面向翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的在線教學(xué)平臺需求分析與設(shè)計

文/鮑振忠　葛雷　金巨波

1　系統(tǒng)開發(fā)的背景及意義

基于在線教學(xué)實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)改革是當(dāng)前教學(xué)改革的主流趨勢，多數(shù)采用建設(shè)慕課或引進慕課建設(shè)SPOC作為支撐，實施翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。但慕課建設(shè)的成本高昂，引進慕課，建設(shè)SPOC，也仍然需要較高的成本，且需要進行較大的課程內(nèi)容改造才能使用自己的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。因此，專門面向翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式改革，面向一線教學(xué)部門和教師，設(shè)計成本低廉，簡單易用的在線教學(xué)平臺具有現(xiàn)實意義。

2　面向翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的在線教學(xué)平臺業(yè)務(wù)流程及需求分析

2.1　基于在線教學(xué)平臺實施翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式分析

基于開放在線教學(xué)實施翻轉(zhuǎn)課堂包含兩個教學(xué)環(huán)節(jié)：線上自主學(xué)習(xí)和線下現(xiàn)實課堂教學(xué)兩個部分。其中線上自主學(xué)習(xí)需要自主學(xué)習(xí)的平臺提供學(xué)生自主學(xué)習(xí)的支撐。教師需要根據(jù)教學(xué)安排，在教學(xué)平臺發(fā)布學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)素材、配套自測訓(xùn)練等基本教學(xué)素材，同時通過教學(xué)平臺，在學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中提供必要的交流和幫助。線下現(xiàn)實課堂中，教師首先利用較短的時間對學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)的成效進行考核，對自主學(xué)習(xí)進度拖后的同學(xué)進行督促。課堂最主要的內(nèi)容為對學(xué)習(xí)任務(wù)進行內(nèi)化和應(yīng)用。主要形式為：作業(yè)、討論分享、實驗操作、難點答疑、演示演講、情景模擬等。這些教學(xué)形式更直接的面向教學(xué)成效的達成度，直接面向教學(xué)的真正內(nèi)化和應(yīng)用，注重了素質(zhì)能力的培養(yǎng)。這種教學(xué)模式可以有效彌補慕課教學(xué)模式中，教學(xué)進度失控造成的學(xué)員流失嚴(yán)重的弊病。

面向翻轉(zhuǎn)課堂的開放教學(xué)平臺要緊密契合翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，在功能上并不追求大而全，要特別重視在線教學(xué)與線下課堂的緊密結(jié)合。

2.2　面向翻轉(zhuǎn)課堂在線教學(xué)平臺的需求分析

系統(tǒng)功能需求分析可以采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)化分析方法和目前主流的面向?qū)ο蠓治龇椒?，目前主流系統(tǒng)功能需求分析方法普遍采用UML建模語言進行分析和建模描述。采用面向?qū)ο蟮腢ML建模方法通常包括以下幾個步驟：確定系統(tǒng)的范圍和邊界；確定系統(tǒng)的執(zhí)行者和用例；對用例進行描述；定義用例之間的關(guān)系；審核用例模型。下面從執(zhí)行者分析、全局用例和用例描述三個方面介紹系統(tǒng)的功能需求。

2.2.1執(zhí)行者（角色）及其用例分析

根據(jù)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的分析和描述，系統(tǒng)的執(zhí)行者有四類：學(xué)生，教師（包括課程負責(zé)人和課程教師）、教學(xué)管理人員和系統(tǒng)管理員。

（1）學(xué)生執(zhí)行者及行為分析：學(xué)生指參與課程學(xué)習(xí)的校內(nèi)外學(xué)員，數(shù)據(jù)由Excel表格導(dǎo)入。學(xué)生角色交互的功能有：在線學(xué)習(xí)、在線作業(yè)、在線測試、在線提問等操作行為。

（2）教師執(zhí)行者行為分析：教師指實施線上和線下執(zhí)行授課的課程團隊成員，教師與系統(tǒng)交互的主要行為有：開課申請、課程管理、在線答疑、在線作業(yè)管理、成績評定等操作行為，其中開課申請、課程管理、成績評定功能僅限于課程負責(zé)人具有功能權(quán)限。

（3）教學(xué)管理者角色分析：教學(xué)管理人員由教務(wù)處或各系部的教學(xué)管理者擔(dān)任。主要交互行為有：審核開課申請，審核課程素材，開課管理，課程學(xué)生管理、結(jié)課管理等。教學(xué)管理者根據(jù)業(yè)務(wù)需要，也可以進行用戶管理包括：學(xué)生用戶管理和教師用戶管理。

（4）系統(tǒng)管理員執(zhí)行者及行為分析：系統(tǒng)管理員對系統(tǒng)進行基本信息管理、系統(tǒng)維護、系統(tǒng)配置、數(shù)據(jù)備份、信息安全、用戶管理等工作。

2.2.2全局用例分析

業(yè)務(wù)流程分析幫助我們理清了系統(tǒng)的邊界，識別出了執(zhí)行者及行為，通過分析，我們能到得到系統(tǒng)的一系列用例場景，從而得出系統(tǒng)的全局用例模型，這里使用統(tǒng)一建模語言UML來簡要描述系統(tǒng)的全局用例模型。

系統(tǒng)功能需求的全局用例模型如圖1所示。

限于篇幅，詳細用例說明略。

3　系統(tǒng)主要設(shè)計方案

3.1　領(lǐng)域模型設(shè)計

3.1.1實體類設(shè)計舉例（課程相關(guān)領(lǐng)域模型）

平臺設(shè)計思想融合了結(jié)果導(dǎo)向教育的思想，教學(xué)素材的劃分緊密結(jié)合課程的預(yù)期學(xué)習(xí)成果，實現(xiàn)教學(xué)素材對課程預(yù)期學(xué)習(xí)成果的支持矩陣，使得“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)模式具有清晰明確的教學(xué)目標(biāo)和預(yù)期成果導(dǎo)向。圖2給出了課程相關(guān)實體類的類圖設(shè)計，其中類名為了便于閱讀使用中文注釋名稱做了替換。

3.1.2業(yè)務(wù)對象（BO）設(shè)計舉例（教學(xué)管理業(yè)務(wù)對象設(shè)計）

課程的知識體系結(jié)構(gòu)和教學(xué)素材的管理和維護，是在線授課緊密相關(guān)業(yè)務(wù)處理，他們的操作緊密管理在一起。教學(xué)素材位于課程知識結(jié)構(gòu)的某個知識結(jié)點下，教學(xué)素材是承載教學(xué)信息的做重要載體，有效的教學(xué)素材一定能清晰體現(xiàn)預(yù)期教學(xué)目標(biāo)。知識結(jié)構(gòu)的結(jié)點管理和維護使用ZhshNodeService來提供業(yè)務(wù)邏輯處理，向下依賴ZshNodeDao和SucaiDao來對知識體系結(jié)點和結(jié)點下的素材進行數(shù)據(jù)庫操作。SucaiService類則用于教學(xué)素材信息的基本維護，向下依賴于ZshNodeDao、SucaiDao、ELODao三個數(shù)據(jù)庫訪問對象來分別對知識結(jié)構(gòu)結(jié)點、教學(xué)素材、預(yù)期教學(xué)成果進行數(shù)據(jù)庫操作來完成業(yè)務(wù)處理邏輯。ELOService類負責(zé)對課程預(yù)期學(xué)習(xí)成果，二級預(yù)期學(xué)習(xí)成果進行管理、維護和業(yè)務(wù)操作，它向下依賴于ELODao來對預(yù)期學(xué)習(xí)成果進行數(shù)據(jù)可操作。

3.2　分層架構(gòu)模式

圖1：全局用例模型

圖2：課程相關(guān)實體類類圖設(shè)計

架構(gòu)設(shè)計從整體架構(gòu)中依據(jù)的經(jīng)典的MVC架構(gòu)模式，即模型（Model）-視圖（View）-控制（Controller）模式，模型層主要是業(yè)務(wù)相關(guān)的業(yè)務(wù)對象以及實體類的操作和訪問，視圖層主要負責(zé)用戶界面的交互和展示，控制層則主要負責(zé)業(yè)務(wù)的調(diào)用、跳轉(zhuǎn)、協(xié)作等業(yè)務(wù)流程的控制。設(shè)計中采用JavaEE技術(shù)體系作為實現(xiàn)載體，視圖層采用JSP以及前端開發(fā)技術(shù)（如JQuery）實現(xiàn)業(yè)務(wù)界面呈現(xiàn)；控制層則采用Struts框架中的Action實現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的調(diào)用控制；模型層則將前述的業(yè)務(wù)對象設(shè)計“通過面向接口編程”將業(yè)務(wù)處理解耦為業(yè)務(wù)對象層和數(shù)據(jù)訪問層，層間遵循“李氏代換原則”、“依賴倒置原則”實現(xiàn)層間解耦，在層間再通過“控制反轉(zhuǎn)”技術(shù)進一步通過配置解耦。層內(nèi)則遵循“接口隔離”原則設(shè)計清晰的職責(zé)單一的接口，負責(zé)業(yè)務(wù)處理則可以通過對單一職責(zé)的接口進行重用而構(gòu)建需求靈敏的架構(gòu)方案。

4　系統(tǒng)實現(xiàn)效果評價

本在線教學(xué)平臺線運行后，遷移了3門優(yōu)質(zhì)資源共享課程，新建了4門課程的在線資源，其中5門課程在本系統(tǒng)的支持下完成了翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)的教學(xué)運行。本教學(xué)平臺也作為成果之一通過了相關(guān)課題成果的初步驗收，取得了階段性成果。

5　結(jié)論

綜上所述，作為專門面向翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的的教學(xué)平臺，緊密結(jié)合翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的業(yè)務(wù)流程特點，準(zhǔn)確定位軟件需求，給出了實體類設(shè)計、業(yè)務(wù)對象設(shè)計、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計等范例，設(shè)計理念符合現(xiàn)代軟件工程先進思想和理念。系統(tǒng)實現(xiàn)有力的支撐了教改課題的改革實現(xiàn)，體現(xiàn)了系統(tǒng)的價值。