薛云蘭　黃嘉浩　 邵桐杰

摘? 要： 隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和數(shù)字化教育的發(fā)展，在線課程學(xué)習(xí)與線下課堂逐步融合互補。針對線下課堂時間和空間的限制，以及無法定制個性化學(xué)習(xí)的缺陷，設(shè)計一套SpringCloud微服務(wù)架構(gòu)在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)。系統(tǒng)包含賬號登錄、視頻觀看、課程學(xué)習(xí)、評論收藏、個性化分析、學(xué)習(xí)路線推薦等功能。該在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)實現(xiàn)了資源共享，其靈活性、便捷性突破了時空的制約，同時其個性化分析可以對學(xué)員的學(xué)習(xí)情況和興趣進行分析并針對性的進行推薦。

關(guān)鍵詞： 在線學(xué)習(xí); SpringCloud; 數(shù)字化教育; 微服務(wù)架構(gòu)

中圖分類號：TP319? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ?文章編號：1006-8228（2022）05-130-04

Research and design of online course learning system with microservice architecture

Xue Yunlan Huang Jiahao ?Shao Tongjie

Abstract： With the development of Internet technology and digital education， online course learning and offline classrooms gradually merge and complement each other. Aiming at the time and space limitations and the inability to customize personalized learning of offline classroom， a set of online course learning system based on SpringCloud microservice architecture was designed. The system includes operations such as account login， video viewing， course learning， comment collection， personalized analysis， and learning route recommendation. This system realizes resource sharing， and its flexibility and convenience break through the constraints of time and space， while its personalized analysis can analyze the learning situation and interests of students and make targeted recommendations.

Key words： online learning; Spring Cloud; digital education; microservice architecture

引言

我國《教育信息化“十四五”規(guī)劃》、《教育信息化中長期發(fā)展規(guī)劃（2021—2035年）》、《教育信息化2.0行動計劃》[1]中提出，將教育事業(yè)與智能科技技術(shù)互相融合。

要實現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”、“智能+教育”、“數(shù)字化教育”，在線課程是基礎(chǔ)。本文采用SpringCloud微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計思想，結(jié)合SpringBoot后端框架和前端Vue.js框架，設(shè)計并實現(xiàn)在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)。根據(jù)學(xué)校的教學(xué)需求，設(shè)計系統(tǒng)功能模塊：課程管理、學(xué)情分析、課程學(xué)習(xí)、后臺管理等。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 系統(tǒng)用戶分析

在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)主要面向?qū)W校的教師用于線上線下混合式教學(xué)和機構(gòu)的課外培訓(xùn)課程購買學(xué)習(xí)，主要用戶有學(xué)生、教師、系統(tǒng)管理員，在對這三種用戶角色的職責(zé)需求調(diào)研分析后，歸納出用戶的功能需求、不同的功能權(quán)限、不同角色的平臺展示頁面需求。

⑴ 學(xué)生用戶

學(xué)生用戶是在線課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站的主要使用者，可以對在線課程視頻進行瀏覽查看、查詢、觀看、收藏與下載;在個人中心信息模塊中可以編輯修改個人基本資料，包括頭像、昵稱等;在課程學(xué)習(xí)頁面可以對課程進行評論發(fā)布功能。

⑵ 教師用戶

教師需要在本系統(tǒng)中發(fā)布課程并上傳課程視頻資源，對課程進行管理;能夠查看學(xué)生學(xué)習(xí)情況;對學(xué)生進行管理等功能。

⑶ 系統(tǒng)管理員

系統(tǒng)管理員主要管理課程云視頻資源的監(jiān)管與審核、教師信息、用戶權(quán)限與系統(tǒng)菜單管理。

1.2 系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)流程分析

本小節(jié)重點分析在本課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)中學(xué)生學(xué)習(xí)課程、教師管理課程、系統(tǒng)管理員維護本系統(tǒng)與管理云課程資源的流程，流程圖如圖1所示。

核心業(yè)務(wù)流程描述如下。

學(xué)生登錄或注冊后登錄本系統(tǒng)，進行個人信息修改，進入課程系統(tǒng)首頁，一是選擇首頁熱門課程進行學(xué)習(xí)或選擇熱門教師學(xué)習(xí)旗下開放的課程;二是選擇課程分類頁面，進行個人興趣課程的篩選進而學(xué)習(xí);三是選擇課程教師的頁面，選擇青睞的教師名下課程。學(xué)生在本系統(tǒng)中學(xué)習(xí)課程的情況數(shù)據(jù)返回到后臺管理系統(tǒng)中，以備統(tǒng)計分析。

教師登錄課程學(xué)習(xí)后臺管理系統(tǒng)進行課程管理，可以創(chuàng)建課程、上傳課程視頻資源、查看和分析學(xué)生學(xué)習(xí)課程情況等。該系統(tǒng)用于教學(xué)管理，可以對教學(xué)做出調(diào)整。

系統(tǒng)管理員根據(jù)教師反映的情況對熱門課程進行封面宣傳，通過輪播圖形式，增加學(xué)生對該門課程的吸引力。

2 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

為了應(yīng)對現(xiàn)如今大流量、大數(shù)據(jù)的互聯(lián)網(wǎng)日漸訪問增量中，采用SpringCloud微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計思想，通過Vue.js作為前端框架和SpringBoot作為后端框架進行結(jié)合設(shè)計開發(fā)[2]。

2.1 系統(tǒng)前端設(shè)計

系統(tǒng)的前端設(shè)計部分為了服務(wù)用戶進行數(shù)據(jù)交互與數(shù)據(jù)展示所設(shè)計。主要分為兩部分（即Web客戶端與后臺管理服務(wù)端），一是為學(xué)生用戶（或非系統(tǒng)管理員用戶）用于課程學(xué)習(xí)的前臺網(wǎng)站;另外則是為了系統(tǒng)管理員與教師用戶服務(wù)的后臺管理系統(tǒng)。

前端設(shè)計部分分為視圖層與Node.js服務(wù)層。

前臺Web客戶端需要呈現(xiàn)給用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橐晥D表示并進行交互，即要求頁面美觀、大方、簡潔的觀感。在視圖層中采用HTML5、CSS3、JavaScript等設(shè)計實現(xiàn)頁面的技術(shù)，通過Ajax能夠?qū)崿F(xiàn)跟后端服務(wù)端接口API的異步請求功能進行數(shù)據(jù)交互，并實現(xiàn)異步更新數(shù)據(jù)[3]。因為涉及到學(xué)生學(xué)習(xí)課程情況可視化分析需求，故采用了基于JavaScript實現(xiàn)的開源可視化圖表庫ECharts[4]，用于學(xué)生學(xué)情分析可視化圖表繪制。

在服務(wù)層中，考慮到應(yīng)對網(wǎng)站流量爆發(fā)、減輕服務(wù)器壓力與渲染緩存壓力，采用了一款基于Vue.js的Nuxt.js服務(wù)端渲染前端框架對前臺Web客戶端進行開發(fā)[5]。此框架具有模塊化結(jié)構(gòu)模式，默認優(yōu)化應(yīng)用程序，服務(wù)端渲染即將基于Vue的組件在服務(wù)端渲染成HTML并傳輸?shù)絎eb客戶端，能夠得到更高的性能釋放和開發(fā)友好的效果，對于內(nèi)容性網(wǎng)站來說，更加容易被搜索引擎抓取內(nèi)容，提升SEO排名。

2.2 系統(tǒng)后端設(shè)計

后端設(shè)計的結(jié)構(gòu)層次分為網(wǎng)關(guān)層、業(yè)務(wù)服務(wù)層、基礎(chǔ)服務(wù)層、數(shù)據(jù)存儲層。

網(wǎng)關(guān)層主要由SpringCloud中的Gateway網(wǎng)關(guān)服務(wù)、基于OAuth2.0令牌授權(quán)機制的第三方登錄方法、基于Token認證的JWT（JsonWebToken）用戶認證方法三種技術(shù)結(jié)合而成，為用戶的登錄驗證、外部請求轉(zhuǎn)發(fā)后端服務(wù)、權(quán)限校驗、監(jiān)控限流等功能提供技術(shù)支持。

業(yè)務(wù)服務(wù)層主要是針對在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的各種業(yè)務(wù)邏輯處理，即對各個功能模塊進行編寫業(yè)務(wù)代碼。通過采用SpringBoot開發(fā)框架結(jié)合SpringCloud微服務(wù)架構(gòu)設(shè)計的思想，將單體應(yīng)用服務(wù)改進為各個主要功能模塊單獨成立服務(wù)模塊，例如：課程中心服務(wù)，內(nèi)含教師管理、課程管理兩大核心業(yè)務(wù);推薦服務(wù)，對熱門課程和熱門講師進行首頁封推;對象存儲服務(wù)，使用云服務(wù)資源對該系統(tǒng)用戶頭像、課程封面等圖片的存儲與下載提供支持;驗證碼服務(wù)，使用SpringBoot開發(fā)框架內(nèi)置的郵箱發(fā)送的子模塊對注冊用戶發(fā)送自主設(shè)計隨機驗證碼進行用戶注冊驗證或通過購買云服務(wù)資源中的短信驗證碼發(fā)送方案結(jié)合開發(fā)使用等各種主要業(yè)務(wù)服務(wù)模塊。

在該系統(tǒng)開發(fā)過程的后端服務(wù)端對各種數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)的操作使用中，采用了基于MyBatis數(shù)據(jù)庫操作框架的一個增強型工具——MyBatis-Plus。對于任何使用MyBatis能夠?qū)?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表進行增刪改查等一系列操作的數(shù)據(jù)庫都能夠支持，并且對于MyBatis原生操作框架做了增強操作，引入此工具對于項目的MyBatis框架來說無任何侵入式損害，并且能自動注入基本的增刪改查操作，直接面向?qū)ο蟛僮?，能有效提高開發(fā)的效率。

基礎(chǔ)服務(wù)層由采用SpringCloud微服務(wù)架構(gòu)所創(chuàng)建的Nacos注冊與配置中心、SpringCloud提供的偽HTTP客戶端OpenFeign組件、阿里巴巴團隊開源的服務(wù)容錯綜合性解決方案Sentinel（分布式系統(tǒng)流量防衛(wèi)兵）、用于表格數(shù)據(jù)處理的EasyExcel插件等組成。通過整合這些組件來為在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)提供服務(wù)注冊、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)配置、服務(wù)容錯、服務(wù)調(diào)用等功能應(yīng)用，為該系統(tǒng)打下雄厚的架構(gòu)基礎(chǔ)，也為了日后能夠高效升級迭代內(nèi)容。

數(shù)據(jù)存儲層，數(shù)據(jù)庫存儲與管理的工具，采用了MySQL數(shù)據(jù)庫結(jié)合Redis緩存數(shù)據(jù)庫使用，通過Redis非結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)緩存機制對MySQL結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲與訪問管理提供補充增強作用，提高了系統(tǒng)內(nèi)部運行速度和提升用戶在該系統(tǒng)中的學(xué)習(xí)服務(wù)體驗。對于音視頻和圖片等文件的存儲使用云服務(wù)資源進行數(shù)據(jù)存儲與管理。

2.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

根據(jù)上述的系統(tǒng)功能模塊的需求分析和用戶需求分析，構(gòu)建關(guān)于在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫以及相關(guān)數(shù)據(jù)表，例如課程學(xué)習(xí)服務(wù)就涉及到教師信息表、課程信息表、課程分類表、課程章節(jié)表、課程視頻信息表等;用戶個人中心服務(wù)主要有學(xué)生用戶信息表;首頁推薦服務(wù)主要有課程推薦類型表和課程推薦信息表。數(shù)據(jù)庫設(shè)計思想為分庫分表，不用的服務(wù)采用不同的數(shù)據(jù)庫，如：以edu為前綴的是課程中心服務(wù)，以ucenter為前綴的是學(xué)生用戶服務(wù)，以cms為前綴的是首頁推薦服務(wù)，以statistics為前綴的是系統(tǒng)日常數(shù)據(jù)統(tǒng)計服務(wù)。

3 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)功能模塊設(shè)計分為Web客戶端與后臺管理系統(tǒng)兩部分，系統(tǒng)的功能模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 Web客戶端功能模塊

通過對學(xué)生用戶的功能需求分析，歸納整理出登錄注冊模塊、在線課程學(xué)習(xí)模塊、用戶中心模塊三大核心業(yè)務(wù)模塊。

⑴ 登錄注冊模塊

登錄注冊模塊是學(xué)生用戶在該學(xué)習(xí)系統(tǒng)中進行在線觀看課程學(xué)習(xí)的第一步，登錄后自動跳轉(zhuǎn)至系統(tǒng)首頁。系統(tǒng)的首頁可以不用進行登錄就進行瀏覽，面向的是游客角色。若在系統(tǒng)首頁點擊其他服務(wù)模塊，如點擊熱門課程觀看，查看課程分類等操作，系統(tǒng)會自動跳轉(zhuǎn)至登錄注冊頁面，登錄后才能進行其他相關(guān)操作。注冊頁面填寫相關(guān)用戶信息，如昵稱、手機號、郵箱、密碼、確認密碼等信息，填寫完畢后點擊發(fā)送驗證碼按鈕，在5分鐘內(nèi)填寫系統(tǒng)發(fā)送到填寫的郵箱中的隨機驗證碼，后點擊注冊，完成系統(tǒng)驗證并注冊成功。注冊成功后跳轉(zhuǎn)登錄頁面進行登錄即可進入系統(tǒng)的首頁。

⑵ 在線課程學(xué)習(xí)模塊

在線課程學(xué)習(xí)模塊分為課程詳情模塊、課程觀看模塊、課程收藏模塊、課程分類模塊。

學(xué)生用戶在登錄在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)后，可以點擊上方導(dǎo)航欄中的課程模塊，在該模塊下存在著系統(tǒng)所收錄的全部課程學(xué)習(xí)資源。并按照課程學(xué)科已經(jīng)分門別類好了，學(xué)生可以通過點擊分類進行篩選課程來學(xué)習(xí)。點擊課程封面中的立即學(xué)習(xí)按鈕后轉(zhuǎn)至課程詳情頁面，在課程詳情頁面可以清晰知道該門的主要教授內(nèi)容，頁面右側(cè)欄下顯示該門課程的授課教師和個人簡介。點擊授課教師頭像自動跳轉(zhuǎn)至授課教師個人詳情介紹頁面，頁面下方還展示其下授課的課程，學(xué)生可點擊進行學(xué)習(xí)。課程詳情頁面中的下方展示課程的大綱與小節(jié)，點擊小節(jié)即可跳轉(zhuǎn)至課程視頻觀看頁面進行課程學(xué)習(xí)。

⑶ 個人中心模塊

個人中心模塊分為：我的基本資料、我的學(xué)習(xí)、消息中心三個模塊。其中我的基本資料為學(xué)生用戶登錄注冊后，可以修改和完善個人信息;我的學(xué)習(xí)中，可以查看已收藏的課程列表;消息中心顯示系統(tǒng)的公告信息。

3.2 后臺管理系統(tǒng)功能模塊

后臺管理系統(tǒng)更多的是面向管理者用戶使用和作用于Web客戶端交互，主要有教師管理模塊、課程管理模塊、封面推送管理模塊、菜單管理、權(quán)限管理、課程學(xué)情分析可視化模塊等。

后臺管理模塊著重在于教師管理模塊與課程管理模塊，前者系統(tǒng)管理員用于對授課教師個人信息的增刪改查操作，后者則是教師用戶在此模塊中進行創(chuàng)建課程、為課程添加分類、編寫課程大綱與小節(jié)、上傳課程視頻資源、發(fā)布課程的操作。后臺管理系統(tǒng)實現(xiàn)圖如圖3所示。

4 結(jié)束語

微服務(wù)架構(gòu)的在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)實現(xiàn)了課程資源管理，在線學(xué)習(xí)，個性化評價并推薦，由傳統(tǒng)的線下課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的開放式“互聯(lián)網(wǎng)+”課堂，對于高校和社會的人才質(zhì)量培養(yǎng)路徑中，起到強化補充作用，有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和教師授課的效率。接下來的研究，本系統(tǒng)優(yōu)化升級，增添課程論壇、課程問答等學(xué)習(xí)模塊，讓學(xué)生與教師之間的溝通交流更加高效、更加人性化。

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收稿日期：2021-10-20

*基金項目：2020年廣東省教育廳重點平臺及科研項目（特色創(chuàng)新類項目）“知識圖譜和深度學(xué)習(xí)混合驅(qū)動的推薦學(xué)習(xí)算法及在終身教育中的應(yīng)用”（2020KTSCX401）; 2021年廣東省“攀登計劃”一般項目“基于大數(shù)據(jù)分析的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理個性化推薦系統(tǒng)”（pdjh2021b0766）; 2020年廣東開放大學(xué)（廣東理工職業(yè)學(xué)院）校級科研項目“基于時序事件和語義背景的深度學(xué)習(xí)模型在事件抽取和預(yù)測任務(wù)中的研究”（ZD2001）

作者簡介：薛云蘭（1981-），女，安徽合肥人，工學(xué)博士，講師，主要研究方向：大數(shù)據(jù)分析、個性化推薦、自然語言處理等。