《在线学习平台系统的设计与实现》9100字

在线学习平台系统的设计与实现摘要当今，移动互联网技术发展迅速，移动设备在人们生活中信息传播中越来越重要，方便了人们的生活、工作和学习。在教育领域,传统教育模式没有能够满足现代教育方式,在这样的背景下,是互联网+教育逐渐走进人们的视野,网络化教育形式应运而生,引发了一波网络教育。网络教育作为传统课堂教育的补充，一定程度上冲击了线下教学模式，在时间上可以实现用户随时登录使用，空间上可以实现用户可以很方便的选择科目章节，不受限制。同时，我们可以结合各学科的优势，共享世界一流的教育资源。因此，设计和实施一个有效的在线学习系统，对教育工作和广大学生的学习具有重要意义。首先,本文讲述了在线学习系统的研究背景和在线学习系统的意义,分析了微信平台在线教育的发展状况,细致介绍系统的相关知识和系统用到的技术。对线上学习系统进行了需求分析，并且在此基础上提出了系统目标，分为总体架构，功能架构，系统数据库的设计。其中数据库系统的设计是按照E-R图和数据库表设计和执行的，完成了Web端管理系统和移动云端的在线学习平台设计与平稳运行。通过严格的测试，保证系统的各项功能都达到了设计目标，很好地满足了广大师生对在线学习系统的需求，提高了教学质量，加强了教学管理。本文的研究成果对于促进智能教育具有重大意义。关键词：在线学习；微信小程序；Web目录TOC\o"1-3"\h\u23239摘要 918595第1章绪论 1339681.1研究背景及意义131.2国外研究现状131.3国内研究现状141.4论文的主要研究内容..1424201第2章在线学习平台各项分析18595 15183692.1总体分析 1514202.1.1从经济方面分析 15108832.1.2从操作和技术方面分析 15204562.2总体需求分析 16196882.3功能需求分析 1720939第3章在线学习平台概要设计 18123043.1总体架构设计 19321353.2功能架构设计 19190723.2.1登录模块概要设计 19145693.2.2课程模块概要设计 2072253.3数据库设计 2177693.3.1数据库的概念设计 2177693.3.2数据库的逻辑设计 2310393第4章在线学习平台详细设计与实现 26126804.1技术选型 26205324.1.1SpringBoot 2648534.1.2React 26196674.1.3Git 27157514.1.4WebSocket 27252084.2开发环境与工具 27227024.3登录模块设计与实现 28158764.4课程模块设计与实现 30235204.4.1课程查看 30243414.4.2课程观看与播放 3150004.5本章小结 3232428第5章在线学习平台测试 3370975.1系统测试方案 33138215.2性能测试和兼容性测试 335095.3测试结果分析 342022总结 343776参考文献 35第1章绪论1.1研究背景及意义随着互联网的快速发展，网络技术在人们的日常生活中得到了广泛的应用。随着在劳动生活中绝大部分都是高科技取代劳动,各种技术的出现大大提高了效率，人们有更多的空闲时间，因此人们可以花更多的时间来提高自己。科学技术的进步需要人类的推动。科学技术发展得越快，社会对人才的需求就越大。随着我国国家整体实力的不断增强，社会及企业对高素质人才的培养提出了新的要求。在互联网的浪潮中，教育产业随着时间的推移而发展。通过互联网，人们可以获得越来越多的知识。特别的是，不断发展的媒体技术使在线学习成为现实。网络教.育打破.了传统.教.育的界.限。相比传.统线下.教育，基于网.络在线.教育可.以打破.时间和.空间的局限,实现师生之间的互动和反馈,这比传统教育更有效;另一方面，网络的丰富资源可以传递给教师和学生更实际、更有利于学习的支持，使网络教育具有广阔的应用前景。由于巨.大的财.政投资.和大量.的高级教师.，传统的短期教育无法.满足社.会、成人教.育和终身教育的.需要。在线教.育满足.了这些.需求。互联网.有巨大.的资源.，每个人.都可以.通过电.脑或手.机访问获取到，所以在.线教育.是提高全民知.识水平.的一个.很好的.方法。发展线上学习的趋势越来越明显，所以本课题研究把微信作为载体的的在线学习平台体统。用户可以随时进入系统，随时随地进行在线学习。1.2国外研究现状在线教育是21世纪初美国教育白皮书提出来的。在线学习是一种有效的学习方法，易于探索和消费。这是一种将互联网和信息技术结合起来的新方法，使知识能够迅速传播。最早是美国某公司一半以上的员工通过互联网进行线上培训。这种线上培训方式受到欢迎，因此在线教育产业发展迅速，从美国和欧洲发展到亚洲和世界其他地区[3]。据统计,到2018年美国大多数企业员工数量超过500都将通过线上进行培训,这表明了在线教育被越来越多的企业认可[4]。在线教育不仅是一种技术，也在一定程度上改变了传统的教育模式。结合互联网视频技术与产品,他在多个学科的教学视频,并上传到YouTube上,为广大学习者提供实用有效的教学资源；2018年，成千上万的考生表示,可汗学院的教学资源,大大提高了他们的成绩。1.3国内研究现状随着对网络教育产业的日益关注，bat(百度、阿里巴巴、腾讯)等知名国有企业也进入了网络教育产业。腾讯和阿里巴巴着重教育产品的研发，百度则主要注重投资的形式[5]。2013年，腾讯推出了“腾讯优质课堂”切入网络教育产业，2014年推出“腾讯课堂”。提出一种对实体课堂进行在线讲解的模拟方案，提供了教师与学生之间的各种互动方式，如讨论论坛区等，大大提高了网络教育的互动性。直至2018年,累计投资了25个在线教育机构。到2018年，超过1.2万个在线教育平台将使用阿里巴巴云提供技术服务；百度的投资理念侧重于技术在教育中的应用，与此同时，百度还推出了VR授课和人工智能教育产品。此外，百度还将搜索引擎与大量教育数据结合起来。它为网络教育行业提供了更方便的流量通道入口。作为对传统课堂教育的补充，网络教育在未来的普及性势在必行。学生可以在任何时间任何地点使用该系统。与此同时，全国各地的学生都可以享受优良的教育资源[6]。当下，信息技术的不断发展，视频通讯技术日益增进，不断显现出大量的多种形式的线上教育方式，如直播课堂、教师公开课等，满足了个人不同用户群体的需求。对移动互联网的在线学习平台接受程度较高的的主要用户群体是中学生。家长们也更愿意尝试新的线上教育的方式，所以在线教育正日益得到学生和家长的认可。我相信网络教育产业在不久的将来会有新的发展。1.4论文的主要研究内容首先,本文分.析了线下教育.的现状.与发展.,得出在线教.育的一.些优点.和缺点，分析了线上学习平台的可行性，针对微.信应用.程序的.特点，系统客.户端决.定使用.微信应.用程序.框架进.行开发.，并设计.了系统.的基本.结构和.功能模.块。在分析.和设计.的基础.上，使用Java语言编.写系统.代码，数据库采用MySQL并使用存储表.和缓存.机制，以避免.频繁的读.写操作.对数据.库的影.响。通过这.个系统.，用户可.以观看.在线学.习的教.学视频，并与教.师和学.生进行.互动。最后，进行功.能测试.、性能测.试和兼.容性测.试，以确保.系统的.安全性.和可用.性。第2章在线学习平台各项分析这章主要讲述了此平台系统的开发，对一些必要方面的分析。2.1总体分析对系统.总体情.况进行.全面分析和.评价。因此在开发之前.,.首先我们.应该探.索影响软件开发的某些因素,然后根据.找到的.数据判断该项目是否.可行,这是必.要的,以便施.加有效.的预测,比如各技术.指标、开发成.本、风险评估.等,以便我.们能够.做到有.效的避免.人力和物力资.源的损.失。在线学.习平台.的分析.通常从.经济方面、操作方面和.技术方面进行。2.1.1从经济方面分析经济方面指主要考虑发展的成本的高低，使用的资源产生的现实的经济效益。从开发成本的方面考虑，小程序是以微信为载体的开放的系统，比较方便开发从而减少成本，这是其中一个优势。此外，小型应用程序具有较高的传输速率。从有效性的方面分析，使用此小程序免去下载流程，免去安装流程。用户通过二维码扫一扫或者下拉微信主页菜单输入名称点击搜索就能进入。即使是年龄较小或者年龄较大的用户也能轻松玩转，非常简捷方便，用户使用体验非常良好。综上所述，可以得出，此方案是可行的。2.1.2从操作和技术方面分析顾名思义，就是广大学生和老师使用此系统程序时操作是否简单符合大众，一般都是用户使用手机这样的移动端登录，这时就需要有网络，支持其使用。而当今网络发展迅猛，5G网络已经很普及，基本覆盖，可以随时登录。即便用户在户外，比如饭店，商场，理发店等，现在服务都很周到，一般都有WIFI，也很方便用户使用。基本可以实现用户随时随地学习。站在开发者角度去看就是以其当前的技术能力是否有能力顺利完成此系统的研发、调试和运行。微信平台是载体，是现有的，另外也有现成的载体工具，这样开发时基本没什么难度，都可以克服。2.2总体需求分析这个平台系统使用用户包括有学生、老师和总的管理员。各司其职，用户不同，功能权限也不相同，使用的功能模块也不一样。学生是主要的用户，主要是在平台学习。在所有模块中，教师主要负责提供教学资源，并在整个学习平台上与学生进行沟通。总管理员是整个在线学习平台的管理员，主要定期管理和维护系统的后台。确保学生和老师能够流畅使用该系统。不同用户的需求如下所述。(1)学生。学生主要使用手机、平板电脑和在线学习平台等移动设备。所需的基本功能包括但不限于视频学习的可视化、课程的问答、预订感兴趣的直播、与教师和其他学习伙伴在BBS上的沟通以及对个人信息管理等。(2)老师。作为在线学习平台的教学资源的来源，教师为学生提供与学习相关的服务。主要职责包括但不限于录制相关课程、直播讲解课件、与学生互动、回答学生的问题等。(3)系统管.理员。系统管.理员主.要负责.在线学.习平台.的后台.监控。实现.的基本.功能包.括但不.限于课.程管理.、用户管.理、活动管.理等。 图2.2在线学习平台的总体用例图2.3功能需求分析根据线上学习.行为的.特点，教师和.学生使.用的客.户端分.为三个.模块:课程模.块、论坛模.块和个.人中心.模块。在线学.习平台.后台管.理根据.连接用.户的不.同角色.，具有不.同的功.能和权.限，主要是.后台管.理模块。其中，课程模.块是系.统中最.重要的.功能模.块，包括课.程搜索.、课程查.看、在线课.程查看.、课程推.荐、课程共.享、课程购.买等。

第3章在线学习平台概要设计3.1总体架构设计系统实现中不可或缺的就是系统架构的设计。架构设计直接影响后续能否实现。在线学习平台以微信为载体。执行.环境分.为呈现.层和逻.辑层，由两个.线程管.理。接口由WebView提供。为.开发者.提供了.许多功.能，也为系统的实现提供了很多便利条件。此系统更.为学习.者提供.了许多.方便。因此，该系统.使用微.信应用.程序体.系结构.进行开.发。后台管.理系统.用于管.理和维.护在线学习平.台的日.常活动.。在线学.习平台.的架构.如下图.所示。图3.1系统架构图3.2功能架构设计第二章分析了在线学习平台的需求，再结合上在线学习平台的特点。这里，在线学.习平台.包括两.个部分.:客户与.后端管.理.。在线学.习平台.的客户.端主要.为用户.提供服.务，后台管.理主要.为系统.管理员.和教师.提供服.务。提供的.功能应.至少包.括:在线学.习平台.连接用.户的授.权,论坛的.交流和.互动,个人信.息管理.等。终端.的发展.是基于.PC终端服.务器。它至少应提供诸如课程管理、帐户管理、论坛管理、类别管理和活动管理等职能。在线学习平台的整体功能结构如下图所示。图3.2总体功能结构图3.2.1登录模块概要设计在微信应用程序中，用户可以登录到自己的账户、第三方平台账户、微信账户。这个系统是通过微信账户连接的，小程序弹出确认登录按钮，用户通过同意微信登录并点击即可进入，不需要多余繁杂的操作，简单易操作，用户也是满意的。显示的内容包括图片和课程名称。分享课程的朋友可以点击此图片进入课程细节页面。购买课程，点击课程详细页面上的购买价格按钮，即可通过微信直接支付。在课程详细信息页面上有两个按钮来设置课程的相关活动，如组团购买、邀请好友砍价等。点击发起群组购买或与邀请好友砍价按钮进行支付。用户授权的连接流程图如下图所示。图3.3用户登录流程图3.2.2课程模块概要设计课程功.能模块.的设计.主要是.为用户.提供相.关的课.程学习.服务，这是系.统最重.要的功.能。用户成.功连接.到学习.平台后.，可以从.课程功.能模块.中选择.相应的.功能进.行相关.的学习.操作。搜索课.程，输入一.个或多.个关键.字对课.程进行.模糊搜.索，可以快.速检索.目标课.程。要查看.您的课.程，您可以.根据所.看到的.类别对.它们进.行分类.。不同的.类别包.含不同.类型的.课程。课程列.表显示.基本信.息，如课程.名称、课程名.称和教.师。您还可.以单击.课程以.查看详.细信息.，如课程.介绍的.内容、教师介.绍和目.录。课程评.估等，可以在线观看视频学习，也可以对课程进行评论，关于阅读课程，也可以随时与老师交谈和互动。课程推.荐:根据用.户导航.文件中.的课程.类别，随机推.荐同一.类别的.其他课.程。课程分.享:用户可.以点击.“分享”按钮，与微信.好友以.卡的形.式分享.课程。购买课程：点击课程详细页面按钮通过微信支付原价购买课程，也可以通过相关的活动，如组团购买、邀请好友砍价等购买。图3.4课程模块功能结构图3.3数据库设计服务器用来存储平台的数据，服务器主要使用开放源码MySQL数据库进行数据存储。移动终端用户连接到平台，通过终端设备连接到服务器的后台数据。在这里，数据库的概念设计是使用实体连接图e-r进行的，数据库的逻辑设计是使用数据库关系表进行的。3.3.1数据库的概念设计实体图提供了一种表示实体类型、属性和关系的方法。它用于描述一个真实世界的概念模型，通过该模型可以表示数据库实体之间的关系。以下是一些主要平台实体的详细描述，包括用户实体、课程实体和订购实体。(1)用户实体用户实.体主要.包括用.户的一.些基本.信息，有用户.id号、手机号码、微信标.识唯一.id号、用户个体的基础信息等.信息，实体E-R图如图.所示。图3.5用户实体E-R图(2)课程实体课程实.体主要.包括课.程账号、讲师的账号，以及课程的一些基础信息等.，实体E-R图如图.所示。图3.6课程实体E-R图（3）总体E-R图如图所示图3.7总体E-R图3.3.2数据库的逻辑设计这个平台的数据库表较多，所以这里只对关键的数据库表结构进行介绍。课程信息表course主要用来保存课程的基本信息，具体结构如表所示。表4.1course表结构（4）用户订单表user_order主要用来存储用户购买的订单信息，具体结果如表所示 表4.2user_order结构表课程评价表course_evaluation对课程的评价信息进行存储，包括用户id号，评分的等级、评价内容等。具体结构如表所示。表4.3course_evaluation表结构第4章在线学习平台详细设计与实现这章首先从技术选择的角度对系统实施过程中涉及的关键技术进行分析和选择，然后对系统的连接模块、课程模块和论坛模块进行详细描述。最后，建立了一个基于微信应用程序的实用在线学习平台。4.1技术选型4.1.1SpringBoot这是一个新框架,不同于以前的SSH框架和SSM框架。在使用springMVC框架构建需要复杂构建过程的项目之前，使用springstart轻松快速地构建项目。但是sprintBootstrap并没有取代Spring，因为它本质上是一个新的Spring框架，集成了所有其他框架。它允许开发人员在很少或没有配置的情况下快速创建独立的spring项目，开发人员可以专注于编码和开发。降低学习成本,使代码看起来更简洁美观。同时，它还监测正在进行的应用程序的状态。4.1.2ReactReact是一个.JavaScript框架，允许使用React快速构.建Web应用程.序。React本质上.是一个.用于构.建用户.界面的.JavaScript库。重点是.为视图.层提供.干净、简洁的.解决方.案。与模板.引擎不.同，React不仅关.注于解.决视图.级别问.题，还关注.视图和.控制器.库。对于复.杂的应.用程序，可以.动态配.置以根.据应用.程序场.景选择.最合适.的业务.级别框.架。React将Web接口总结为组件容器，将上面的元素总结为组件。例如，组件按钮、组件对话框、日期组件。通过组合这些组件，开发人员最终将拥有一个功能丰富的交互式页面。JSX语法的引入允许组件在保持其自身结构的同时轻松重用。使用抽象组件层，React将代码与实际目标分离，除了在浏览器端使用DOM创建Web页面外，还可以用于开发本地移动应用程序。 在传统的页面开发中时，需要手动使用DOM来更新页面。我们知道，DOM十分昂贵，而且性能消耗太高，代码的读取和维护也很难。而选用React之后，加载页面后，R它会将DOM树转换为虚拟DOM树。如果页面元素发生变化，React将重新生成虚拟DOM，并将其与最后一个虚拟DOM树进行比较，以获得需要更新的组件，并逐步更新修改后的组件。因此，DOM树可以快速更新，内存消耗低，代码逻辑强，读写量高。4.1.3Git版本控制系统主要分为集中和分布式系统。一个集中的版本控制系统通常由SVN表示。SVN最大的问题是它必须连接到网络，而网络尤其依赖于SVN。GIT是分布式版本系统的一个典型例子。GIT可以登录到本地存储库，即使没有网络。每个GIT客户机记录所有版本库。GIT有一个非常大的命令集。由于控制台的简单控制，可以实现更复杂的功能，这是非常实用和有效的。因此，GIT被选为这个项目的版本控制系统。4.1.4WebSocketWebsocket是一种通信协议，前端通信有短连接方式和长连接方式两种方式[48]。传统的HTTP协议是一个典型的短连接。服务器在处理客户端请求后关闭，这样一来，传到客户端的数据，服务器将很难做到。服务器主动将数据推到智能设备终端的方式有很多。例如，轮询，COMETT改进了轮询的操作。在数据过期后设置数据过期时间向服务器发出请求，这减少了一些不必要的网络请求。WebSocket通信协议的出现，既能满足服务器主动将数据推到智能设备终端，又减少消耗，使需求更稳定。WebSocket创建连接的实现是依据TCP协议的，使用HTTP协议实现创建链接。一旦建立连接，服务器可以主动将数据推到客户端，并使用少量的服务器资源和网络带宽。4.2开发环境与工具在线学.习平台.的软件.开发环.境和操.作系统.是Windows10。客户端.由腾讯.的SDK应用程.序编写.。后端管.理系统.是使用.springstart框架和.Java语言。工具就是依赖于微信开发工具。微信应用程序必须得到应用程序审查小组的批准才能在线发布。 4.3登录模块设计与实现每个用户必须首先登录并授权平台。该平台主要采用微信授权连接方式。用户直接进入系统微信权限请求上下文窗口，点击同意或拒绝按钮完成连接权限操作。用户帐户链接到微信帐户，微信帐户链接到移动电话号码。。因此,可以确保用户账户安全,有没有损失风险,它也并不复杂,通过用户名称和密码进入正常的网络平台上。图5.1相关开发以及部署上线流程图 4.4课程模块设计与实现4.4.1课程查看登录成功，用户将访问系统的主页，该主页将向服务器发送一个请求，以加载课程列表，并根据所花的时间按相反的顺序组织课程。课程资源包括许多图片。是否应负责所有资源都是服务器压力过大,这就很容易导致坠机的服务器或一个加载时间太长,这可能会引起用户的等待时间太长,一个空白屏幕在未来一段时间。为了解决这个问题，采用了延迟加载方法。图5.2查看首页课程列表流程图 4.4.2课程观看与播放该系统的所有课程均分为现场课程和录音课程。录音课程是教师预先录制并上传到服务器上的视频。用户可以点击客户端随时在线查看，并将进度条向前或向后滑动。点击课程详细信息页面上的课程按钮注册课程。现场课程是由教师实时发起的课程。点击课程可以选择观看课程视频或者老师实时发起的课程。在直播课程之前，可以点击预约还没有开始直播的教室。在直播开始前5分钟，系统会自动显示用户姓名和预定课程，发送通知消息。本课程的组织架构如下图。图5.3观看课程流程图 4.5本章小结本章主要介绍在线学习平台的详细设计和实现。首先根据系统的活动和功能选择技术，然后设计工具和开发环境。最后，在需求分析和简要设计的基础上，实现了系统的关键功能模块。 第5章在线学习平台测试系统测.试的主.要目的.是验证系统.是否符.合要求.文件中.规定的.要求和.内容。事实上.，系统测.试存在.于整个平台的开发过.程中，为了保证系统的能正常运.行，这章则对在线学习平台进行性能方面的测试和兼容性方面的测试。5.1系统测试方案该系统是一个基于微信项目的在线学习系统。该系统实现了用户在线学习移动终端所需的所有功能。系统测试分三两部分:功能测.试、性能测.试和兼.容性测.试。功能测.试主要.检查系.统的每.个功能.模块是.否能够.正常工.作，并将每.个系统.模块组.装起来.，以验证系统.的完整.功能。性能测.试主要.测试系.统界面的用户.友好性.、页面加载的流畅性以及系统运行过程中设备资源的使用情况。兼容性测试包括检查系统在不同的移动平台上是否正常工作。5.2性能测试和兼容性测试（1）性能测试性能方面的测试，顾名思义就是系统在不同条件不同环境下各项性能经过测试能否达标。对于在线学习平台的性能方面的测试就是打开程序时加载屏幕的时间，不同网络状态下能否流畅观看录课视频，以及能否流畅观看直播以及课程的缓冲时间和延迟程度。测试之后我们发现，首次打开屏幕需要加载的时间仅需50~100ms，观看录课视频时，系统根据当时的网络是否卡顿自动调整分辨率，通过分辨率的调整来保证用户流畅观看，即便是2G网络延迟最大也只有3秒，属于可接受的范围。（2）兼容性测试由于用户普遍使用苹果手机和安卓手机等移动终端设备，所以系统的显示效果和系统的功能是否正常都通过苹果手机和安卓手机来验证。经过多次调试能得到，系统在苹果系统和安卓系统等设备上都能顺利运行，设备操作系统并不能完全操控平台系统，平台能够判断并识别用户使用设备的分辨率和屏幕的尺寸，自动对齐并拉伸，达到最好的观看效果，同时不影响各个功能模块的正常运行。5.3测试结果分析通过各项测试的在线学习平台,提出设计需求分析阶段予以实施和制度基础上,基本上符合要求的性能。该系统可在Android和IOS设备上使用，兼容性得到满足。但是在测试过程中，我们也注意到系统中还有很多