基于開源DRUPAL移動(dòng)在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)

周化鋼，劉　昊，任其達(dá)

（南寧學(xué)院 信息工程學(xué)院，廣西 南寧　530200）

0　引言

互聯(lián)網(wǎng)，計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，讓許多傳統(tǒng)行業(yè)發(fā)生革命，例如，電子商務(wù)改變了人們購(gòu)物的習(xí)慣，移動(dòng)通信讓傳統(tǒng)的固定電話逐步消失，計(jì)算機(jī)低功耗CPU技術(shù)，觸摸屏和操作系統(tǒng)的發(fā)展，出現(xiàn)了智能手機(jī)，依托這些最新的技術(shù)，到了2013年，隨著MOOC（大規(guī)模在線課程）的出現(xiàn)，引發(fā)了教育領(lǐng)域一場(chǎng)在線教育革命[1]，并演化出了微課程，翻轉(zhuǎn)課堂，SPOC（小規(guī)模私有在線課程）平臺(tái)和O2O線上線下混合教學(xué)等學(xué)習(xí)模式。例如，中國(guó)人民大學(xué)就開始嘗試采用SPOC教學(xué)平臺(tái)，體驗(yàn)到SPOC教學(xué)平臺(tái)的好處[2]。

在線教育和智能手機(jī)的結(jié)合，帶來了移動(dòng)在線學(xué)習(xí)管理工具的需求，成為研究開發(fā)熱點(diǎn)，例如，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的魏洪偉團(tuán)隊(duì)，開發(fā)了“基于Android平臺(tái)的互聯(lián)網(wǎng)+移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)”[3]，大連理工大學(xué)高卓立的“基于移動(dòng)終端的在線教育的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”[4]，及山西大同大學(xué)國(guó)家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金項(xiàng)目“基于 Android的移動(dòng)在線教育平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)”[5]。通過分析現(xiàn)有的系統(tǒng)和大家的設(shè)計(jì)思想，本課題主要研究目標(biāo)是針對(duì)自己學(xué)校的特點(diǎn)，開發(fā)一個(gè)適合本校的移動(dòng)在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)。

1　在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)分析

1.1　在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)的功能研究

首先，我們分析比較兩個(gè)流行的在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，超星的學(xué)習(xí)通和清華大學(xué)的雨課堂（https://www.yuketang.cn/）。在線學(xué)習(xí)的主要功能如表1所示：

表1　在線學(xué)習(xí)主要功能Tab.1　E-learning main functions

除了在線學(xué)習(xí)管理的基本功能外，其他增強(qiáng)功能如表2。

表2　在線學(xué)習(xí)的其他功能Tab.2　E-learning other functions

這兩個(gè)流行在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)功能非常強(qiáng)大，但是，美中不足的是，無法根據(jù)學(xué)校的教學(xué)管理模式進(jìn)行定制，雖然兩個(gè)系統(tǒng)都有綁定學(xué)校功能，其實(shí)就是與學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)對(duì)接，獲取學(xué)校教務(wù)信息，試圖打造某一個(gè)學(xué)校的在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)。但是，這種公用設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，仍然無法解決學(xué)校教學(xué)管理的特殊性。所以，根據(jù)每一個(gè)學(xué)校的特殊性來開發(fā)一個(gè)在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)是必要的。

1.2　在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)的開發(fā)模式和可行性分析

我們從以下三個(gè)方面對(duì)在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)的開發(fā)模式、開發(fā)靈活性，難易程度等方面進(jìn)行分析：

（1）利用國(guó)外針對(duì)教育的開源學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，例如，LMS（Learning Management System）開源學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)、VLE（Virtual Learning Environment）開源虛擬環(huán)境學(xué)習(xí)系統(tǒng)、CMS（Course Management System）開源的課程管理系統(tǒng)和 LCMS（Learning Content Management System）學(xué)習(xí)內(nèi)容管理系統(tǒng)，而最著名的開源在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)是 Moodle（moodle.org），被廣泛應(yīng)用于大中小學(xué)教育系統(tǒng)，2016年四月還發(fā)布了Moodle Mobile 3.0，進(jìn)入移動(dòng)學(xué)習(xí)領(lǐng)域。例如，文獻(xiàn)[6][7]采用Moodle平臺(tái)構(gòu)建的系統(tǒng)。雖然以上系統(tǒng)是針對(duì)教育領(lǐng)域的，但是，靈活性差，要定制自己的功能比較難。

（2）完全自主設(shè)計(jì)開發(fā)一套在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，通過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，這個(gè)是國(guó)內(nèi)目前采用最多的開發(fā)方法?！安⑶疫€有本科生、碩士生、博士生，他們都樂于選擇這一領(lǐng)域作為畢業(yè)論文研究課題”[8]。例如，近幾年許多碩士論文都是側(cè)重于自主開發(fā)的系統(tǒng)，其中有基于HTML5的WEB移動(dòng)學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[9-11]，基于Java Web和Struts 2＋Spring+Hibernate框架的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[12-14]，基于云服務(wù)的教師教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[15]。自主開發(fā)，耗時(shí)費(fèi)力，開發(fā)出來的功能不規(guī)范，或不完善，推廣應(yīng)用難。

（3）利用開源內(nèi)容管理系統(tǒng)（CMS）開發(fā)，目前國(guó)內(nèi)外比較流行的CMS系統(tǒng)有Drupal， Wordpress和Joomal。CMS系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是模塊化，靈活應(yīng)變，基本不需要編寫計(jì)算機(jī)代碼就可以開發(fā)一個(gè)門戶網(wǎng)站，甚至可以構(gòu)建某一領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)。通過知網(wǎng)關(guān)鍵字“Drupal”搜索發(fā)現(xiàn)，比較多的高校領(lǐng)域更傾向于采用Drupal平臺(tái)來開發(fā)教育應(yīng)用系統(tǒng)[16]。

1.3　Drupal開發(fā)在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

Drupal的生態(tài)圈非常大，通過官網(wǎng)（https://www.drupal.org/project/ project_module）統(tǒng)計(jì)分析，到2018年3月，Drupal社區(qū)貢獻(xiàn)了共有39,987個(gè)模塊。特別是Drupal 7的教育類模塊就有115個(gè)之多，其中就有著名的Quiz模塊，可以輕松地用來構(gòu)建作業(yè)和考試題庫，其包含所有題庫類型如選擇題，對(duì)錯(cuò)題，填空題，問答題等等。此外，還有半成品的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)模塊，如Course，用來構(gòu)建商業(yè)化的在線課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)，功能包括課程購(gòu)買，注冊(cè)，聽課記錄，證書發(fā)放，學(xué)分管理，學(xué)習(xí)統(tǒng)計(jì)報(bào)告等等強(qiáng)大功能。但是，為了結(jié)合本校的教學(xué)管理方式，本課題選擇了用Drupal[17]核心及第三方模塊，用來開發(fā)一個(gè)根據(jù)本校教學(xué)管理模式定制的在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)。

2　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)由課程小組（教學(xué)班）組成，一個(gè)課程小組又包含四個(gè)基本核心模塊：群廣播通知、課程作業(yè)（測(cè)驗(yàn)、試題）、教學(xué)資源庫（標(biāo)準(zhǔn)題庫、課件庫和視頻庫等教學(xué)資源），和課程討論區(qū)組成。如圖1所示。

圖1　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)Fig.1　The system main structure

課程小組（班級(jí)）采用Organic Groups模塊，用 Quiz模塊創(chuàng)建課程作業(yè)，和標(biāo)準(zhǔn)題庫，用Notification模塊創(chuàng)建群廣播通知，用 Taxonomy模塊進(jìn)行課程分類，專業(yè)分類，和班級(jí)分類。課程資源庫包括課件，視頻等多媒體教學(xué)資源，這些資源文件上傳下載是由Drupal的核心模塊完成。

3　用戶管理

3.1　用戶角色和權(quán)限

用戶角色定義：學(xué)生，老師，題庫管理員，系統(tǒng)管理員。具體權(quán)限如下：

· 學(xué)生：加入課程小組（班級(jí)），做作業(yè)，查看作業(yè)成績(jī)結(jié)果，討論區(qū)發(fā)表提問。

· 老師：創(chuàng)建課程小組（班），創(chuàng)建發(fā)布作業(yè)題，管理班級(jí)學(xué)生，查看作業(yè)統(tǒng)計(jì)成績(jī)，群發(fā)廣播通知。

· 題庫管理員：創(chuàng)建、管理課程庫，錄入課程標(biāo)準(zhǔn)題庫，其他教學(xué)資源管理。

· 系統(tǒng)管理員：系統(tǒng)設(shè)置，管理用戶注冊(cè)及賦予權(quán)限。

3.2　用戶注冊(cè)

可以選擇學(xué)生或老師角色，學(xué)生，老師注冊(cè)信息會(huì)有所不同。具有題庫管理員角色的用戶由系統(tǒng)管理員創(chuàng)建。老師注冊(cè)需要系統(tǒng)管理員確認(rèn)。注冊(cè)界面如圖：

圖2　注冊(cè)界面Fig.2　The register UI

4　課程小組管理

老師注冊(cè)登錄成功后，可以創(chuàng)建課程小組（教學(xué)班級(jí)），老師在自己的課程小組中發(fā)布新的作業(yè)，和自己制作的課程視頻，課程課件，發(fā)討論帖，回答學(xué)生問題，及在課程小組群發(fā)通知。在課程小組中，老師和學(xué)生和課程小組用用例圖描述如下：

圖3　老師，學(xué)生，課程小組，課程作業(yè)的用例圖Fig.3　The user case of teacher, student, class and assignments

老師創(chuàng)建一個(gè)課程小組，相當(dāng)于一個(gè)教學(xué)班級(jí)，創(chuàng)建課程小組界面如圖：

圖4　創(chuàng)建課程小組Fig.4　Creating course group

5　題庫設(shè)計(jì)

一門課程的核心模塊，除了教學(xué)視頻，課件外，最重要的模塊是題庫（作業(yè)、測(cè)驗(yàn)、和考試）設(shè)計(jì)[18]，而Drupal社區(qū)就有一個(gè)著名的在線教育的核心題庫模塊Quiz。

5.1　Quiz模塊

著名的Quiz模塊（https://www.drupal.org/project/quiz/）提供的題型非常多，目前最新版本有以下題型：

· True or false（判斷題）

· Multiple choice（選擇題）

· Short answers（填空題）

· Long answers（問答題）

· Scale（量表題）

· Question directions（導(dǎo)向題）

· Matching（匹配題）

· Drag and drop（拖拽題）

· 通過下面插件，還可以實(shí)現(xiàn)更多題庫功能：

· H5P questions –添加基于HTML5的更多題型。

· Charts –考試，作業(yè)結(jié)果統(tǒng)計(jì)圖。

· jQuery Countdown –考試，測(cè)驗(yàn)計(jì)時(shí)器。

· Views Data Export –批量導(dǎo)出答題結(jié)果。

5.2　標(biāo)準(zhǔn)題庫建設(shè)

一門課程，必須有一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)題庫，作為在線考試或在線作業(yè)布置的資源。標(biāo)準(zhǔn)題庫建設(shè)，更符合一個(gè)真實(shí)學(xué)校的教學(xué)管理模式，而很多慕課平臺(tái)、SPOC平臺(tái)是沒有提供標(biāo)準(zhǔn)題庫功能，包括我們前面提到的超星的學(xué)習(xí)通和清華大學(xué)的雨課堂。有了標(biāo)準(zhǔn)題庫，如果一門同樣的課程分成兩個(gè)教學(xué)班，分別由A老師和B老師上，那么，A老師和B老師都可以從標(biāo)準(zhǔn)題庫中創(chuàng)建和布置作業(yè)，這樣，可以控制學(xué)習(xí)資源的統(tǒng)一，而不會(huì)因?yàn)橥婚T課，不同老師上課產(chǎn)生過大的差異。這就是公開課慕課學(xué)習(xí)平臺(tái)和學(xué)校教學(xué)學(xué)習(xí)平臺(tái)的區(qū)別。

創(chuàng)建課程題庫或作業(yè)界面如下：

圖5　題庫創(chuàng)建Fig.5　Creating question bank

有了標(biāo)準(zhǔn)題庫，老師就可以發(fā)布作業(yè)，學(xué)生通過課程小組在線做作業(yè)，下面是一個(gè)選擇題的答題界面：

圖6　選擇題的答題界面Fig.6　The UI of choice question

6　課程與班級(jí)關(guān)系

我們?cè)谠O(shè)計(jì)上，把課程和班級(jí)都看成容器，用Organic Groups群組模塊實(shí)現(xiàn)。課程里面存放的是標(biāo)準(zhǔn)題庫，課件庫，視頻庫，及其它教學(xué)資源，而班級(jí)，在我們系統(tǒng)里稱之為課程小組，是課程的子容器（相當(dāng)于面向?qū)ο蟮淖宇悾?，繼承了課程容器的所有資源，這種設(shè)計(jì)方式，主要是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)現(xiàn)實(shí)教學(xué)管理目標(biāo)：

（1）實(shí)現(xiàn)并解決了同一門課的教學(xué)資源共享問題。例如，《C語言程序設(shè)計(jì)》課程，課程容器建有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)題庫、課件庫，視頻資源庫等教學(xué)資源，一個(gè)學(xué)期可能會(huì)分成三個(gè)教學(xué)班上課，那么，系統(tǒng)可以從《C語言程序設(shè)計(jì)》課程容器發(fā)布教學(xué)資源給三個(gè)課程小組（教學(xué)班）A,B,C使用，同時(shí)，課程小組A的老師制作的教學(xué)資源也可以在其他課程小組相互分享，發(fā)布給課程小組B和C。如圖所示：

圖7　一門課的教學(xué)資源、標(biāo)準(zhǔn)題庫共享Fig.7　The share of teaching resource and general question bank in one course

（2）實(shí)現(xiàn)課程團(tuán)隊(duì)的協(xié)同工作。一門課程的標(biāo)準(zhǔn)題庫、課件和視頻由課程負(fù)責(zé)人創(chuàng)建，課程團(tuán)隊(duì)老師加入到課程容器，課程負(fù)責(zé)人和課程團(tuán)隊(duì)老師被系統(tǒng)管理員授予題庫管理員權(quán)限。他們可以隨時(shí)修改，添加課程容器里面的教學(xué)資源，或者從授課老師的課程小組里面將新的教學(xué)資源發(fā)布回課程容器。

課程和班級(jí)關(guān)系的設(shè)計(jì)如下面用例圖所示：

圖8　課程和班級(jí)的關(guān)系用例圖Fig.8　The relationship of course and class within user case

7　作業(yè)、測(cè)驗(yàn)和在線考試統(tǒng)計(jì)

題庫的統(tǒng)計(jì)功能是通過Charts模塊做出的餅形圖，棒形圖。如下圖8是一個(gè)課程小組（班級(jí)）在線作業(yè)的成績(jī)統(tǒng)計(jì)圖，圖9A列出90分以上的學(xué)生名字和成績(jī)，圖9B是60分及格、不及格及未能完成測(cè)試的分布，圖9C是80-90分的學(xué)生有54人，60-80分有39人，40-60分有14人，20-40分有4人，0-20分有24人。

圖9　A　最高分獲得者統(tǒng)計(jì)Fig.9A　The top scorers

圖9　B　測(cè)試通過率分布Fig.9B　The distribution of test result

圖9　C　成績(jī)區(qū)間分布統(tǒng)計(jì)Fig.9C　The distribution of scores

8　群廣播

通過Notification模塊，就可以在一個(gè)課程小組（班級(jí)）群發(fā)送電子郵件通知，界面如圖：

圖10　群發(fā)電子郵件Fig.10　The group notification by email

9　課程討論區(qū)

創(chuàng)建的課程小組就是相當(dāng)于QQ的群概念，小組成員包括學(xué)生，老師都可以在課程小組發(fā)帖，展開問題討論，討論區(qū)用例圖如圖11所示。

10　移動(dòng)設(shè)計(jì)

Drupal的強(qiáng)大之一是不僅僅是一個(gè)CMS系統(tǒng)，還有很多基于移動(dòng)設(shè)備的模塊，通過Mobile Theme模塊+Mobile主題的引入[19]，Mobile Theme模塊實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備檢測(cè)和移動(dòng)瀏覽器識(shí)別來切換到Mobile主題，而不用分別開發(fā) PC和移動(dòng)的兩套系統(tǒng)。只要添加上面兩個(gè)模塊就可以做到移動(dòng)響應(yīng)式布局效果，并在PC和移動(dòng)設(shè)備之間切換主題界面。

圖11　討論區(qū)用例圖Fig.11　The user case of forums

11　結(jié)語

11.1　未來研究方向及存在問題

我們利用Drupal這個(gè)開源CMS系統(tǒng)，結(jié)合高校具體的教學(xué)模式，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，利用Drupal的各種現(xiàn)有模塊巧妙地組合搭配和設(shè)置，成功開發(fā)了一個(gè)具有基本功能的在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)。在開發(fā)過程中，還有一些問題需要解決，主要在這幾個(gè)方面：

（1）中文化問題。由于 Drupal是一個(gè)國(guó)外開發(fā)的CMS系統(tǒng)，雖然，中國(guó)的開發(fā)人員無私奉獻(xiàn)了Drupal核心模塊的翻譯，但是還有很多模塊沒有完全中文化，幸好，Drupal提供了手工翻譯功能，無需第三方幫助，系統(tǒng)開發(fā)者自己可以做到完全中文化界面翻譯。

（2）與中文社交網(wǎng)絡(luò)接口問題。一個(gè)在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，如果要建立廣泛的生態(tài)環(huán)境，需要與現(xiàn)有的社交網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用互動(dòng)的接口，例如，把學(xué)習(xí)內(nèi)容分享到微信和QQ上。雖然，中國(guó)的開發(fā)者在努力提供了Drupal相應(yīng)的社交模塊，但是模塊功能不是很全，版本更新比較慢。如果自己開發(fā)相應(yīng)接口模塊，花費(fèi)時(shí)間和人力太大。

（3）系統(tǒng)子域名管理問題。系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，隨著老師注冊(cè)進(jìn)入系統(tǒng)逐漸增多，課程分類，班級(jí)管理出現(xiàn)很大問題，我們提出的解決方法是系統(tǒng)按二級(jí)學(xué)院分成獨(dú)立的子系統(tǒng)，這樣，信息工程學(xué)院的子系統(tǒng)，基本是本學(xué)院老師和學(xué)生注冊(cè)，課程也是按信息工程學(xué)院人才培養(yǎng)方案的教學(xué)大綱進(jìn)行分類，管理趨于合理化。而Drupal系統(tǒng)是允許實(shí)現(xiàn)多站點(diǎn)（Multi-Site-Sharing）管理，共享一套基本代碼，使用不同的數(shù)據(jù)庫和配置文件管理子系統(tǒng)，減少管理復(fù)雜性。也可以考慮Subdomain模塊，提供一個(gè)更簡(jiǎn)單的解決方案。

未來，我們將在下面幾個(gè)方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)：

（1）加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析的功能。除了在線作業(yè)、測(cè)驗(yàn)的成績(jī)統(tǒng)計(jì)分析，通過視頻觀看，課件下載量或在線閱讀時(shí)間等方式，及學(xué)生在課程討論區(qū)的提問和跟帖數(shù)據(jù)，分析學(xué)生學(xué)習(xí)行為。

（2）更多地利用移動(dòng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。例如，二維碼+地理位置簽到考勤，手勢(shì)簽到，人臉識(shí)別，在線問卷調(diào)查，彈幕互動(dòng)等等。

（3）加強(qiáng)碎片化教學(xué)資源的分類整理。教學(xué)資源，除了傳統(tǒng)的自己制作的微視頻，課件外，互聯(lián)網(wǎng)上也包含有豐富的學(xué)習(xí)資源，Drupal提供了強(qiáng)大的多媒體內(nèi)容管理功能，很容易將YouTube，土豆，優(yōu)酷等等視頻網(wǎng)站資源鏈接進(jìn)來。

（4）加強(qiáng)課堂管理功能[20]。我們的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了PC和移動(dòng)端的自動(dòng)切換功能，在多媒體教室環(huán)境的課堂上，利用在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)老師使用 PC機(jī)，學(xué)生使用手機(jī)進(jìn)行互動(dòng)。

（5）與現(xiàn)有的在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)銜接。前面提到的雨課堂和學(xué)習(xí)通，在高校領(lǐng)域有了一定的市場(chǎng)，利用這些現(xiàn)有的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)資源整合到我們的系統(tǒng)[21]，建立一個(gè)良好的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)生態(tài)圈。

總之，利用Drupal社區(qū)豐富的模塊生態(tài)圈，基本滿足實(shí)現(xiàn)大部分功能。甚至，通過Drupal提供的模塊開發(fā)接口，編寫代碼實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)思想，來達(dá)到構(gòu)建一個(gè)更高層次的商業(yè)級(jí)系統(tǒng)。

11.2　開發(fā)小結(jié)

我們不用寫代碼，就可以設(shè)計(jì)完成一個(gè)擁有基本功能的在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，對(duì)于學(xué)校老師來說，這個(gè)系統(tǒng)的成本低，開發(fā)效率高，使用簡(jiǎn)單，容易上手。更容易根據(jù)學(xué)校教學(xué)管理特點(diǎn)來定制自己的在線學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)，由于使用開源的Drupal開發(fā)，可以免費(fèi)地推廣應(yīng)用到各個(gè)學(xué)校，不用擔(dān)心版權(quán)問題。