基于.NET三層架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)設(shè)計(jì)

李圣普，王小輝，呂海蓮

（平頂山學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河南 平頂山467002）

學(xué)生就業(yè)難這一問(wèn)題，引起了全社會(huì)的關(guān)注。尤其是新建本科院校，定位于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)。如何提高學(xué)生實(shí)踐能力和職業(yè)技能競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)資源的管理和共享，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教學(xué)各環(huán)節(jié)的信息化，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)工作的管理和監(jiān)控，已成為目前一個(gè)比較迫切的課題。論文運(yùn)用.NET及三層體系架構(gòu)技術(shù)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)訓(xùn)教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)，具有教學(xué)資源管理、實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)管理、實(shí)訓(xùn)教學(xué)、答疑輔導(dǎo)等實(shí)訓(xùn)教學(xué)功能，其具有的網(wǎng)絡(luò)特性，可供師生課內(nèi)課外教學(xué)，隨時(shí)隨地使用。為應(yīng)用型人才培養(yǎng)提供實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)信息服務(wù)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)工作管理功能[1-2]，保證和促進(jìn)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)工作的順利開(kāi)展和規(guī)范運(yùn)行、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教師水平的提高和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)學(xué)生實(shí)踐技能的提升。

1 需求分析

軟件系統(tǒng)的需求一般可以分為功能性需求和非功能性需求。功能性需求是系統(tǒng)提供給用戶(hù)使用的具體的功能；非功能性需求是為了滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)功能的需求，系統(tǒng)正常工作所應(yīng)當(dāng)具備的系統(tǒng)的特定特性，如性能、安全性、可用性、可擴(kuò)展性等等，二者互為影響[3]。

1.1 系統(tǒng)功能需求

主要包括以下幾個(gè)方面：

1）教學(xué)資源管理

該功能可以為學(xué)生提供與選定課程相關(guān)的教學(xué)資源的查詢(xún)與下載；同時(shí)，授課老師能夠利用該功能提供的操作平臺(tái)管理自己的課件、實(shí)驗(yàn)和相關(guān)的教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)上傳、下載、增加、修改和刪除課件等教學(xué)資源文件等操作。

2）實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)管理

該功能需要提供的操作包括實(shí)驗(yàn)的布置、實(shí)驗(yàn)的提交、實(shí)驗(yàn)查詢(xún)、實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)和批閱。實(shí)驗(yàn)布置功能是教師登陸后進(jìn)入系統(tǒng)的布置實(shí)驗(yàn)頁(yè)面，可以發(fā)布實(shí)驗(yàn)題目、內(nèi)容要求和相關(guān)的附件。實(shí)驗(yàn)提交的功能是學(xué)生用戶(hù)可以在相關(guān)課程頁(yè)面查看實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容以及要求，學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，通過(guò)系統(tǒng)提供的上傳功能將實(shí)驗(yàn)提交以及最后查詢(xún)實(shí)驗(yàn)批改和成績(jī)。

3）答疑輔導(dǎo)

學(xué)生在課下的學(xué)習(xí)過(guò)程中往往會(huì)遇到疑問(wèn)，而又不容易及時(shí)地找到相關(guān)的同學(xué)和老師進(jìn)行溝通和交流，該功能要求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)及時(shí)的提出問(wèn)題或者得到答案，在課堂之外，為學(xué)生提問(wèn)和輔導(dǎo)答疑提供一種新的途徑。

4）實(shí)訓(xùn)教學(xué)

學(xué)生能夠進(jìn)入實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，在網(wǎng)上以實(shí)驗(yàn)列表或各章節(jié)標(biāo)題結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)航，瀏覽實(shí)驗(yàn)或課程的知識(shí)內(nèi)容，進(jìn)行學(xué)習(xí)或?qū)嶒?yàn)。包括課程內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的查找定位、瀏覽等。學(xué)生必須通過(guò)系統(tǒng)的身份驗(yàn)證為合法用戶(hù)，才可以進(jìn)入所修的課程。授課教師可以對(duì)自己所教授的課程教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行維護(hù)和修改。

1.2 性能需求

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的性能要求是可以支持至少一門(mén)課程任課教師和學(xué)生的正常使用，可支持人數(shù)大于200人同時(shí)在線(xiàn)。響應(yīng)時(shí)間較短，必須能夠在用戶(hù)期望的響應(yīng)時(shí)間內(nèi)為用戶(hù)提供其需要的訪(fǎng)問(wèn)信息。在線(xiàn)系統(tǒng)要求在用戶(hù)按下回車(chē)鍵后的2秒內(nèi)產(chǎn)生結(jié)果。

擴(kuò)展性要求是，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，應(yīng)該可以通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)整而適應(yīng)不同課程的教學(xué)需要，并且為以后的系統(tǒng)升級(jí)留有空間。

系統(tǒng)可靠性是軟件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，直接關(guān)系到教學(xué)的正常進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的可靠性是，在教學(xué)過(guò)程中要求運(yùn)行穩(wěn)定，并具有一定的容錯(cuò)功能，局部功能出現(xiàn)故障時(shí)候，不會(huì)影響其他功能，對(duì)用戶(hù)的錯(cuò)誤操作，有適當(dāng)?shù)奶崾尽?/p>

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本文完成的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是基于Microsoft.NET的Web應(yīng)用程序。整個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)采用用戶(hù)界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層的三層結(jié)構(gòu)體系[4-5]，三層結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)的三層架構(gòu)Fig.1 The three-tier Architecture of System

用戶(hù)界面層提供應(yīng)用程序的用戶(hù)界面，應(yīng)用程序由一系列用戶(hù)與之交互的頁(yè)面組成。用戶(hù)直接通過(guò)該層來(lái)訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)需要的功能。根據(jù)用戶(hù)分類(lèi)，系統(tǒng)分為3種不同的用戶(hù)界面，即學(xué)生界面、教師界面和管理員界面，不同的用戶(hù)在系統(tǒng)中的權(quán)限不同，權(quán)限由低到高依次是學(xué)生、教師、管理員，學(xué)生面對(duì)的是要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。

業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)功能，處于用戶(hù)層和數(shù)據(jù)層之間。本系統(tǒng)中業(yè)務(wù)邏輯層由多個(gè)模塊組成。內(nèi)容有教學(xué)學(xué)習(xí)、自我測(cè)試、提問(wèn)答疑、實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)管理、資源管理等部分。這一層為用戶(hù)界面層提供功能調(diào)用，同時(shí)它又調(diào)用數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層所提供的功能來(lái)訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)層提供對(duì)外部數(shù)據(jù)庫(kù)的訪(fǎng)問(wèn)。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中要進(jìn)行大量的進(jìn)行數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)操作。數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)包括用戶(hù)信息數(shù)據(jù)、教學(xué)數(shù)據(jù)等組成。其中，用戶(hù)信息數(shù)據(jù)包括學(xué)生和教師以及管理人員的基本信息。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在需求分析基礎(chǔ)上進(jìn)行的，系統(tǒng)設(shè)計(jì)是把具有復(fù)雜能力功能的系統(tǒng)通過(guò)設(shè)計(jì)分解為具有基本獨(dú)立，功能簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)的多個(gè)功能模塊[6-7]。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)需求的分析，系統(tǒng)劃分成如下幾個(gè)主要模塊，系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)詳見(jiàn)圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊圖Fig.2 The Software Architecture Diagram

3.1 教學(xué)管理模塊

教學(xué)模塊的主要功能覆蓋了實(shí)驗(yàn)教學(xué)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)過(guò)程中用到的大部分功能。該模塊的主要用戶(hù)是教師和學(xué)生。主要完成：1)教學(xué)任務(wù)管理；2)課程管理；3)課程學(xué)習(xí)等功能。

3.2 教學(xué)資源模塊

教學(xué)資源模塊主要提供了課程的課件、實(shí)驗(yàn)和教學(xué)相關(guān)文件上傳、維護(hù)、下載等功能。由于課件開(kāi)發(fā)工具較多，課件使用的文件格式不同，因此系統(tǒng)并不對(duì)課件進(jìn)行格式要求，這保證了課件開(kāi)發(fā)的自由度，使教師可以根據(jù)需要使用各種課件內(nèi)容。在本教學(xué)系統(tǒng)中對(duì)于課件等相關(guān)教學(xué)資源是以文件的形式進(jìn)行管理。主要完成：1)資源上傳；2)資源維護(hù)；3)資源查詢(xún)下載等功能。

3.3 實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)管理模塊

實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)管理模塊提供實(shí)驗(yàn)布置、實(shí)驗(yàn)提交和實(shí)驗(yàn)批閱等功能，這是本文重點(diǎn)。

1)實(shí)驗(yàn)作業(yè)布置

實(shí)驗(yàn)布置功能的使用者是教師。布置的實(shí)驗(yàn)由實(shí)驗(yàn)文件、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明、截止時(shí)間等組成。實(shí)驗(yàn)的布置方式應(yīng)該盡量靈活。因此系統(tǒng)中允許教師將布置的實(shí)驗(yàn)以文件的形式上傳到服務(wù)器供學(xué)生下載。系統(tǒng)不限制實(shí)驗(yàn)文件的格式，教師可根據(jù)實(shí)際的需要確定實(shí)驗(yàn)文件的格式。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明是對(duì)實(shí)驗(yàn)的文字描述，如果實(shí)驗(yàn)題目能由文字形式給出，教師可以直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明的方式給出實(shí)驗(yàn)題目，或者題目來(lái)源于課件或教科書(shū)后的習(xí)題，那么教師也可以用實(shí)驗(yàn)說(shuō)明的方式直接布置實(shí)驗(yàn)所在課件或教科書(shū)的頁(yè)碼、題目，不用上傳相關(guān)的實(shí)驗(yàn)文件。實(shí)驗(yàn)截止時(shí)間規(guī)定了學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)的最后時(shí)間期限。

2)實(shí)驗(yàn)作業(yè)提交

實(shí)驗(yàn)提交功能的用戶(hù)是學(xué)生。學(xué)生將自己的實(shí)驗(yàn)文件上傳到相應(yīng)的課程目錄完成實(shí)驗(yàn)提交。系統(tǒng)會(huì)記錄提交的時(shí)間和提交人。學(xué)生在提交實(shí)驗(yàn)的最后時(shí)間期限之前，可以修改實(shí)驗(yàn)重新提交。系統(tǒng)會(huì)覆蓋已有的實(shí)驗(yàn)文件，只保留最后提交的實(shí)驗(yàn)文件。出于系統(tǒng)安全的考慮，重復(fù)提交實(shí)驗(yàn)的時(shí)間要間隔足夠長(zhǎng)，防止用戶(hù)惡意重復(fù)上傳。

3)實(shí)驗(yàn)作業(yè)批閱

實(shí)驗(yàn)批閱功能的用戶(hù)是教師，可以將學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)下載審閱，然而將學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)和評(píng)語(yǔ)的輸入到系統(tǒng)中，并可以統(tǒng)計(jì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)提交情況。然后學(xué)生用戶(hù)可以查看已經(jīng)批閱的實(shí)驗(yàn)的成績(jī)和評(píng)語(yǔ)。

4 系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)選用微軟.Net平臺(tái)[8]進(jìn)行業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，以SQL SERVER 2005作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。系統(tǒng)使用Visual C#語(yǔ)言編寫(xiě)代碼，采用ASP.NET的Web窗體進(jìn)行教學(xué)資源管理、教學(xué)管理、實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)管理、問(wèn)題答疑等子系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，各子系統(tǒng)共享同一數(shù)據(jù)庫(kù)。這使得不同教學(xué)子系統(tǒng)之間方便進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和交換，有效發(fā)揮各教學(xué)子系統(tǒng)的作用，從而充分利用和共享網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源。

實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)管理模塊的用戶(hù)是教師和學(xué)生，它的主要功能是讓教師在網(wǎng)上布置、批改實(shí)驗(yàn)等，讓學(xué)生獲取實(shí)驗(yàn)、提交實(shí)驗(yàn)、查看評(píng)閱結(jié)果等。該模塊主要由教師子模塊和學(xué)生子模塊組成。

4.1 教師子模塊

教師實(shí)驗(yàn)頁(yè)面包括實(shí)驗(yàn)布置、實(shí)驗(yàn)批閱、實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)刪除。

1)實(shí)驗(yàn)作業(yè)布置

布置的實(shí)驗(yàn)作業(yè)由實(shí)驗(yàn)文件、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明、截止提交過(guò)期時(shí)間等組成。教師添加新實(shí)驗(yàn)需要選擇實(shí)驗(yàn)所屬教學(xué)任務(wù)后，填寫(xiě)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)標(biāo)題和實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，規(guī)定實(shí)驗(yàn)的上交截止日期，并將相關(guān)實(shí)驗(yàn)文件上載到服務(wù)器上。

如果實(shí)驗(yàn)作業(yè)題目能由文字形式給出，教師可以直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明的方式給出實(shí)驗(yàn)題目，不用上傳相關(guān)的實(shí)驗(yàn)文件。實(shí)驗(yàn)文件的上傳和前面的文件上傳方法相同，這里不再重復(fù)。教師布置實(shí)驗(yàn)功能的具體流程如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)布置的流程Fig.3 Experimental arrangement'processes

2)實(shí)驗(yàn)作業(yè)批閱

實(shí)驗(yàn)批閱需要教師將學(xué)生的實(shí)驗(yàn)從服務(wù)器上下載至教師本地機(jī)器上。教師將在本地機(jī)器上批改實(shí)驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)成績(jī)輸入至系統(tǒng)中，并可以作簡(jiǎn)短的實(shí)驗(yàn)評(píng)語(yǔ)。系統(tǒng)讀取學(xué)生實(shí)驗(yàn)表中的數(shù)據(jù)，生成學(xué)生實(shí)驗(yàn)列表。同時(shí)系統(tǒng)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)出學(xué)生的總?cè)藬?shù)、已上交實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)和已經(jīng)批閱的學(xué)生人數(shù)，統(tǒng)計(jì)功能可以使教師全面了解學(xué)生的實(shí)驗(yàn)上交及批閱情況。

4.2 學(xué)生子功能模塊

學(xué)生實(shí)驗(yàn)頁(yè)面主要有獲得實(shí)驗(yàn)、提交實(shí)驗(yàn)和查看實(shí)驗(yàn)成績(jī)等功能。系統(tǒng)通過(guò)查詢(xún)學(xué)生的相關(guān)信息，整理并顯示學(xué)生的當(dāng)前實(shí)驗(yàn)情況。學(xué)生可以瀏覽實(shí)驗(yàn)列表，查看教師布置的實(shí)驗(yàn)，若有實(shí)驗(yàn)文件，則可以下載文件。該功能的實(shí)現(xiàn)主要是讀取教師實(shí)驗(yàn)表中的數(shù)據(jù)，生成學(xué)生的實(shí)驗(yàn)列表。

學(xué)生在本地機(jī)器上完成實(shí)驗(yàn)，按“提交實(shí)驗(yàn)”按鈕，將實(shí)驗(yàn)以實(shí)驗(yàn)文件形式上傳至服務(wù)器上。系統(tǒng)將在該學(xué)生實(shí)驗(yàn)記錄的“是否提交”列填寫(xiě)已提交信息。該部分主要是一個(gè)文件上傳的功能。系統(tǒng)讀取學(xué)生上傳的實(shí)驗(yàn)文件，存放在服務(wù)器的指定目錄下，獲取文件名稱(chēng)及上載日期等信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。由于所有學(xué)生實(shí)驗(yàn)文件都存放在一個(gè)目錄下，因此為了避免因?qū)嶒?yàn)文件名相同而引起的文件覆蓋問(wèn)題，在存儲(chǔ)文件時(shí)修改文件名以保證唯一重命名后的實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)為學(xué)生號(hào)及實(shí)驗(yàn)編號(hào)的組合。此外，在實(shí)驗(yàn)的有效期間，學(xué)生可以修改實(shí)驗(yàn)文件，將修改后的實(shí)驗(yàn)重新提交，由于磁盤(pán)空間的限制，系統(tǒng)只保留一次實(shí)驗(yàn)，那么在上載過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中已有該學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)文件，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行提示，由用戶(hù)決定是否覆蓋已經(jīng)存在的文件或者取消上傳，實(shí)驗(yàn)提交功能的具體流程如圖4所示。

圖4 學(xué)生實(shí)驗(yàn)提交的流程Fig.4 Experimental Submit’processes

學(xué)生可以查看自己的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，該功能的實(shí)現(xiàn)主要是讀取教師實(shí)驗(yàn)批閱表中的數(shù)據(jù)，生成學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)列表。

5 結(jié)論

該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)在平頂山學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室試運(yùn)行兩年多來(lái)，為教學(xué)提供了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，提供實(shí)訓(xùn)服務(wù)和實(shí)訓(xùn)工作管理功能，一直以來(lái)運(yùn)行穩(wěn)定，效果良好。利用這個(gè)教學(xué)環(huán)境來(lái)方便教師的教和學(xué)生的學(xué)，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供豐富的優(yōu)質(zhì)資源，并實(shí)現(xiàn)資源的共享，同時(shí)強(qiáng)調(diào)資源的開(kāi)放性，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，注重加強(qiáng)師生、生生之間的溝通交流，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)及合作學(xué)習(xí)的能力，促進(jìn)學(xué)生更深層次的學(xué)習(xí)，能便捷及時(shí)的解答學(xué)生的疑問(wèn)等等，從而保證和促進(jìn)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)工作的順利開(kāi)展、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)教師水平的提高和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)學(xué)生實(shí)踐技能的提升。對(duì)學(xué)校創(chuàng)新而言也是教學(xué)環(huán)境和教學(xué)手段的變革。

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