王永鋒，李 輝，楊文麗

（1.河南大學民生學院；2.河南大學土木建筑學院，河南開封 475000；3.河南省省直能源實業(yè)有限公司，河南鄭州 450003）

0 引言

隨著“互聯網+”教育的興起，傳統(tǒng)教學方式的弊端日漸凸顯［1］。在線教育的迅速發(fā)展，極大地促進了傳統(tǒng)教學方式變革。教學工作網絡化已成為各大院校本科教學工程建設的重要部分，使用軟件輔助教學已成為21 世紀一種重要教學形式。國外的教學輔助系統(tǒng)研究起步較早，目前發(fā)展已較為成熟。美國麻省理工學院的開放網絡教育資源OCW（OpenCourseWare）就是典型代表［2］。我國歷來高度重視教育體制機制改革創(chuàng)新，更是積極推廣現代化信息技術教育。國內互聯網教育如在線課堂、精品課程、教學評價、實驗管理等軟件系統(tǒng)得到廣泛應用［3-5］，開發(fā)技術也日趨成熟和多樣化［6-9］。這些系統(tǒng)多采用B/S 模式，方便教師和學生在線管理和遠程訪問，也有引入Blackboard、Moodle 等教學管理平臺［10-13］。近年來，更見基于云［14］、智慧學習［15-16］、微信平臺［17-20］等技術支撐的教學輔助管理系統(tǒng)。許多學者和開發(fā)人員致力于設計和研究更為智能、方便的教學輔助系統(tǒng)，以幫助教師開展全面教學，促進學生主動學習。

目前，教學輔助系統(tǒng)多是面向課程的，結合課程量身定做，有較強的針對性，專業(yè)技術人員設計開發(fā)，普通教師僅提供課程需求，不參與技術實現。Blackboard、Moodle 等教學管理平臺利用計算機網絡的數據管理和交互功能實現教學過程信息化，要求課程開發(fā)盡可能規(guī)范化。課程建設需要教師掌握平臺安裝和配置過程，對普通專業(yè)課教師而言也是一種額外技術要求。在抗擊新冠肺炎疫情期間，在響應國家“停課不停學”的號召下，線上教學成為一種主要教學模式，在線教學輔助系統(tǒng)的需求量也隨之增加。面向不具備計算機開發(fā)或網絡平臺操作等專業(yè)技術的普通教師，設計一個可以讓教師自定義功能、易于操作和發(fā)布的教學輔助系統(tǒng)極具現實意義。

本文主要討論了面向教師的自定義教學輔助系統(tǒng)，包括系統(tǒng)總體設計、數據庫設計，以及各功能模塊。系統(tǒng)采用B/S 模式和三層體系架構，實現教師自定義生成，易于管理。以《程序應用教程》教輔系統(tǒng)實現為例，驗證自定義教學輔助系統(tǒng)的有效性、可用性和靈活性，說明系統(tǒng)可以快速發(fā)布，完成普通教師的在線課程需求，輔助教師完成課前、課后教學任務，提供師生交流平臺。

1 系統(tǒng)需求分析

自定義教學輔助系統(tǒng)主要面向的用戶對象是教師。各專業(yè)教師所需系統(tǒng)功能模塊不盡相同，因此設計的系統(tǒng)功能模塊應盡可能滿足用戶需求。系統(tǒng)功能需求是一方面，另一方面的需求是系統(tǒng)易用性，即系統(tǒng)操作是否簡單易懂、是否符合一般操作流程，一款通俗易懂、簡單易用的軟件系統(tǒng)不僅僅是用戶需求，也是開發(fā)人員的追求。

綜合考慮，自定義教學輔助系統(tǒng)須具備教學課件、教學大綱、實驗指導、相關習題、教學答疑、在線公告管理、用戶信息管理和系統(tǒng)樣式管理等8 項基本功能。

（1）用戶生成網站。用戶首先進行用戶名和密碼注冊，注冊成功后，可自定義生成網站。輸入網站標題，同時選擇所需的網站功能，還可選擇網站和布局樣式，選擇完畢后，提交即可生成相應網站。

（2）在線公告管理。該模塊為教師發(fā)布課程作業(yè)說明或最新課程消息提供便利，教師可以對公告消息進行添加、刪除操作。

（3）教學課件。該功能主要是對上傳的教學課件進行管理。選擇文件進行上傳，上傳成功后網頁會自動刷新課件列表。新上傳的文件會在列表中顯示，在列表中點擊相應文件的下載按鈕件即可進行下載。只有教師具有課件刪除極限，學生只能瀏覽和下載課件，沒有刪除權限。

（4）教學大綱。對在線文檔進行管理，用戶可以在網頁上直接編輯文檔，包括圖片上傳、表格編輯；編輯完成后點擊保存按鈕，會直接跳轉到教學大綱顯示頁面，也可返回對文檔進行修改或重置。

（5）實驗指導。對實驗指導的管理，包括實驗指導上傳、下載以及刪除等操作。上傳實驗指導包括將上傳文件保存到服務器和插入數據庫記錄操作兩方面。對于刪除操作，只有教師擁有該權限。

（6）相關習題。對網站相關習題的管理，包括上傳習題、下載習題以及習題刪除操作。只有管理員擁有習題刪除功能。

（7）教學答疑。對在線提問、回復問題的管理。登錄網站進入該功能頁面后都可提問，無權限限制，添加問題后問題列表會刷新顯示；對問題進行回復也沒有權限限制；點擊問題可以查看該問題的所有回復。只有教師可以對提出的問題或問題回復進行刪除操作。

（8）用戶信息管理。教師可以添加角色為學生的用戶，學生以訪客身份進入該網站，具有一些操作權限。用戶還可實現網站風格、網站標題修改等功能選項。

自定義教學輔助系統(tǒng)由教師用戶自定義生成。在教師自定義生成的系統(tǒng)下可以添加學生用戶；學生可以訪問教師建立的系統(tǒng)，但不具備管理權限。相當于教師具有管理員身份，學生只能以訪客身份進入生成后的系統(tǒng)，教師可以為學生指定系統(tǒng)下的功能訪問權限。根據系統(tǒng)分析所得系統(tǒng)用例如圖1 所示。

2 系統(tǒng)設計

2.1 系統(tǒng)結構

自定義教學輔助系統(tǒng)采用B/S 三層體系結構，各層之間基本相互獨立，有利于系統(tǒng)開發(fā)維護。三層體系結構一般分為表示層、業(yè)務邏輯層和數據訪問層，如圖2 所示。

系統(tǒng)前臺頁面通過瀏覽器查看，屬于表示層。BLL 類是對前臺傳遞的參數進行數據處理，屬于業(yè)務邏輯層。通過DAL 類對數據庫數據執(zhí)行SQL 語句等操作，屬于數據訪問層。頁面將參數傳遞給一般處理程序，一般處理程序對前臺頁面和后臺方法輸入輸出的數據作出響應。一般處理程序接收前臺頁面通過JQuery 傳遞的參數并傳遞到后臺，通過對相應BLL 類和DAL 類的調用，對SQL Server 數據庫數據進行相應操作并返回結果，一般處理程序再將后臺執(zhí)行結果返回給前臺頁面，頁面作出相應的響應。

2.2 系統(tǒng)功能

根據對系統(tǒng)的分析和定義，將系統(tǒng)基本功能進行分類，與系統(tǒng)管理相結合，可以將自定義教學輔助系統(tǒng)分為五大功能模塊：用戶信息管理、課程資源管理、教學答疑、公告管理和系統(tǒng)主題管理。每個功能模塊再具體分為相應子模塊，如圖3 所示。

用戶信息管理模塊主要對教輔系統(tǒng)的用戶進行信息管理。只有教師具有該模塊的管理權限，教師可以執(zhí)行添加用戶、修改角色、修改角色功能權限以及刪除用戶等操作。

課程資源管理模塊包括對教學課件、教學大綱、相關習題和實驗指導4 個子模塊的管理。其中，教學大綱實現在線編輯功能，其他3 個功能模塊實現對資源的上傳、下載和刪除操作。

Fig.1 Use case diagram of system圖1 系統(tǒng)用例圖

Fig.2 Hierarchical structure of system圖2 系統(tǒng)分層結構

教學答疑模塊主要是對學生問題發(fā)布、問題回復，以及對問題和回復分別執(zhí)行添加和刪除等管理操作。

公告管理模塊主要對教師發(fā)布的公告進行添加、刪除等管理操作。

系統(tǒng)主題模塊提供了更換網站樣式的功能，教師可以對網站主題模塊中的標題、背景和框架進行修改。

2.3 數據庫設計

數據庫是自定義教學輔助系統(tǒng)的核心部分，用來存儲系統(tǒng)的主要數據內容，為用戶對系統(tǒng)的管理提供數據支持。自定義教學輔助系統(tǒng)共設計10 個數據表，主要用來存儲用戶信息、系統(tǒng)功能、教學課件、相關習題、在線答疑、實驗指導、在線公告、教學大綱以及用戶與系統(tǒng)功能關系等信息，如表1 所示。

3 系統(tǒng)實現

教學輔助系統(tǒng)在Visual Studio 集成開發(fā)環(huán)境中使用。Net 框架下的C#編程語言和SQL Server 數據庫進行實現。本文以《程序應用教程》教輔系統(tǒng)生成為例，證明系統(tǒng)操作簡單，非專業(yè)教師只需注冊登錄，進行功能選擇，即可生成相應課程的教輔系統(tǒng)，然后就系統(tǒng)主要功能模塊技術實現進行說明和解釋。

Fig.3 Function module of system圖3 系統(tǒng)功能模塊

Table 1 Design of system database表1 系統(tǒng)數據庫設計

3.1 用戶自定義生成教輔系統(tǒng)

已注冊登錄的教師用戶通過三步自定義生成符合課程要求的教學輔助系統(tǒng)：第一步自定義網站標題，選擇課程所需功能模塊；第二步選擇教輔系統(tǒng)的背景樣式；第三步選擇教輔系統(tǒng)的框架布局。例如，輸入標題“程序應用教程”，選擇課程所需“教學課件”“實驗指導”“相關習題”“教學視頻”等模塊，采用默認的網站樣式和框架，單擊“生成網站”按鈕，即生成《程序應用教程》教輔系統(tǒng)。系統(tǒng)提供在線資源管理、文檔編輯、公告發(fā)布等功能。課程相應模塊的具體內容，需要課程教師整理上傳。公告管理和學生權限，也由課程教師自行負責。

實際上，用戶選擇的教輔系統(tǒng)相關功能數據是以參數形式通過JS 的post 提交調用方法傳到一般處理程序。一般處理程序通過context.Request［“參數”］語句接收數據，然后調用邏輯層BLL 類。BLL 類對數據進行處理或直接調用DAL 類中方法buildWebsite（）對數據庫數據進行操作。該操作是對UserInfo 用戶表信息及RelationUF 用戶與功能關聯表進行更新。更新成功后返回執(zhí)行結果，頁面將顯示網站生成成功的提示消息，然后跳轉至登錄頁面，登錄成功后即可進入用戶自定義生成的網站。用戶登錄時會將用戶輸入的賬戶、密碼提交到后臺進行驗證，可以驗證數據庫是否存在該用戶，輸入的密碼是否正確；登錄成功后頁面自動跳轉至網站主頁面，同時將登錄的用戶信息保存至Session，以供其它頁面使用。

3.2 主頁面實現

主頁面的網站標題、用戶名、背景樣式和框架布局都是從系統(tǒng)數據庫的UserInfo 用戶信息表中獲取并加載。根據用戶生成系統(tǒng)時選擇的表中字段值加載相應樣式的主頁面。

主頁面中左側功能菜單是從WebsiteFunc 表中查詢出功能名稱和功能的相對路徑。網站功能模塊是通過查詢RelationUF 表的用戶編號userID 得到相應的功能編號funcID，再以功能編號funcID 為條件查詢WebsiteFunc 表，執(zhí)行結果返回功能名稱和功能的相對路徑。將查詢得到的DataTable 轉換為JSON 數據格式，再以JSON 的數據格式返回到前臺頁面，通過EasyUI 的Tree 結構在頁面中呈現。

其中，首頁默認顯示公告頁面，公告列表展示的公告標題同樣是通過一般處理程序將參數傳遞給BLL 類。BLL類調用DAL 類的showNotice（）方法對數據庫進行操作，查詢數據庫的Notice 表返回DataTable 給BLL。BLL 通過StringBuilder 將DataTable 中字段拼接為JSON 格式數據返回前臺，前臺通過URL 接收返回值，接收的JSON 數據格式：［｛“id”：“”，“text”：“”｝］，多行數據的返回則在花括號外加逗號隔開。

系統(tǒng)中所有頁面?zhèn)鬟f至后臺的數據均以參數形式傳給數據庫，不采用SQL 語句拼接。這是為了增加系統(tǒng)的安全性能，防止SQL 注入漏洞攻擊。

3.3 系統(tǒng)主題管理

系統(tǒng)支持更換主題風格，可以更改教輔系統(tǒng)標題、主題樣式以及框架布局。

實現時，在數據庫中保存幾種樣式或框架的標志值，通過返回前臺更新標志值選擇不同的主頁面加載。網站背景設置后刷新頁面即可成功加載，而框架和標題的更改在下次登錄時設置生效。網站標題、網站樣式及網站框架均在UserInfo 表中有對應字段。網站樣式和框架均以標志值的數據形式存入數據庫。同樣在頁面中設置checkbox 的對應值，通過以下語句得到選中同一組name 的某一復選框的值。

網站標題則通過語句$（“#indexTitle”）.val（）；即直接通過標簽的id 獲取值，將值數據以參數形式通過JS 的post 提交調用方法傳至一般處理程序。先對用戶角色進行驗證，若用戶角色是教師則可以進行更改，否則返回結果提示用戶沒有權限。驗證成功后由一般處理程序調用業(yè)務邏輯層BLL 類，BLL 類調用DAL 類中styleWeb（）方法。更改后，學生訪問的網站框架布局及網站風格也會發(fā)生相應改變。執(zhí)行SQL 語句操作會對該系統(tǒng)下教師及所有學生的表數據信息進行更新。執(zhí)行的SQL 語句需用到or 運算和參數傳遞，SQL 語句如下所示：

其中，參數userName 是從session 中得到，參數siteTitle是從頁面?zhèn)鬟^來的參數數據。操作完成后返回執(zhí)行結果，前臺頁面根據返回值響應下一步，對頁面進行刷新或取消當前操作。

3.4 課程資源管理

教輔系統(tǒng)中課程資源可以分為教學課件、實驗指導和相關習題三大類。三類界面布局基本相同，主要功能是資源上傳、下載。若登錄用戶是教師，則對資源還具有刪除權限。實驗指導還具有在線編輯功能，編輯保存后的文檔會直接上傳，然后自動跳轉至實驗指導列表，即可下載新的文檔。

文檔在線編輯使用的是百度開發(fā)的UEditor 富文本Web 編輯器。系統(tǒng)引用了該文檔編輯器的默認和自定義設置兩種工具欄樣式，分別實現教學大綱和習題的在線編輯功能。

頁面中上傳文件采用ASP.NET 中的FileUpload 控件。驗證是否選擇文件，并限制上傳文件的大小不能超過100M。通過以下代碼獲取文件名，并獲取文件在服務器的保存路徑，然后將文件保存至服務器指定路徑。

其中，uploadFile 是頁面控件的ID 值，上傳文件的同時也對數據庫進行操作，通過BLL 調用DAL 類中的fileUpload（）方法將上傳文件名和上傳文件在服務器的保存路徑插入到數據庫相應的表中，操作完成后返回執(zhí)行結果，頁面根據返回的執(zhí)行結果作出相應響應，更新文件列表或提示上傳失敗。

系統(tǒng)提供“教學答疑”功能作為師生相互交流的平臺。學生有問題可以進入教師建立的系統(tǒng)答疑界面進行提問。教師或其他進入系統(tǒng)的學生都可以對問題進行回復。學生的訪問權限由教師提前開放。

3.5 用戶信息管理

用戶信息管理模塊主要用來管理系統(tǒng)用戶和用戶的功能權限。該功能模塊是為生成系統(tǒng)的教師而設計。學生進入該頁面只能瀏覽自己的用戶信息，沒有修改權限的功能。教師在該頁面下可以為自己生成的系統(tǒng)添加功能模塊，也可以刪除系統(tǒng)具有的功能模塊，同時也可以為系統(tǒng)下的所有學生設置該系統(tǒng)功能模塊的訪問權限。

系統(tǒng)根據保存在Session 中的用戶信息得到該用戶角色。若用戶角色是學生，則用戶信息列表只顯示該登錄用戶的信息和功能列表，該頁面下的所有功能按鈕處于被禁用狀態(tài)，即按鈕屬性Disabled 為true；若用戶角色為教師，則顯示該系統(tǒng)下的所有用戶信息，教師功能列表顯示教學輔助系統(tǒng)所有的功能模塊。只需用SQL 左連接函數對RelationUF 表和WebsiteFunc 表進行匹配，若兩個表中的功能編號匹配成功，則為拼接的JSON 數據列設置checked 屬性值為true，在相應功能顯示時處于被選中狀態(tài)。而角色為學生的用戶功能列表查詢的是學生所在教師系統(tǒng)所擁有的功能，然后對學生擁有的功能與系統(tǒng)具有的功能進行匹配。教師查詢功能列表的SQL 語句如下：

查詢WebsiteFunc 表和RelationUF 表通過SQL 左連接匹配。右表RelationUF 只會顯示與左表WebsiteFunc 匹配的記錄，不匹配的數據記錄為NULL。相應地，通過SQL 語句中的case when 方法為用戶具有的功能模塊設置標志值為Y，否則設為N。拼接JSON 格式的數據時根據功能模塊設置的標志值選擇是否為該功能模塊數據列設置checked屬性值為true。

4 結語

隨著網絡互連技術的進步和教學需求的不斷提升，自定義教學輔助系統(tǒng)開發(fā)具有一定現實意義。自定義教學輔助系統(tǒng)的基本定位和最大特色就是服務于不具備專業(yè)開發(fā)技術的課程教師，為教師創(chuàng)建相應課程的教學輔助系統(tǒng)提供了極大方便。不再增加課程教師額外的技術學習任務，只需簡單操作，即可生成和管理相應課程的教學輔助系統(tǒng)。

本文對自定義教學輔助系統(tǒng)設計與實現進行了探討，面向教師，可以靈活生成相應課程教學輔助系統(tǒng)，生成的課程教輔系統(tǒng)具備常見系統(tǒng)的基本功能，同時具有較強的便利性和擴展性。功能模塊可由教師用戶根據課程內容自行添加和調整，不僅可以滿足課程基本功能需求，還可以為其提供個性化設置。各教師用戶、各課程之間互不干擾。教師通過網絡發(fā)布教學課程相關資料，對教學工作進行管理，從而提高工作效率；學生可以通過教輔系統(tǒng)了解最新的課程信息與教學安排，及時調整個人學習計劃。師生以教輔系統(tǒng)作為交流平臺，促進教學相長。自定義教輔系統(tǒng)發(fā)布后只在小范圍進行了應用。下一階段應更加關注系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。隨著教輔系統(tǒng)的深入開發(fā)，也應繼續(xù)完善系統(tǒng)功能，優(yōu)化系統(tǒng)性能，使之得到更廣泛的應用。