基于Python的少兒編程線上教育平臺設(shè)計與實現(xiàn)

席倩 安夢生 張家源 張巍

摘要：隨著信息技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，編程思維和編程能力的培養(yǎng)引起社會的關(guān)注，Scratch的出現(xiàn)降低了編程教育的門檻，使得少兒編程迅速興起。為了進一步推廣普及少兒編程教育，該文基于Python設(shè)計開發(fā)一個線上教育平臺，系統(tǒng)采用Django框架，利用CBV的方式組織視圖類以及項目的封裝，使用MySql為后臺數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)在線直播、視頻點播、師生在線互動等功能，以期能推動編程教育的推廣和發(fā)展。

關(guān)鍵詞：少兒編程;編程教育;在線直播;視頻播放;學(xué)習(xí)平臺

1 背景

隨著智能時代的加速到來，我國正向世界人工智能產(chǎn)業(yè)引領(lǐng)者邁進。為更好地適應(yīng)社會，少年兒童需要擁有一定的編程思維[1-2]。雖然中國東部很多城市已經(jīng)出現(xiàn)了一些少兒編程的培訓(xùn)機構(gòu)，但是更多落后的中小城市因地域的原因、師資缺乏、人們觀念沒有跟上以及地方政策的因素，未形成一個良好的少兒編程教育生態(tài)。所以綜合來看，我國少兒編程的發(fā)展還是遠遠落后于已經(jīng)開展少兒編程的其他海外國家[3-5]。

文章主要研究少兒編程領(lǐng)域發(fā)展現(xiàn)狀，以及國內(nèi)外現(xiàn)有線上教育平臺的運行模式。最終目標是建設(shè)一個可以實現(xiàn)注冊、登錄、在線課程播放、在線直播、線上互動的少兒編程為主題在線學(xué)習(xí)平臺。系統(tǒng)以在線視頻和在線直播為主要形式，降低少兒編程學(xué)習(xí)的門檻。將少兒編程領(lǐng)域的教育資源更高效、更低成本的傳播，緩解少兒編程教育生態(tài)的環(huán)境。

2 系統(tǒng)需求分析

2.1 前臺功能需求

1）基礎(chǔ)功能：系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)包含基礎(chǔ)的用戶注冊與登錄;通過SMTP郵件服務(wù)器驗證用戶郵箱真實性;應(yīng)有完整的個人中心，便于資料修改，以及課程學(xué)習(xí)情況的統(tǒng)計;還應(yīng)具備全局搜索功能，便于用戶搜索所需課程。

2）課程功能：課程管理、教師管理、授課機構(gòu)的管理;在線視頻播放功能;在線直播觀看功能;熱門課程、相關(guān)課程智能推薦;學(xué)習(xí)時間統(tǒng)計。

3）互動功能：對喜歡的課程、教師進行訂閱收藏;課程評論互動;課程資源下載;站內(nèi)消息通知。

2.2后臺功能需求

1）課程管理功能：課程功能除了基礎(chǔ)的增刪改查功能，還應(yīng)包含課程資源的管理、課程評論的管理、課程推薦功能以及課程數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能。

2）系統(tǒng)權(quán)限功能：系統(tǒng)除了最基本的用戶管理以外，還應(yīng)根據(jù)不同的用戶需求，設(shè)有用戶組管理，不同的用戶組可以進行權(quán)限管理，以及用戶日志等數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

3）機構(gòu)管理功能：課程機構(gòu)和教師管理、輪播圖推薦及數(shù)據(jù)導(dǎo)出。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

文章基于Django框架，采用MTV模式設(shè)計系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)MTV模式設(shè)計原則，將不同的功能劃分為不同的App，每個App就是一個包。不同的App本質(zhì)上是不同的功能集合，這主要是為了降低項目的耦合，也更便于url路由分配[6-8]。

3.2系統(tǒng)功能設(shè)計

1）用戶功能設(shè)計

用戶是整個系統(tǒng)的主要客戶，用戶模塊即為核心模塊，基于上文分析，用戶主要有注冊功能、登錄功能和個人中心。

注冊功能：首次進入系統(tǒng)，需要完成用戶注冊，根據(jù)需求填寫對應(yīng)信息。

用戶提交注冊，后臺訪問并驗證用戶提交的信息，首先驗證郵箱是否被注冊，若注冊則彈出提示，并返回登錄界面，否則錄入數(shù)據(jù)庫，同時賬戶狀態(tài)設(shè)為未激活。通過使用QQ郵箱的第三方SMTP郵箱服務(wù)器，發(fā)送帶有驗證code的鏈接，驗證郵箱真實性。

用戶查看email，點擊驗證鏈接，訪問帶code的鏈接，向后臺提交一個code字符串，字符串會與數(shù)據(jù)庫中的字符串進行匹配，通過驗證則賬戶狀態(tài)更新為活躍，并且跳轉(zhuǎn)到登錄界面。若不匹配，則賬戶激活不通過，無法登錄。

登錄功能：用戶注冊成功后，只需要填寫注冊郵箱、密碼、隨機驗證碼，即可正常登錄。若輸入錯誤，則返回對應(yīng)的錯誤信息。

個人中心：用戶登錄成功后，右上角會有個人狀態(tài)，可以點擊進入個人中心。

2）課程功能設(shè)計

課程功能是為用戶提供學(xué)習(xí)服務(wù)的主體功能，主要分為以下幾個功能：

①課程列表：用戶在首頁點擊公開課，即可進入相應(yīng)頁面。頁面對課程進行分頁處理，每一頁顯示六門課程，每一門課程包含：課程圖片、課程名稱、課程時長、學(xué)習(xí)人數(shù)、收藏次數(shù)以及授課機構(gòu)。

②課程詳情：課程詳情頁面包含課程名稱、課程簡介、課程難度、學(xué)習(xí)時長、章節(jié)數(shù)量以及課程所屬類別。課程介紹下面應(yīng)有課程具體介紹，以及側(cè)邊應(yīng)有授課機構(gòu)簡介。用戶也可以在本頁面收藏課程，便于下次學(xué)習(xí)。

③課程章節(jié)：用戶在課程詳情頁面點擊開始學(xué)習(xí)，即可進入課程章節(jié)頁面。該頁面要強調(diào)課程難度、學(xué)習(xí)時長以及學(xué)習(xí)人數(shù)。課程按照章節(jié)分類，側(cè)欄顯示教師信息及教師寄語。

3）課程機構(gòu)功能設(shè)計

課程機構(gòu)模塊，為便于用戶了解課程的來源及機構(gòu)信息、學(xué)習(xí)該機構(gòu)的其他課程。

①機構(gòu)列表：用戶點擊導(dǎo)航欄授課機構(gòu)，即可進入機構(gòu)列表頁面。每頁顯示四個機構(gòu)。每一列顯示機構(gòu)LOGO、機構(gòu)的名稱、課程數(shù)量、學(xué)習(xí)人數(shù)、機構(gòu)地址、推薦課程，以及聯(lián)系方式。機構(gòu)的排序根據(jù)學(xué)習(xí)人數(shù)和課程數(shù)量，在model中設(shè)置調(diào)取course-nums的數(shù)值來排序，并且可以根據(jù)列表和所在地區(qū)進行排序。

側(cè)欄設(shè)有一個Form表單，便于用戶可以留言，后臺驗證手機號格式是否符合標準，若符合則寫入數(shù)據(jù)庫，便于管理員查看。

②機構(gòu)詳情頁：主體部分分為三塊內(nèi)容，機構(gòu)所屬課程、機構(gòu)教師信息、機構(gòu)團隊介紹。側(cè)欄可以分類查看詳情。

3.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)E-R圖，顯示了實體與實體之間的關(guān)系模型。系統(tǒng)中涉及的實體有：用戶、課程、視頻，用戶實體包含以下屬性：用戶id號、用戶名、郵箱、密碼、性別、出生年月日、地址、是否激活、手機號、頭像、注冊時間、最后登錄時間。課程實體主要包含以下屬性：課程id、課程名稱、課程描述、課程詳情、是否輪播推廣課程、學(xué)習(xí)時長、學(xué)習(xí)人數(shù)、收藏次數(shù)、課程須知、所屬教師介紹、添加時間、所屬教師id等。視頻資源實體主要包含以下屬性：視頻id、視頻url、視頻名稱、觀看次數(shù)、添加時間、章節(jié)id等。系統(tǒng)E-R圖如圖1所示。