祝美寧，林 琢，王登才

(河北科技師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科技學(xué)院，河北 秦皇島，066004)

?

基于J2EE的高校個性化輔助教學(xué)平臺的設(shè)計

祝美寧，林 琢，王登才

(河北科技師范學(xué)院數(shù)學(xué)與信息科技學(xué)院，河北 秦皇島，066004)

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

高校輔助教學(xué)；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(tǒng)教學(xué)手段的補充，使用輔助教學(xué)系統(tǒng)除了能根據(jù)學(xué)生自身的實際情況選擇不同的時間、地點進行自主學(xué)習(xí)，使教學(xué)過程在離開課堂后得到延續(xù)，更應(yīng)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(yīng)用較為廣泛的MOOC(massive open online courses)，即大型開放式網(wǎng)絡(luò)課程，其主要構(gòu)成仍是課堂演講視頻。即便視頻可能會中途暫停數(shù)次，以測試學(xué)生對知識的掌握(比如彈出一個小測試，或者讓學(xué)生寫一段程序代碼)，然后系統(tǒng)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(yè)和考試，但整體而言，仍然缺少交互，甚至不能根據(jù)學(xué)生自身的特點形成針對性的個性輔導(dǎo)。為此，急需建立一個具有交互功能，能對不同的學(xué)習(xí)水平的學(xué)生進行針對性的面向高校學(xué)生的個性化輔導(dǎo)的輔助教學(xué)平臺。

1 個性化輔助教學(xué)平臺功能分析

通過對現(xiàn)有輔助教學(xué)平臺的分析和研究，個性化輔助教學(xué)平臺除了要具有教學(xué)資源的共享，教學(xué)資源的數(shù)字化等內(nèi)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(xué)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(xué)生之間的交互。交互的實現(xiàn)可以通過自我測試，討論區(qū)，答疑區(qū)等方法體現(xiàn)。交互的目的不僅僅是便于學(xué)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(xué)生的學(xué)習(xí)日志，便于形成針對性的個性化指導(dǎo)[4，5]。

1.2 個性化

平臺進行交互的更深層意義是為了對學(xué)生的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)進行記錄，以便根據(jù)學(xué)習(xí)中的薄弱環(huán)節(jié)進行加強性訓(xùn)練，實現(xiàn)有針對性的個性化輔導(dǎo)。為此，平臺在設(shè)計及實現(xiàn)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(chǔ)，學(xué)生的學(xué)習(xí)日志的記錄更是以知識點為基礎(chǔ)。

對于學(xué)生的在線測試，每次測試的結(jié)果將依據(jù)知識點的掌握狀況存入數(shù)據(jù)庫，在該生下次再進行相關(guān)章節(jié)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(guān)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(guān)的題目，如果沒有類似題目，會根據(jù)學(xué)生提出問題的知識點進行再次搜索，同時會將學(xué)生提出問題的知識點計入學(xué)生的學(xué)習(xí)日志當中；對于在線作業(yè)，亦會將學(xué)生掌握薄弱的知識點放入學(xué)習(xí)日志。圖1為學(xué)生子平臺數(shù)據(jù)流圖，能夠清楚看到學(xué)習(xí)日志的數(shù)據(jù)來源以及學(xué)習(xí)日志中信息的使用情況。

圖1 個性化輔助教學(xué)平臺的學(xué)生子系統(tǒng)數(shù)據(jù)流

2 個性化輔助教學(xué)平臺的總體設(shè)計

2.1 基于SSH的框架結(jié)構(gòu)

個性化輔助教學(xué)平臺的基本設(shè)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(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 個性化輔助教學(xué)平臺的系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)SSH集成框架，各個項目模塊均遵循了架構(gòu)分層的設(shè)計原則。各層之間存在著一定的調(diào)用關(guān)系，下層通過接口向上層提供了所需服務(wù)，并屏蔽了具體的實現(xiàn)細節(jié)。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(xiàn)。它負責(zé)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(xiàn)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(diào)用RequestProcessor來處理。RequestProcessor根據(jù)瀏覽器的請求路徑，struts-config.xml文件中對應(yīng)的請求路徑和ActionBean的對應(yīng)關(guān)系來調(diào)用Execute方法。在方法體內(nèi)，調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯模塊，由Hibernate完成與數(shù)據(jù)庫的通信。業(yè)務(wù)邏輯類里Hibernate把HQL轉(zhuǎn)換為SQL，通過O/R映射文件實現(xiàn)具體對數(shù)據(jù)源的操作，即穿過持久層映射到具體的數(shù)據(jù)庫表。調(diào)用完后，將含有返回下一個頁面返回信息的ActionForward轉(zhuǎn)發(fā)到ActionForward指定的源。

2.2 個性化輔助教學(xué)平臺的詳細設(shè)計

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

圖3為學(xué)生登錄輔助教學(xué)平臺之后操作的部分流程圖。圖中體現(xiàn)了在線測試，智能答疑及在線作業(yè)這三部分流程。不管是哪一部分的操作，都將會把學(xué)生在和平臺交互過程當中的學(xué)習(xí)狀況(即薄弱知識點)記錄到學(xué)生的學(xué)習(xí)日志當中，便于在測試部分能夠根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況給出針對性的指導(dǎo)。在在線作業(yè)部分，作業(yè)由教師根據(jù)學(xué)生的以往的學(xué)習(xí)信息從題庫中抽取，然后由學(xué)生來完成作業(yè)，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(xué)效果分析；學(xué)生登錄后可進行在線提問，平臺首先會根據(jù)學(xué)生的問題在論壇中進行搜索，找到相關(guān)帖子加以呈現(xiàn)，實現(xiàn)智能答疑，如果沒有滿足學(xué)生的要求，可再進行發(fā)表，不論那種情況，都會將提出問題的相關(guān)知識點記錄到學(xué)生的學(xué)習(xí)日志當中。

圖3 個性化輔助教學(xué)平臺的學(xué)生在線自測系統(tǒng)流程

3 個性化輔助教學(xué)平臺的實現(xiàn)

個性化輔助教學(xué)平臺采用基于Struts, Hibernate和Spring的J2EE架構(gòu)，用JSP技術(shù)結(jié)合Struts來實現(xiàn)表示層；業(yè)務(wù)層由Spring支持；Hibernate完成對象和關(guān)系的映射，利用數(shù)據(jù)庫存儲技術(shù)來實現(xiàn)整個J2EE應(yīng)用。實現(xiàn)了視圖、控制器與模型的分離以及業(yè)務(wù)層與持久層的分離[6-8]。以下將采用學(xué)生在線測試模塊為例進行闡述說明平臺的實現(xiàn)過程。

3.1 持久層實現(xiàn)

平臺的持久層主要采用的Hibernate框架，它可以實現(xiàn)將數(shù)據(jù)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(xué)生測試模塊中主要包括4個實體：作業(yè)(測試)實體，學(xué)生實體，知識點實體以及學(xué)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(shù)據(jù)庫的訪問，為此，應(yīng)該通過Hibernate的映射文件建立POJO和表之間的映射關(guān)系：將數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換為對數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫的持久化方法CRUD都是通過Session來調(diào)用的，每執(zhí)行一個數(shù)據(jù)庫事務(wù)，要創(chuàng)建一個新的Session實例。而SessionFactory負責(zé)創(chuàng)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(shù)據(jù)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(xiàn)業(yè)務(wù)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(shè)置為true，其他的Bean需要設(shè)置parent屬性，并將該屬性的值設(shè)為DAO組件模板的Bean。實現(xiàn)DAO組件，就是分別實現(xiàn)DAO接口和DAO的實現(xiàn)類。

3.2 業(yè)務(wù)邏輯層實現(xiàn)

通過DAO組件對持久層的訪問，實現(xiàn)了兩層之間的解耦，為此，教學(xué)平臺將業(yè)務(wù)邏輯組件完全放在業(yè)務(wù)邏輯層。每個業(yè)務(wù)邏輯組件包括兩個部分：業(yè)務(wù)邏輯組件接口和實現(xiàn)類。

對于學(xué)生在線測試模塊，應(yīng)包含如下的業(yè)務(wù)邏輯方法：增加一條試題記錄，增加一條學(xué)生答題記錄，根據(jù)學(xué)生ID刪除答題記錄，增加一條學(xué)生日志記錄，修改一條學(xué)生日志記錄等。業(yè)務(wù)邏輯組件無需包含數(shù)據(jù)庫訪問邏輯，只需實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯方法。在平臺的實現(xiàn)上，業(yè)務(wù)邏輯組件完全依賴于4個DAO組件，而每個實現(xiàn)類必須提供對應(yīng)的setter方法。

業(yè)務(wù)邏輯組件實現(xiàn)之后，要為業(yè)務(wù)邏輯組件配置事務(wù)。該平臺采用BeanNameAutoProxyCreator自動創(chuàng)建事務(wù)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(chuàng)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(xiàn)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(shù)據(jù)庫的訪問，實現(xiàn)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(jié)果寫入學(xué)習(xí)日志。在抽取試題的時候，因為需要考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)日志中薄弱知識點，而且其個數(shù)不確定，因此在對試題進行隨機抽取的時候查詢條件較復(fù)雜，所以定義了一個動態(tài)生成查詢語句的高級查詢組件AdvancedSearch，根據(jù)學(xué)生薄弱知識點個數(shù)的多少，形成個性化查詢條件，進一步檢索數(shù)據(jù)庫中的試題表，并利用隨機數(shù)生成滿足知識點的試題。AdvancedSearch組件中的部分實現(xiàn)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(shù)目往往過多，為此涉及到分頁顯示的實現(xiàn)，定義了Fenye組件。當?shù)玫皆囶}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(shù)，每頁顯示的記錄條數(shù)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(xiàn)，為了隨時的保存學(xué)生的考試狀態(tài)，定時對學(xué)生的測試結(jié)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(shù)保存答題狀況。學(xué)生提交結(jié)果之后，將Cookie提交至服務(wù)器，存入數(shù)據(jù)庫的日志表中。

3.3 表現(xiàn)層實現(xiàn)

平臺在表現(xiàn)層采用的是Struts框架，該框架結(jié)構(gòu)中，控制器指的是ActionServlet，ActionServlet能夠攔截用戶的所有請求，并調(diào)用相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯來完成用戶的請求；視圖主要由JSP組件體現(xiàn)，JSP組件負責(zé)接受用戶的請求并將處理的最終結(jié)果展示給用戶；而模型負責(zé)視圖中的數(shù)據(jù)的保存。

平臺中的教師，學(xué)生或管理員用戶都對應(yīng)著一個登錄界面，其視圖名稱UserLogin.jsp，對應(yīng)的模型為UserLoginForm。在學(xué)生輸入完登錄信息點擊登錄之后，ActionServelet會根據(jù)配置文件struts-config.xml中的信息調(diào)用org.pcai.action.UserLoginAction類完成業(yè)務(wù)處理。若Action處理成功，跳轉(zhuǎn)到學(xué)生學(xué)習(xí)界面，若失敗，返回UserLogin.jsp頁面。

4 結(jié)論與討論

平臺主要解決了現(xiàn)有輔助教學(xué)平臺不能針對學(xué)生的認知水平進行針對化輔導(dǎo)的問題。實現(xiàn)了教學(xué)資源的數(shù)字化，具有課程管理、作業(yè)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(xué)過程中，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)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(xué)生的學(xué)習(xí)效果進而調(diào)整課堂的教學(xué)內(nèi)容；從最終的教學(xué)效果來看，輔助教學(xué)平臺的使用有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)成績。為高等教育的教學(xué)工作提供了一個功能強大的，使用方便的輔助教學(xué)環(huán)境。

[1] 王小梅,李林.臺灣大規(guī)模開放在線課程的發(fā)展現(xiàn)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(wǎng)絡(luò)教學(xué)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(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技信息，2010(27)：88-89.

[4] 梁云娟．基于WEB技術(shù)的教學(xué)輔助平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[D]．西安:西安電子科技大學(xué)，2007.

[5] 翟佳．基于J2EE的高校教學(xué)輔助系統(tǒng)設(shè)計研究[D]．上海:復(fù)旦大學(xué)，2009.

[6] 王添財.基于Java EE的在線考試系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)，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(tǒng)開發(fā)技術(shù)研究[D].南京:南京航空航天大學(xué),2013.

(責(zé)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。