基于J2EE的高校個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

祝美寧，林 琢，王登才

(河北科技師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科技學(xué)院，河北 秦皇島，066004)

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基于J2EE的高校個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)

祝美寧，林 琢，王登才

(河北科技師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科技學(xué)院，河北 秦皇島，066004)

針對(duì)現(xiàn)有的輔助教學(xué)平臺(tái)互動(dòng)環(huán)節(jié)功能薄弱、個(gè)性化指導(dǎo)的針對(duì)性不強(qiáng)等問(wèn)題，提出了“個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)”的設(shè)計(jì)思想。平臺(tái)主要面向高等院校的教學(xué)輔助工作，以知識(shí)點(diǎn)為中心，通過(guò)對(duì)學(xué)生日常學(xué)習(xí)活動(dòng)信息的記錄，對(duì)學(xué)生在在線測(cè)試，智能答疑等環(huán)節(jié)形成針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)支持，提高學(xué)習(xí)效率。平臺(tái)以J2EE(Java2 Enterprise Edition)為開發(fā)平臺(tái)，采用了基于輕量級(jí)的web框架：Struts + Spring + Hibernate，及MVC(Model-View-Controller)設(shè)計(jì)模式。

高校輔助教學(xué)；個(gè)性化；知識(shí)點(diǎn)；MVC模式；SSH框架

對(duì)于高等院校，由于師生之間交流互動(dòng)的時(shí)間較少，作為傳統(tǒng)教學(xué)手段的補(bǔ)充，使用輔助教學(xué)系統(tǒng)除了能根據(jù)學(xué)生自身的實(shí)際情況選擇不同的時(shí)間、地點(diǎn)進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，使教學(xué)過(guò)程在離開課堂后得到延續(xù)，更應(yīng)為師生提供更進(jìn)一步的交流途徑，加強(qiáng)信息的反饋[1]。對(duì)于目前應(yīng)用較為廣泛的MOOC(massive open online courses)，即大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程，其主要構(gòu)成仍是課堂演講視頻。即便視頻可能會(huì)中途暫停數(shù)次，以測(cè)試學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握(比如彈出一個(gè)小測(cè)試，或者讓學(xué)生寫一段程序代碼)，然后系統(tǒng)自動(dòng)給出反饋[2]；該課程的助教可能會(huì)查看、管理在線論壇，有些課程也會(huì)有作業(yè)和考試，但整體而言，仍然缺少交互，甚至不能根據(jù)學(xué)生自身的特點(diǎn)形成針對(duì)性的個(gè)性輔導(dǎo)。為此，急需建立一個(gè)具有交互功能，能對(duì)不同的學(xué)習(xí)水平的學(xué)生進(jìn)行針對(duì)性的面向高校學(xué)生的個(gè)性化輔導(dǎo)的輔助教學(xué)平臺(tái)。

1 個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)功能分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有輔助教學(xué)平臺(tái)的分析和研究，個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)除了要具有教學(xué)資源的共享，教學(xué)資源的數(shù)字化等內(nèi)容之外[3]，更重要的是具有以下兩大功能：

1.1 交互性

個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的最大特點(diǎn)就是交互性。交互的方式可以是人機(jī)交互，師生交互，或是學(xué)生之間的交互。交互的實(shí)現(xiàn)可以通過(guò)自我測(cè)試，討論區(qū)，答疑區(qū)等方法體現(xiàn)。交互的目的不僅僅是便于學(xué)生更好的對(duì)某方面知識(shí)進(jìn)行理解，鞏固加深，更重要的是通過(guò)交互，平臺(tái)能夠形成學(xué)生的學(xué)習(xí)日志，便于形成針對(duì)性的個(gè)性化指導(dǎo)[4，5]。

1.2 個(gè)性化

平臺(tái)進(jìn)行交互的更深層意義是為了對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)進(jìn)行記錄，以便根據(jù)學(xué)習(xí)中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行加強(qiáng)性訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的個(gè)性化輔導(dǎo)。為此，平臺(tái)在設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程當(dāng)中，引入了知識(shí)點(diǎn)這一概念。知識(shí)點(diǎn)管理是由開課教師對(duì)講授的本門課程知識(shí)點(diǎn)的劃分和管理，也是題庫(kù)組織，自動(dòng)答疑，自主測(cè)試等模塊的基礎(chǔ)，學(xué)生的學(xué)習(xí)日志的記錄更是以知識(shí)點(diǎn)為基礎(chǔ)。

對(duì)于學(xué)生的在線測(cè)試，每次測(cè)試的結(jié)果將依據(jù)知識(shí)點(diǎn)的掌握狀況存入數(shù)據(jù)庫(kù)，在該生下次再進(jìn)行相關(guān)章節(jié)的測(cè)試的時(shí)候，平臺(tái)將把薄弱的知識(shí)點(diǎn)作為考核的重點(diǎn)，從題庫(kù)中抽取和該知識(shí)點(diǎn)相關(guān)的部分試題進(jìn)行測(cè)試；對(duì)于自動(dòng)答疑，平臺(tái)首先到平臺(tái)中搜索問(wèn)題相關(guān)的題目，如果沒(méi)有類似題目，會(huì)根據(jù)學(xué)生提出問(wèn)題的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行再次搜索，同時(shí)會(huì)將學(xué)生提出問(wèn)題的知識(shí)點(diǎn)計(jì)入學(xué)生的學(xué)習(xí)日志當(dāng)中；對(duì)于在線作業(yè)，亦會(huì)將學(xué)生掌握薄弱的知識(shí)點(diǎn)放入學(xué)習(xí)日志。圖1為學(xué)生子平臺(tái)數(shù)據(jù)流圖，能夠清楚看到學(xué)習(xí)日志的數(shù)據(jù)來(lái)源以及學(xué)習(xí)日志中信息的使用情況。

圖1 個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的學(xué)生子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

2 個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)

2.1 基于SSH的框架結(jié)構(gòu)

個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的基本設(shè)計(jì)思想是把整個(gè)平臺(tái)按照模塊進(jìn)行分解，采用J2EE平臺(tái)，底層數(shù)據(jù)庫(kù)SQLServer。為了便于平臺(tái)的升級(jí)和維護(hù)，采用了Struts+Spring+Hibernate三種開源框架。分層結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)SSH集成框架，各個(gè)項(xiàng)目模塊均遵循了架構(gòu)分層的設(shè)計(jì)原則。各層之間存在著一定的調(diào)用關(guān)系，下層通過(guò)接口向上層提供了所需服務(wù)，并屏蔽了具體的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。其具體處理流程為：ActionServlet是Struts中的最核心部分，通過(guò)org.apache.struts.action.Action-servlet來(lái)實(shí)現(xiàn)。它負(fù)責(zé)接受所有的請(qǐng)求，ActionServlet包括一組基于配置的ActionMapping對(duì)象，每個(gè)ActionMap-ping對(duì)象實(shí)現(xiàn)了一個(gè)請(qǐng)求到一個(gè)具體的Model部分中Action處理器對(duì)象之間的映射。ActionServlet收到請(qǐng)求之后，將調(diào)用RequestProcessor來(lái)處理。RequestProcessor根據(jù)瀏覽器的請(qǐng)求路徑，struts-config.xml文件中對(duì)應(yīng)的請(qǐng)求路徑和ActionBean的對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)調(diào)用Execute方法。在方法體內(nèi)，調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯模塊，由Hibernate完成與數(shù)據(jù)庫(kù)的通信。業(yè)務(wù)邏輯類里Hibernate把HQL轉(zhuǎn)換為SQL，通過(guò)O/R映射文件實(shí)現(xiàn)具體對(duì)數(shù)據(jù)源的操作，即穿過(guò)持久層映射到具體的數(shù)據(jù)庫(kù)表。調(diào)用完后，將含有返回下一個(gè)頁(yè)面返回信息的ActionForward轉(zhuǎn)發(fā)到ActionForward指定的源。

2.2 個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

基于J2EE的MVC模式對(duì)平臺(tái)的各個(gè)功能模塊進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，分成教師子平臺(tái)、學(xué)生子平臺(tái)和管理員子平臺(tái)?，F(xiàn)以體現(xiàn)個(gè)性化教學(xué)的學(xué)生平臺(tái)中的在線測(cè)試，智能答疑及在線作業(yè)為例進(jìn)行說(shuō)明。

圖3為學(xué)生登錄輔助教學(xué)平臺(tái)之后操作的部分流程圖。圖中體現(xiàn)了在線測(cè)試，智能答疑及在線作業(yè)這三部分流程。不管是哪一部分的操作，都將會(huì)把學(xué)生在和平臺(tái)交互過(guò)程當(dāng)中的學(xué)習(xí)狀況(即薄弱知識(shí)點(diǎn))記錄到學(xué)生的學(xué)習(xí)日志當(dāng)中，便于在測(cè)試部分能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況給出針對(duì)性的指導(dǎo)。在在線作業(yè)部分，作業(yè)由教師根據(jù)學(xué)生的以往的學(xué)習(xí)信息從題庫(kù)中抽取，然后由學(xué)生來(lái)完成作業(yè)，提交后的評(píng)判情況一方面寫入日志，另一方面可由教師查看，進(jìn)行教學(xué)效果分析；學(xué)生登錄后可進(jìn)行在線提問(wèn)，平臺(tái)首先會(huì)根據(jù)學(xué)生的問(wèn)題在論壇中進(jìn)行搜索，找到相關(guān)帖子加以呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)智能答疑，如果沒(méi)有滿足學(xué)生的要求，可再進(jìn)行發(fā)表，不論那種情況，都會(huì)將提出問(wèn)題的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)記錄到學(xué)生的學(xué)習(xí)日志當(dāng)中。

圖3 個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的學(xué)生在線自測(cè)系統(tǒng)流程

3 個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)

個(gè)性化輔助教學(xué)平臺(tái)采用基于Struts, Hibernate和Spring的J2EE架構(gòu)，用JSP技術(shù)結(jié)合Struts來(lái)實(shí)現(xiàn)表示層；業(yè)務(wù)層由Spring支持；Hibernate完成對(duì)象和關(guān)系的映射，利用數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)J2EE應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)了視圖、控制器與模型的分離以及業(yè)務(wù)層與持久層的分離[6-8]。以下將采用學(xué)生在線測(cè)試模塊為例進(jìn)行闡述說(shuō)明平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

3.1 持久層實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)的持久層主要采用的Hibernate框架，它可以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的持久化對(duì)象PO通過(guò)ORM(Object Relational Mapping)用POJO(plain ordinary java object)來(lái)操作，而持久化對(duì)象本身就是簡(jiǎn)單的POJO。

在學(xué)生測(cè)試模塊中主要包括4個(gè)實(shí)體：作業(yè)(測(cè)試)實(shí)體，學(xué)生實(shí)體，知識(shí)點(diǎn)實(shí)體以及學(xué)生日志實(shí)體。POJO就是這4個(gè)實(shí)體。 因?yàn)镻OJO對(duì)象還不能提供對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，為此，應(yīng)該通過(guò)Hibernate的映射文件建立POJO和表之間的映射關(guān)系：將數(shù)據(jù)庫(kù)中的每條記錄映射成一個(gè)持久化實(shí)例，而每個(gè)字段映射成持久化類的一個(gè)屬性。若程序代碼對(duì)POJO實(shí)例進(jìn)行操作的時(shí)候，Hibernate會(huì)自動(dòng)將其轉(zhuǎn)換為對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)表的操作。通過(guò)Hibernate對(duì)持久層進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，需要對(duì)SessionFactory進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)庫(kù)的持久化方法CRUD都是通過(guò)Session來(lái)調(diào)用的，每執(zhí)行一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)事務(wù)，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)新的Session實(shí)例。而SessionFactory負(fù)責(zé)創(chuàng)建Sessions實(shí)例。

平臺(tái)引入了Spring框架，Spring通過(guò)IoC容器把sessionFactory實(shí)例作為一個(gè)普通的Bean進(jìn)行管理。數(shù)據(jù)源利用IoC容器采用依賴注入的方式傳遞給Hibernate的SessionFactory，避免了DAO組件手動(dòng)獲得SessionFactory實(shí)例，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯層和持久層的解耦。IoC容器對(duì)DAO組件的管理，是將所有的DAO組件在Spring配置文件中進(jìn)行配置，配置的方式就是注入SessionFactory實(shí)例。在該平臺(tái)中，配置了一個(gè)DAO組件模板，其目的是為了讓所有的DAO組件都能夠注入到SessionFactory實(shí)例中。并且在模板中將abstract屬性設(shè)置為true，其他的Bean需要設(shè)置parent屬性，并將該屬性的值設(shè)為DAO組件模板的Bean。實(shí)現(xiàn)DAO組件，就是分別實(shí)現(xiàn)DAO接口和DAO的實(shí)現(xiàn)類。

3.2 業(yè)務(wù)邏輯層實(shí)現(xiàn)

通過(guò)DAO組件對(duì)持久層的訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)了兩層之間的解耦，為此，教學(xué)平臺(tái)將業(yè)務(wù)邏輯組件完全放在業(yè)務(wù)邏輯層。每個(gè)業(yè)務(wù)邏輯組件包括兩個(gè)部分：業(yè)務(wù)邏輯組件接口和實(shí)現(xiàn)類。

對(duì)于學(xué)生在線測(cè)試模塊，應(yīng)包含如下的業(yè)務(wù)邏輯方法：增加一條試題記錄，增加一條學(xué)生答題記錄，根據(jù)學(xué)生ID刪除答題記錄，增加一條學(xué)生日志記錄，修改一條學(xué)生日志記錄等。業(yè)務(wù)邏輯組件無(wú)需包含數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)邏輯，只需實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯方法。在平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)上，業(yè)務(wù)邏輯組件完全依賴于4個(gè)DAO組件，而每個(gè)實(shí)現(xiàn)類必須提供對(duì)應(yīng)的setter方法。

業(yè)務(wù)邏輯組件實(shí)現(xiàn)之后，要為業(yè)務(wù)邏輯組件配置事務(wù)。該平臺(tái)采用BeanNameAutoProxyCreator自動(dòng)創(chuàng)建事務(wù)代理，這種配置方式利用Spring提供的bean處理器為每個(gè)bean自動(dòng)創(chuàng)建代理，只需使用AOP機(jī)制在容器中配置合適的攔截器，避免了增量式配置，同時(shí)也由于目標(biāo)bean的自動(dòng)消失保證了其不可訪問(wèn)性。

體現(xiàn)個(gè)性化的在線測(cè)試模塊的主要功能可以劃分成三部分，首先是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)日志和試題的抽取；接著是隨機(jī)抽取出試題的分頁(yè)顯示；最后是評(píng)分過(guò)程，再將評(píng)分結(jié)果寫入學(xué)習(xí)日志。在抽取試題的時(shí)候，因?yàn)樾枰紤]到學(xué)生學(xué)習(xí)日志中薄弱知識(shí)點(diǎn)，而且其個(gè)數(shù)不確定，因此在對(duì)試題進(jìn)行隨機(jī)抽取的時(shí)候查詢條件較復(fù)雜，所以定義了一個(gè)動(dòng)態(tài)生成查詢語(yǔ)句的高級(jí)查詢組件AdvancedSearch，根據(jù)學(xué)生薄弱知識(shí)點(diǎn)個(gè)數(shù)的多少，形成個(gè)性化查詢條件，進(jìn)一步檢索數(shù)據(jù)庫(kù)中的試題表，并利用隨機(jī)數(shù)生成滿足知識(shí)點(diǎn)的試題。AdvancedSearch組件中的部分實(shí)現(xiàn)代碼如下：

String executeSql=”select * from ChoiceQuestion”;

boolean flag=false;

while(!SLrs.isAfterLast()){

if(flag){

executeSql=executeSql+”and KP_number=”+SLrs.getString();

}

if(s[i]!=””&&!flag){

executeSql=executeSql+”where KP_number=”+SLrs.getstring();

flag=true;

}

}

形成試題之后，需要對(duì)最終用戶進(jìn)行顯示，而試題的數(shù)目往往過(guò)多，為此涉及到分頁(yè)顯示的實(shí)現(xiàn)，定義了Fenye組件。當(dāng)?shù)玫皆囶}的記錄集Result rs后，首先使用rs.last()和rs.getRow()方法獲得記錄集的總數(shù)，每頁(yè)顯示的記錄條數(shù)為pageSize,當(dāng)顯示頁(yè)碼是page時(shí)，定位并顯示第(page-1)* pageSize+1至page* pageSize號(hào)記錄。

最后就是評(píng)分過(guò)程的實(shí)現(xiàn)，為了隨時(shí)的保存學(xué)生的考試狀態(tài)，定時(shí)對(duì)學(xué)生的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行評(píng)判并保存。保存位置采取的是客戶端保存方案，即采用Cookie技術(shù)保存答題狀況。學(xué)生提交結(jié)果之后，將Cookie提交至服務(wù)器，存入數(shù)據(jù)庫(kù)的日志表中。

3.3 表現(xiàn)層實(shí)現(xiàn)

平臺(tái)在表現(xiàn)層采用的是Struts框架，該框架結(jié)構(gòu)中，控制器指的是ActionServlet，ActionServlet能夠攔截用戶的所有請(qǐng)求，并調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯來(lái)完成用戶的請(qǐng)求；視圖主要由JSP組件體現(xiàn)，JSP組件負(fù)責(zé)接受用戶的請(qǐng)求并將處理的最終結(jié)果展示給用戶；而模型負(fù)責(zé)視圖中的數(shù)據(jù)的保存。

平臺(tái)中的教師，學(xué)生或管理員用戶都對(duì)應(yīng)著一個(gè)登錄界面，其視圖名稱UserLogin.jsp，對(duì)應(yīng)的模型為UserLoginForm。在學(xué)生輸入完登錄信息點(diǎn)擊登錄之后，ActionServelet會(huì)根據(jù)配置文件struts-config.xml中的信息調(diào)用org.pcai.action.UserLoginAction類完成業(yè)務(wù)處理。若Action處理成功，跳轉(zhuǎn)到學(xué)生學(xué)習(xí)界面，若失敗，返回UserLogin.jsp頁(yè)面。

4 結(jié)論與討論

平臺(tái)主要解決了現(xiàn)有輔助教學(xué)平臺(tái)不能針對(duì)學(xué)生的認(rèn)知水平進(jìn)行針對(duì)化輔導(dǎo)的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)了教學(xué)資源的數(shù)字化，具有課程管理、作業(yè)管理、在線測(cè)試、智能答疑等功能。利用該平臺(tái)在進(jìn)行輔助教學(xué)過(guò)程中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性；加強(qiáng)了師生之間的溝通合作；使教師能夠充分了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)而調(diào)整課堂的教學(xué)內(nèi)容；從最終的教學(xué)效果來(lái)看，輔助教學(xué)平臺(tái)的使用有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)。為高等教育的教學(xué)工作提供了一個(gè)功能強(qiáng)大的，使用方便的輔助教學(xué)環(huán)境。

[1] 王小梅,李林.臺(tái)灣大規(guī)模開放在線課程的發(fā)展現(xiàn)狀[J].世界教育信息，2014(06)：68-70.

[2] 韓錫斌，葛文雙，周潛，等.MOOC平臺(tái)與典型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的比較研究[J].中國(guó)電化教育,2014(1)：61-68.

[3] 吳蘭英.基于J2EE的在線答疑系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].科技信息，2010(27)：88-89.

[4] 梁云娟．基于WEB技術(shù)的教學(xué)輔助平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]．西安:西安電子科技大學(xué)，2007.

[5] 翟佳．基于J2EE的高校教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[D]．上海:復(fù)旦大學(xué)，2009.

[6] 王添財(cái).基于Java EE的在線考試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)，2014.

[7] Li Huoqin.Based on B/S structure of online examination system analysis and design [J].Science & Technology Information,2008(30):149.

[8] 姚瑾如.基于MVC模式的管理信息系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2013.

(責(zé)任編輯：朱寶昌)

The Design and Implementation of Personalization-Aided Teaching Platform Based on J2EE

ZHU Mei-ning,LIN Zhuo,WANG Deng-cai

(School of Mathematics and Information Science & Technology,Hebei Normal University of Science & Technology,Qinhuangdao Hebei,066004, China)

Personalization-aided teaching platform is proposed to solve existing problems such as weakness function of teaching platform and weakness of personalized guidance, which focuses on knowledge point to support online testing and intelligent answering through recording students' daily learning activities, so as to improve learning efficiency. The Platform takes J2EE (Java2 Enterprise Edition) as a basis, using a lightweight web-based framework: Struts+Spring+Hibernate, and MVC (Model-View-Controller) design pattern.

aided teaching;personalization;knowledge point;MVC pattern;SSH framework

10.3969/J.ISSN.1672-7983.2015.02.015

2015-01-16; 修改稿收到日期: 2015-05-25

G434;TP311.52

A

1672-7983(2015)02-0070-05

祝美寧(1979-)，女，講師，碩士。主要研究方向：軟件工程。