基于慕課交互式教學(xué)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉琴

摘 ?要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，加速了信息資源和服務(wù)體系的完善，自主獲取信息、知識共享的時(shí)代已經(jīng)到來。慕課（MOOC）正是基于此誕生的，慕課的出現(xiàn)使得人們在獲取教育資源方面實(shí)現(xiàn)了平等和知識共享。本文通過介紹慕課的研究背景、國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、需求分析以及系統(tǒng)開發(fā)的核心技術(shù)，運(yùn)用軟件工程結(jié)構(gòu)化思想，使用LAMP開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)出一套基于B/S結(jié)構(gòu)的交互式教學(xué)軟件。該教學(xué)軟件包括系統(tǒng)管理、課程管理、題庫試卷、用戶管理模塊，在實(shí)現(xiàn)各功能模塊功能的基礎(chǔ)上對各模塊功能進(jìn)行了測試驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：信息時(shí)代;慕課;系統(tǒng)管理;課程管理

中圖分類號：TP311.5 ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Abstract：With the continuous development of computer technology and Internet technology，the improvement of information resources and service system has been accelerated，and the era of independent access to information and knowledge sharing has come.The emergence of MOOCs enables people to achieve equality and knowledge sharing in terms of access to educational resources.This paper introduces the research background，development status at home and abroad，demand analysis and core technology of system development of MOOC，and designs a set of interactive teaching software based on B/S structure and the idea of structured software engineering and LAMP development technology.The teaching software includes the functional modules of system management，curriculum management，question bank examination paper and user management.The functions of each module have been verified through testing，on the basis of realizing the functions of each module.

Keywords：information era;MOOC;system management;curriculum management

1 ? 引言（Introduction）

慕課（Massive Open Online Courses）即為大規(guī)模開放式在線課程，實(shí)質(zhì)上將各種優(yōu)質(zhì)的教育資源在線開放，每個(gè)人都能公平的接受教育，學(xué)習(xí)知識。

隨著時(shí)間的推移，使用慕課人數(shù)和課程總量都成倍增加，與之合作的高校也在不斷增多。慕課的火熱程度引來了學(xué)者們的關(guān)注，AbeerWatted和Miri Barak調(diào)查研究了參與慕課的人群和目的[1]，基于原始的慕課系統(tǒng)，F(xiàn)rancisco J.García-Pe?alvo等人開發(fā)出了新的慕課教學(xué)平臺ahMOOC[2]，利用慕課作為工具，學(xué)者研究了人們對于智能城市建設(shè)的態(tài)度以及是否會參加智能城市建設(shè)的活動[3]等。

慕課為人們獲取優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源提供了便利，保證了公平性，也給學(xué)生們提供更多的學(xué)習(xí)機(jī)會，它的特點(diǎn)為：（1）突破了空間的限制;（2）規(guī)定了開放時(shí)間;（3）交互式教學(xué);（4）教育公平;（5）學(xué)生可自主學(xué)習(xí)。

2 ?慕課教學(xué)平臺研究概述（Overview of the research ? ? ?on the teaching platform of MOOC）

2.1 ? 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

慕課的前身于2007年在猶他州立大學(xué)成立[4]，而慕課最早由加拿大的兩位學(xué)者在2008年提出，首次開設(shè)慕課就吸引了兩千多名學(xué)生參與學(xué)習(xí)。Coursera和MITx平臺成立后開設(shè)了《人工智能導(dǎo)論》，總共吸引了十六萬余名學(xué)生，學(xué)生們對利用慕課平臺學(xué)習(xí)的極大熱情感染著Sebastian Thnm，由他帶頭成立了Udacity[5，6]。

國內(nèi)的慕課平臺發(fā)展速度也相當(dāng)快，“上海高校課程中心”平臺于2012年發(fā)起后，其他的在線教育平臺和慕課平臺紛紛成立，尤其是2014—2015年，國內(nèi)慕課學(xué)員的增長率高達(dá)接近300%。目前用戶已經(jīng)超過一千多萬，由此看來，慕課的發(fā)展勢頭只增無減。

慕課可以分為xMOOC和cMOOC兩種，其中xMOOC偏向于自主學(xué)習(xí)理論知識并鞏固，其教學(xué)流程如圖1所示。

cMOOC以教師和學(xué)生之間進(jìn)行討論為主進(jìn)行教學(xué)，比較偏重于知識共享，是對傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行拓展而來的，流程圖如圖2所示。

2.2 ? 國內(nèi)外知名MOOC平臺

外國知名的MOOC平臺有Coursera、edX、Udacity、Future Learn、Inverstity等，其中前三個(gè)是屬于北美地區(qū)的慕課平臺。Coursera世界最大的慕課平臺，要求學(xué)生選擇好課程后按規(guī)定時(shí)間完成學(xué)習(xí)和考試;edX的優(yōu)勢在于為學(xué)生提供了最頂尖最優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，走的是少而精的教學(xué)路線;Udacity與其它平臺不同，這是一個(gè)盈利性質(zhì)的教學(xué)平臺，主要以教學(xué)英語為主，最大的優(yōu)點(diǎn)是將教學(xué)視頻和課堂練習(xí)無縫連接，因此，即使需要繳費(fèi)，仍然得到一百多萬用戶的青睞;Future Learn是屬于英國的MOOC平臺，將遠(yuǎn)程教育與社交、公開教育整合起來，聯(lián)合了英國幾十所院校開設(shè)了三十多門課程;Inverstity是歐洲MOOC平臺的典型代表，這一平臺不只與高校合作，還與其他知識型機(jī)構(gòu)以及專業(yè)人士合作，上線有特色的課程。

國內(nèi)比較典型的幾個(gè)MOOC平臺有：好大學(xué)在線、云課堂、學(xué)堂在線、中國大學(xué)MOOC、MOOC學(xué)院等[7-9]。其中學(xué)堂在線是edX在中國授權(quán)的官方平臺，也是清華大學(xué)授權(quán)的教學(xué)平臺，與國內(nèi)兩百多家高校建立了合作關(guān)系，擁有接近五百萬的用戶;由網(wǎng)易教育產(chǎn)品部與高教社“愛課程”中心合作建設(shè)的中國大學(xué)MOOC平臺，上線課程多達(dá)一千七百多門;MOOC學(xué)院主要是為國外的MOOC平臺提供訪問入口，加快訪問視頻的速度并進(jìn)行部分字幕翻譯;上海交通大學(xué)自主研發(fā)創(chuàng)建的好大學(xué)在線目的在于提供985高校的優(yōu)質(zhì)課程，創(chuàng)建高質(zhì)量、高水平的MOOC平臺;網(wǎng)易創(chuàng)建的云課堂旨在提供優(yōu)質(zhì)的專業(yè)知識和技能，是一個(gè)自由開放、交流互動式的免費(fèi)教學(xué)平臺;北大慕課擁有來自五十個(gè)國家和地區(qū)的用戶，幾千人在開設(shè)課程的次年參加了考試，并有一千五百多人拿到證書;頂你學(xué)堂是國內(nèi)首個(gè)擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的平臺，通常只與一流大學(xué)合作，提供一流的教育資源并推向全世界。

3 ?慕課教學(xué)平臺的相關(guān)技術(shù)（Related technologies of MOOC teaching platform）

3.1 ? LAMP

LAMP是用來運(yùn)行動態(tài)軟件或服務(wù)器的自由軟件名稱的首字母，它包含了Linux操作系統(tǒng)、Apache網(wǎng)頁服務(wù)器、MariaDB或MySQL數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（或數(shù)據(jù)庫服務(wù)器）、PHP、Perl或Python腳本語言。這些程序設(shè)計(jì)的初衷并不是用來同另外幾個(gè)程序一起工作的，但是由于他們的普遍適用性和經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，這個(gè)組合就被廣泛使用了，大多數(shù)的Linux會將捆綁這些軟件一同發(fā)售。這些軟件組合在一起就像一個(gè)“解決方案包”，LAMP具有驚人的兼容性，服務(wù)器又快又輕便，軟件硬件都不盡人意，但卻要求高負(fù)載時(shí)，它是非常好的備選方案，因此許多站長為之“傾心”。

3.2 ? Linux系統(tǒng)

Linux屬于開放源代碼操作系統(tǒng)，可對其進(jìn)行修改，該系統(tǒng)不僅安全穩(wěn)定，而且免費(fèi)，因此該操作系統(tǒng)幾乎占據(jù)了整個(gè)市場。Linux是LAMP構(gòu)架的重要組成部分，網(wǎng)上也可獲得Linux的源代碼，該系統(tǒng)的愛好者們經(jīng)過不斷學(xué)習(xí)和討論、改進(jìn)系統(tǒng)，使其適用范圍越來越廣。Linux在處理數(shù)據(jù)和圖形展現(xiàn)界面表現(xiàn)出非常優(yōu)異的特性，在保證自身性能的前提下操作更方便。

3.3 ? Apache服務(wù)器

該服務(wù)器的市場占有率排行世界第一，之所以取得今天的成功，主要有以下幾點(diǎn)原因：（1）安全保障。安全問題一旦出現(xiàn)會立馬被發(fā)現(xiàn)并及時(shí)更新解決，保證了信息的安全性;（2）適用于各大編程語言;（3）擴(kuò)展性良好;（4）可進(jìn)行多線程運(yùn)行。

3.4 ? MySQL數(shù)據(jù)庫

該數(shù)據(jù)庫最早由瑞典的公司開發(fā)出來，后來成為Sun旗下產(chǎn)品。其獨(dú)特的優(yōu)勢：（1）支持跨平臺操作;（2）適用于各種開發(fā)語言;（3）可處理大型的數(shù)據(jù)庫;（4）處理數(shù)據(jù)速度快且安全性能高。

3.5 ? B/S構(gòu)架

B/S結(jié)構(gòu)即為瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，客戶端安裝HTTP瀏覽器即可，不需要考慮兼容性的問題，主要特征為：（1）易開發(fā)、易維護(hù)、升級快;（2）用戶界面統(tǒng)一。其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

4 ?慕課教學(xué)平臺的需求分析（Requirements analysis ? ? ?of MOOC teaching platform）

系統(tǒng)開發(fā)需要按照步驟來實(shí)現(xiàn)軟件項(xiàng)目，比如需求分析、設(shè)計(jì)分析、編寫代碼和測試運(yùn)行等。需求分析可徹底了解該項(xiàng)目所需要的資源和最終要達(dá)到的功能，以及其他相關(guān)問題。本軟件系統(tǒng)所面向的是教師、學(xué)生和管理員三種人群，通過對這三類用戶的需求進(jìn)行分析，確定本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能有：視頻查看并學(xué)習(xí)，發(fā)布課程、討論、編輯，試卷和題庫的管理，課程管理、用戶管理、系統(tǒng)設(shè)置等。還需要系統(tǒng)具有強(qiáng)大的兼容性和可擴(kuò)展性，容量大便于存儲數(shù)據(jù)，安全性高，軟件可修改等特性。

5 ?慕課教學(xué)平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（Design and implementation of MOOC teaching platform）

5.1 ? 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

對本系統(tǒng)的用戶和各個(gè)模塊的需求進(jìn)行分析后，可以把本系統(tǒng)分為前臺和后臺分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。前臺包括了課程管理、課程設(shè)計(jì)、試卷管理、登錄、查詢等功能;后臺包括用戶管理、系統(tǒng)設(shè)置等功能，具體的系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4所示。

5.2 ? 系統(tǒng)模塊功能分析

5.2.1 ? 用戶管理

該模塊包括了用戶注冊、登錄、認(rèn)證、個(gè)人信息維護(hù)和密碼重置功能。允許用郵箱或手機(jī)號進(jìn)行注冊并登錄，通過發(fā)送郵件或給注冊手機(jī)號發(fā)送驗(yàn)證信息的方式對用戶進(jìn)行認(rèn)證，登錄以后才能進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)，注冊并未登錄者只能瀏覽課程信息和評價(jià)詳情;可以查看其他用戶信息，若發(fā)現(xiàn)有違法攻擊系統(tǒng)的學(xué)員，可立即刪除該用戶;也可添加新用戶、修改密碼等。用戶管理流程圖如圖5所示。

5.2.2 ? 系統(tǒng)設(shè)置

系統(tǒng)設(shè)置的功能包含了網(wǎng)站基本信息、郵件服務(wù)器、管理導(dǎo)航、友情鏈接、客服、IP黑名單、系統(tǒng)日志。網(wǎng)站基本信息里包含網(wǎng)站名稱、網(wǎng)站域名、瀏覽器圖標(biāo)、SEO關(guān)鍵詞和SEO描述信息、管理員郵箱;郵件服務(wù)器是用于學(xué)員在注冊或忘記密碼需要找回時(shí);導(dǎo)航模塊可查看現(xiàn)有導(dǎo)航，也可增加新的導(dǎo)航，選擇打開鏈接的窗口，導(dǎo)航菜單可選擇是否開啟，導(dǎo)航菜單的刪除等;友情鏈接的操作和導(dǎo)航模塊類似;客服功能可便于學(xué)生聯(lián)系管理人員解決問題;IP黑名單主要是對于惡意攻擊系統(tǒng)的IP地址存放處。

5.2.3 ? 課程統(tǒng)計(jì)

課程統(tǒng)計(jì)有以下功能：（1）課程檢索。教員和學(xué)員可按照類別來設(shè)置發(fā)布課程和搜索課程;（2）查看課程統(tǒng)計(jì)。主要是為了讓教師查看學(xué)生學(xué)習(xí)的總?cè)藬?shù)和學(xué)習(xí)情況，具體為學(xué)習(xí)的時(shí)間、提問次數(shù)、完成作業(yè)情況等。

5.2.4 ? 數(shù)據(jù)庫管理

數(shù)據(jù)庫直接影響著系統(tǒng)運(yùn)行的效果，5PHP的運(yùn)行速度受數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)和優(yōu)化程度影響。一個(gè)數(shù)據(jù)表描述了一個(gè)實(shí)體物體，而且都有一個(gè)唯一的字體對其進(jìn)行標(biāo)識，如果與其他的有聯(lián)系，則會多出其他的標(biāo)識字體作為外鍵，將數(shù)據(jù)表的結(jié)構(gòu)化加強(qiáng);數(shù)據(jù)表還應(yīng)具備容易擴(kuò)展和修改的功能;保證數(shù)據(jù)簡潔、結(jié)構(gòu)清晰。

數(shù)據(jù)庫的存儲過程依賴于MySQL的進(jìn)程碼和服務(wù)器終端，使用PL/PSM語言它可以完全被執(zhí)行。無論開發(fā)系統(tǒng)的大小，它都能滿足要求，而且還可進(jìn)行移植，其主要特點(diǎn)為：（1）速度和性能得以保證。存儲過程一般是被提前編輯好的，所以在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)可直接調(diào)用編譯過的存儲過程，這給系統(tǒng)的性能和速度提供了保障;（2）安全得以保障。通過存儲過程的方式數(shù)據(jù)被保存在存儲過程中，這樣極大地保證了系統(tǒng)的安全性;（3）流量和通信次數(shù)的銳減。通過數(shù)據(jù)庫存儲過程的方式，有服務(wù)器直接將操作結(jié)果返回給學(xué)員，這樣就大大減少了網(wǎng)絡(luò)流量和通信;（4）開發(fā)方式的模塊化。每個(gè)模塊由不同的團(tuán)隊(duì)來完成，這樣各司其職、互相合作的開發(fā)方式有利于后期系統(tǒng)的維護(hù)。

5.3 ? 系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)

（1）課程管理。該模塊主要功能是教師管理課程，跟蹤課程狀態(tài)、創(chuàng)建課程、發(fā)布和管理課程，查看學(xué)員的人數(shù)和學(xué)習(xí)的具體情況。（2）題庫試卷。錄入試題。系統(tǒng)可進(jìn)行課程的測試，學(xué)生可通過測試的方式檢測自己是否掌握了知識，而要生成試卷就要先將試題錄入其中，題目類型包括了選擇題、填空題、判斷、簡答和案例分析等，而且試題還按難易程度進(jìn)行了分類。試卷生成。將試題都錄入進(jìn)系統(tǒng)后，按試題的難易程度進(jìn)行分類組成試卷，方便學(xué)生的進(jìn)階學(xué)習(xí)鍛煉。考試和批閱試卷。學(xué)生可進(jìn)行在線考試，考試設(shè)置有時(shí)間，時(shí)間一到試卷自動提交;教師在線批閱試卷并給出成績和點(diǎn)評，學(xué)生通過看老師的點(diǎn)評可再一次鞏固知識。（3）用戶管理。該模塊主要有用戶的注冊、登錄和管理。單擊注冊鏈接進(jìn)入利用郵箱或手機(jī)號注冊成為新用戶，系統(tǒng)會自動檢測

該郵箱或手機(jī)號是否注冊過，若沒有則會發(fā)送驗(yàn)證郵件或驗(yàn)證碼到用戶的郵箱或手機(jī)上認(rèn)證，最后登錄;用戶管理主要是教師和管理員用以查看學(xué)員的信息，或搜索學(xué)員。（4）課程統(tǒng)計(jì)。教師除了要開設(shè)創(chuàng)建課程、試題和試卷等等教學(xué)任務(wù)以外，還要了解該門課程總共有多少人學(xué)習(xí)、每個(gè)學(xué)員學(xué)習(xí)了多久、對課程的掌握情況、對課程和班級的評價(jià)等等，課程統(tǒng)計(jì)模塊可將此功能實(shí)現(xiàn)。

6 ? 結(jié)論（Conclusion）

伴隨著信息時(shí)代的到來，國內(nèi)外的慕課平臺紛紛上場，國外有Coursera、Udacity、EDX等平臺，國內(nèi)的有中國大學(xué)MOOC、網(wǎng)易云課堂和學(xué)堂在線等平臺，這些平臺的功能也在逐漸豐富和完善。利用互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)來學(xué)習(xí)提升自我已成為大眾認(rèn)可的方式和教學(xué)改革風(fēng)向，本文通過調(diào)研MOOC研究背景和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、進(jìn)行相關(guān)的技術(shù)分析和需求分析、進(jìn)行總體的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、模塊功能分析和實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，設(shè)計(jì)了一套MOOC輔助教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)用以輔助教學(xué)和改革教學(xué)，讓每個(gè)人都能公平的獲得教學(xué)資源，進(jìn)而提升自我，以達(dá)到提高教學(xué)效率和質(zhì)量的目的。

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作者簡介：

劉 ? 琴（1976-），女，本科，副教授.研究領(lǐng)域：軟件工程.