基于web的师生互动系统的设计与实现

中北大学2014届毕业生优秀毕业设计（论文）摘要基于WEB的师生互动系统的设计与实现——教师功能子系统软件工程学院：软件工程专业：指导教师：2014年9月中北大学2014届毕业生优秀毕业设计（论文）摘要页共32页1引言1.1课题的背景和研究的目的随着21世纪教育教学网络化的发展，针对目前中北大学软件学院网站教学功能发展的相对不足，提出建立一个使用频率较高的师生互动学习平台即师生互动系统，积极满足当前我院网络教学的目的和要求。师生互动系统具有互动交流、方便快捷、教师与学生或学生与学生之间“零距离”接触等特点，教师和学生可以随时进行交流互动、及时解决问题、教师可以随时掌握学生的学习动态，不仅仅局限于以前的课堂，有利于提高我院的整体教学水平及学生学习的效率。随着现代科学技术的飞速发展，世界范围内的信息化浪潮势不可挡，迅速延伸到国防、科研、经济等各个领域，也不可避免地改变着传统的教育模式信息和教育相组合毫无疑问地成为了当今世界教育改革和发展的有机组成部分。教育部《面向二十一世纪教育振兴行动计划》指出，师生互动系统是随着现代信息技术而产生的一种新型师生互动方式，是交流互动的主要手段。充分利用现代技术，可以有效的实现师生间的各种交流互动，方便快捷的利于师生间的各种沟通，符合世界教育发展的潮流，要作为重要的基础设施加大建设力度。1.2国内外研究状况在发达国家很多大学里，师生互动已经成为大学老师、学生不可缺少的手段。英国，是较早开展网络教育的国家，而且英国利物浦大学等大学正积极开拓中国的教育市场，它们提供的信息技术理学硕士学位和工商管理硕士学课程，是学生可以通过在线方式获得学位。师生互动已经成为经济合作与发展组织国家高等教育体系的重要组成部分。我国的师生互动系统也进入了以网络为基础的新阶段。很多高校以自身的网络课程为依托，建立了自己的师生互动平台。1.3可行性分析1.3.1技术可行性分析本课题是基于WEB的师生互动系统的设计与实现。Jsp+servlet模式相对于其它模式来说，在开发的时间上和成本上有了很大降低。本课题采用的是J2EE的技术开发的，SUN公司的J2EE技术已经广泛应用于创建动态Web站点和基于J2EE的分布式应用，是广大JAVA程序员开发企业级应用的有效工具。J2EE完全基于功能与组件，更易于编写结构清晰的代码，这些代码很容易进行再利用和共享，具有更好的可扩展性与可定制性。本课题网站的开发中的数据库是用SQLServer。SQLServer可以从一台数据库服务器扩大到一组数据库服务器，使服务器相互合作，提供与数据库服务器群集相同的性能级别。此数据库服务器组（或数据库服务器联合体）可以支持最大型的企业级站点和企业级数据处理系统的数据存储要求。在本课题的展现层方面，用到的是一套已经成熟的师生互动系统结构，基于以上分析可见开发本项目的资源充足，在限定的条件下，能够完成登录、注册、表单验证等一系列模块功能，如此丰富的资源可以使我在规定的期限内完成该系统开发。1.3.2操作可行性分析这次项目的建设是基于MyEclipse平台开发的，MyEclipse是被广泛应用于数据库开发和操作的一套成熟的软件平台，而且它对于一个大型的数据库处理具有不可比拟的优点和简单方便。所以操作可行性方面是可行的。开发出来的功能也是十分容易使用，具有简单，容易上手的特点。1.3.3经济可行性分析网上师生互动所产生的效益与成本因素息息相关，本项目运用的tomcat、myeclipse、SQLServer等免费工具，而且tomcat等特别适合少量人力资源的快速开发，由此分析我们可以确定本项目值得投资和开发。2课题相关技术介绍2.1MyEclipse开发工具介绍MyEclipse企业级工作平台（MyEclipseEnterpriseWorkbench，简称为MyEclipse）是对EclipseIDE的扩展，利用它我们可以在数据库和JavaEE的开发、发布以及应用程序服务器的整合方面极大的提高工作效率。它是功能丰富的JavaEE集成开发环境，包括了完备的编码、调试、测试和发布功能，完整支持HTML,Struts,JSP,CSS,Javascript,Spring,SQL,Hibernate。MyEclipse是一个十分优秀的用于开发Java,J2EE的Eclipse插件集合，MyEclipse的功能非常强大，支持也十分广泛，尤其是对各种开源产品的支持十分不错。MyEclipse目前支持JavaServlet,AJAX,JSP,JSF,Struts,Spring,Hibernate,EJB3,JDBC数据库链接工具等多项功能。可以说MyEclipse是几乎囊括了目前所有主流开源产品的专属eclipse开发工具。MyEclipse10发布了，该版本使用最高级的桌面和Web开发技术，包括HTML5和JavaEE6，支持JPA2.0、JSF2.0、Eclipselink2.1以及OpenJPA2.0。MyEclipse10对检索功能以及错误查询功能更加强大，包括对js文件的错误查询。就目前本人的体验来说，最大的变化莫过于软件安装界面，推荐使用link方法进行插件安装，方便快捷。2.2Tomcat介绍Tomcat是Apache软件基金会（ApacheSoftwareFoundation）的Jakarta项目中的一个核心项目，由Apache、Sun和其他一些公司及个人共同开发而成。由于有了Sun的参与和支持，最新的Servlet和JSP规范总是能在Tomcat中得到体现，Tomcat5支持最新的Servlet2.4和JSP2.0规范。因为Tomcat技术先进、性能稳定，而且免费，因而深受Java爱好者的喜爱并得到了部分软件开发商的认可，成为目前比较流行的Web应用服务器。Tomcat服务器是一个免费的开放源代码的Web应用服务器，属于轻量级应用服务器，在中小型系统和并发访问用户不是很多的场合下被普遍使用，是开发和调试JSP程序的首选。对于一个初学者来说，可以这样认为，当在一台机器上配置好Apache服务器，可利用它响应对HTML（标准通用标记语言下的一个应用）。页面的访问请求。实际上Tomcat部分是Apache服务器的扩展，但它是独立运行的，所以当你运行tomcat时，它实际上作为一个与Apache独立的进程单独运行的。Tomcat很受广大程序员的喜欢，因为它运行时占用的系统资源小，扩展性好，支持负载平衡与邮件服务等开发应用系统常用的功能；而且它还在不断的改进和完善中，任何一个感兴趣的程序员都可以更改它或在其中加入新的功能。2.3WEB介绍WEB在网页设计中是网页的意思，表现形式为：超文本、超媒体、超文本传输协议等。网页，顾名思义，是网站的一页，通常是HTML格式，文件扩展名为.html或.htm或.asp或.aspx或.php或.jsp等。网页要通过网页浏览器阅读。网页的特点：网页具有图形化、与平台无关、分布式、动态、交互等特点。WEB的工作原理为当你要访问网络资源的时候，首先在浏览器的地址栏输入你想要访问的网页的统一资源定位符URL。之后客户端向服务器端发送一个HTTP请求，服务器根据URL进行解析，处理完成后将HTML、CSS和其他接收到的文件所描述的内容，加上图像、链接和其他必须的资源返回给客户端并显示。2.4JSP、Servlet技术介绍JSP英文全称为JavaServerPage，JSP本质上是一个servlet，是一个典型的动态网页技术。JSP是运行在服务器端的一个应用程序，可以接收客户请求和在服务器端动态处理以后，以html网页的形式显示返回给客户端。JSP主要是进行显示，是在html语言中嵌入java代码。JSP是一个WEB组件，其运行原理为：当首次载入时，JSP被翻译成servlet文件，WEB容器调用java编译器，将.java文件编译成.class文件，WEB容器进行执行.class文件，将运行结果返回给客户端。JSP技术的优点： （1）一次编写，到处运行。除了系统之外，代码不用做任何更改。 （2）系统的多平台支持。基本上可以在所有平台上的任意环境中开发，在任意环境中进行系统部署，在任意环境中扩展。相比ASP/.net的局限性是显而易见的。 （3）强大的可伸缩性。从只有一个小的Jar文件就可以运行Action/JSP，到由多台服务器进行集群和负载均衡，到多台Application进行事务处理，消息处理，一台服务器到无数台服务器，Java显示了一个巨大的生命力。 （4）多样化和功能强大的开发工具支持。Java已经有了许多非常优秀的开发工具，而且许多可以免费得到，并且其中许多已经可以顺利的运行于多种平台之下。 （5）支持服务器端组件。web应用需要强大的服务器端组件来支持，开发人员需要利用其他工具设计实现复杂功能的组件供web页面调用，以增强系统性能。JSP可以使用成熟的JAVABEANS组件来实现复杂商务功能。内部对象说明：request客户端请求，此请求会包含来自GET/POST请求的参数；response网页传回客户端的响应；pageContext网页的属性是在这里管理；session与请求有关的会话；applicationaction正在执行的内容；out用来传送响应的输出流；config代码片段配置对象；pageJSP网页本身；exception针对错误网页，未捕捉的例外。servlet简单地说就是运行在服务器端的一个Java程序，专业地说是一个WEB组件。servlet有一个特殊的功能，可以接收请求和处理请求。sun公司先推出servlet，它处理业务逻辑功能强大，但是，处理完成以后返回给客户端的是以流的形式返回的。servlet主要处理业务逻辑，是在Java代码中嵌套使用html代码。用form表单进行提交请求。servlet处理请求的流程为：首先客户端在浏览器的地址栏中输入一个请求的URL，按回车，向服务器端发起一个请求，然后服务器端的WEBServer首先接收到请求，并将请求转交给容器，容器会根据请求的URL去调用客户端要访问的servlet，然后容器根据web.xml中对servlet的描述去查找要访问的servlet，若找到，将servlet装载进虚拟机并实例化，然后调用servlet实例中的service方法处理请求。servlet主要的一个优点为：当服务器调用servlet处理客户端请求的时候，会分配一个线程去执行，所以性能比较好，而且利用servlet可以地动态生成html。2.5js技术和html技术介绍js完整英文名为javascript，js是基于对象和事件驱动并且具有相对安全性的客户端脚本语言。同时也是一种广泛应用于客户端web开发的脚本语言，常用来给html网页添加动态功能，比如响应用户的各种操作。js最初是由网景公司（Netscape）的BrendanEich设计，是一种动态、弱类型、基于原型的语言，内置支持类。js是sun公司(已被oracle收购）的注册商标。js也可以用于其他场合，比如服务器端编程。完整的JavaScript实现包含三个部分：ECMAScript，文档对象模型，浏览器对象模型。html：英文全称为HyperTextMarkupLanguage，即超文本标记语言。超级文本标记语言是标准通用语言下的一个应用，是一种规范，一种标准，它通过标记符号来标记要显示的网页中的各个部分。网页文件本身是一种文本文件，通过在文本文件中添加标记符，可以告诉浏览器如何显示其中的内容。浏览器按顺序阅读网页文件，然后根据标记符解释和显示其标记的内容，对书写出错的标记将不指出其错误，且不停止其解释执行过程，编制者只能通过显示效果来分析出错原因和出错部位。但需要注意的是，对于不同的浏览器，对同一标记符可能会有不完全相同的解释，因而可能会有不同的显示效果。虽然html语言文档制作简单，但是它功能很强大，支持不同数据格式的文件镶入，其主要特点有：简易性、可扩展性、平台无关性、通用性等。2.6数据库介绍师生互动系统采用的是SQLserver数据库，即关系型数据库管理系统。SQL是英文StructuredQueryLanguage的缩写，意思为结构化查询语言。SQL语言的主要功能就是同各种数据库建立联系，进行沟通。按照ANSI(美国国家标准协会)的规定，SQL被作为关系型数据库管理系统的标准语言。SQL语句可以用来执行各种各样的操作，例如更新数据库中的数据，从数据库中提取数据等。目前，绝大多数流行的关系型数据库管理系统，如Oracle,Sybase,MicrosoftSQLServer,Access等都采用了SQL语言标准。它最初是由Microsoft、Sybase和Ashton-Tate三家公司共同开发的，在WindowsNT推出后，Microsoft将SQLServer移植到WindowsNT系统上，专注于开发推广SQLServer的WindowsNT版本。SQLserver的优点有：易用性、良好的性价比、适合分布式组织的可伸缩性、与其它服务器软件紧密关联的集成性、用于决策支持的数据仓库功能等。缺点为只能运行在Microsoft的Windows平台。3功能介绍及设计成果3.1功能介绍师生互动系统由三大子系统组成，即超级管理员功能子系统，教师功能子系统，学生功能子系统。在这里，重点介绍一下教师功能子系统以及超级管理员功能子系统。首先，简单地介绍一下学生功能子系统。学生功能子系统在该系统中属于前台页面。前台页面的实现功能有：系统公告、文字资料、系统简介、在线测试、资料下载、讨论答疑、学习视频、站内搜索、友情链接等。1.当学生未进行登录时，功能实现有：系统公告：即显示一些重要的对外开放的信息。文字资料：关于文字的一些简介。学习视频：学生未登录时仅限于根据视频编号、名称、课程、主讲人进行查询，可以查看所有资料的编号、名称、课程、主讲人资料下载：学生未登录时仅限于根据资料编号、名称、类别、课程进行查询，可以查看所有资料的编号、名称、类别、课程2.只有当学生注册信息并登录后才能实现以下功能：学习视频：学生成功登录后对教师上传的视频进行观看及下载讨论答疑：学生成功登录后可以进行提问及参与师生互动，浏览所有人的留言及回复信息。资料下载：学生成功登录后可对教师上传的资料进行下载在线测试：学生成功登录后可以根据条件如科目：难度、类型在题库中筛选出符合要求的试题，并进行测试。3.教师功能子系统和超级管理员功能子系统都属于后台功能。这俩个功能子系统实现的功能几乎一样，共同功能有：文字资料添加、查询：对文件资料及资料的类型进行增、删、改、查课程信息添加、查询：对课程信息及课程的类型进行增、删、改、查资料下载添加、查询：对资料下载进行增、删、改、查学习视频添加、查询：对学习视频及视频的类型进行增、删、改、查注册用户管理：用户即学生，对学生进行查询、删除、修改试题、组卷的添加、查询：对试题、组卷进行增、删、改、查留言管理：对学生留言进行回复、删除友情链接添加、查询：对友情链接进行增、删、改、查4.教师功能子系统与超级管理员功能子系统唯一不同的功能是：只有超级管理员可以对教师进行管理，教师相当于普通管理员。管理员用户管理：对普通管理员及教师进行增、删、改、查3.2设计成果该师生互动系统是一款为很多高校的教学管理提供师生互动的平台。分为前台界面为学生提供服务，后台界面为管理员提供服务。该师生互动系统可以推进教育教学网络计算机化，从而突出网页使用与技术融合为一体的师生互动学习平台。平台建设的成功经验，可为别的院校相关学习平台的建设进行参考、引用和推广。4系统的体系结构4.1系统结构介绍师生互动系统的体系结构是采用浏览器/服务器（B/S，即Bowser/Server）三层结构模式，B/S包括表示层（USL）、数据访问层（DAL）和业务逻辑层（BLL）三层。下面简述一下这三层的概念：首先，表示层位于最上层，和用户离得最近，用于显示数据及接收用户输入的数据，为用户提供了交互式操作的界面。其次，数据访问层主要负责数据库的访问，对原始数据的操作层，为业务逻辑层或表示层提供了数据。最后，业务逻辑层处于数据访问层和表示层之间，是对数据层的操作，对数据业务逻辑进行处理。4.2系统的用户分类1.超级管理员：在师生互动系统中，超级管理员是权限最大的一个。管理员可以对教师和学生的基本信息进行增、删、改、查操作，也可以发布一些校内的重要的消息、公告，还拥有教师的所有功能。2.教师即普通管理员：教师的权限其次，教师可以上传一些教学课件或视频等，对课件、视频进行增、删、改、查，也可以对学生提出的问题做出相应的回答，而且，可以公布一些教学通知。3.学生即用户：学生登录师生互动系统以后，可以下载课件、观看教学视频、可以查看教学通知、对自己课堂上不理解的地方进行提问。4.3系统功能结构图师生互动系统功能结构图显示如下：超级管理员超级管理员教师用户师生互动系统身份验证身份验证身份验证查看文字资料在线测试学习视频讨论答疑课程信息管理注册用户管理个人资料管理资料下载管理学习视频管理题库管理系统管理文字资料管理文字资料管理图4.1师生互动系统功能结构图4.4系统E-R图显示如下：教师教师用户名确认密码功能角色权限密码图4.2普通管理员即教师E-R实体图文字资料标题类别图片点击率添加人内容图4.3文字资料E-R实体图课程信息名称类别备注学分学时图4.4课程信息E-R实体图资料下载编号类别简介附件课程名称图4.5资料下载E-R实体图资料下载编号类别简介附件课程名称图4.6学习视频E-R实体图4.5数据字典表4.1allusers表序号字段名称字段类型大小允许为空最大长度备注1IDInt4自增编号10

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8addtimeDateTime8是234.6系统开发和运行环境前端页面采用HTML技术进行制作，使用CSS进行布局，前端其它控制采用JavaScript实现。师生互动系统可以兼容多种浏览器，如：InternetExplorer、MozillaFirefox等。操作系统为Windows7，服务器为：Tomcat，后台数据库为SQLServer。5师生互动系统--教师功能子系统主要功能模块的实现5.1后台登录页面图5.1后台登录图超级管理员和教师都可以通过上面这个页面进行登录。用户名和密码都为必输项，只有和数据库中数据匹配时才能登录成功！登录成功以后跳到菜单页面，页面显示如下：5.2登录成功以后菜单页面图5.2菜单显示图图5.3菜单显示图登录成功以后，左面菜单栏显示的功能有：管理员用户管理、文字资料添加、文字资料查询、课程信息添加、课程信息查询、资料下载添加、资料下载查询、学习视频添加、学习视频查询、修改密码、注册用户管理、试题添加、试题查询、组卷添加、组卷管理、留言管理、系统公告、系统简介、友情链接添加、友情链接查询、数据备份。图5.4文字资料显示图图5.5文字资料添加图上图为文字资料查询页面及文字资料添加页面。添加信息有标题、类别、内容、添加人、图片，还可以根据标题进行筛选，找到符合要求的数据。图5.6课程信息添加图图5.7课程信息显示图上图为课程信息添加、修改、删除及课程信息查询页面。添加信息有：课程名称、学时、学分、类型、备注。还可以根据课程名称及类型进行筛选，找到符合要求的数据。图5.8个人资料管理图上图为个人资料管理页面，对密码进行修改。图5.9注册用户管理图上图为注册用户管理页面，可以对用户即学生进行修改、删除和查找。查找时可根据用户名、姓名、QQ、邮箱、电话、身份证进行筛选，列出符合要求的数据。图6.0学习视频添加图图6.1学习视频显示图上图为学习视频管理，包括学习视频添加、学习视频查询。学习视频列表中可以对视频进行修改、删除、下载。查询可以根据条件（视频编号、名称、课程、主讲人）进行筛选。图6.2资料下载显示图图6.3资料下载添加图上图为资料下载管理包括资料下载添加、资料下载查询。资料下载添加信息有：资料编号、名称、资料类别、课程类型、简介、附件等。资料下载列表中可以对资料修改、删除、查看详细信息，还可以可以根据条件（资料编号、名称、课程、类别）进行筛选。图6.4留言显示图上图显示的是留言管理页面。管理员可以对留言进行回复、如有乱七八糟的回复还可以删除。该系统功能还有试题添加、试题查询、组卷添加、组卷管理、友情链接添加、友情链接查询等。由于页面相似，就不一一详细介绍界面截图了。试题添加的内容有专业、课程、题目、选项、答案、难度系数等。试题添加只适用于选择题类型；组卷添加的内容有编号、专业、题数、分值等。以上这些功能的页面截图显示如下：图6.5选择题添加图图6.6组卷添加图图6.7友情链接添加图6.8超级管理员管理教师界面6系统研究的意义及优缺点传统的教育方式已经不能满足学生与老师之间更多的交流与互动，也很难提升学生对于网络学习的兴趣。一方面，大部分同学喜欢自主学习、个性化学习，而且这种学生的数量越来越多，研究者必须找到一种新的方式来改变这些学生对于学习兴趣的持久性。另一方面，为了更加快捷地向学生发布信息，制定教学计划，发布临时通知等，也为了学生能够更快的在网上完成资料的下载和学习，以满足教学的需要，充分发挥了学生的主动性和探索精神，让学生有了畅所欲言的场所和机会。根据国内和国外目前基于Web的网络教学系统的研究现状，结合我校本身的实际需要，构筑一个综合性的基于Web的师生互动系统是非常迫切和必要的。随着Internet和教育技术的发展，基于Web的师生互动系统能够得到更广泛的应用。同时，流媒体技术的诞生与发展，为师生互动系统提供了更好的技术支持。以浏览器为载体意味着只要连通网络即可进入师生互动平台，不需要进行客户端的安装，达到易用的目的。基于WEB的师生互动学习平台的设计与实现，可以推进教育教学网络计算机化，从而突出网页使用与技术融合为一体的师生互动学习平台。平台建设的成功经验，可为别的院校相关学习平台的建设进行参考、引用和推广。但是，本系统还是存在一些问题，比如只有一个超级管理员，超级管理员可以添加普通管理员即教师，当学生有问题时，提出问题，教师可以针对问题进行回复。但是，不同的教师只可以对其它教师的回复进行修改，即一个问题不可以并排有多个回复，这个问题还有待研究并解决。而且，本系统没有采用三层架构，即没有进行分层，代码冗余度大。7结论计算机技术的飞速发展带动了很多行业的发展，计算机带给我们最直观的价值就是减少了人力物力的投资，提高了工作质量和效率，从而提高了整个社会的生产力。有关师生互动系统的设计也成为师生互动系统争论的热点问题。本文在分析师生互动系统的基础上，用JSP和SqlServer数据库设计并完成师生互动系统。通过系统调试结果显示，本系统基本完成了功能需求。在整个设计过程中，采用瀑布模型和结构化的设计方法。本系统界面美观友好，操作方便，做出了自己的特色。但由于时间仓促加上缺乏系统开发经验，系统在设计过程中不可避免地遇到了各种各样的问题，如：1.有些数据输入时没有及时的进行数据格式校验，不能保证数据绝对正确性。2.由于时间关系，系统功能实现不够完善，使用可能存在一些不方便。本系统在实际使用过程中有可能出现一些问题，通过对系统的不断优化和完善，能够调试出真正符合实际情况的师生互动系统，形成统一、规范、科学、合理的师生互动系统。参考文献[1]张孝祥,徐明华.JAVA基础与案例开发详解[M].北京：清华大学出版社，2009.45-46.[2]康牧.JSP动态网站开发实用教程[M].北京：清华大学出版社，2009.127-172.[3]刘亚宾.精通Eclipse--JAVA技术大系[M].大连：电子工业出版社，2005.167-168.[4]于万波.网站开发与应用案例教程[M].北京：清华大学出版社，2009.77-78.[5]杨学瑜,高立军.软件开发过程与项目管理[M]