ gzdt/s5987/202003/t20200306_428342.html.
[7]黑马程序员.Spring Boot企业级开发教程[M].北京:民邮电出版社,2019.
[8]张培勇.应用型本科高校“云教育”内涵建设的思考[J].科技资讯,2022,20(7):178-181.
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