教學(xué)過程支撐系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王奇志，劉后勝

（安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息系，安徽 安慶 246005）

教學(xué)過程支撐系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

王奇志，劉后勝

（安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子信息系，安徽 安慶 246005）

通過對“理實一體”化課堂教學(xué)中學(xué)生和教師的需求分析，提出了教學(xué)過程支撐系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計和角色功能模塊設(shè)計，詳細闡述了教學(xué)過程支撐系統(tǒng)中關(guān)鍵問題并提出了相應(yīng)的解決方案。

課堂教學(xué)模式；教學(xué)過程支撐系統(tǒng)；文件分片上傳；在線壓縮；XLS格式數(shù)據(jù)導(dǎo)出

0 引言

目前高職院校專業(yè)課的課堂教學(xué)大多采用“理實一體”化的課堂教學(xué)模式，這種模式對課程資源、學(xué)生作業(yè)、簽到等互動管理的要求教高；在“理實一體”化課堂教學(xué)中，多媒體投影、筆記本、手機、校園無線網(wǎng)等設(shè)備資源等都可能使用到，有效整合這些設(shè)備資源，實現(xiàn)對教學(xué)過程的系統(tǒng)化管理有著迫切的需求，為解決這些需求，針對性開發(fā)了教學(xué)過程支撐系統(tǒng)（Teaching process support system，以下簡稱TPSS），TPSS是基于.NET和HTML5技術(shù)開發(fā)，實現(xiàn)對“理實一體”化課堂教學(xué)全方位支撐服務(wù)的信息化管理。

1 需求分析

1.1 學(xué)生的需求

學(xué)生是“理實一體”化課堂教學(xué)的主體角色，學(xué)生在課堂學(xué)習(xí)中，通常有以下幾個方面的需求：

（1）簽到功能：通常每次課都要求課堂簽到，并且以手機簽到方式最為便捷，同時也允許學(xué)生通過筆記本聯(lián)網(wǎng)簽到；

（2）資源下載：學(xué)生要能很方便的下載教師的課件、教案、教學(xué)視頻、課程補充資料等課程資源；

（3）作業(yè)提交：學(xué)生課堂練習(xí)、作業(yè)等要很方便的提交給授課教師。

1.2 教師的需求

教師是“理實一體”化課堂教學(xué)的主導(dǎo)者，承擔(dān)知識技能傳授、答疑解惑、課堂管理等角色，通常有以下幾個方面的需求：

（1）課堂考勤：設(shè)置上課課表，查看學(xué)生到課簽到情況，點名，記錄遲到、曠課等需求；

（2）課程管理：建立新課程，上傳課件、教案、案例、教學(xué)視頻等課程資源，并能管理控制這些資源的分享功能；

（3）作業(yè)管理：可以查看、下載學(xué)生作業(yè)，記錄作業(yè)成績，班級作業(yè)打包下載等功能；

（4）成績管理：可以導(dǎo)入作業(yè)成績，平時課堂成績記錄，學(xué)期成績自動計算，匯總，導(dǎo)出 Excel格式成績匯總表等；

（5）開課管理：在課程管理的基礎(chǔ)上，設(shè)定開課班級，設(shè)定開發(fā)的課程資源等功能；

（6）授課手冊：指定授課計劃，記錄上課日期，管理授課進度。

2 設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

TPSS采用B/S模式，B/S模式應(yīng)用在客戶端無需安裝部署軟件，方便用戶通過手機，電腦通過瀏覽器直接使用系統(tǒng)；基于B/S模式開發(fā)TPSS不僅可以部署到互聯(lián)網(wǎng)，也可以部署到校園網(wǎng)，甚至一個教室內(nèi)的無線局域網(wǎng)（需要將教師機配置為WEB服務(wù)器），圖1是TPSS在校園網(wǎng)上部署的一個典型拓撲圖。

圖1 TPSS系統(tǒng)部署拓撲圖Fig.1 TPSS system deployment topology

2.2 技術(shù)路線分析

TPSS采用B/S模式，WEB服務(wù)端設(shè)計重點要解決好課程資源、學(xué)生作業(yè)的文件上傳、下載壓力；WEB前端設(shè)計要求界面友好，有良好的設(shè)備適配能力，自動適應(yīng)電腦，手機等不同分辨率的屏幕。

后端開發(fā)使用ASP.NET技術(shù)，ASP.NET支持構(gòu)建健壯、高效的Web應(yīng)用程序，實現(xiàn)敏捷開發(fā)[1]；數(shù)據(jù)庫采用Microsoft SQL Server 2012，SQL Server 2012具備安全性和高可用性，方便易用，具備集成化開發(fā)環(huán)境。

前端開發(fā)使用HTML5+CSS3技術(shù)，引入Bootstrap框架；HTML5是一系列用于開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的最新技術(shù)的集合，包括HTML、CSS和Java Script以及一系列全新API[2]，目前主要瀏覽器都對新標(biāo)準(zhǔn)提供了良好的支持；Bootstrap是目前最受歡迎的WEB前端框架之一，多用于開發(fā)響應(yīng)式布局、移動設(shè)備優(yōu)先的WEB項目[3]。

2.3 角色功能設(shè)計

通過需求分析，在 TPSS中設(shè)置了學(xué)生、授課教師、系統(tǒng)管理員三種用戶角色。學(xué)生角色主要有信息維護、資源下載、作業(yè)、簽到功能；授課教師角色主要有課程資源、開課、成績、作業(yè)、考勤管理等功能；管理員角色主要有系統(tǒng)配置、部門、班級管理等功能。

三種用戶角色及其重要功能設(shè)計見圖2所示。

圖2 用戶角色及功能Fig.2 User roles and functions

2.4 技術(shù)難點分析與實現(xiàn)

1、大文件上傳

TPSS的資源管理模塊和學(xué)生作業(yè)模塊都涉及到大文件上傳問題，上傳文件大小可能達到 GB級別；大文件上傳的主要問題有，一是上傳時間長，中途出錯會導(dǎo)致整個上傳失敗，二是服務(wù)端情況復(fù)雜，可能不能接收超大表單。

目前比較理想的方案是分片上傳，即把大文件分片，一片一片的傳到服務(wù)端，再在服務(wù)端合并成一個大文件；百度上傳組件“WebUploader”是由Baidu FEX團隊開發(fā)的一款以HTML5為主，F(xiàn)LASH為輔的現(xiàn)代文件上傳組件[4]，對目前各主流瀏覽器有極好的兼容性，通過改造該組件，實現(xiàn)大文件分片上傳。

組件前端編程中，主要考慮設(shè)定分片的小，出錯嘗試重傳的次數(shù)，并發(fā)上傳的進程數(shù)，以及對單個文件大小的限制和資源文件的類型，關(guān)鍵代碼摘要如下：

var uploader = WebUploader.create({

//…

chunked: true, //設(shè)置要采用分片處理

chunkSize: 4*1024*1024,//每片大小不超過4MB

chunkRetry:3,//網(wǎng)絡(luò)問題出錯，允許自動重傳多少3次

threads:3, //允許同時最大上傳進程數(shù)位3

//…

}

服務(wù)端編程中，主要解決好文件分片接收和組裝，關(guān)鍵代碼如下：

//獲得上傳的分片數(shù)據(jù)流

BinaryReader brReader = new BinaryReader(streamPost); //將上傳的分片追加到臨時文件末尾

intCurChunkSize

=Convert.ToInt32(streamPost.Length) ; //獲得當(dāng)前分片大小

brCurChunk-

Writer.Write(brReader.ReadBytes(intCurChunkSize));

//…

//文件分片的組裝

for (int i = 0; i < intChunks; i++)

combineFiles[i] = strTempPath + "\" +i.ToString() + ".tmp";

strServerTempFileFullPath = strBasePath +strGUID + "." + strClientFileExt;

if (WQZ.FileCombine.Combine(combineFiles,strServerTempFileFullPath, out intCombineFileSize,out MSG))

{

Directory.Delete(strBasePath +"\"+ strGUID,true);

//…

}

2、數(shù)據(jù)導(dǎo)出

教師和管理員后臺管理模塊常要涉及到 Excel格式數(shù)據(jù)的導(dǎo)出問題，如授課教師將學(xué)生成績導(dǎo)出為一個XLS文件，管理員導(dǎo)出班級學(xué)生花名冊等。實現(xiàn)對導(dǎo)出XLS文件的格式的精確控制，以及兼容性的要求，采用了優(yōu)秀開源項目“MyXls”[5]，導(dǎo)出生成XLS格式文件的關(guān)鍵代碼如下：

Cells cells = sheet.Cells;XF xfTH = xls.NewXF();xfTH.VerticalAlignment = VerticalAlignments.Centered;

xfTH.PatternColor = Colors.White;

xfTH.Font.ColorIndex = 8;

xfTH.BottomLineStyle = 1;

xfTH.BottomLineColor = Colors.DarkRed;

for (int i = 0; i < xlsFieldCount; i++)

cells.Add(1, i + 1, dt.Columns[i].ToString(),xfTH);

sheet.Rows[1].RowHeight = 28 * 20;

xls.Send();//發(fā)送到客戶端

3、后臺數(shù)據(jù)文件壓縮

教師后臺學(xué)生作業(yè)管理中，經(jīng)常要將選定的學(xué)生作業(yè)文件壓縮打包下載，以提高作業(yè)下載效率，由于要下載的文件不是全部集中在某個文件夾中，因此不能通過將某個文件夾下文件批量打包，需要按需添加到打包文件，另外要考慮到壓縮速度和使用方便等問題，在開源的C#壓縮庫“SharpZipLib”[6]基礎(chǔ)上，封裝了一個壓縮類“ZipClass”。

“ZipClass”類中封裝了三個靜態(tài)的方法，“ZipFile”用于將單個文件添加到壓縮包中，“ZipFileDictory”用戶將某個文件夾下全部文件添加到壓縮包，“ZipFiles”用于將一組文件添加到壓縮包中，有了這3個方法，可以很方便的將任意的學(xué)生的任意作業(yè)添加到壓縮包中，下面為“ZipFileDictory”方法的關(guān)鍵代碼：

Crc32 crc = new Crc32();

ZipOutputStream s = new ZipOutput-Stream(File.Create(args[1]));

s.SetLevel(6);

foreach (string file in filenames)

{

//……

ZipEntry entry = new ZipEntry(file);

entry.DateTime = DateTime.Now;

entry.Size = fs.Length;

fs.Close();

crc.Reset();

crc.Update(buffer);

entry.Crc = crc.Value;

s.PutNextEntry(entry);

s.Write(buffer, 0, buffer.Length);

}

3 結(jié)論

TPSS已經(jīng)在實際課堂教學(xué)管理中使用了 3年多，能夠為高職“理實一體”化課堂提供全方位的教學(xué)支撐服務(wù)，其資源共享、簽到考勤、作業(yè)管理、成績管理、授課管理等一系列的管理功能充分滿足日常課堂教學(xué)管理的需要；系統(tǒng)開發(fā)中采用移動框架，可以最大限度的滿足手機、電腦等各種終端，極大的方便了師生使用；基于B/S模式的TPSS，架設(shè)在一個教室內(nèi)的無線局域網(wǎng)上，可滿足一個班級的教學(xué)，架設(shè)于校園網(wǎng)，可以滿足校內(nèi)學(xué)生隨時隨地的學(xué)習(xí)需要，架設(shè)于互聯(lián)網(wǎng)，可以滿足遠程學(xué)習(xí)的需要，顯示出TPSS具有良好的適應(yīng)性。

[1] William Penberthy. ASP. NET入門經(jīng)典(第9版)[M]. 李曉峰,高巍巍譯. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2016.

[2] 黃永慧, 陳程凱. HTML5在移動應(yīng)用開發(fā)上的應(yīng)用前景[J].計算機技術(shù)與發(fā)展, 2013, 23(7): 207-210.

[3] Bootstrap V4[EB/OL]. https://v4.bootcss.com/, 2017.

[4] Web Uploader[EB/OL]. http://fex.baidu.com/webuploader/,2017.

[5] MyXls[EB/OL]. https://sourceforge.net/projects/myxls/, 2013.

[6] .NET Zip Library[EB/OL]. http://www.icsharpcode.net/opensource/sharpziplib/default.aspx, 2012

The Design and Implementation of the Teaching Support System

WANG Qi-zhi, LIU Hou-sheng
(Department of electronic information, Anqing Vocational and Technical College, Anhui Anqing 246005, China)

Based on the need analysis of students and teachers practicing “theory-practice-integrated” classroom teaching, this paper introduces the designing of architecture and role function module in teaching support system,elaborates the key issues, and suggests the corresponding solutions.

: Classroom instruction model; Teaching support system; File section-uploading; Online file compression; XLS format data export.

TP319

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.10.021

本文著錄格式：王奇志，劉后勝. 教學(xué)過程支撐系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 軟件，2017，38（10）：114-116

安徽省教育廳質(zhì)量工程項目(項目編號：2014GXK115)；安徽省教育廳高等職業(yè)教育創(chuàng)新發(fā)展行動計劃2015-2018任務(wù)-RW12(項目編號：443)

王奇志(1970-)，男，碩士，副教授，研究領(lǐng)域：WEB安全，NET應(yīng)用與安全；劉后勝(1975-)，男，博士，中級職稱，研究領(lǐng)域：數(shù)據(jù)挖掘，人工智能。