湖理慕课foxmooc学习资源中心的研究与实现教育教学专业

1、毕业设计（论文）题目：湖理慕课foxmooc学习资源中心的研究与实现 毕业设计（论文）摘 要MOOC，大规模网络开放课程。2012开始，各大高校陆续设立网络在线课程，提供免费的课程，以更加便捷的方式，让更多的人能过通过这一方式获得网络在线教育。目前，国内的MOOC平台杂乱丛生，因为其广泛性，和受教育的学生教育程度不一。学习平台没有针对性。本文致力于研究和实现一个针对湖南理工的线上教育平台，实现学生网络在线教育，具有在线视屏播放，在线直播上课，在线作业查看，在线课程讨论等功能。打造一个具有本土功能的MOOC平台。归纳起来，本选题的主要工作如下：学生学习资源平台web端的搭建、教师发布资源和管理平

2、台web端的搭建、后端系统架构、web端api的设计与实现、数据库的设计与实现、在线word编辑、在线播放课程、在线直播上课、消息队列的应用。关键字：MOOC；在线教育；消息推送；在线word编辑；Node.JSIIAbstractMOOC, a massive open online course. 2012, colleges and universities have set up online courses, provide free courses, with a more convenient way to let more people can get online educa

3、tion by this way. At the moment, the domestic MOOC platform is cluttered because of its universality, and the level of education, which is education. Learning platforms are not targeted. This paper is dedicated to research and implement a platform for hunan institute of technology, online education,

4、 realize the students online education, online video broadcast, live online class, view the online homework, online course discussion, and other functions. Create a MOOC platform with native functionality.To sum up, the main work of this choice is as follows:Students learning platform released web s

5、ide structures, teacher resources and management platform on the web structure, the back-end system architecture, the design and implementation of web side API, database, the design and implementation of online word editing, online courses, live online classes, on the application of the message queu

6、e. Keywords: MOOC; Online education; Pushed; Online word editing; Node. JSI目录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1 设计背景及意义11.2 国内研究现状及发展趋势11.3 可行性分析32 需求分析42.1 系统概述42.2 系统性能分析52.3 系统的功能模块需求73 系统总体设计93.1 系统设计思想103.2 系统总体功能设计11 3.3数据库设计114 系统实现194.1 开发环境194.2 功能模块的实现215 服务器部署及发布295.1 安装准备295.2 服务安装295.3 部署项目306 总 结

7、31致 谢32参考文献331 绪 论1.1 设计背景及意义背景MOOC（massive open online courses）大型开放式网络课程在2012开始进入大众的视野，并迅速引起了大家的关注，带了新一轮网络课程的热潮。在此之前，传统网络教育作为第一代网络公开课颇受弊病。传统网络教育主要是国家精品项目课程，包括课程的全套教学资料，包括教学大纲、作业、讲义、题库、课件、教学录像等。其表现出来的缺点有以下几点：师生缺少互动、上课时间长、无法考察学生、教育对象单一。在互联网如此发达的今天，传统网络教育课慢慢淡出人们的视野。MOOC所表现的出来的特点有大规模、开放、在线。根据现代网络技术，一堂M

8、OOC课程同时在线上万人毫无压力，其具有的开放性和在线特点，使得任何人在任何地点可以在网上完成自主学习，习题练习和考试答题。通过几年的发展，各种MOOC教育兴起，可发现MOOC的影响力大、可重复性好、可选择多、以及互动能力强等特点。MOOC所面向的人群广，任何人都可以参与。面对不同基础的学习人群有不同的课程，且有些课程的内容变化小，可以沿用数年。在课程的上线期间，学生可以与老师以及其他网友进行交流互动，解答疑惑。意义目前，中国已有的MOOC主要有以清华大学为代表的“清华大学大规模在线教育研究中心”以及各种MOOC学院。这些平台受众广，需求简单，且本校不能进行定制，无法有针对性的设计和实现相关功

9、能，管理起来不能做到有效控制。湖理慕课foxmooc项目主要致力于打造一个属于湖南理工学院自己的MOOC学院，使其符合湖南理工学院特有的教学特点以及学校文化特点，让我们的教师和学生能够自主参与学习、交流，丰富大学生活。1.2 国内研究现状及发展趋势随着互联网的高速发展，针对高校MOOC的研究和实现也越来越成熟，各种平台如雨后春笋般出来。在论文平台搜索获得数据如下：表1-1 相关论文数名词年份文献研究数MOOC国内高校20123MOOC国内高校201312MOOC国内高校2014161MOOC国内高校2015277MOOC国内高校2016319在线教育20132207在线教育20142940在线

10、教育20153479在线教育20163402由表1-1可以看出，对在线教育和高校慕课的研究也越来越多，由此可以看出，国内高校对MOOC平台的需求和研究日益成熟。当前在线教育产品主要分为高等教育和职业教育，所针对的群体不同。高等院校在线教育平台主要有“学堂在线”、“中国大学MOOC”、“超星尔雅”等，职业教育有“慕课网”、“极客学院”、“腾讯学院”等。高等教育产品主要针对的是高效平台所推出的课程，有学历教育和非学历教育。通过整合传统教育资源，使其资源在线观看，让更多有需求的人能够获得在线教育的环境。体现了其共享性和传播性。也让更多的人可以通过这类方式接触不同的课程，达到资源共享的目的。高等教育的

11、内容也可以更加普及大众，让不是这类的专业的人可以很容易的接受专业教育。职业教育产品更加注重对技能的学习。主要学科有IT行业、设计行业、金融行业、建筑行业等等。职业教育平台的方式具有快速学习的特质，让一些希望可以很快的获得某项专业技能的人得到在线教育。这类平台有面向对象明确、课程内容简约易懂、授课时间短等特点。此类平台目的明确，且需求很大。很多人希望通过这种方式来达到自身学习的目的。在线教育的方式也在发生着变化。此前的在线教育方式以国家精品课为例子，多以播放录像的方式来上课，这种方式存在很多弊病：师生缺少互动、上课时间长、无法考察学生、教育对象单一等。后来的MOOC推出了老师录屏，在线课件，可以

12、在线讨论，在线做作业，在线问答的形式。这类方式更加贴近现实，把观看的学生联系到了一起。通过这几年的互联网技术的变革，MOOC又有了直播上课的方式，这种方式又大大促进了师生互动，交流起来也方便了很多。通过分析可知，国内MOOC正处在高速发展的阶段，大众需求广，课程内容越来越明确。随着互联网技术的变化，此类平台更新换代快，用户交互更加友好，越来越完善一些不足。1.3 可行性分析（1）技术可行性分析关键技术项现有水平对照分析服务器开发熟悉熟悉linux开发。1、 懂得基本的网络开发。2、 了解得性能调优。3、 熟悉服务器数据库开发。4、 熟悉常用命令和脚本。开发语言与工具熟悉1. 后端使用node.

13、js框架Express。熟悉常用的中间件。2. 前端使用bootstrap和jQuery。3. 开发工具使用atom和webstorm。应用需求调研熟悉参照软件需求调研（2） 使用可行性分析 客户端主要是web浏览器上，使用人群是学生和教师两大群体 。针对这两类群体，以及目前互联网的普及，可知大家对一般的网络操作可以很快明白，且能够快速上手。所以这要求在项目实现上尽量达到用户交互友好，操作简单明了，使用户可以一次使用即达到后期熟练使用。系统方面，考虑到本项目是一个一次完成今后可重复使用的系统，设计时会考虑到之后可能会遇到的问题。从大局上考虑这个项目研究的是学习资源中心，需要管理人员对各种资源（

14、视屏，文件，照片等）进行整合上传，所以对管理端的设计会尽量考虑到后期维护问题，以及对文件的有效管理。（3）经济可行性系统对软硬的需求不大。软件方面，只要在电脑的浏览器打开即可使用，对电脑没有要求。硬件方面，主要考虑两面，一是服务器的搭建，若是有需求，可以搭建自己的云服务器平台，若是经济不允许，则可以在阿里云上租云服务器，价格也不贵。二是文件存储系统，因为有大量的资源要存储，如上课视频，课件，学习资料等等，经济允许则可以搭建学校自己的大数据平台，不过有点大材小用，考虑自身的能力选择了将文件放到七牛云上存储。（4）法律可行性分析系统所使用的平台、开发工具以及技术等都是开源或者是正规购买的，且系统功

15、能或目的不会涉及法律问题，因此在法律方面是可行的。综上所述，该系统满足基本的的客观条件和可行性要求，启动该项目的开发的没有问题的。2 需求分析2.1 系统概述本系统是基于web实现的MOOC平台。foxmooc期望打造一个有湖南理工特色的在线教育平台，做到面向在校大学生和老师，实现互联网教学，信息化管理。foxmooc学习资源中心主要分为学生上课系统和教师管理系统两大部分。教师平台提供给教师使用。教师平台主要有以下功能：（1） 登录、注册。（2） 发布课程，编写目录，对课程进行视频上传。（3） 在线回答学生的提问。（4） 在线直播上课，并通知关注该课程的学生上课。（5） 查看作业，并对作业进行

16、评分。教师系统的主要目的是整合资源，并提供资源，让学生可以选择课程，并使用此资源。学生平台提供给学生使用。学生平台主要有以下功能：（1） 登录、注册。（2） 关注课程，并使用此课程。（3） 观看课程视屏。（4） 观看教师直播。（5） 提交作业，并可以在线编辑。（6） 向该课程教师提问。（7） 可以和这个教室的同学交流，提高教学互动。学生平台的主要功能是使用教师所提供的教学资源，并在此基础上与同学、老师交流互动。系统界面要求功能视图清晰、逻辑清楚，交互友好。后台设计则要求创建符合业务需求的数据表，且满足三大范式，保证数据的一致性，编写安全、快速的接口，保证系统的快速响应和安全性。2.2 系统性能

17、分析（1） 功能需求: 教师：A：登录、注册模块当用户进入系统，在进行相关操作时提醒需要登录，没有账号的跳转注册页面。B：课程发布模块。在教师个人主页，可以发布课程。主要是编写课程介绍，编写课程目录，根据课程目录上传这一目录的视屏资源。发布课程。C：作业发布模块。在课程的主页，发布作业，以消息的形式通知学生提交作业D：作业查看模块。在作业模块查看已经提交的作业，并进行评分。E：在线回答模块。在教师个人主页，有消息队列，对应不同学生对老师的私信问答，可以在此模块进行问答。F：在线直播上课模块。在个人主页，可以发布直播。当发布直播成功，则通过系统消息，提醒关注该教师的学生上课，并在首页直播模块，生

18、成一个直播窗口。学生：A：登录、注册模块当用户进入系统，在进行相关操作时提醒需要登录，没有账号的提供注册页面。B：学习课程模块：当用户进入到这门课程的主页，并进行学习，则表示该学生关注了这门课程，此时他可以开始按目录学习改课程。C：观看课程视屏。当用户点击观看视频，跳转到视频播放页面，并存储他的观看记录。D：提交作业模块：在课程主页，有作业模块，提醒学生还有哪些作业要编写和提交，学生可以在进入到作业中心进行编辑提交。E：课程交流模块：在课程主页，有交流中心。学生可以在此模块进行发表自己的心得，并能向不同心得问答。F：问答模块可以进入到教师中心向教师进行私信问答，进行教学互动G:观看直播模块。可

19、以在首页的直播模块进入到不同老师的直播，也可以在根据系统消息的提醒，进入到自己关注老师的直播。（2）性能需求:教师平台和学生平台都是使用的是同一个端口，考虑到不同需求，对性能的要求也不一样。教师平台，主要考虑的上传性能，对文件的操作，需要很大流量，此时做的是把文件存储在七牛云上，服务器只做一般信息存储和查询。学生平台对服务器的性能要求不同于教师平台，要考虑到高平发的稳定运行，因此在做设计时，尽量把大文件和图片托管到七牛云上，减少http的访问，服务器尽量只做用户信息和功能信息的传递，降低服务器的压力。（3）安全需求:安全需求是web开发重中之重，主要体现在学生信息和教师信息上面，以及学生课程信

20、息。所以需要做到以下几点：1防止XSS攻击。2防止sql注入。3防止暴力访问。4数据库权限设置。5用户安全访问。6路由权限设置。2.3 系统的功能模块需求2.3.1 系统的组成 图2-1系统组成2.3.2 角色组成（1） 未登录用户。图2-2 未登录用户权限（2） 教师用户权限。图2-3 教师权限（3） 学生用户权限。图2-4 学生权限3 系统总体设计3.1 系统设计思想 Web应用程序架构主要需要考虑到流量、处理速度、内存速度等几个方面，而很多服务器的瓶颈在于处理并发连接的最大连接数。Foxmooc学习资源中心的应用场景定位是在线教育，因此需要重点考虑的高并发和稳定性。通过结合自身的技术栈，

21、以及node.js的高并发以及事件循环机制等优点，选择使用node.js的mvc框架Express做为后台框架。数据库采用mysql。数据库操操作使用node.js的ORM框架Sequelize，已达到使用面向对象的方法来操作表。文件管理部署到七牛云上，因其可靠的分布式对象存储服务适合对foxmooc资源的存储，也大大减少了服务器的数据传输压力。视图层层统一在浏览器上表现。消息推送使用websocket，不适用事件轮询制度来监控系统。总体设计思路是node.js作为中间层处理并发连接，Sequelize进行数据库的增删改查，七牛云作为文件系统存储大文件。 图3-1 系统设计思想导图3.2 系统

22、总体功能设计图3-2 系统总体功能功能导图3.3 数据库设计数据库用于储存数据，而数据的采集加工呈现，没有一个环节不需要储存数据，因此数据库的设计在成绩查询系统中起着非常关键作用。对于一个系统或是应用，如果数据库设计不完善,会导致数据完整性缺失、数据冗余量大、数据关系的耦合性太高甚至会与需求不符等问题。也就是说，在设计数据库之前必须要提前构思、做好充足的准备，保证数据库设计能够符合系统或是应用的需求。成绩查询系统要求的数据字段并没有很多，因此更需要下足功夫，寻求每一个表的数据集合、表与表之间联系的最优解，尽量使得成绩表与信息表等满足冗余量低、耦合性低、拓展性强等特点，实现数据的共享、安全存取和

23、可移植性，保证对用户未来数据要求的高兼容等等。3.3.1系统 E-R图图3-3 系统E-R图学生账号密码邮箱学号图3-3-1学生实体图教师账号密码邮箱头像介绍职称图3-3-2 教师实体图课程类别课程名识别码图3-3-3 课程类别实体图课程课程名老师介绍图标类别名类别码 图3-3-4 课程实体图作业课程名作业内容开始时间结束时间 图3-3-5 作业实体图学生作业课程名作业名分数学生图3-3-6 学生作业实体图学生课程课程名学生上课进度结课图3-3-7 学生课堂实体图课堂讨论课程名学生发布时间内容图3-38 课堂讨论3.3.2 数据库表的设计根据系统ER图设计，设计如下数据表：（1）学生表 stu

24、dent字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否 实体唯一标示usernamevarchar(50)否 用户的登录账号passwordvarchar(50)否 用户的登录密码emialvarchar(50)否 用户注册邮箱Student_id int 否 用户学号（2）教师表 teacher字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示usernamevarchar(50)是 用户的登录账号passwordvarchar(30)是 用户的登录密码emialvarchar(30)否 用户注册邮箱img varchar(20)否 教师头像introductionvarch

25、ar(200)否 教师介绍Titlevarchar(10)否 教师职称（3） 学生关注老师表 student_focus字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示studentint 否学生idTeacherint否教师id（4）课程类别表 course_category字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示categoryvarchar(50)否类别名codeint否识别码（5）课程表 course字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示categoryvarchar(50)否所属类别名codeint否所属类别识别码namev

26、archar(50)否课程名teacherint否发布教师introductionvarchar(200)是课程介绍imgvarchar(50)否课程图片numberint否上课人数（6）课堂作业 homeword字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示course int 否课程idcontentvarchar(200)否课堂作业内容start_timebigint否开始时间end_timebigint否结束时间（7）课程章节 chapter字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示courseint否关联课程chaptervarchar(50)否章

27、节名（8）课程章节 chapter_list字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示chapterint否关联章节listnamevarchar(50)否小章节名称filekeyvarchar(30) 否视屏文件（9）学生课程表student_focus_course字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示studentint否学生idcourseint否课程idchapter_listint 否已经上完小章节idendint否是否结课（10）学生作业表 student_homework字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示s

28、tudentint否学生idcourseint否课程idhomeworkint 否作业idFilekeyvarchar(30) 否作业文件ScoreInt是作业分数（11） 课堂讨论 course_chat字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示courseint否课程idstudentInt否学生idcontentvarchar(300)否言论内容dateBigint否发表时间（12） 课堂讨论 message字段名类型主/外键是否允许为空描述idint主键否实体唯一标示teacherint否教师idstudentInt否学生idcontentvarchar(300)否

29、言论内容dateBigint否发表时间4 系统实现4.1 开发环境4.1.1 node.js讲到Javascript，大家第一印象是日常使用的浏览器，现代浏览器包含了各种组件，包括了Javascript引擎、渲染引擎等，其中Javascript引擎负责解释执行网页中的Javascript代码。Node.js是一个用C+编写而成的JavaScript运行时建立的平台，让JavaScript可以在服务端运行， 用于方便地搭建易于扩展、响应速度快的web应用。 Node.js采用了Google Chrome浏览器的V8引擎，具有良好的性能，封装了文件操作，网络编程等基本API。Node.js采用事件

30、驱动，非阻塞I/O异步编程的设计风格，以轻量高效著称，非常适合搭建分布式数据密集的web应用。这一特点的优势在于充分的利用了系统资源，执行无需阻塞等待的操作，让有限的资源可以用于调度其他的任务，这种设计思想非常适合后端的网络编程，提高资源的利用率，性能也会随之改善。图4-1 事件循环原理图总结下来主要有两点有点1：高并发2:适合处理I/O密集场景缺点：1：不适合cpu密集场景，不适合大量计数。2：单线程，无法充分利用cpu。3：可靠性低，某一环节断了，系统就会奔溃。所以需要考虑到代码的健壮性。4.1.2 mysql Mysql是当今世界上最流行的开源数据库管理系统，由瑞典MYSQL AB公司开

31、发，现在属于ORACLE公司旗下产品。以其开源、免费、性能卓越等优点受到广泛关注和使用。查质料总结优点如下：1：核心线程是完全多线程，支持多处理器。2：有多种列类型：1、2、3、4、和8字节长度自有符号无符号整数、FLOAT、DOUBLE、CHAR、VARCHAR、TEXT、BLOB、DATE、TIME、DATETIME、 TIMESTAMP、YEAR、和ENUM类型。 3：将sql函数高度优化，没有内存泄露。4：所有列都有缺省值。5：可以在任何平台上运行。缺点：1:安全系统复杂且非标准。2：缺乏标准的RI制度。3：不支持存储过程。4：mysql不支持热备份。4.1.3 websoc

32、ketWebsocket是html5提供的一个TCP连接上的全双工协议。从本质上来讲HTTP没有变化。在之前的http1.1和http1.0是不支持持久连接的，但是有keep-alive，把多个请求合并为一个，已达到不会断开TCP连接的目的。相对于http非持久连接协议来讲，websocket是一个持久化的协议。在http1.0中，一个生命周期就是一个request和一个response，当response完成，周期结束。http1.1多了一个keep-alive，意味着可以发送多个request和response，但是response永远是因request被动发起，不会主动发送。Websoc

33、ket解决了http的难题，当使用websocket协议时，首先会执行一遍http协议，然后将http协议升级到websocket。之后就可以做到一次请求，之后可以源源不断的传送信息了，即当服务端有信息时可以做到立即响应到客户端。以此达到持久连接的目的，且做到了由客户端主动request，转换为服务器有响应就发。4.2 功能模块的实现1注册模块：图4-1 注册界面学生注册模块是学生进入系统的第一步，将基本填完之后，进行基本的信息填写，并在前端对数据格式做基本的检查，检查完成之后请求后端，之后在后端再做一次检查。判断数据对了后开始插入数据。代码：var st = yield Student.bu

34、lkCreate( 'email': '395899354', 'username': '秦志超'， password：1234567890， student_id);2 登录模块：图4-2 登录模块同注册要求，先对数据进行检查，再请求后端代码：var sts= yield Student.findAll( 'where': 'email': 395899354, 'password': '1234567890' );通过检查sts的长度，如

35、果sts为一则代表登录成功，跳转首页，否则，提示用户账号或者用户密码错误，重新登录。3关注 上课 图4-3 开始上课通过点击开始上课，这门课就加入到该生的课程中去了。具体实现就是将用户id以及课程id发送到后端,插入表中去student_foucs_course，当返回成功时，页面更新到课程章节链表页面。var sc = yield Student.studentFoucsCourse( 'student': '1', 'course': '1'，chapter_list：0，end: 0 );图4-4课程列表图4-5播放界面点击

36、课程列表内的章节，既可以播放。通过从chapter-list取得七牛云的视屏资源，前端取得资源码并播放。后端：var cl= yield chapterList.findAll( 'where': 'id':1 ); var file=key:cl0.filekey; res.send(file);前端html5播放器：<video src=file.filekey controls="controls"></video>4 课堂讨论图4-6 课堂讨论课堂讨论主要是将自己的言论发表到课堂上来，主要是插入course_c

37、hat表中，当插入成功之后，重复渲染页面，将所有的言论都发布出来。var cc= yield courseChat.create( 'course': 2, 'student': 1,'content': '这堂课真棒！'date:1494340281);插入失败 返回错误信息。若插入成功，将所有言论都发表出来。var cc= yield courseChat.findAll( 'where': course: 1 );Res.end(cc)4作业测试图4-7 作业5私信问答图4-8 私信问答点击发送，将信息发送给

38、收件人。后端代码：var mess= yield message.create( teacher: '1', student :1 content: '老师你好，有关上个问题，我还没弄清楚',date:1494345350);var messages= yield message.findAll( 'where': teacher: '1', student :1 );Res.send(message);前端代码：url = "ws:/localhost:8080/message" 

39、; w = new WebSocket(url);  w.onopen = function()        var mess = teacher: '1', student :1 content: '老师你好，有关上个问题，我还没弄清楚',date:1494345350    w.send(mess);    w.onme

40、ssage = function(e)        w.onclose = function(e)      w.onerror = function(e)         w.send();  5服务器部署及发布5.1安装准备服务器的部署标志着一个网站正式上线，让用户开始真实的使用这个

41、产品。改平台的部署需要以下项目：(1) 阿里云服务器ECS一台。(2) mysql-5.6数据库服务器。(3) 本机安装gitbash远程控制。5.2服务安装5.2.1 安装node.js1.安装依赖的库与工具。yum install libtool automake autoconf gcc-c+ openssl-devel  2.下载node.js安装包并解压。wget /dist/v0.10.24/node-v0.10.24.tar.gztar zxvf n

42、ode-v0.10.24.tar.gz cd node-v0.10.243.编译安装。./configure -prefix=/usr/local/nodemake && make install环境配置。vim /etc/profile#添加node配置export NODE_HOME=/usr/local/nodeexport PATH=$NODE_HOME/bin:$PATHexport NODE_PATH=$NODE_HOME/lib/node_modules:$PATH 立即生效source /etc/profile   5.2.2 安装node.js框架 Express安装Expressnpm install express -g安装express 生成器npm install express-generator -g5.3 部署项目1.生成foxmooc应用。expre