基于云班課系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

張立寶 祁鑫 封皓元

摘要：傳統(tǒng)的教學(xué)模式和普通信息化的教學(xué)方法因其自身的局限性已無法滿足日益增高的教學(xué)需求，云班課系統(tǒng)通過智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂和課堂互動(dòng)教學(xué)，為師生之間即時(shí)互動(dòng)、資源推送和作業(yè)任務(wù)提供了平臺(tái)。通過對(duì)云班課系統(tǒng)進(jìn)行研究與實(shí)現(xiàn)，開發(fā)一款集智能教學(xué)工具、智能教學(xué)資源和智能教學(xué)管理為一體的全方位服務(wù)教學(xué)軟件系統(tǒng)，使教師和學(xué)生通過手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂和課堂互動(dòng)教學(xué)，以提高教學(xué)的針對(duì)性和實(shí)效性，達(dá)到更加突出的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：云課堂;翻轉(zhuǎn)課堂;移動(dòng)教學(xué);交互平臺(tái);服務(wù)軟件

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2019）01-0112-03

Research and Implementation of Cloud Based Course System

ZHANG Li-bao， QI Xin， FENG Hao-yuan

（Shengli College China University Of Petroleum， Dongying 257061， China）

Abstract： The traditional teaching mode and the general information teaching method can not meet the increasing teaching demand because of its own limitations. The cloud class class system realizes the flipping classroom and classroom interactive teaching through the smart phone， real-time interaction and resources between teachers and students. Push and job tasks provide a platform. Through the research and implementation of the cloud class system， a full-service teaching software system integrating intelligent teaching tools， intelligent teaching resources and intelligent teaching management is developed， which enables teachers and students to realize interactive classroom teaching and classroom teaching through mobile APP. In order to improve the pertinence and effectiveness of teaching， to achieve more prominent teaching effects.

Key words： cloud classes;flip classroom;mobile teaching;interactive platform; service software

1 引 言

現(xiàn)如今，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展越來越迅速，智能手機(jī)以其功能的全面性和信息交互的快捷與便利性漸漸成了我們生活中不可替代的重要工具[1]。學(xué)生的學(xué)習(xí)方式也伴隨著智能手機(jī)的加入逐步發(fā)生改變，移動(dòng)學(xué)習(xí)的必要性以及重要性慢慢得到體現(xiàn)。教學(xué)發(fā)生了由“以教師為中心”到“以學(xué)生為中心”模式的轉(zhuǎn)變，并開始在國(guó)內(nèi)外普遍流行[2]。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于云課堂的教學(xué)管理系統(tǒng)，只需在系統(tǒng)中加入相關(guān)班課，就可以隨時(shí)隨地地查看班課信息、獲得班課資源，具有較高的資源利用率和使用的便捷性。

2云班課系統(tǒng)需求分析

2.1 用例模型描述

2.1.1 教師用例

教師首先創(chuàng)建課程，每個(gè)教師管理自己創(chuàng)建的課程，教師可以在某個(gè)課程中添加學(xué)生，教師可以管理自己課程的學(xué)生。同時(shí)教師也可以撤銷某個(gè)學(xué)生的選課。教師可以添加新的課程，并且也可以刪除舊的課程。教師可以在某門課程中建立該課程的試題庫(kù)，并且可以對(duì)該試題庫(kù)進(jìn)行管理（添加、刪除、新建）。教師可以上傳某門課程的教學(xué)資料（如Word、視頻等）。

2.1.2 學(xué)生用例

學(xué)生的登錄、注冊(cè)可在移動(dòng)端和Web端完成，且需要輸入的信息與所有用戶登錄注冊(cè)時(shí)需要輸入的信息一致。學(xué)生在Android移動(dòng)端進(jìn)行登錄，然后瀏覽教師發(fā)布的課程并且可以通過教師發(fā)布的課程碼加入課程、下載資源，當(dāng)然學(xué)生也可以退出某門課程。學(xué)生也可以在移動(dòng)端進(jìn)行課堂隨機(jī)測(cè)驗(yàn)，并且查看自己的成績(jī)。

2.2 功能性需求

該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，可以有兩個(gè)身份的用戶進(jìn)行登錄，分別是教師用戶和學(xué)生用戶。其中，教師和學(xué)生都可以使用會(huì)話管理功能，該功能主要包含登錄、注冊(cè)和個(gè)人信息管理等子功能。在Web端，當(dāng)教師用戶登錄進(jìn)入該系統(tǒng)后，可以使用課程管理模塊下的創(chuàng)建班課、修改班課、刪除班課和加入班課等子功能，而當(dāng)學(xué)生用戶登錄后，只可以使用該模塊下的加入班課功能。進(jìn)入班課后，作為教師用戶可以使用班課成員管理下的查看班課成員和移除成員等子功能，作為學(xué)生用戶只能查看該班課內(nèi)的成員信息;在課程資源管理界面，教師可以上傳資源、下載資源和刪除班課內(nèi)的資源，學(xué)生可以下載資源和參與課堂檢測(cè)，其中，課堂檢測(cè)內(nèi)的題目來自教師在題庫(kù)管理模塊中導(dǎo)入或者編輯添加的試題，教師可將試題發(fā)布出來也可刪除相關(guān)試題。在移動(dòng)端，學(xué)生用戶可以使用其在Web端的全部功能，而教師用戶只能使用除題庫(kù)管理模塊之外的全部功能，這樣，教師可在Web端發(fā)布試題后供學(xué)生在移動(dòng)端在線答題，不僅節(jié)省了教師與學(xué)生的時(shí)間，更提高了隨堂檢測(cè)的效率。

2.3 非功能性需求

2.3.1 性能需求

該云班課系統(tǒng)在使用中具有用戶數(shù)量多、數(shù)據(jù)量大、事物密集等特點(diǎn)，因此，必須考慮并解決系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和保持長(zhǎng)時(shí)間使用等性能問題。主要從以下兩個(gè)方面做出性能上的需求：

1）較短的系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間

本系統(tǒng)包括基于PHP的Web端和基于Android的移動(dòng)端，因此必須避免系統(tǒng)可能出現(xiàn)的延遲情況。要求系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間不能超過2秒，在高峰時(shí)段系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間不能超過4秒。在網(wǎng)絡(luò)暢通時(shí)，班課的刷新時(shí)間不超過1秒、學(xué)生在線答題時(shí)題目的刷新時(shí)間不超過1秒、答案的提交時(shí)間不超過1秒。在推薦的配置環(huán)境下，用戶登錄的響應(yīng)時(shí)間不超過1秒，查找班課的相應(yīng)時(shí)間不超過1秒[3]。

2）較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力

本系統(tǒng)的運(yùn)行分為Web端和移動(dòng)端，在系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，應(yīng)盡量減少數(shù)據(jù)流量，因此，在Web端，每一個(gè)界面的顯示信息不應(yīng)太多，以保證網(wǎng)絡(luò)的暢通;而在移動(dòng)端，則適當(dāng)采用緩存機(jī)制，對(duì)一些不會(huì)頻繁改變的數(shù)據(jù)緩存在手機(jī)中，從而降低對(duì)服務(wù)器端的訪問頻率[4]。

2.3.2 安全需求

信息安全性的保證是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代人們所面臨的基本挑戰(zhàn)，而本系統(tǒng)在使用前又需要用戶登錄并填寫其個(gè)人信息，所以本系統(tǒng)采用嚴(yán)格的權(quán)限訪問控制機(jī)制是保障安全的基礎(chǔ)保障。用戶在經(jīng)過身份確認(rèn)后，其只能訪問規(guī)定權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，比如：教師用戶只能看到學(xué)生用戶的姓名和學(xué)號(hào)等。在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，通過數(shù)據(jù)加密服務(wù)又可保障數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性，例如通過MD5對(duì)用戶密碼進(jìn)行多次加密后傳輸。而對(duì)一些來自互聯(lián)網(wǎng)的一般性惡性攻擊，如病毒攻擊、黑客入侵等，可通過使用服務(wù)器商提供的檢測(cè)和防御功能做到有效預(yù)防。

2.3.3 可靠性需求

一個(gè)優(yōu)秀的系統(tǒng)不僅需要提供給用戶強(qiáng)大的服務(wù)功能，更需要使系統(tǒng)具有良好的容錯(cuò)性、健壯性。面對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的各類異常情況，如：輸入非法數(shù)據(jù)和人為操作失誤等，系統(tǒng)不僅要做出正確的處理，更要進(jìn)行合理的規(guī)避。本系統(tǒng)要求對(duì)輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，以防止數(shù)據(jù)異常;要求對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行檢查，并對(duì)無權(quán)限的請(qǐng)求做出回應(yīng);要求對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可能出現(xiàn)的異常拋出處理，以防系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常甚至崩潰。

3云班課系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

Web端使用的架構(gòu)是B/S架構(gòu)，其形式是“客戶端-服務(wù)器-數(shù)據(jù)庫(kù)”，即客戶端向服務(wù)器發(fā)起Http請(qǐng)求后，服務(wù)器中的Web服務(wù)層可以處理該請(qǐng)求，再由服務(wù)器應(yīng)用層部分調(diào)用相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯并指向業(yè)務(wù)邏輯上的方法，在必要情況下，服務(wù)器還會(huì)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，然后將模板和數(shù)據(jù)渲染成最終的Html返回給客戶端[5]。

移動(dòng)端使用的架構(gòu)是C/S架構(gòu)，其可以主要分為客戶機(jī)和服務(wù)器兩層，其中客戶機(jī)不僅可以顯示界面與相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯，也可以做一些簡(jiǎn)單的業(yè)務(wù)邏輯的運(yùn)算和處理等，而第二層主要是通過結(jié)合了數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的管理和控制。

3.2 系統(tǒng)ER圖

在數(shù)據(jù)庫(kù)的概念設(shè)計(jì)階段，需要將應(yīng)用需求轉(zhuǎn)換為與計(jì)算機(jī)硬件無關(guān)的、與各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)產(chǎn)品無關(guān)的概念模型（E-R圖），以確定各實(shí)體集之間的聯(lián)系。

通過對(duì)本文的數(shù)據(jù)進(jìn)行建模分析，設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的E-R圖，如下圖所示。

4 云班課系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1.1 登錄注冊(cè)模塊

本系統(tǒng)提供登錄注冊(cè)功能，新用戶進(jìn)入Web端系統(tǒng)后可根據(jù)界面鏈接進(jìn)入注冊(cè)界面;新用戶進(jìn)入移動(dòng)端后直接進(jìn)入登錄界面。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)注冊(cè)操作，Web端用戶僅需輸入手機(jī)號(hào)，密碼，驗(yàn)證碼，系統(tǒng)將自動(dòng)對(duì)用戶輸入格式進(jìn)行實(shí)時(shí)檢驗(yàn)，并進(jìn)行提示;移動(dòng)端用戶需輸入姓名，手機(jī)號(hào)，密碼，郵箱可完成注冊(cè)。注冊(cè)成功即進(jìn)入登錄界面。

4.1.2 班課管理模塊

本系統(tǒng)提供對(duì)班課的管理功能。用戶登錄成功后，系統(tǒng)展示該用戶當(dāng)前參加的班課列表，用戶可以通過點(diǎn)擊班課進(jìn)入班課內(nèi);通過點(diǎn)擊不同的按鈕選擇創(chuàng)建班課、加入班課。班課列表展示功能向用戶展示該班課的創(chuàng)建者名稱、班課圖片、班級(jí)名稱、課程名稱、班課邀請(qǐng)碼等信息。

點(diǎn)擊創(chuàng)建班課即可進(jìn)入創(chuàng)建班課界面，用戶輸入班課名稱，填寫或者選擇已有科目，學(xué)術(shù)要求等班課信息。點(diǎn)擊確定按鈕，界面檢驗(yàn)數(shù)據(jù)合法性并進(jìn)行創(chuàng)建。

點(diǎn)擊加入班課，進(jìn)入加入班課界面，用戶輸入班課邀請(qǐng)碼，點(diǎn)擊查找或下一步按鈕，即可顯示該班課相關(guān)信息，用戶點(diǎn)擊下方加入班課按鈕即可加入班課。

4.1.3 題庫(kù)管理模塊

本系統(tǒng)提供與班課協(xié)同的題庫(kù)管理系統(tǒng)，方便教師對(duì)于課程對(duì)應(yīng)的試題進(jìn)行管理。在Web端用戶主頁點(diǎn)擊上方導(dǎo)航欄我的題庫(kù)按鈕即可進(jìn)入題庫(kù)管理界面，該模塊功能包括了課程章節(jié)管理，試題手動(dòng)添加，試題編輯等功能。

課程章節(jié)管理功能為用戶提供了科目的創(chuàng)建、刪除、編輯功能，同時(shí)為每個(gè)科目下的各個(gè)章節(jié)提供了創(chuàng)建、刪除、編輯功能。用戶在科目/章節(jié)樹形列表中選中科目/章節(jié)激活上面按鈕，選擇需要進(jìn)行的操作。

除了能夠批量導(dǎo)入試題，系統(tǒng)還提供了單個(gè)試題的錄入、編輯功能，以便于用戶對(duì)單個(gè)試題進(jìn)行更加精確、細(xì)化的編輯。用戶可使用Ueditor（富文本編輯器），按照格式錄入試題。

4.1.4 資源管理模塊

本系統(tǒng)為用戶提供了上傳班課資源功能，能夠上傳的資源包括視頻、文檔、圖片等類型。Web端用戶在班課列表界面通過點(diǎn)擊班課縮略圖即可進(jìn)入該班課的資源管理界面，上傳資源后即可在移動(dòng)端進(jìn)行瀏覽、下載;移動(dòng)端用戶進(jìn)入班課后可選擇手機(jī)內(nèi)的資源上傳，上傳資源后可進(jìn)行瀏覽、下載。

本地文件上傳為用戶提供了豐富的可供選擇資源，以班課為單位，用戶填寫學(xué)習(xí)要求，即可選擇文件進(jìn)行上傳。

4.1.5 成員管理模塊

本系統(tǒng)成員管理模塊包括用戶本人信息的查看與編輯，班課成員信息的查看與編輯。Web端用戶可以通過點(diǎn)擊班課列表縮略圖進(jìn)入班課成員管理，查看班課成員列表，查看成員信息，同時(shí)用戶可以通過點(diǎn)擊系統(tǒng)導(dǎo)航欄右上角用戶名稱，進(jìn)入用戶個(gè)人信息維護(hù)界面，查看并編輯本人信息;移動(dòng)端用戶可以進(jìn)入班課后查看成員列表，進(jìn)而查看成員信息成員，同時(shí)也可以在APP首頁進(jìn)入個(gè)人界面編輯個(gè)人信息。

5 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試是軟件系統(tǒng)開發(fā)過程中一項(xiàng)非常重要的工作，不僅可有效檢查軟件系統(tǒng)的運(yùn)行漏洞和運(yùn)行錯(cuò)誤等不正?，F(xiàn)象，也可以有效監(jiān)測(cè)該系統(tǒng)是否符合客戶需求，是否滿足相關(guān)運(yùn)行的性能指標(biāo)等。

5.1 測(cè)試方案

首先針對(duì)每個(gè)管理模塊進(jìn)行單元測(cè)試，之后進(jìn)行集成測(cè)試。

該云班課系統(tǒng)分為Web端和移動(dòng)端，主要包括班課管理、題庫(kù)管理、資源管理、以及成員管理四大模塊，在對(duì)每個(gè)模塊的測(cè)試過程中將針對(duì)每個(gè)模塊的需求、特點(diǎn)分別采用不同的方法，具體測(cè)試過程中將采用以下方法：

1）班課管理

班課管理模塊主要對(duì)用戶創(chuàng)建的班課進(jìn)行管理。用戶輸入班課信息進(jìn)行班課的創(chuàng)建，創(chuàng)建成功后會(huì)得到該班課的邀請(qǐng)碼。通過網(wǎng)絡(luò)渠道，線下渠道分享給其他同學(xué)，用戶可以通過邀請(qǐng)碼查找班課，并點(diǎn)擊參加。針對(duì)這些情況，在進(jìn)行測(cè)試分析和設(shè)計(jì)時(shí)，按照上面提到的內(nèi)容，根據(jù)現(xiàn)成的校園用戶進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的測(cè)試數(shù)據(jù)。

2）題庫(kù)管理

題庫(kù)管理是與課程相協(xié)同的模塊，用戶首先選擇或者創(chuàng)建科目，科目下面可以選擇或者創(chuàng)建章節(jié)，在相應(yīng)的科目或者章節(jié)下面選擇批量導(dǎo)入題目或者手動(dòng)錄入題目。通過選擇題目列表中的題目，可以進(jìn)行編輯和刪除題目。根據(jù)這一工作流，將做如下測(cè)試：

創(chuàng)建科目、章節(jié)：創(chuàng)建科目需要注意該科目名稱是否已經(jīng)存在;錄入試題：手工單個(gè)導(dǎo)入錄入試題。

3）成員管理

成員管理主要是班課成員信息的查看，包括姓名，學(xué)號(hào);用戶本人信息的查看與編輯。根據(jù)這些特點(diǎn)，成員管理測(cè)試需要注意以下幾點(diǎn)：

用戶信息編輯接口測(cè)試：測(cè)試移動(dòng)端接口能否對(duì)用戶信息進(jìn)行讀取和編輯;班課成員測(cè)試：班課成員列表是否正常顯示。

5.2 測(cè)試用例

主要的測(cè)試對(duì)象包括程序功能以及MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)各類操作的測(cè)試，為驗(yàn)證本文系統(tǒng)的可行性，分別進(jìn)行多種功能測(cè)試。

6 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)和介紹了基于Web端和Android移動(dòng)端的云班課系統(tǒng)，并經(jīng)測(cè)試表明，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿足要求、運(yùn)行穩(wěn)定流暢、功能細(xì)致全面，符合產(chǎn)品預(yù)期的需求，可以為教師和學(xué)生提供實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂和課堂互動(dòng)教學(xué)的平臺(tái)，具有較高的便捷性和可期的利用率。該系統(tǒng)極具創(chuàng)新特色，是一款集智能教學(xué)工具、智能教學(xué)資源和智能教學(xué)管理為一體的全方位服務(wù)教學(xué)軟件系統(tǒng)，在其提供的支持保障下會(huì)使教學(xué)效果更加突出。

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