MOOC教學平臺研究與設計

王忠義，吳金堂

（河南中醫(yī)藥大學，河南 鄭州 450046）

MOOC教學平臺研究與設計

王忠義，吳金堂

（河南中醫(yī)藥大學，河南 鄭州 450046）

MOOC是信息化技術發(fā)展到一定程度時必然出現(xiàn)的一種現(xiàn)代教育模式。文章對MOOC教學平臺進行研究與設計，本平臺應用MVC設計模式和B/S架構，基于PHP和MySQL開發(fā)出MOOC學習平臺。在平臺開發(fā)中利用了最新的框架技術和模板技術，為用戶快速創(chuàng)建一個方便可靠的自主在線教學平臺。

MOOC；教學平臺；設計

大規(guī)模在線開放課程（Massive Open Online Courses，MOOC）是近年來出現(xiàn)的一種以關聯(lián)主義原理為基礎，將在線學習、社交服務、大數(shù)據(jù)分析、移動互聯(lián)網等理念融合為一體的新型教育模式[1]，將優(yōu)質的教學資源提供給全世界的學習者，被譽為“印刷術發(fā)明以來教育最大的革新”。MOOC的理想是做到“任何人、在任何時間和任何地點都能學到任何知識”。國家可以通過MOOC平臺的考試測試選拔專業(yè)需要的人才，并將他們安排在合適的崗位上，社會才能更迅速地發(fā)展[2]。

本平臺的研究與設計方便用戶在線選課、在線學習、評價課程等；教師可以發(fā)布在線課程，對學生進行相關管理；管理員可以負責整個平臺的正常運行。平臺依據(jù)不同用戶的角色做出反應，通過Web形式方便快捷地提供服務，具體研究與設計過程如下文。

1 技術研究

本平臺應用面向對象的設計思想，使用當前流行的Bootstrap框架，基于PHP和MySQL，并使用Power Designer15軟件設計數(shù)據(jù)庫，在編碼階段采用ThinkPHP框架技術，有效地提高設計與開發(fā)進度。

2 平臺總體設計

2.1 訪問控制設計

2.1.1 訪問控制

訪問控制（Access Control，AC）是指系統(tǒng)對用戶身份及其所屬的預先定義的策略組，限制其使用數(shù)據(jù)資源能力的手段[3]。使用訪問控制技術可以有效防止未授權用戶訪問系統(tǒng)資源，防止授權用戶對特定資源的非法訪問，從而維護系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。通常系統(tǒng)管理員控制用戶對服務器、文件、目錄等網絡資源的訪問時會采用這種技術。訪問控制的主要目的是約束訪問主體對客體的訪問[4]，從而保障數(shù)據(jù)資源在合法范圍內有效使用和管理，是系統(tǒng)保密性、可用性、完整性和合法使用性的重要基礎，是網絡安全防范和網絡資源保護的重要策略之一。

2.1.2 權限控制

權限控制是系統(tǒng)安全策略的重要組成部分。目前，基于角色訪問控制（Role-Based Access Control，RBAC）技術是項目開發(fā)中最常用的權限控制技術之一，其對象分為用戶、角色和權限。角色是一定數(shù)量權限的集合，是用戶和權限的中間層，角色擁有訪問系統(tǒng)資源及相關操作的權限，為用戶分配角色，這樣用戶就擁有對應角色的權限。

用戶登錄系統(tǒng)會對其進行身份驗證，如果身份非法則不能進入系統(tǒng)。用戶可以通過前臺注冊或者由管理員添加新用戶的方式，將用戶信息保存到數(shù)據(jù)庫中，在登錄時系統(tǒng)將從數(shù)據(jù)庫中讀取信息與用戶輸入的數(shù)據(jù)進行匹配，匹配成功，則根據(jù)角色進入系統(tǒng)。

2.1.3 基于角色的訪問控制

RBAC是對訪問角色所進行的控制，使權限與角色相關聯(lián)，為用戶分配適當?shù)慕巧x予其相應的權限，這樣簡化了權限的賦予和收回，降低了授權管理的復發(fā)性和開銷，提高了系統(tǒng)的靈活性和安全性。

在該平臺中，角色定位比較明確，權限分配也比較清晰。結合對其他MOOC學習平臺的研究，并根據(jù)實際情況，將用戶分成學生、教師（發(fā)布者）、系統(tǒng)管理員3類。

2.2 功能設計

2.2.1 用戶身份設計

本平臺的用戶身份分為學習者、發(fā)布者和系統(tǒng)管理員3類，分別對應學生、教師和系統(tǒng)管理員3種角色，不同角色的用戶擁有的權限不同。MOOC學習平臺的用例圖如圖1所示。

普通游客在本平臺上注冊成功之后，系統(tǒng)默認分配的角色是學生，學生通過用戶名和密碼登錄平臺之后，可以修改完善個人信息，可以選擇課程開始學習，在學習過程中可以參與課程相關話題討論，做筆記，當課程學完之后還可以對課程評價。如果用戶需要在平臺上開設課程，則要向管理員申請，身份確認之后管理員將會賦予其教師身份，擁有發(fā)布課程的權限，這時的用戶不僅具有學生的權限還具有課程發(fā)布者的權限。教師可以創(chuàng)建課程、上傳教學視頻、文檔等資料，還可以對課程進行管理，回答學生的問題，而且該平臺還具有在線測試和考試的功能。最后，系統(tǒng)管理員擁有平臺的全部權限，其主要任務就是管理后臺，包括用戶管理、課程管理、系統(tǒng)管理等。

2.2.2 功能結構設計

本平臺分為前臺和后臺兩個部分，前臺主要用于課程展示、課程查詢以及登錄注冊，平臺的前臺結構如圖2所示。

圖2 MOOC學習平臺前臺結構

當用戶登錄平臺之后，根據(jù)用戶身份不同，將會進入不同的頁面，學生的功能結構如圖3所示，教師的功能結構如圖4所示。

3 平臺數(shù)據(jù)庫設計

MySQL數(shù)據(jù)庫是一個小型的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，因此，在設計數(shù)據(jù)庫時要考慮關系型數(shù)據(jù)庫的規(guī)范化理論。一般情況下，數(shù)據(jù)庫設計只需要滿足第三范式（3NF），也就是要求每一個數(shù)據(jù)表中不再含有已經出現(xiàn)在其他表中的非關鍵字信息。

3.1 概念數(shù)據(jù)模型

概念數(shù)據(jù)模型（Conceptual Data Model，CDM）表示的是數(shù)據(jù)庫的整體邏輯結構。通過建立CDM可以使數(shù)據(jù)圖形化、形象化，方便數(shù)據(jù)表的合法性校驗[5]。通常，CDM采用實體-聯(lián)系（Entity-Relation，E-R）圖來表示。本平臺主要的實體有用戶（學生、教師、系統(tǒng)管理員）、課程、課時、問題、話題、公告、試卷、分類等。從E-R圖中可以清楚地看出各個實體及它們之間的聯(lián)系。

3.2 物理數(shù)據(jù)模型

物理數(shù)據(jù)模型（Physical Data Model，PDM）是以常用的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（Database Management System，DBMS）理論為基礎，將CDM建立的現(xiàn)實世界模型生成相應的DBMS的SQL語言腳本[5]。利用該SQL腳本在數(shù)據(jù)庫中生成現(xiàn)實世界信息的存儲結構（表、約束等），并保證數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫中的完整性和一致性。PDM與DBMS的關系如圖5所示。

根據(jù)物理數(shù)據(jù)模型和需求分析在數(shù)據(jù)庫中設計有25張數(shù)據(jù)表，如用戶表、課程信息表、課時表、話題討論表、用戶認證表、用戶安全問題表、課程收藏表、學習表、課程評價表、課程筆記表、學生成績表、課程分類表、標簽表、公告表、消息表、題目表、試卷表等。

4 平臺詳細設計

4.1 后臺管理模塊設計

后臺管理是本平臺的重要模塊，主要功能包括系統(tǒng)管理、用戶管理、課程管理等。

在用戶管理模塊，可以添加用戶、刪除用戶、修改用戶、查改用戶基本信息等。在課程管理模塊，管理員可以查詢課程信息、修改課程、刪除課程、增加課程、增加課時、管理話題、管理筆記等。在后臺管理中還有院系管理、私信管理、分類管理、標簽管理、公告管理等模塊。通過對這些內容的管理，可以很方便地更新平臺內容，更好地提供服務。

圖3 學生用戶功能結構

圖4 教師用戶功能結構

圖5 PDM與DBMS的關系

4.2 前臺功能模塊設計

本平臺的主要目的是為用戶提供在線學習，學生用戶可以進行登錄、注冊和密碼找回（可以進行密碼重置，需要平臺向用戶郵箱發(fā)送鏈接），根據(jù)導航菜單進入不同的頁面，可以瀏覽平臺上的課程，并選擇課程開始學習，可以修改自己的個人信息，查看屬于自己的個人中心（包括真實姓名、頭像、電話號碼、郵箱、所在院系、自我介紹、安全問題等）；如果是教師，還可以創(chuàng)建課程、管理自己的課程。討論區(qū)的設置有利于學生與教師、學生與學生之間的互動，每一門課程都對應一個討論區(qū)，在這里可以討論與本課程相關的話題。

在課程信息頁面可以查看課程基本信息、任課教師、課時信息、話題討論、課程評價以及筆記。如果用戶身份為教師，則可以創(chuàng)建課程，首先是課程基本信息，然后填寫課程詳細信息，添加課程圖片，最后添加課時。另外，還有添加試題、創(chuàng)建試卷、在線測試等功能。其中，試題有選擇題、填空題、判斷題、問答題、材料題等5種類型，有簡單、一般、困難等3種難度，試卷則由課程所對應的題庫隨機選題生成。

5 平臺功能測試

5.1 測試方法

測試的目的是發(fā)現(xiàn)程序中的錯誤，系統(tǒng)測試有兩種方法：黑盒測試法和白盒測試法。黑盒測試是指已經知道了產品應該具有的功能，通過測試檢驗每個功能是否正常使用；而白盒測試則是知道產品的內部工作過程，通過測試檢驗內部動作是否按照規(guī)定正常運行[6]。在本平臺的測試中，我們選擇黑盒測試法。

5.2 測試過程與結果

我們測試了平臺的所有功能，部分功能測試過程如下。

（1）用戶注冊：填寫郵箱地址、密碼及驗證碼，點擊立即注冊，注冊成功之后，頁面跳轉到登錄界面。用同樣的郵箱重復注冊時，提示此用戶已注冊。

（2）登錄：填寫正確的賬號和密碼，點擊登錄，成功登錄之后，頁面跳轉到平臺首頁。如果賬號或密碼有錯誤，則彈出錯誤提示。

（3）創(chuàng)建課程：用戶以教師身份登錄平臺后，創(chuàng)建課程，完善課程詳細信息，然后發(fā)布課程。這樣，在全部課程頁面上就可以看到所創(chuàng)建的課程。

（4）課時管理：選擇課程，進入課程管理界面，選擇課時管理，添加課時，填寫課時名稱，上傳課時文件，選擇發(fā)布，然后回到課程頁面就可以看到添加的課時。

（5）后臺管理：用戶以系統(tǒng)管理員身份登錄后臺，在后臺可以設置平臺的系統(tǒng)運行信息、正常管理用戶、課程等。

通過測試表明，本平臺可以實現(xiàn)預期的功能效果，能夠滿足基本的需求。

6 結語

MOOC的真正發(fā)展歷程只有幾年時間，盡管目前還存在許多問題，但是隨著互聯(lián)網技術的發(fā)展，大數(shù)據(jù)與云計算的應用將會使MOOC更加完善。虛擬現(xiàn)實技術的引入，會使學習更加生動有趣，學習者將會有更好的學習體驗。在未來，MOOC教學模式將會更加深入地融入日常教學中，在線學習將會是人們主要的學習方式，最終形成終身學習的習慣。教師將成為一個資源的提供者，教師的任務從傳授知識轉變?yōu)橹笇W生獲得信息的導師，學生將成為知識的探究者，學習的行為將會發(fā)生在“任何時間、任何地點”。通過MOOC平臺可以分析和挖掘出世界最強大腦，為國家贏得人才的競爭。

[1] 李曼麗，張羽，葉賦桂.解碼MOOC大規(guī)模在線開放課程的教育學考察[M].北京：清華大學出版社，2013.

[2] 段玲玲.基于MOOC理念的學習平臺設計與實現(xiàn)[J].信息與電腦（理論版），2017（13）：111-114.

[3] 韓麗媛.基于MVC的慕課教學平臺的設計與實現(xiàn)[J].課程教育研究，2015（8）：49.

[4] 郭曉凱，衛(wèi)文學，黃海明.基于角色的代理訪問控制模型及其實現(xiàn)[J].山東科技大學學報，2011（1）：89-92.

[5] 楊小燕，廖清遠.PD建模技術在圖書管理系統(tǒng)中的應用[J].中國科教創(chuàng)新導刊，2012（1）：57-58.

[6] 張海藩，牟永敏.軟件工程導論[M].北京：清華大學出版社，2013.

Study and design of MOOC teaching platform

Wang Zhongyi, Wu Jintang
（Henan University of Chinese Medicine, Zhengzhou 450046, China）

MOOC is the a modern educational mode of inevitable emergence as the development of information technology to a certain extent. This paper studies and designs the MOOC teaching platform. Based on PHP and MySQL, and uses MVC design mode and B/S architecture, the platform develops MOOC learning platform. In the platform development, the latest framework technology and template technology are used to quickly create a convenient and reliable independent online teaching platform.

MOOC; teaching platform; design

河南省高校重點科研項目；項目編號：15A630039。

王忠義（1984— ），男，河南蘭考人，講師，碩士；研究方向：計算機網絡，機器學習，生物進化，圖像處理。