基于J2EE的高校個性化輔助教學平臺的設計

祝美寧，林 琢，王登才

(河北科技師范學院數學與信息科技學院，河北 秦皇島，066004)

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基于J2EE的高校個性化輔助教學平臺的設計

祝美寧，林 琢，王登才

(河北科技師范學院數學與信息科技學院，河北 秦皇島，066004)

針對現有的輔助教學平臺互動環節功能薄弱、個性化指導的針對性不強等問題，提出了“個性化輔助教學平臺”的設計思想。平臺主要面向高等院校的教學輔助工作，以知識點為中心，通過對學生日常學習活動信息的記錄，對學生在在線測試，智能答疑等環節形成針對性的網絡支持，提高學習效率。平臺以J2EE(Java2 Enterprise Edition)為開發平臺，采用了基于輕量級的web框架：Struts + Spring + Hibernate，及MVC(Model-View-Controller)設計模式。

高校輔助教學；個性化；知識點；MVC模式；SSH框架

對于高等院校，由于師生之間交流互動的時間較少，作為傳統教學手段的補充，使用輔助教學系統除了能根據學生自身的實際情況選擇不同的時間、地點進行自主學習，使教學過程在離開課堂后得到延續，更應為師生提供更進一步的交流途徑，加強信息的反饋[1]。對于目前應用較為廣泛的MOOC(massive open online courses)，即大型開放式網絡課程，其主要構成仍是課堂演講視頻。即便視頻可能會中途暫停數次，以測試學生對知識的掌握(比如彈出一個小測試，或者讓學生寫一段程序代碼)，然后系統自動給出反饋[2]；該課程的助教可能會查看、管理在線論壇，有些課程也會有作業和考試，但整體而言，仍然缺少交互，甚至不能根據學生自身的特點形成針對性的個性輔導。為此，急需建立一個具有交互功能，能對不同的學習水平的學生進行針對性的面向高校學生的個性化輔導的輔助教學平臺。

1 個性化輔助教學平臺功能分析

通過對現有輔助教學平臺的分析和研究，個性化輔助教學平臺除了要具有教學資源的共享，教學資源的數字化等內容之外[3]，更重要的是具有以下兩大功能：

1.1 交互性

個性化輔助教學平臺的最大特點就是交互性。交互的方式可以是人機交互，師生交互，或是學生之間的交互。交互的實現可以通過自我測試，討論區，答疑區等方法體現。交互的目的不僅僅是便于學生更好的對某方面知識進行理解，鞏固加深，更重要的是通過交互，平臺能夠形成學生的學習日志，便于形成針對性的個性化指導[4，5]。

1.2 個性化

平臺進行交互的更深層意義是為了對學生的學習環節進行記錄，以便根據學習中的薄弱環節進行加強性訓練，實現有針對性的個性化輔導。為此，平臺在設計及實現過程當中，引入了知識點這一概念。知識點管理是由開課教師對講授的本門課程知識點的劃分和管理，也是題庫組織，自動答疑，自主測試等模塊的基礎，學生的學習日志的記錄更是以知識點為基礎。

對于學生的在線測試，每次測試的結果將依據知識點的掌握狀況存入數據庫，在該生下次再進行相關章節的測試的時候，平臺將把薄弱的知識點作為考核的重點，從題庫中抽取和該知識點相關的部分試題進行測試；對于自動答疑，平臺首先到平臺中搜索問題相關的題目，如果沒有類似題目，會根據學生提出問題的知識點進行再次搜索，同時會將學生提出問題的知識點計入學生的學習日志當中；對于在線作業，亦會將學生掌握薄弱的知識點放入學習日志。圖1為學生子平臺數據流圖，能夠清楚看到學習日志的數據來源以及學習日志中信息的使用情況。

圖1 個性化輔助教學平臺的學生子系統數據流

2 個性化輔助教學平臺的總體設計

2.1 基于SSH的框架結構

個性化輔助教學平臺的基本設計思想是把整個平臺按照模塊進行分解，采用J2EE平臺，底層數據庫SQLServer。為了便于平臺的升級和維護，采用了Struts+Spring+Hibernate三種開源框架。分層結構如圖2所示。

圖2 個性化輔助教學平臺的系統層次結構

根據SSH集成框架，各個項目模塊均遵循了架構分層的設計原則。各層之間存在著一定的調用關系，下層通過接口向上層提供了所需服務，并屏蔽了具體的實現細節。其具體處理流程為：ActionServlet是Struts中的最核心部分，通過org.apache.struts.action.Action-servlet來實現。它負責接受所有的請求，ActionServlet包括一組基于配置的ActionMapping對象，每個ActionMap-ping對象實現了一個請求到一個具體的Model部分中Action處理器對象之間的映射。ActionServlet收到請求之后，將調用RequestProcessor來處理。RequestProcessor根據瀏覽器的請求路徑，struts-config.xml文件中對應的請求路徑和ActionBean的對應關系來調用Execute方法。在方法體內，調用業務邏輯模塊，由Hibernate完成與數據庫的通信。業務邏輯類里Hibernate把HQL轉換為SQL，通過O/R映射文件實現具體對數據源的操作，即穿過持久層映射到具體的數據庫表。調用完后，將含有返回下一個頁面返回信息的ActionForward轉發到ActionForward指定的源。

2.2 個性化輔助教學平臺的詳細設計

基于J2EE的MVC模式對平臺的各個功能模塊進行詳細的設計，分成教師子平臺、學生子平臺和管理員子平臺。現以體現個性化教學的學生平臺中的在線測試，智能答疑及在線作業為例進行說明。

圖3為學生登錄輔助教學平臺之后操作的部分流程圖。圖中體現了在線測試，智能答疑及在線作業這三部分流程。不管是哪一部分的操作，都將會把學生在和平臺交互過程當中的學習狀況(即薄弱知識點)記錄到學生的學習日志當中，便于在測試部分能夠根據學生的學習情況給出針對性的指導。在在線作業部分，作業由教師根據學生的以往的學習信息從題庫中抽取，然后由學生來完成作業，提交后的評判情況一方面寫入日志，另一方面可由教師查看，進行教學效果分析；學生登錄后可進行在線提問，平臺首先會根據學生的問題在論壇中進行搜索，找到相關帖子加以呈現，實現智能答疑，如果沒有滿足學生的要求，可再進行發表，不論那種情況，都會將提出問題的相關知識點記錄到學生的學習日志當中。

圖3 個性化輔助教學平臺的學生在線自測系統流程

3 個性化輔助教學平臺的實現

個性化輔助教學平臺采用基于Struts, Hibernate和Spring的J2EE架構，用JSP技術結合Struts來實現表示層；業務層由Spring支持；Hibernate完成對象和關系的映射，利用數據庫存儲技術來實現整個J2EE應用。實現了視圖、控制器與模型的分離以及業務層與持久層的分離[6-8]。以下將采用學生在線測試模塊為例進行闡述說明平臺的實現過程。

3.1 持久層實現

平臺的持久層主要采用的Hibernate框架，它可以實現將數據庫中的持久化對象PO通過ORM(Object Relational Mapping)用POJO(plain ordinary java object)來操作，而持久化對象本身就是簡單的POJO。

在學生測試模塊中主要包括4個實體：作業(測試)實體，學生實體，知識點實體以及學生日志實體。POJO就是這4個實體。 因為POJO對象還不能提供對數據庫的訪問，為此，應該通過Hibernate的映射文件建立POJO和表之間的映射關系：將數據庫中的每條記錄映射成一個持久化實例，而每個字段映射成持久化類的一個屬性。若程序代碼對POJO實例進行操作的時候，Hibernate會自動將其轉換為對數據庫表的操作。通過Hibernate對持久層進行訪問時，需要對SessionFactory進行管理。數據庫的持久化方法CRUD都是通過Session來調用的，每執行一個數據庫事務，要創建一個新的Session實例。而SessionFactory負責創建Sessions實例。

平臺引入了Spring框架，Spring通過IoC容器把sessionFactory實例作為一個普通的Bean進行管理。數據源利用IoC容器采用依賴注入的方式傳遞給Hibernate的SessionFactory，避免了DAO組件手動獲得SessionFactory實例，進而實現業務邏輯層和持久層的解耦。IoC容器對DAO組件的管理，是將所有的DAO組件在Spring配置文件中進行配置，配置的方式就是注入SessionFactory實例。在該平臺中，配置了一個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實例中。并且在模板中將abstract屬性設置為true，其他的Bean需要設置parent屬性，并將該屬性的值設為DAO組件模板的Bean。實現DAO組件，就是分別實現DAO接口和DAO的實現類。

3.2 業務邏輯層實現

通過DAO組件對持久層的訪問，實現了兩層之間的解耦，為此，教學平臺將業務邏輯組件完全放在業務邏輯層。每個業務邏輯組件包括兩個部分：業務邏輯組件接口和實現類。

對于學生在線測試模塊，應包含如下的業務邏輯方法：增加一條試題記錄，增加一條學生答題記錄，根據學生ID刪除答題記錄，增加一條學生日志記錄，修改一條學生日志記錄等。業務邏輯組件無需包含數據庫訪問邏輯，只需實現業務邏輯方法。在平臺的實現上，業務邏輯組件完全依賴于4個DAO組件，而每個實現類必須提供對應的setter方法。

業務邏輯組件實現之后，要為業務邏輯組件配置事務。該平臺采用BeanNameAutoProxyCreator自動創建事務代理，這種配置方式利用Spring提供的bean處理器為每個bean自動創建代理，只需使用AOP機制在容器中配置合適的攔截器，避免了增量式配置，同時也由于目標bean的自動消失保證了其不可訪問性。

體現個性化的在線測試模塊的主要功能可以劃分成三部分，首先是對數據庫的訪問，實現日志和試題的抽取；接著是隨機抽取出試題的分頁顯示；最后是評分過程，再將評分結果寫入學習日志。在抽取試題的時候，因為需要考慮到學生學習日志中薄弱知識點，而且其個數不確定，因此在對試題進行隨機抽取的時候查詢條件較復雜，所以定義了一個動態生成查詢語句的高級查詢組件AdvancedSearch，根據學生薄弱知識點個數的多少，形成個性化查詢條件，進一步檢索數據庫中的試題表，并利用隨機數生成滿足知識點的試題。AdvancedSearch組件中的部分實現代碼如下：

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，需要對最終用戶進行顯示，而試題的數目往往過多，為此涉及到分頁顯示的實現，定義了Fenye組件。當得到試題的記錄集Result rs后，首先使用rs.last()和rs.getRow()方法獲得記錄集的總數，每頁顯示的記錄條數為pageSize,當顯示頁碼是page時，定位并顯示第(page-1)* pageSize+1至page* pageSize號記錄。

最后就是評分過程的實現，為了隨時的保存學生的考試狀態，定時對學生的測試結果進行評判并保存。保存位置采取的是客戶端保存方案，即采用Cookie技術保存答題狀況。學生提交結果之后，將Cookie提交至服務器，存入數據庫的日志表中。

3.3 表現層實現

平臺在表現層采用的是Struts框架，該框架結構中，控制器指的是ActionServlet，ActionServlet能夠攔截用戶的所有請求，并調用相應的業務邏輯來完成用戶的請求；視圖主要由JSP組件體現，JSP組件負責接受用戶的請求并將處理的最終結果展示給用戶；而模型負責視圖中的數據的保存。

平臺中的教師，學生或管理員用戶都對應著一個登錄界面，其視圖名稱UserLogin.jsp，對應的模型為UserLoginForm。在學生輸入完登錄信息點擊登錄之后，ActionServelet會根據配置文件struts-config.xml中的信息調用org.pcai.action.UserLoginAction類完成業務處理。若Action處理成功，跳轉到學生學習界面，若失敗，返回UserLogin.jsp頁面。

4 結論與討論

平臺主要解決了現有輔助教學平臺不能針對學生的認知水平進行針對化輔導的問題。實現了教學資源的數字化，具有課程管理、作業管理、在線測試、智能答疑等功能。利用該平臺在進行輔助教學過程中，提高了學生學習的積極性；加強了師生之間的溝通合作；使教師能夠充分了解學生的學習效果進而調整課堂的教學內容；從最終的教學效果來看，輔助教學平臺的使用有助于提高學生的學習成績。為高等教育的教學工作提供了一個功能強大的，使用方便的輔助教學環境。

[1] 王小梅,李林.臺灣大規模開放在線課程的發展現狀[J].世界教育信息，2014(06)：68-70.

[2] 韓錫斌，葛文雙，周潛，等.MOOC平臺與典型網絡教學平臺的比較研究[J].中國電化教育,2014(1)：61-68.

[3] 吳蘭英.基于J2EE的在線答疑系統設計與實現[J].科技信息，2010(27)：88-89.

[4] 梁云娟．基于WEB技術的教學輔助平臺的設計與實現[D]．西安:西安電子科技大學，2007.

[5] 翟佳．基于J2EE的高校教學輔助系統設計研究[D]．上海:復旦大學，2009.

[6] 王添財.基于Java EE的在線考試系統的設計與實現[D].廣州：華南理工大學，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開發技術研究[D].南京:南京航空航天大學,2013.

(責任編輯：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。