职业教育网络培训系统的设计与实现.docx
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职业教育网络培训系统的设计与实现
专业硕士学位论文
职业教育网络培训系统的设计与实现
DesignandImplementationofOnline
SystemforOccupationEducationandTraining
作者:
导师:
北京交通大学
2018年9月
学位论文版权使用授权书
本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。
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年月日
中图分类号:
UDC:
学校代码:
10004
密级:
北京交通大学
专业硕士学位论文
职业教育网络培训系统的设计与实现
DesignandImplementationofOnline
SystemforOccupationEducationandTraining
作者姓名:
学号:
导师姓名:
职称:
工程领域:
软件工程学位级别:
硕士
北京交通大学
2018年9月
致谢
本论文的工作是在本人的导师×××老师的悉心指导下完成的,×××老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了作者极大的帮助和影响。
在此衷心感谢三年来×××老师对本人的关心和指导。
×××老师的悉心指导使得实验室的科研工作顺利完成,对于作者的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见,在学习上和生活上也都给予了作者很大的关心和帮助,在此向×××老师表示衷心的谢意。
在撰写论文期间,×××、×××等同学对论文中的技术框架学习及研究工作给予了热情帮助,在此向他们表达感激之情。
另外也感谢家人,他们的理解和支持使作者能够在学校专心完成本人的学业。
中文摘要
随着计算机技术、网络技术及应用的迅速发展,已越来越多地影响人们的生活和工作的方式。
网络教育就是一个突出代表,其本质上利用网络信息传播、资源共享的方便性以及对教、学过程的精细化管理,为教、学提供了更为自由的环境,对传统的教学内容、教学手段、教学方法提出了前所未有的挑战。
本文结合作者所在单位的实际项目,参与设计和实现职业教育网络培训系统。
该系统的开发工作主要包括需求分析、系统设计、系统实现和系统测试四个阶段,在需求分析阶段中,对系统所要解决的问题进行详细分析,将系统分解成几个子系统,利用用例图、用例规约表等对系统的具体业务进行说明,其中,用例图中充分使用了Actor的继承;系统设计包括系统概要设计、系统功能详细设计和系统数据库设计,系统概要设计是对系统的技术架构和应用架构等进行设计,并根据教师和学生两个角色来对功能进行划分;功能详细设计是使用时序图等UML图对系统的教学资源管理和综合统计分析的功能进行详细描述;而数据库设计则主要是设计系统数据库的结构;系统实现阶段使用编码实现系统的功能,利用系统截图和关键性代码进行描述;在系统测试阶段,通过结合黑盒/白盒测试技术,设计测试用例对系统进行测试,并且还对系统进行了流程测试和压力测试,用来保证系统可以稳定高效的运行。
本系统是基于JavaEE的B/S架构,采用MVC设计模式,具体运用JSP技术、Struts框架和Hibernate框架,并使用SQLServer来对系统的数据库进行设计和实现。
职业教育网络培训系统主要包括教学资源管理、在线学习、在线交流、在线测试和综合统计分析五个主要模块功能,在这五个功能模块中,主要参与设计和实现了教学资源管理和综合统计分析这两个模块。
教育资源管理包括维护知识体系索引结构、资源文件的上传与维护以及教学资源的浏览与下载;综合统计分析基于实际测试数据,主要包括试题分析、测试信度分析、知识弱点分析和综合百分位分析。
目前该系统已在职业教育培训领域中得到广泛应用,并取得了良好的职业教育和培训效果。
关键词:
职业教育培训;教学资源评价;JavaEE;SQLServer
分类号:
TP393
ABSTRACT
Withtherapiddevelopmentofcomputerandnetworktechnologiesandapplications,people’slivesandworkstyleshavebeengreatlyaffected.Onlineeducationisanoutstandingrepresentative,whichcanprovidefinemanagementforteachingandlearningprocessusinginformationbroadcastandresourcesharingovernetworks.Onlineeducationcanprovidelooserenvironmentsforteachingandlearningandhasbroughtgreatchallengestoconventionalteachingcontentsandmethods.
Basedonanactualprojectintheauthor’scompany,theauthorhastakenpartinthedesignandimplementofthe“onlinesystemforoccupationeducationandtraining”.Thesystemmainlyincludesfourstages,whichareanalysisofdemand,systemdesign,systemimplementationandsystemtesting.Duringtheanalysisofdemandstage,Byanalyzingtheproblemswhichthesystemmustsolve,thesystemisdecomposedintoseveralsubsystems,andemploytheusecasediagramandusecasespecificationtabletoillustratethedetailedrequirementsoftheproposedsystem,Amongthem,theusecasediagramfullyusestheinheritanceoftheActor.Duringthesystem’sdesignstage,itincludessystemoutlinedesign,systemfunctionaldetaileddesignanddatabasedesign,systemoutlinedesignisthedesignoftechnicalarchitectureandapplicationarchitecture,andaccordingtotheteacherandthestudenttwocharacterstofunctiondivision.ThroughusingtheUMLdiagramsincludingsequencediagramtoillustratesystemfunctionaldesignindetail,databasedesignismainlydesignthestructureofthesystemdatabase.DuringtheSystemimplementationstage,bycodingtoimplementthesystem,andemployingthesystemscreenshotsandkeycodestodescribeit.Andatthestageofsystemtesting,bycombiningtheblackbox/whiteboxtestingtechniquewithdesigningtestcasestotestthesystem,andalsoconductingthesystemofprocessesandstresstesting,sothatthesystemcanbeusedtoensurestableandefficientoperation
ThesystemuseB/SframeworkbasedonJavaEE,usingMVCdesignpattern,thenusingJSPtechniques,StrutsframeworkandHibernateframework,andusingSQLServerdatabasetodesignandimplementthesystem’sdatabase.
Onlinesystemforoccupationeducationandtrainingmainlyincludesfivemodules,whichareteachingresourcesmanagement,onlinelearning,onlinecommunication,onlinetestingandcomprehensivestatisticalanalysis.Amongthefivemodules,Imainlyinvolvesthedesignandimplementationofthemodules:
teachingresourcesmanagementandcomprehensivestatisticalanalysis.Theteachingresourcemanagementincludesindexstructuremaintenanceforresources,resourcesuploadingandmaintenance,teachingresourcesbrowsinganddownloading;thecomprehensivestatisticalanalysisisbasedontheactualtestdata,anditincludesTestQuestionAnalysis,TestReliability,theAnalysisforKnowledgeVulnerabilityandAggregateAnalysisforPercentileScores.Atpresent,thesystemhasbeenusedwidelyinthefieldofoccupationaleducationandtraining,andhasobtainedthegoodeffectofoccupationaleducationandtraining.
Keywords:
CareerEducationandTraining;teachingresourceevaluation;JavaEE;SQLServer
Classno:
[TP393]
1绪论
本章介绍了职业教育网络培训系统的研究背景及目标,论文研究意义和国内外的职业教育网络培训的现状和问题以及主要研究内容和工作,最后给出了整个论文的组织结构。
1.1研究背景及目标
随着计算机技术、网络信息技术的发展,网络教育首先在发达国家应运而生,它为学生提供了更为自由的学习环境和新的学习方式,使现有的教学内容、教学手段、教学方法遇到了前所未有的挑战,并引起了一系列教育体系的变革[1]。
目前,美国许多高校已开设了基于Internet或WWW的远程学习课程,国内的网络教育虽然起步较晚,但是在国家政策的大力支持和鼓励下,网络教育也如雨后春笋般在国内教育领域十分迅速的发展起来[2]。
网络教育模式与传统教育相比较,主要有资源共享、时空不限、多向互动、便于实时协作的特点,为“教、学”带来模式上的变革。
网络教育大多都是首先在高校中进行并且成功的推动了高校的教育,但是,由于国内人口众多、资源分布不均以及科学技术知识水平层次不等的现状,使得职业教育这种以迅速培训受教育者使其获得相应的职业技能或知识的教育方式逐渐崭露头角;并且结合网络教育模式所体现的这种实时交流、技术共享的特点,使得职业教育利用网络这一新兴技术来对知识、技能进行培训的模式成为了潮流和必然趋势,进而推动了职业教育网络培训系统的出现和发展[3]。
本文拟结合本单位实际工作性质,结合职业教育培训的特点,设计和实现职业教育培训的网络辅助系统,本文研究实现以下两个主要目标。
(1)首先结合当前软件架构的思想和对职业教育培训的具体业务进行需求分析,将职业教育培训活动中的管理、教师教学、学生学习过程等关键活动与网络教育技术结合分析,提出一套合理、完整的职业教育培训的网络辅助系统方案。
(2)研究基于JavaEE架构的系统实现方法,并运用JSP技术和SQLServer数据库技术,进行系统的实现,包括系统界面的实现,业务逻辑流程的实现以及数据库的实现等,最终给出一套可满足职业教育机构辅助教育工作的网络培训系统。
1.2研究意义
系统实现教学资源管理、在线学习、在线交流、在线测试、综合统计分析等多种功能,实现学习的过程管理,是对传统教学手段的有效补充,也是传统教学模式的延伸,同时也可突破传统远程教育中无法实施有效沟通和交流的局限。
该系统目标上不仅是传统教学方式的网上呈现,而是要进行互动式管理,可对学生学习和考评过程数据的分析、教学资源评价分析,增强教、学的针对性,有效辅助学生、教师在教学过程中的提高。
在当前大力提倡职业教育的大背景下,国内教育培训机构得以大力发展,研究职业教育培训的网络辅助系统有较强的实践意义。
1.3国内外现状及问题
近年来,随着网络技术的发展,特别是多媒体技术的出现,推动了社会上各行各业、各个领域的改革与发展,其中,教育领域中的职业教育就是其突出代表;利用网络实行职业教育培训是日益增长的社会教育需求与不断发展的信息技术和网络技术共同培育的产物,是信息化带动的教育工业化实践,对教育的改革和发展具有战略性的意义。
在国内,职业教育正处于蓬勃发展时期,并且已取得骄人的成绩,例如,2009年,被誉为“民生工程”的职业教育取得了令人瞩目的成绩:
全国中职毕业生的就业率超过95%,完成860万的招生任务等等[4]。
科学技术不断发展,社会日新月异,职业教育的改革与发展需要不断适应新变化、新情况和新问题,不断调整职业政策,才能快速步入“快车道”。
网络教育模式在高校中的成功推行为职业教育的变革提出了新的思路,职业教育现如今也在朝着使用互联网技术进行教育的方向前进。
这种基于网络的教育模式,利用网络对受教育者的职业技能和知识进行高效的指导和培训,可以最大限度地发挥学习者的自主性、积极性,既可以实现个性化学习,又可以进行协作学习,比较注重学习者个人的需要。
在国外,最典型职业教育就是德国的双元制,采用政府与企业合作、企业和非全日制职业学校合作培养专业技术工人的双元组织形式,体现了以企业为主、以实践为主的原则;“双元制”职业教育办学模式本质上是一种工读交替的学习培训制度,将学生在企业中的实际操作和在职业学校中的学习理论知识交叉结合进行[5]。
这种职教办学体制坚持以市场需求为导向,而网络等高新技术的发展在市场需求中占到了极为重要的位置,因此,这种职业教育体制再辅以网络的手段,可以更加提高教学质量,促进受教育者高效学习。
网络技术的发展使得在线职业教育以一种迅猛的方式在全球范围内推广和发展,但是基于职业教育而形成的职业教育网络培训系统目前仍然存在着很多亟待解决的问题。
这类系统大部分都是直接上传相关学习视频到系统上,学生通过下载视频或者在线观看的方式进行查看学习,在学习的过程中学生会遇到许多问题,但是却不能及时与教师沟通并解决问题,从而造成了学习知识困难,学习效率低下的问题。
另一个主要问题就是学生通过系统进行学习后不能及时通过测试来评估自己所掌握知识的程度,系统往往不包含在线测试功能,这样就会导致学生在学习一段时间后造成知识点的快速遗忘,并且常伴随着眼高手低的现象出现[6]。
职业教育是促进人们获得专业技能知识、提高整体文化水平的主要途径,而职业教育网络培训系统作为职业教育的一个重要辅助手段,也必将会因此而不断的发展和完善。
1.4论文的主要研究内容与工作
本论文研究内容定位在设计并实现集教学资源管理、在线学习、在线交流、在线测试、成绩管理、班级管理等一体的职业教育网络培训辅助系统,并结合对学生参与系统的数据(包括学生对课程及资源的评价数据、学生在线考试的成绩数据)分析,为个性化“教”与“学”提供数据支持。
主要研究内容及实现描述如下:
(1)教学资源管理
网络培训系统只有做到对教学资源的有效管理,才能够对教师教学、学生学习起到帮助作用。
教学资源管理主要包括教学资源的有效存储、教学资源的高效检索以及资源的上传下载等功能;当然,对教学资源的管理还需要完成对整个知识体系的构建,进而使得教学和学习更加的系统性和完整性。
(2)在线学习
教师用户把教学资源发布到系统后,学生用户就可以通过系统提供的查询、选择功能,有针对性查找教学资源进行在线学习。
另外,系统需要记录学生的学习过程,一方面利于学生对自己学习过程进行事后总结,以便改进自己的学习方法,另一方面可为教师掌握学生学习的实际情况提供帮助,便于更有针对性指导。
(3)在线交流
在线交流的方式可采用聊天室的形式,学生可以边在线学习课程,边在聊天室内提出存在的疑问,只要老师在线就可以及时得到解答,这种即时、强大的交互能力也可以很好的提高学生学习的积极性。
在职业教育网络培训系统中,聊天室要求限制在学校内部,可按照课程、班级等方式组织,实行实名制加入方式,这样可以确保聊天室专为教学服务。
(4)在线测试
学生在完成每节课程的学习后,可进行相应的课后小测,以做到对本课程所授的知识进一步熟悉。
同时系统提供阶段测试功能,采用“积木搭建”概念,学生可自定义科目、自选考试内容、自组试题进行针对性的测试和训练。
(5)综合分析
基于实际测试数据,可进行多方面分析,面向学生可提供知识点掌握程度分析,及时找出薄弱知识点,使得学生在学习过程中有明确的方向;面向教师可提供学生知识的总体掌握情况分析、资源质量分析等,使得教师教学中更具针对性。
作者参与了项目的全过程,并主要负责教学资源管理和综合统计分析功能部分的研究和实现工作,因此文章在全面介绍项目的基础上,重点描述教学资源管理和综合分析功能的相关内容。
主要的工作如下:
(1)充分了解职业教育网络培训系统的背景和国内外研究现状,明确目标和研究意义,根据目标选取所需的思想、模式和技术,例如SOA思想(Service-OrientedArchitecture,面向服务的架构),MVC模式(Model-View-Controller模型-视图-控制器),Struts应用框架,Hibernate框架,JavaEE架构等,进而对所要用到的技术进行学习。
(2)在需求分析阶段,主要明确了职业教育网络培训系统的总体情况及要解决的主要问题,就是利用信息网络,按照职业教育培训基本流程,搭建符合职业教育体系的培训系统,提高工作与学习效率。
在此基础上,将系统主要分解为教学资源管理、在线交流、在线学习、在线测试和综合统计分析五个功能模块,然后对系统的各个功能模块进行了功能需求分析,在描述的过程中使用了用例图等形式进行表述,最后对系统的性能、可靠性、安全性等非功能性需求进行了分析。
(3)在需求分析的基础上,对职业教育网络培训系统进行了设计。
首先根据需求分析中对性能的要求,对与技术架构相关的功能特点分析,确定系统的技术架构、网络架构等,如采用JavaEE架构等,然后再根据系统的实际功能要求,对该系统的教学资源管理和综合统计分析两个功能模块进行了详细的描述,从而明确了这两个功能模块中各层次之间的关系,并最终对系统的数据库进行设计,为系统的实现奠定了基础。
(4)在系统实现阶段,按照前期对职业教育网络培训系统的需求分析与系统设计,使用java编程语言对教学资源管理和综合统计分析两个模块中的功能进行开发和实现。
在开发完成后,通过编写测试用例对两个模块的功能进行测试,以保证功能的正常使用;最终对整个系统的实际业务操作进行了模拟,分别进行流程测试和压力测试,流程测试保证整个网络培训系统的操作符合实际教学流程,压力测试保证系统能在一定负载情况下仍然能高效运行。
(5)对整个职业教育网络培训系统的开发工作进行了总结,对系统存在的不足和未来工作进行了展望。
1.5论文组织结构
全文共分七章,每章内容的概要如下:
第一章:
绪论。
本部分主要介绍了项目的研发背景及意义,结合职业教育培训的特点,给出了职业教育网络培训系统项目的主要研究内容,与一般网络教育系统平台不同的是,本项目结合职业教育培训的教、学过程数据的分析与展示作为一项重要内容,为教师、学生及教管人员提供更为细致、客观的帮助。
第二章:
相关技术介绍。
本部分主要介绍了网络教育系统开发时普遍采用的相关技术的现状。
第三章:
系统需求分析。
本部分主要分系统总体需求、功能性需求、非功能性需求等几个部分进行介绍分析,给出了系统的总体系统功能图和教学资源管理、在线学习、在线交流、在线测试、综合统计分析等主要功能的用例描述。
第四章:
系统设计。
本部分主要描述了系统的概要设计、功能模块详细设计、和数据库设计。
其中概要设计部分给出了系统技术架构设计、应用架构设计即网络架构等;功能详细设计给出了关键模块功能的时序图;数据库设计中给出了数据表结构设计等。
第五章:
系统实现。
本部分主要对教学资源管理和综合统计分析两个模块的实现进行了详细描述,针对关键功能逻辑给出了系统实现的截图和部分代码描述。
第六章:
系统测试。
本部分主要对测试工作进行描述,对系统测试采用的方法和对关键模块设计的测试用例进行了介绍。
第七章:
总结与展望。
本部分主要对论文及所开发的系统进行总结,给出了系统可以进一步改进和发展的方向。
2相关技术介绍
目前,在基于互联网技术的开发领域中,开发普遍采用B/S架构,其主要优势在于部署、维护和升级简单且成本低。
但也有存在缺点,由于客户端基于浏览器,开发过程中一些调试较为困难,并且程序对本地资源及硬件的访问受控于浏览器,实现一些操控要求较高的界面较之于C/S架构更具有挑战性[7]。
近年来,在开发方法及工具方面的发展大大弥补了这一差距,典型技术和思想包括SOA、MVC、Struts、Hibernate等,本章简要介绍此类技术。
2.1SOA思想
SOA(Service-OrientedArchitecture,面向服务的架构)与其它架构方式的不同之处在于SOA提供的业务灵活性,业务灵活性是指
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- 职业教育 网络 培训 系统 设计 实现