Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

許航 王東來(lái)

摘 要：該文根據(jù)Java語(yǔ)言教學(xué)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種基于SSH框架的Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)。旨在為學(xué)生構(gòu)建一種全新的學(xué)習(xí)方式，提供一種不受時(shí)空約束的學(xué)習(xí)環(huán)境，系統(tǒng)采用B/S模式，為學(xué)生提供在線(xiàn)編程練習(xí)環(huán)境，在線(xiàn)編輯環(huán)境，編譯檢錯(cuò)功能。學(xué)生借助在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)可以進(jìn)行Java知識(shí)的在線(xiàn)練習(xí)、在線(xiàn)復(fù)習(xí)、技術(shù)溝通和知識(shí)共享，從而成為傳統(tǒng)課堂教學(xué)有力補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái) 在線(xiàn)編譯 在線(xiàn)練習(xí)

中圖分類(lèi)號(hào)：G71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）02（b）-0015-02

信息技術(shù)的變革正逐漸改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式， 高校學(xué)生是接收新知識(shí)新技術(shù)最活躍的群體，傳統(tǒng)的課程教學(xué)網(wǎng)站只是把教學(xué)的各種資源放在網(wǎng)絡(luò)上，學(xué)生自主學(xué)習(xí)，對(duì)于學(xué)習(xí)的效果是否有促進(jìn)作用，并沒(méi)有明顯的表現(xiàn)出來(lái)。為了更好地輔助課堂教學(xué)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，將學(xué)習(xí)與生活融合為一體，使學(xué)生更好地獲得知識(shí)，開(kāi)發(fā)一套移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)勢(shì)在必行。

Java語(yǔ)言的學(xué)習(xí)不僅要掌握一定的基本理論知識(shí)，還要強(qiáng)化實(shí)際的編程訓(xùn)練，只有通過(guò)大量的編程訓(xùn)練才能掌握這門(mén)編程語(yǔ)言并運(yùn)用到實(shí)際應(yīng)用開(kāi)發(fā)中去。開(kāi)發(fā)基于Web技術(shù)的Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)的主要目的是改變學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)興趣，開(kāi)拓學(xué)生學(xué)習(xí)環(huán)境，改變以往學(xué)生學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言必須使用臺(tái)式電腦或筆記本的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生只要有能上網(wǎng)的訪(fǎng)問(wèn)終端（臺(tái)式機(jī)，筆記本、平板電腦、手機(jī)）就可以在有網(wǎng)情況下進(jìn)行在線(xiàn)學(xué)習(xí)，改善課程教學(xué)網(wǎng)站教學(xué)資源的利用率。

該文針對(duì)Java語(yǔ)言的教學(xué)實(shí)際設(shè)計(jì)了Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)的教學(xué)輔助系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)了課堂教學(xué)與編程實(shí)踐相結(jié)合、傳統(tǒng)教學(xué)與在線(xiàn)學(xué)習(xí)相結(jié)合，通過(guò)在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)能夠有效地補(bǔ)充學(xué)生課堂學(xué)習(xí)的不足，提高學(xué)生學(xué)習(xí)技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)的能力。

1 學(xué)習(xí)平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

常規(guī)的應(yīng)用系統(tǒng)主要有兩個(gè)方面的功能，一個(gè)是面對(duì)用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)的功能，一個(gè)是面對(duì)管理員進(jìn)行管理的功能。該在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)系統(tǒng)也由兩部分功能構(gòu)成：面向?qū)W生用戶(hù)的Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)和面向教師或管理員用戶(hù)的系統(tǒng)后臺(tái)管理中心。

Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)主要為學(xué)生提供媒體學(xué)習(xí)、試題練習(xí)、程序訓(xùn)練、作業(yè)系統(tǒng)、學(xué)情反饋以及信息管理六個(gè)功能模塊，如圖1所示。

系統(tǒng)后臺(tái)管理中心由學(xué)生管理、課程管理、作業(yè)管理、題庫(kù)管理、學(xué)情反饋以及信息管理模塊組成，如圖2所示。

2 學(xué)習(xí)平臺(tái)框架設(shè)計(jì)

該文所述的Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中采用了目前業(yè)界流行的JavaEE輕量級(jí)解決方案：SSH（struts+spring+

hibernate）框架，其中使用Struts作為系統(tǒng)的整體基礎(chǔ)架構(gòu)，負(fù)責(zé)MVC的分離，在Struts框架的模型部分，控制業(yè)務(wù)跳轉(zhuǎn)，利用Hibernate框架對(duì)持久層提供支持，Spring做管理，管理struts和hibernate。用面向?qū)ο蟮姆治龇椒ǜ鶕?jù)需求提出一些模型，將這些模型實(shí)現(xiàn)為基本的Java對(duì)象，然后編寫(xiě)基本的DAO（Data Access Objects）接口，并給出Hibernate的DAO實(shí)現(xiàn)，采用Hibernate架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的DAO類(lèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)Java類(lèi)與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的轉(zhuǎn)換和訪(fǎng)問(wèn)，最后由Spring做管理，管理struts和Hibernate。通過(guò)使用SSH框架不僅可以大幅度降低開(kāi)發(fā)難度和工作量，還可使應(yīng)用系統(tǒng)在靈活性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性方面有良好的表現(xiàn)。

根據(jù)目前的技術(shù)發(fā)展，在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要采用XHTML、CSS、JQuery、和Jsp五種頁(yè)面設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)完成網(wǎng)頁(yè)的設(shè)計(jì)和布局；同時(shí)采用最新版Eclipse IDE for Java EE Developers作為集成開(kāi)發(fā)環(huán)境；采用Tomcat應(yīng)用服務(wù)器作為系統(tǒng)的運(yùn)行平臺(tái)，保證了學(xué)習(xí)平臺(tái)在不同的終端下都能在線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 用戶(hù)管理模塊設(shè)計(jì)

用戶(hù)管理模塊主要用于設(shè)定用戶(hù)的權(quán)限，該系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際需求將用戶(hù)分為學(xué)生、教師（系統(tǒng)管理員）兩種。教師（系統(tǒng)管理員）從系統(tǒng)后臺(tái)管理中心登錄，學(xué)生則從Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)登錄。因此，用戶(hù)管理模塊主要包括用戶(hù)登錄和用戶(hù)信息管理功能。

3.2 媒體學(xué)習(xí)環(huán)境模塊設(shè)計(jì)

媒體學(xué)習(xí)環(huán)境模塊由基礎(chǔ)學(xué)習(xí)資料模塊、訓(xùn)練及測(cè)試模塊和深入學(xué)習(xí)模塊構(gòu)成?；A(chǔ)學(xué)習(xí)資料模塊包括在教學(xué)大綱和教學(xué)課件基礎(chǔ)上，結(jié)合各類(lèi)經(jīng)典的Java書(shū)籍、教程和網(wǎng)絡(luò)資料，經(jīng)過(guò)重新編輯形成的電子書(shū)以及經(jīng)典代碼分析功能構(gòu)成；訓(xùn)練和測(cè)試模塊由學(xué)情測(cè)試、試題訓(xùn)練和編程題鏈接功能構(gòu)成；深入學(xué)習(xí)模塊提供的是網(wǎng)絡(luò)資源鏈接，由各類(lèi)社區(qū)資料鏈接和優(yōu)秀的博客鏈接構(gòu)成。

3.3 試題練習(xí)環(huán)境模塊設(shè)計(jì)

試題練習(xí)環(huán)境涉及試題資源管理和試題練習(xí)兩大模塊。試題資源管理模塊位于系統(tǒng)后臺(tái)管理中心，教師可進(jìn)行試題錄入、歸類(lèi)、編輯等操作；試題練習(xí)模塊位于Java學(xué)習(xí)平臺(tái)系統(tǒng)中，由試題練習(xí)和作業(yè)系統(tǒng)構(gòu)成。

試題練習(xí)由成卷練習(xí)、組卷練習(xí)和專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練構(gòu)成，試題以單選、多選、判斷等客觀(guān)題為主，作業(yè)系統(tǒng)由單選、多選、判斷、編程訓(xùn)練、解答題構(gòu)成。其中編程訓(xùn)練、解答題的解答通過(guò)網(wǎng)頁(yè)鏈接的形式呈現(xiàn)。

3.4 程序訓(xùn)練環(huán)境模塊設(shè)計(jì)

程序訓(xùn)練環(huán)境實(shí)現(xiàn)的主要目的是能夠在線(xiàn)編輯并運(yùn)行Java代碼，本功能是通過(guò)后臺(tái)代碼在應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的。主要由Java源程序編譯檢錯(cuò)、邏輯檢錯(cuò)、前臺(tái)編輯環(huán)境和類(lèi)結(jié)構(gòu)分析四部分構(gòu)成。

（1）Java源程序動(dòng)態(tài)編譯功能的實(shí)現(xiàn)。

該文采用從內(nèi)存中動(dòng)態(tài)編譯程序?qū)崿F(xiàn)Java的動(dòng)態(tài)編譯。JavaCompiler接口可以編譯內(nèi)存中的Java代碼然后使用reflection運(yùn)行編譯后的Java代碼，整個(gè)過(guò)程都在內(nèi)存中進(jìn)行。

（2）在線(xiàn)編譯Java代碼功能的實(shí)現(xiàn)。

為了能夠在線(xiàn)編譯、加載并運(yùn)行Java源程序，該系統(tǒng)采取的實(shí)現(xiàn)方法是應(yīng)用程序接受數(shù)據(jù)，編輯源代碼生成.java文件并保存到硬盤(pán)上，然后調(diào)用API執(zhí)行編譯操作生成.class文件，最后通過(guò)JVM 各級(jí)classloader調(diào)用完成加載操作并運(yùn)行。

詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)流程如下。

①服務(wù)器端應(yīng)用程序接受客戶(hù)端傳來(lái)的數(shù)據(jù)并與生成Test.java文件。

②創(chuàng)建JavaCompiler對(duì)象javaCompiler來(lái)得到當(dāng)前系統(tǒng)的編譯器。

③獲取一個(gè)文件管理器，使文件管理器與文件連接起來(lái)。

④創(chuàng)建編譯任務(wù)對(duì)象Task，并執(zhí)行編譯操作任務(wù)。

⑤最后運(yùn)行編譯后的程序。

（3）Java程序編譯檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)。

對(duì)Java源代碼進(jìn)行編譯檢測(cè)一般通過(guò)四個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：服務(wù)器端應(yīng)用程序接受程序數(shù)據(jù)→將接受的數(shù)據(jù)生成.java文件→創(chuàng)建進(jìn)程并動(dòng)態(tài)編輯已生成的文件→結(jié)果反饋。

（4）Java程序邏輯檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)。

Java源程序邏輯檢測(cè)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。服務(wù)器應(yīng)用程序首先接收J(rèn)ava源程序并執(zhí)行邏輯檢錯(cuò)操作。如果源程序順利通過(guò)編譯檢測(cè)，服務(wù)器應(yīng)用程序?yàn)榱四軐?duì)其進(jìn)行用例測(cè)試，需要對(duì)源代碼中的輸入輸出接口進(jìn)行接管。輸入輸出接口接管工作是為了滿(mǎn)足測(cè)試用例模塊的運(yùn)行需要，將源程序中可能存在的鍵盤(pán)輸出類(lèi)System.Out和輸入類(lèi)System.In類(lèi)分別轉(zhuǎn)換成類(lèi)Java.io.FileOutputStream和類(lèi)Java.io.FileInputStream。在完成輸入輸出接管工作后，還需要對(duì)其進(jìn)行安全性檢測(cè)，主要是判斷程序中是否存在死循環(huán)等影響系統(tǒng)安全的因素。隨后系統(tǒng)才能對(duì)源代碼功能進(jìn)行用例測(cè)試。用例測(cè)試是邏輯檢測(cè)模塊中最重要的組成部分，系統(tǒng)應(yīng)用程序通過(guò)用例檢測(cè)模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行交互，進(jìn)而判斷程序的邏輯正確性。最后向客戶(hù)端反饋測(cè)試結(jié)果。

3.5 學(xué)情反饋的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在學(xué)生使用Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)收集學(xué)生使用系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并對(duì)釆集的數(shù)據(jù)進(jìn)行抽樣、統(tǒng)計(jì)等處理，最后將結(jié)果以不同的形式反饋給用戶(hù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)情況較為準(zhǔn)確的評(píng)估。

教師可以在系統(tǒng)后臺(tái)管理中心查看反饋結(jié)果，可以得到學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)問(wèn)題反饋、作業(yè)完成情況以及課后試題測(cè)試的結(jié)果。

學(xué)生可以登錄Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)查看反饋結(jié)果，可以查看自己的媒體學(xué)習(xí)進(jìn)度、自己未完成的課程內(nèi)容、成績(jī)排名、知識(shí)結(jié)構(gòu)完整度評(píng)估等信息。

4 結(jié)語(yǔ)

該文在結(jié)合當(dāng)前Java語(yǔ)言課程教學(xué)現(xiàn)狀和對(duì)業(yè)界相關(guān)工作崗位對(duì)Java技術(shù)的需求分析基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了Java在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)。一門(mén)編程技術(shù)的學(xué)習(xí)，非實(shí)踐不能得也！通過(guò)本平臺(tái)可以強(qiáng)化教師Java語(yǔ)言課程的教學(xué)效果，有效提高學(xué)生學(xué)習(xí)Java技術(shù)的效率。

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