最新嵌入式系统课程网络教学平台开发设计.docx

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最新嵌入式系统课程网络教学平台开发设计

嵌入式系统课程”网络教学平台开发设计

“嵌入式系统课程”网络教学平台开发

摘要

在“宽带网”尤其是“校园网”进入校园的今天，充分发挥网络优势，开发网络教学平台已成为教学活动的必然趋势。

本课题就是以网络信息技术为支撑平台，开发嵌入式系统课程学习网站，构筑教学与网络相结合的教师教学新模式和学生学习新方式。

本设计从分析嵌入式系统教学模式的现状出发，论述了建设一个基于B/S结构的嵌入式系统教学网站的必要性；以此教学网站为平台，研究了客户端、Web服务器端、网络数据库端及用户访问权限的设置等实现技术；最后以静态网页制作、JSP动态网页设计、CSS样式应用、Photoshop图像处理、UML语言及对网站的总体布局设计为基础，开发了教学内容、学习指南、课程设计及教研资源等学习版块。

通过网络教学平台的开发，可以实现教与学的互动，提供实时交流的平台，为学生学好嵌入式系统课程创建优良的环境。

关键词：

嵌入式系统；网络教学；B/S结构；JSP

TheNetworkTeachingPlatformExploitingof

“EmbeddedSystemsCourse”

Abstract

Today“campusnetwork”especiallythe"broadbandnetwork"getsintothecampus,madeitbecameapossibilitytocombinetheteachingcoursesandnetwork,alsomadeitisnecessarytoestablishthe“school-based”networkteachingplatform.Itwilldesignanddevelopthesitesforthemestudy,bringintofullplaytotheadvantagesofnetworks,breakthroughthetraditionalclosed-endteaching,withthehelpofopeningandinteractivenewteachingmediumitwillfulfillthenewteachingmodelwiththeorganiccombinationofInternetandteachingandthenewlearnwaysofstudents.

Thisthesisfirstlyanalysisthecurrentsituationofembeddedsystemeducation’steachingmodeandthetrainingoftheuniversity’smajorsofcomputernetwork,anddiscussedthenecessitytoestablishateachingsitewithaconstructionofaB/S,based“embeddednetworkteachingplatform”,usedthesiteasaplatformtostudythesettingsoftheuseraccessandthetechnologyofon-linemockexaminationsystem.Finally,basedonthedesignofJSPdynamicweb,theapplicationofCSSform,theproductionofstaticweb,theprocessingofPhotoshopimage,JavaScriptlanguage,Javalanguageandthedesignfortheoveralllayoutofthesitetodevelopandrealizethemajorsectionsofteaching,studyguideson-lineexaminationandcurriculumdesignandsoon.

Themainbodiesofthisthesisareteachingmodules,studyguidesandon-linetestmodule.Theembeddedsystemsnetworkteachingplatformwillgivestudentsanexchangeandinteractionplatformandlaidasolidbaseforstudents’studyofembeddedsystems.

Keywords:

EmbeddedSystems;networkteaching;B/Sstructure;JSP;on-lineexamination

摘要I

AbstractII

第一章引言1

1.1课程网络教学平台开发背景1

1.2“嵌入式系统课程”网络教学的意义1

1.3网络教学平台设计原则2

第二章平台开发需求分析5

2.1平台应用体系结构5

2.1.1三层分布式应用体系结构的设计5

2.1.2三层体系结构的分析6

2.1.3三层体系结构的优点8

2.2教学平台框架逻辑结构、角色分配与整体结构图9

2.2.1“嵌入式系统课程”网络教学环境设计9

2.2.2教学平台使用用户10

2.3课程网络教学平台整体架构10

2.4网络教学平台功能需求11

2.4.1注册功能11

2.4.2登陆功能12

2.4.3用户信息维护与查看功能12

2.4.4信息发布功能12

2.4.5资源下载功能12

2.4.6在线考试功能12

2.4.7教学平台后台安全维护与管理13

第三章网络教学平台功能设计15

3.1教学平台体系结构15

3.2教师教学系统与学生学习系统16

3.3后台管理系统17

第四章网络教学平台的开发流程18

4.1开发工具及技术18

4.2平台模块的开发20

4.2.1需求用例UML模型描述20

第五章教学平台技术模块的实现28

5.1用户登陆模块28

5.2验证码模块29

5.3在线编辑器模块35

5.3.1HTML在线编辑器的基本原理36

5.3.2在线编辑器代码的安全过滤37

结论42

参考文献43

附录A在线编辑器源码44

致谢54

第一章引言

一.1课程网络教学平台开发背景

随着科学技术的进步，尤其是计算机网络的发展，人类将进入信息社会，因而人们的生活方式、思维方式、工作方式，以及教育方式都将随之改变。

网络与教育的结合，将会彻底改变传统的教育思想、观念、内容、方法，改变传统的人才培养模式。

人类社会已进入网络时代、信息时代和知识经济时代，网络为人们获取信息和知识提供了重要的途径和丰富的资源。

目前以网络为纽带，快速、高效、方便地实现知识传递，以现代化手段促进教学改革，将传统的课堂教学转变为课堂+电脑+网络课堂+Internet的学习方式，是教育工作者应当为之努力的方向。

基于JSP技术的“嵌入式系统课程”网络教学平台是依托校园网的优势设计和开发的，通过此平台，学生可以不受时间、空间、地域的限制，在网上浏览、下载嵌入式系统课程的教学内容、完成作业、参加测试等，教师也可借助此平台发布公告信息、发布试题、实现课件上传下载、组织讨论答疑等。

未来的教育技术必将是以信息技术为基础的教育技术，信息技术在教育中的应用是教育技术的重要组成部分，信息技术的发展，必将引起教育技术学科领域的重大变化。

应用现代信息技术构架的网络多媒体教学应用平台是实现网络教学的技术基础，现已成为现代教育技术改革与发展的主流方向。

一.2“嵌入式系统课程”网络教学的意义

网络教学可以利用各种先进的教育技术，最大限度地用计算机替代教师的劳动，提高教育资源的共享度。

嵌入式系统课程网络教学平台根据登陆用户身份的不同分别设有学生学习区、教师工作区、交流区等。

通过给学习者提供包括网上学习导航、答疑、检索、讨论、作业、在线自测等手段，提高嵌入式系统课程学习者的学习效果；通过提供方便的网络课程构建工具，加强网络课程的交互性和协作性，提高网络课程的建设质量；通过提供多种最能体现网络特色的学习策略，打破传统单一的传授式学习模式，便于教师进行教学设计。

网络教学可以最大限度的使用网络手段模拟现实生活中的教育流程，并且利用计算机系统的强大计算能力，可以进行教学过程和教学成果的跟踪、统计，分析，改善了传统教学手段在这方面的不足。

网络技术对于“嵌入式系统课程”教学的贡献是能实现教学的交互性。

交互性主要在于三个层面：

一是人机交互；二是机机交互；三是人人交互。

在人机、机机交互的基础上，实现师生、生生及师师之间的交互作用。

其中最重要的是师生交互。

根据“嵌入式系统课程”的特点，设置了网络实验教学环节，通过网络平台提供课程的软件实验平台，学生在远程即可进行软件实验，方便、快捷、有效地学习了课程的相关知识。

 相对于传统嵌入式系统课程教学模式，这样一个交互式教学平台的最大优势在于，它打破了原有教学模式的那种时间和空间的局限。

学生可以更自由地安排学习过程，尽可能地实现学习自主化。

同时利用这样一个网络教学平台，师生之间的交流也得到了充分的保证，学生学习之后的反馈信息可以通过平台及时传送给教师，而教师也可以及时给以相应的建议和指导。

一.3网络教学平台设计原则

基础教育的教学模式以课堂教学（面授方式）为主，基于课程整合理念的网络教学，是课堂教学的有益补充。

所以该“嵌入式系统课程”网络教学平台的设计注重课堂教学的辅助和学生自主学习能力的培养。

从嵌入式系统网络教学课程的特点来看，它与一般的多媒体教学软件不同，它是学习者利用网络进行远程学习的平台，是通过网络表现的该门学科的教学内容和实施的教学活动。

从嵌入式系统课程的特点出发，在开发网络平台的过程中，需遵循以下原则：

1.网络共享原则

嵌入式系统网络课程以网络为媒介，一方面网络的特性要求其具有共享性，另一方面网络课程本身的特点也要求其具有共享性。

因而在开发的过程中，应充分考虑学习者对课程的共享性要求，使网络课程的内容及形式尽量满足其学习群体的共同需要。

2.交互原则

交互性是网络媒体区别于其他媒体的最大优势之一，正是网络第一次实现了人和机器的平等对话。

而网络课程借助于网络这个平台，充分运用了网络技术，表现出方便多样的交互形式，这也是其目前得到蓬勃发展的原因之一。

这里我们所谈的交互主要包括学习者与学习者的交互、学习者与网络课程的交互、以及学习者与教师的交互三个方面，每个方面的交互都可以通过各种不同的方式来实现。

3.导航清晰原则

在以网络课程为媒介的远程学习中，学习者一般都是在师生分离的情况下进行学习的，其具有很高的自主性，可以满足学习者不同的个性需要，但也存在一个容易迷失方向的问题。

为了更好地达到学习者自主学习的效果，这就要求网络课程在导航上面要作到层次清晰、链接方便，可以很好地帮助学习者明确自己所处的位置，并及时快速地实现相关内容之间的跳转及学习进度的控制，使学生不至于在学习过程中出现迷航的情况。

4.多媒体原则

网络课程在表现形式上具有多媒体特点，充分利用了各种表现形式来调动学生的各种感官，激发学生的学习兴趣，这个特点也就要求我们在开发的过程中一定要遵循多媒体原则，综合考虑多种媒体因素，注意各媒体的组合，以达到最佳的表现效果。

5.教学资源丰富原则

由于网络课程是通过网络表现某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和，是学生通过网络进行学习的教材，也是学生进行学习的主要学习资源。

在学生的学习过程中教师和学生在时空上是分离的，学生主要是通过网络课程提供的资源来进行相应的学习，因而这就要求我们在设计开发的时候能够提供比较丰富的学习资源，以满足学生学习过程的需要，提高学生的学习效果。

6.易用易维护原则

网络课程作为一种网络学习的平台和教材，其用户对象几乎无所不包，因而他们的计算机总体操作水平也就必然存在高低差异，这就要求开发者在开发过程中不能人为地给用户设置操作困难，应该本着易用原则，使教学平台的界面操作简单易实现，不给学习者增加额外的负担。

另外，网络课程的时效性特点要求其在后期维护方面要简单易用，不至于其更新只能由专业的开发人员才能够实现，这样才能满足内容的及时更新，使教师和一般的管理员都能够轻易地实现新内容的更新。

第二章平台开发需求分析

为充分发挥网络优势，提高大学嵌入式系统课程的教学水平和教学效果，有必要建设一个基于互联网的交互式嵌入式系统课程教学平台。

网络教学平台是面向教师和学生的网络教学系统，采用JSP+XML+SQLServer开发，本章对该平台的体系结构和功能进行了详细的分析，并详述了平台开发中采用的关键技术。

二.1平台应用体系结构

“嵌入式系统”课程网络教学平台的运行环境如下：

系统结构：

B/S结构

操作系统：

window/Unix/Linux操作系统

浏览器：

支持主流浏览器

数据库：

MySQL

应用服务器：

Tomcat

本平台的开发使用了一种新兴的体系结构：

Browser/Server，为确保平台的先进性、易扩展性和易维护性，采用了分布式三层应用体系结构进行平台开发。

二.1.1三层分布式应用体系结构的设计

根据嵌入式系统课程网络教学平台的总体要求和设计原则，以及满足用户对业务逻辑可定制和可管理的个性化的需求，确定了平台的三层应用体系结构图，如图2.1。

图2.1教学平台三层应用体系结构图

二.1.2三层体系结构的分析

构建基于Web应用的平台三层体系结构，是设计基于Web的网络教学平台的出发点。

三层体系结构包括表示层（Presentation）、功能层（BusinessLogic）、数据层（DataService）。

A）第一层：

表示层（用户界面层）

Browser/Server结构极大的简化了客户机的工作，客户机上不需要安装、配置客户端，直接通过IE的方式浏览、访问即可，服务器将担负更多的工作，对数据库的访问和应用程序的执行将在服务器上完成。

在表示层中包含系统的显示逻辑，它的任务是由Web浏览器向网络上的某一Web服务器提出服务请求，Web服务器对用户身份进行验证后用HTTP协议把所需的主页传送给客户端，客户机接受传来的主页文件，并把它显示在Web浏览器上。

B）第二层：

功能层（业务逻辑层）

功能层包括具有应用程序扩展功能的Web服务器。

在功能层中包含系统的事务处理逻辑，位于Web服务器端。

它的任务是接受用户的请求，首先需要执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通过SQL等方式向数据库服务器提出数据处理申请，而后等数据库服务器将数据处理的结果提交给Web服务器，再由Web服务器传送回客户端。

此层也是上下两层的纽带，它建立实际的数据库连接，这一层通常以动态链接库的形式存在并注册到服务器的注册表（Registry）中，它与客户端通讯的接口符合某一特定的组件标准（如EJB、COM，CORBA），可以用任何支持这种标准的工具开发。

C）第三层：

数据层

数据层主要包括数据库服务器，在数据层中包含系统的数据处理逻辑，位于数据库服务器端。

它的任务是接受Web服务器对数据库操纵的请求，实现对数据库查询、修改、更新等功能，把运行结果提交给Web服务器。

技术革命带来新的教育发展机会，并改变教学过程模式。

基于Web的应用是这种现象的最好证明，基于Web的网络教学平台的引入，不但会提高教师授课的工作效率，更能引入全新的教学模式。

推动这种技术革命的主要是基于Internet／Intranet的一系列新技术。

这些新技术主要包括：

Ø新的程序设计语言：

如XML,Java；

Ø服务器端脚本（ScriptedServerPages）和Servlets：

如微软的ActiveServerPages,JavaServerPages；

Ø对象通信协议：

如OMG的CommonObjectRequestBrokerArchitecture（CORBA），基于Java标准的RemoteMethodInvocation（RMI），微软的DistributedComponentObjectModel（DCOM）；

Ø组件技术：

如EJB和DCOM；

ØWeb应用框架：

如IBM的WebSphere，Oracle的Oracle9iApplicationServer（Oracle9iAS），MicrosoftTransactionServer（简称MTS）；

工作流技术：

工作流技术是90年代以后计算机支持的协同工作（CSCW）领域中一个新的研究热点，工作流技术特别是工作流管理系统（WFMS）的应用有助于提高高校的信息化程度和运作效率。

二.1.3三层体系结构的优点

三层的Browser/Server体系结构是把二层Client/Server结构的事务处理逻辑模块从客户机的任务中分离出来，由单独组成的一层来负担其任务，这样客户机的压力大大减轻了，把负荷均衡地分配给了Web服务器，于是由原来的两层的Client/server结构转变成三层的Browser/Server结构。

这种结构不仅把客户机从沉重的负担和不断对其提高的性能的要求中解放出来，也把技术维护人员从繁重的维护升级工作中解脱出来。

由于客户机把事务处理逻辑部分给了功能服务器，使客户机一下子"苗条"了许多，不再负责处理复杂计算和数据访问等关键事务，只负责显示部分，所以维护人员不再为程序的维护工作奔波于每个客户机之间，而把主要精力放在功能服务器上程序的更新工作。

这种三层结构层与层之间相互独立，任何一层的改变不影响其它层的功能。

二.2教学平台框架逻辑结构、角色分配与整体结构图

二.2.1“嵌入式系统课程”网络教学环境设计

网络教学环境的结构至少应包括六大要素：

教学支撑平台、课程内容体系、教学资源库、虚拟实验系统、考核评估系统、教师群体和学习者。

前面五个要素与教师群体和学习者之间的关系见图2.2：

图2.2网络教学环境各要素间的关系

教学支撑平台是实现网络课程教学的基础，它包括各种网络硬件设备、系统软件与应用软件和保障网络正常运行的辅助人员群体，为网络教学的实现提供了必要的物质基础和交互性的学习环境。

课程内容体系是网络教学内容的核心，需要一个稳定的教师群体进行设计与研究。

教学资源库是对课程内容的扩展，能够为学习者提供丰富的学习资源，可以培养学习者对信息的获取能力和综合能力。

虚拟实验系统是网络教学内容的补充，可以增强学习者的感性认识和实践能力。

考核评估系统是实现教学效果评价的重要组成部分，可以对学习者学习成果进行评价并对其学习进程提出参考意见。

教师群体是教学内容的提供者和维持者，并为学习者提供一定的学习指导。

学习者是网络教学环境中的主体，通过网络教学环境学习知识，培养能力。

二.2.2教学平台使用用户

表2.1网络教学平台用户表

使用对象

人数

用户权限

1

匿名用户

任意

可以查看使用平台内的任意开放资源

2

学生

任意

可以查看使用平台内的任意开放资源，参加在线考试，作业的提交，用户基本信息的维护

3

教师

1~5

发布信息，开设考试，上传资源

4

管理员

1

注册用户的管理，题库的增删，平台的综合管理

二.3课程网络教学平台整体架构

“嵌入式系统课程”的网络教学平台整体架构图见图2.3。

根据“嵌入式系统课程”自身的特点，设计了八大模块，依次如下：

图2.3嵌入式系统课程网络教学平台总体结构图

一、首页

1.八大模块的热链接2.获奖情况、教学成果视频展示3.消息发布4.联系站长

二、教学内容

1.课程简介2.理论教学3.上机教学4.实验教学

⑴教学师资⑴教学大纲⑴上机平台⑴实验平台

⑵教学条件⑵教学课件⑵上机内容⑵实验内容

三、学习指南

1.重点难点2.常见问题3.作业4.学习论坛

⑴教师

⑵学生

四、在线考试

1．在线测试2.考试系统

五、课程设计

1.设计简介2.设计平台3.历年设计一览4.优秀设计

六、毕业设计

1.设计简介2.设计平台3.历年设计一览4.优秀设计

七、教研资源

1.参考资料2.网站链接3.科学前沿

八、教学成果

二.4网络教学平台功能需求

二.4.1注册功能

要求参加嵌入式系统课程的学生必须注册信息，注册信息必须有学生的身份识别信息，包括学号，院系，班级，电子邮件，联系电话等。

要求用户注册的目的主要是为了方便老师和学生的互动和对在线考试人员的身份认证。

二.4.2登陆功能

该模块的主要功能是对用户进行身份验证。

教学平台允许匿名访问，但只具有游客身份，仅仅拥有浏览的权限，如果想使用教学平台的全部功能，则需要进行登陆，分为学生及教师身份的认证。

同时，提供学生注册功能，注册后需经教师的认证和许可，方可进入教学平台。

二.4.3用户信息维护与查看功能

用户可以维护个人信息。

主要是方便学生随时更改联系方式。

和查看个人相关的一些课程信息。

二.4.4信息发布功能

发布的信息应使所有浏览该网站的人都可看到，发布信息的用户有：

①超级管理员：

发布针对全专业学生的公告；

②任课教师：

发布课程相关信息，如：

调课信息；作业提交时间；上机安排；实验安排；考试方式、地点安排等；课程设计相关信息；毕业设计相关信息；

③上嵌入式系统课程的各班班长：

通知班上同学各种消息；

④上嵌入式系统课程的各班学委：

通知与同学各科学习相关的消息。

消息种类：

①教学成果新闻；

②竞赛获奖新闻；

③其它与学生关系密切的消息

二.4.5资源下载功能

该模块这要实现学习工具和学习资料的下载功能

二.4.6在线考试功能

该模块分为在线测试和在线考试两个部分。

在线测试：

学生可以按教学单元进行自我测试，测试的题型、题量、难度及测试时间由学生自主选择，系统自动从题库中抽取符合要求的题目，测试结束，系统自动评分。

在线考试：

是由教师提供的测试题（如期中测试），在限定的时间内做完试卷，在由学生提交，教师通过后台阅卷并给出分数。

二.4.7教学平台后台安全维护与管理

后台系统拥有强大的后台管理功能，支持整个系统各个环节的后台管理、操作以及后台控制。

1．角色分配：

超级管理员、普通管理员（教师）。

2．具体功能：

1）教学系统后台管理

测评系统后台包括题库管理、试卷管理、考生管理、考试结果管理、作业管理等。

●题库管理：

包括知识点定义、题库定义以及题库管理；

●试卷管理：

包括一般试卷定义、自适应试卷定义以及试卷管理；

●考生管理：

考生信息管理；

●考试结果管理：

问答判分、考试结果查询；

●作业管理：

作业布置、作业成绩查询与管理。

2）系统数据备份与恢复

提供系统数据库的备份与恢复功能。

3）IP地址灵活控制客户端访问权限

IP地址的设定主要解决系统角色的分配。

系统提供由教师从后台来控制是否需要进行终端IP的访问权设定。

教师可根据教学需要来灵活控制。

4）管理