職業(yè)本科專業(yè)課程師生互動教學信息系統(tǒng)構(gòu)建

摘要：伴隨網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)信息平臺技術(shù)的不斷發(fā)展，各職業(yè)本科院校教師在授課過程中應用在線教學系統(tǒng)取得了良好的效果，但該教學系統(tǒng)還存在諸多問題，例如系統(tǒng)功能不完善，對整個授課的效果無法進行監(jiān)督和數(shù)據(jù)采樣。為此，提出并設(shè)計了一種師生互動交流教學管理平臺，該教學系統(tǒng)采用ASP.NET處理的邏輯功能，利用Web Service實現(xiàn)整個用戶層、邏輯層、數(shù)據(jù)層與物理層的四個結(jié)構(gòu)層架構(gòu)，最終完成業(yè)務統(tǒng)計和整體框架搭建工作，基于B/S模式實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，通過登錄模塊監(jiān)管學生和教師多項在線應用功能。經(jīng)過實地測試，結(jié)果表明該師生互動教學管理系統(tǒng)具有明顯的功能優(yōu)勢，在原有教學系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加了師生互動模式，強化了網(wǎng)絡(luò)信息的教學實效性，值得各高等院校推廣。

關(guān)鍵詞：ASP.NET；Web Service技術(shù)；師生互動信息系統(tǒng)；在線教學

一、前言

本文利用Web Service技術(shù)在系統(tǒng)功能層面設(shè)計的管理系統(tǒng)實現(xiàn)了教學任務中的師生互動，將原有的用戶服務權(quán)限進行了剝離。本系統(tǒng)的開發(fā)借助于先進的網(wǎng)絡(luò)信息化技術(shù)，同時完善了原有的教學平臺各項功能，對于當前各職業(yè)本科院校開展專業(yè)課程的教學任務具有極大的促進作用。

二、系統(tǒng)總體設(shè)計

（一）系統(tǒng)體系架構(gòu)

師生互動教學信息化管理系統(tǒng)，通過用戶層、邏輯層、數(shù)據(jù)層與物理層四個結(jié)構(gòu)層來實現(xiàn)各項功能的完善與信息傳輸，由專業(yè)的信息化管理人員對系統(tǒng)進行運行維護及安全體系監(jiān)管，保證整個教學任務的順利實施，該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在整個教學管理系統(tǒng)中，用戶層可視化Web界面實現(xiàn)師生互動的信息接收與發(fā)送，滿足訪問客戶的各類需求，定向給予客戶相關(guān)信息結(jié)果反饋。整個系統(tǒng)為登錄的用戶提供了豐富的信息界面和查詢儲備，內(nèi)容包括課程安排、在線交流互動、成績查詢、在線考試等多個功能窗口[1]。所有返回的信息結(jié)果都是基于HTML編程及XML文件最終發(fā)送給訪問的客戶。

邏輯層在接收到訪問客戶的各類請求信息后，按照原有制定原則對相關(guān)信息內(nèi)容進行處理，實現(xiàn)了對用戶的最終教學評價、課程管理、賬戶設(shè)置等相關(guān)業(yè)務內(nèi)容。經(jīng)邏輯層處理后的數(shù)據(jù)信息結(jié)果將發(fā)送給數(shù)據(jù)層，在數(shù)據(jù)層中各項邏輯處理內(nèi)容在ASP.NET基礎(chǔ)上進行處理，最終數(shù)據(jù)通過Web Service技術(shù)生成各類數(shù)據(jù)統(tǒng)計報表。

數(shù)據(jù)層負責對最終統(tǒng)計的各類數(shù)據(jù)信息內(nèi)容進行存儲處理，數(shù)據(jù)層基于ASP.NET構(gòu)建各項功能模塊，這種構(gòu)建模式的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)對系統(tǒng)各組件部分的快捷訪問并對訪問數(shù)據(jù)進行有效準確捕捉處理。邏輯層將處理好的各類數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)送給數(shù)據(jù)層，由數(shù)據(jù)層進行讀取，經(jīng)數(shù)據(jù)層處理后，將最終結(jié)果又返回給邏輯層。

物理層為整個教學系統(tǒng)的正常運作提供了良好的硬件基礎(chǔ)環(huán)境，該數(shù)據(jù)層包括各類網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)施、Web 服務器、數(shù)據(jù)庫等組成部分，所有硬件設(shè)施滿足整個系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)信息存儲與處理并為系統(tǒng)的正常工作運行營造良好的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。

除此之外，運行維護系統(tǒng)，通過各個數(shù)據(jù)層預留的接口，做好相關(guān)日常維護工作，在維護過程中要建立好安全防護體系，避免外界非法用戶的入侵及訪問。在運行維護與安全防護體系雙重構(gòu)建下保證整個教學管理系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。

（二）系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)基于B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）模式構(gòu)建，可以滿足不同用戶登錄后的各種業(yè)務鏈處理需求，當用戶登錄系統(tǒng)中，在保證數(shù)據(jù)安全傳輸?shù)那闆r下可進行資源共享。系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)如圖2。

整個數(shù)據(jù)庫在基礎(chǔ)硬件上采用大容量存儲服務器，整個系統(tǒng)運行過程中要進行龐大的運算處理，同時將處理好的各類數(shù)據(jù)業(yè)務與相關(guān)數(shù)據(jù)庫端口進行連接，各類數(shù)據(jù)信息傳輸由Web服務器以及相應的服務器按照最初的功能設(shè)計承擔，這樣的設(shè)計不但可以保證系統(tǒng)的運行穩(wěn)定，而且功能上日后可以擴展，相應的日常維護也更加便捷。當系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)各類非法用戶業(yè)務請求時，由防火墻首先對非法入侵用戶進行數(shù)據(jù)隔離，終止所有數(shù)據(jù)的接入。該教學系統(tǒng)在正常運行使用過程中，所有信息傳輸由各接入端口、交換機、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、終端路由器得以實現(xiàn)[2]。為了保證校園內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)資源共享的安全性，整個系統(tǒng)在內(nèi)外網(wǎng)之間設(shè)置了防火墻。

三、系統(tǒng)實現(xiàn)

（一）系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

師生互動教學管理系統(tǒng)基于ASP.NET技術(shù)進行開發(fā)，并保證了系統(tǒng)的擴展性及可移植性。整個平臺采用Windows10操作系統(tǒng)，安裝Framework以及MDAC（Microsoft Data Access Components，微軟數(shù)據(jù)訪問組件），采用SQL Server 軟件實現(xiàn)了網(wǎng)站服務器數(shù)據(jù)處理功能，基于Visual Studio 2010和ftp輔助工具軟件實現(xiàn)了Web站點和ftp站點之間的各類數(shù)據(jù)交換。

（二）登錄模塊的實現(xiàn)

在系統(tǒng)的登錄模塊中，基于Web Service技術(shù)構(gòu)建用戶身份識別系統(tǒng)驗證，對登錄用戶的身份進行驗證后與登陸用戶相匹配的權(quán)限進行集中管理。在系統(tǒng)的入口驗證其身份合法性后方可登錄整個教學系統(tǒng)，根據(jù)身份分配相應權(quán)限以及登陸的應用服務器。整個系統(tǒng)的用戶身份驗證按照等級分為管理員、教師和學生三種類型。這三類用戶在登錄后擁有不同的訪問權(quán)限，系統(tǒng)會根據(jù)原有數(shù)據(jù)庫存儲的信息內(nèi)容，對不同用戶進行身份辨別，通過用戶的等級區(qū)分附屬用戶不同的功能權(quán)限，從而提供差異化的服務端口及類型。

用戶登錄的關(guān)鍵代碼為：

void String login throws Exception

inUscr name==1|\".cquals（User name））{

this.addActionError（\"Please enter User Name！\"）：

return INPUT;

else ii（user password==1|\"\".equals（user_password））{

this.addActionError（\"Plcase entcr Password！\"）;

return INPUT;

elsc i（role== 1| \"\".cquals（role））{

this.addActionError（\"Please select the Role！\"）;

return INPUT;

-

elsc {

LoginUserlD=ncwLgoginDao（）;

adUserList=Id.isLogin（user nameuser passworduser role）;

if（adUscrList==1）{

this.addActionError（\"User Name is Wrong！\"）：

return fail;

用戶登錄判斷的執(zhí)行代碼為：

public User isUserLogin（String user_name， String userpassword， String

user role）{

String why hql=\"from User where user.user name=？and

useruser password=？anduseruser role=？\".

Session session=HibenateSessionFactorygetSession（）;

session.beginTransaction（）;

MyQuery whyquery=session.createQuery（why_hql）;

whyquerysetString（O，user name）;

whyquery.setString（1user password）;

List list =query.userlist（）;

User user=list.userget（0）;

session.getTransaction（）.commitO：

session.close（）;

return user;

（三）專業(yè)課程管理模塊的實現(xiàn)

教學管理系統(tǒng)中的課程管理模塊是教師用戶的主要功能模塊，在這一管理單元中，教師可以部署相應的教學任務，上傳各類教學資料，與學生進行互動交流進行答疑，對學生提交的作業(yè)進行評價，同時也可以發(fā)布各類教學考試。課程安排主要用于向?qū)W生及時傳遞授課時間、授課地點、授課班級以及授課任務等相關(guān)信息內(nèi)容，登錄的學生用戶可通過系統(tǒng)對教學資源模塊進行訪問。教師也可以利用系統(tǒng)平臺將制作好的相關(guān)教學課件，視頻資料以及教案等上傳至系統(tǒng)中，學生可以通過登錄系統(tǒng)對相關(guān)的資料進行下載觀看。該系統(tǒng)的主要創(chuàng)新為答疑模塊，在這一模塊下教師和學生可以實現(xiàn)真正的互動交流完成各類問題的答疑解惑，在這一模塊下，教師也可以對學生完成的各類作業(yè)情況進行點評，及時向?qū)W生公布作業(yè)完成情況和考試成績等[3]。整個教學信息管理平臺詳細的記錄了每個學生對于美文課程的完成情況，教師在登錄系統(tǒng)平臺后，可對每個學生的課程完成情況進行信息更新與編輯。當教師需要定期公布抽樣考試時，也可利用該系統(tǒng)進行完成，在考試結(jié)束后，也可以將學生的考試成績進行統(tǒng)計，形成數(shù)據(jù)報表發(fā)布。教學資源上傳的功能實現(xiàn)代碼為：

Protected void shangchuan button elick（object fasong，EventArgs w）

boolfok=1;//設(shè)置文件準備標志

string m path=“C：/User/teachersystem/resorece”;//文件存儲路徑

string path=ServerMapPath（m path）;//設(shè)置文件上傳路徑

If（！Directory.Exitsts（path））/如果上傳路徑不存在

……

Else iThis.HasFile） //存在上傳路徑

String filc E=System.IO.Path.GetExtension（this.FlleName）.TLO：

//設(shè)置文件后綴變量

Stringl]allow_E = {“.doc”，“.xls”， “.rar”， “zip”， “.ppt”， “pptx”， “.doex”’;

For（inti=0：icallow E.Length;i++）

iifile E==allow E[iD//如果上傳資源的后綴與允許的相同，則允許上傳

（四）學生管理模塊的實現(xiàn)

學生管理模塊主要滿足登錄系統(tǒng)的學生用戶，了解相關(guān)課程的教學資源與內(nèi)容，同時對偏好的各類教學資源進行下載觀看。在學生管理模塊的課程表中展示了本門課程的名稱，上課地點及時間，教師信息等內(nèi)容，幫助學生對本門課程的大致情況有一定的了解，課程介紹模塊主要對于各類專業(yè)課程的相關(guān)內(nèi)容進行介紹，包括了課程規(guī)劃，課程應用以及課程時間分布等。在學生模塊中，當學生完成各類專業(yè)課程作業(yè)后，可在系統(tǒng)中對應的模塊下提交作業(yè)，了解教師對作業(yè)的批改情況。在課程答疑模塊中，學生可以對授課過程中的各類難點疑點提出問題，與教師完成互動交流[4]。當學生發(fā)出各類問題請求時，系統(tǒng)首先將提問的信息內(nèi)容進行提取，通過數(shù)據(jù)庫對比查詢到與之匹配的記錄內(nèi)容，以列表的形式展現(xiàn)給學生。如果在列表信息內(nèi)，學生未找到相應答案，可以將答疑的信息以數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问綄⒂山處熯M行解答。這一過程的實現(xiàn)代碼為：

Private OleDbConnection MyCon;//連接對象

PrivateOleDbCommadMyCom;//命令對象

Private OleDbDataAdapter MyDataAdapter;//數(shù)據(jù)適配器對象

Private DataSet myDataSet;

Private DataTable myDataTable

Private void SourceReserch Click（object sender， EventArgs e）

問題提交關(guān)鍵代碼：

myCommand.Parameters[““@a_strTitle]Value=n_Topic.Title;

myCommand.Parameters.Add

（new

SQLParameter（““@a strAuthor”.

SQLDataType.VarChar， 50））;

myCommand.Parameters[“@a strAuthor）.Value= n Topic.Author

myCommand.Parameters.Add

（new

SQLParameter（“a strContent”，

SQLDataType.VarChar， 2000））;

myCommand.Parameters[“a strContentValue=nTopic.Content：

四、系統(tǒng)應用測試

（一）功能測試

教師可通過上傳各類教學資源信息對整個系統(tǒng)的功能模塊進行測試。在上傳過程中系統(tǒng)首先展現(xiàn)給教師當前已有的各類教學資源，教師點擊相應模塊后會彈出對應對話框，提示教師輸入相關(guān)搜索信息或資源標題，教師通過搜索或選取相應的資源標題從本地選擇可完成各類資料的上傳。

在課程的學習中，教師也可以通過答疑模塊與學生完成相應的課程教學互動交流，在答疑互動過程中，教師可以通過關(guān)鍵詞的查詢與檢索了解學生疑點難點問題，為了提高整個系統(tǒng)的運行效率，整個教學資源以科目列表的形式進行匯總，如果搜索的結(jié)果不能匹配到相關(guān)的數(shù)據(jù)資源，學生可輸入相關(guān)問題的文字描述，通過應用測試來查看結(jié)果。

（二）性能測試

鑒于教學管理系統(tǒng)中存儲了大量的教學資源信息，在系統(tǒng)運行過程中，由于多用戶同時登錄或者上傳下載，因此在對系統(tǒng)性能測試時，主要以疲勞強度測試作為系統(tǒng)運行穩(wěn)定性的考核依據(jù)。測試過程以1000名教師同時上傳不同教學案例為基礎(chǔ)，同時選擇1000名學生對不同資源學習內(nèi)容進行下載，再有1000名學生利用教學管理系統(tǒng)實現(xiàn)在線的各類功能，當3000名用戶同時在線完成各類操作需求時觀察整個系統(tǒng)的響應時間變化，測試結(jié)果如圖3。

由圖3可知，當伴隨用戶訪問量不斷增加時，系統(tǒng)的在線響應時間延長，學生在線觀看教學資源以及下載等內(nèi)容時周期均緩步增加。由此可知，師生互動教學管理系統(tǒng)能夠承受一定的壓力測試，完成日常教學工作。如果在運行過程中，教師上傳的教學資源時間過長，系統(tǒng)則會出現(xiàn)明顯的延遲性。出現(xiàn)這一問題的主要原因在于服務器上傳過程中帶寬不同所導致的數(shù)據(jù)傳輸阻礙，通過調(diào)整或更換相應網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能讓這一問題得到有效改善。

為了驗證師生互動教學系統(tǒng)的優(yōu)越性，與相關(guān)院校正在使用的教學管理平臺系統(tǒng)進行了對比測試，在測試過程中在線人數(shù)均為3000人，要求學生同時下載大小為162Mb的相關(guān)課件，整個測試的CPU占用率及系統(tǒng)響應時間如圖4。通過對比圖不難發(fā)現(xiàn)，本文所設(shè)計的師生互動教學管理平臺，不論是在CPU占有率還是響應時間上均優(yōu)于以往的教學平臺，具有明顯的優(yōu)勢性。

五、結(jié)語

針對當前職業(yè)本科院校專業(yè)課程教學系統(tǒng)功能過于單一的問題，本文設(shè)計了一種新型的師生互動教學管理信息系統(tǒng)。本系統(tǒng)在四層結(jié)構(gòu)的總體框架下，利用網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了用戶管理，課程管理和學生管理的三大功能模塊設(shè)計，在對系統(tǒng)進行疲勞強度測試時，功能完善性表現(xiàn)良好。在教學管理系統(tǒng)的使用過程中，教師用戶和學生用戶均能通過自己的身份權(quán)限來完成日常教學內(nèi)容，并且在師生互動板塊功能性上得以增強，改善了原有的網(wǎng)絡(luò)教學效果，為后期教學管理系統(tǒng)的開發(fā)提供了更為先進的技術(shù)思路。

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基金項目：1.河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)大學校級項目資助“職業(yè)本科專業(yè)課程體系構(gòu)建與實踐——以生態(tài)環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)為例”（課題編號：bk202202）；2.職業(yè)本科課程思政教學模式探究——以生態(tài)環(huán)境工程技術(shù)專業(yè)為例（課題編號：YB20220312）