硕士论文_网络课堂管理系统的设计与实现

分类号学号
学校代码10487密级
硕士学位论文
基于.Net的网络课堂管理系统的
设计与实现
学位申请人
学科专业：软件工程
指导教师：
答辩日期：
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering
The Design and Implementation of Network Classroom Management System Based on .Net
Candidate :
Major : Software Engineering
Supervisor :
Huazhong University of Science & Technology
Wuhan 430074, P.R.China
March, XXX
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名：
日期：年月日
学位论文版权使用授权书
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保密□，在年解密后适用本授权书。

本论文属于
不保密□。

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学位论文作者签名：指导教师签名：
日期：年月日日期：年月日
摘要
随着计算机技术和网络技术的进步，将计算机网络技术应用到高校教育中，实现教学空间、时间的拓展已成为可能。

某大学在信息化建设规划中，将网络课堂系统的开发作为信息化建设的组成部分，希望通过网络课堂系统的建设，实现远程的互动教学。

笔者在深入调研后，给出了网络课堂管理系统的建设方案。

方案重点研究了如何将市场上现有的、成熟的实时交互产品，根据学校的实际情况，应用到传统的课堂教学中，从而实现学校的远程网络教学。

提出利用 技术，在微软Visual Studio开发平台，结合SQL Server 2005数据库，运用.net三层架构，开发基于B/S模式的实时交互外围管理系统，即网上课堂管理系统。

实现了网络课程管理、网络课堂管理、教学资源管理、实时交互集成、通知公告发布等功能模块。

其中，网络课程管理模块实现了课程的创建、课程开放的定义等；网络课堂管理主要用于课堂的创建、课堂的收藏等；教学资源管理，用于管理在网络教学中产生的诸如教学录像、课堂教案等课堂资源，并提供对这些教学资源的上传和下载共享功能；实时交互集成模块则实现了对现有实时交互产品的集成功能，通过良好的接口设计，实现了两个系统的结合；通知公告则用于教学通知公告的发布、查询等。

目前，按照该方案开发的网络课堂管理系统，已在某大学正式上线运行，且运行稳定，实现了学校远程网络教学，并提高了教师、学生的教学积极性，提升了传统教学的成效。

关键词：实时交互网络课堂技术B/S模式
Abstract
With the computer technology and network technology, computer network technology into higher education, the realization of teaching space, time, expansion is possible. Nanchang University of Science and Technology in the information technology plan, the network class of information system development as an integral part of building, hoping the classroom through the network system construction, remote interactive teaching. After in-depth research paper, gives the network management system for classroom construction program.
Program focuses on how to market on the existing, mature, real-time interactive products, according to the actual situation of the school, applied to traditional classroom teaching, in order to achieve the school's remote network teaching. Make use of technology, Microsoft Visual Studio development platform, combined with SQL Server 2005 database, use. net three-tier architecture, development based on B / S mode real-time interaction management system outside that online classroom management system. Course to achieve the network management, network classroom management, teaching resource management, real-time interactive integrated functional modules such notice announcement. Among them, the online course management module of the course creation, curriculum definition of open; network is mainly used in the classroom classroom management to create, classroom collections, etc.; teaching resources management, for managing the network, such as teaching produced teaching videos Classroom lesson plans and other classroom resources, and provides teaching resources such sharing upload and download; real-time interaction is realized integrated module of the existing real-time interactive product integration, through good interface design, implementation of the combination of the two systems ; notice notice notice notice is issued for teaching and inquiry.
Currently, the program developed by the network management system for the classroom, Nanchang University of Science and Technology has been formally launched in the running, and running stability on the remote network of the school teaching and
increased teacher enthusiasm for teaching students to enhance the effectiveness of traditional teaching .
Keywords: Real-time Interaction Online Class Technology B/S Mode
目录
摘要 (I)
Abstract (II)
目录 (IV)
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义 (1)
1.2 现状和发展分析 (3)
1.3 本文研究内容 (5)
1.4 本文章节安排 (5)
2 相关开发技术概述
2.1 技术概述 (6)
2.2 B/S架构 (7)
2.3 Visual Studio 2008开发平台 (7)
2.4 SQL Server 2005数据库 (8)
2.5 本章小结 (8)
3 系统分析
3.1 需求分析 (10)
3.2 业务流程分析 (12)
3.3 数据流程分析 (13)
3.4 本章小结 (17)
4 总体设计
4.1功能模块设计 (18)
4.2 数据库设计 (20)
4.3 本章小结 (32)
5 系统详细设计及实现
5.1 系统管理模块 (33)
5.2 课程管理模块 (36)
5.3 课堂管理模块 (39)
5.4 资源管理模块 (41)
5.5 课堂交互集成模块 (44)
5.6 本章小结 (46)
6 系统测试
6.1 系统功能测试 (47)
6.2 系统性能测试 (51)
6.3 本章小结 (53)
7 总结及展望
7.1 总结 (54)
7.2 展望 (54)
参考文献 (56)
致谢 (60)
1 绪论
1.1 课题研究的背景及意义
1.1.1 课题研究的背景
三百年前夸美纽斯提出了班级教学的思想，分班级的课堂教学成为学校教学活动的主要形式，其间经历了各个阶段的发展变化。

它从以教师为中心的接受式课堂教育，发展到以学生为主体的导学式课堂教学形式[1]。

随着教育科学的发展以及人们对教育要求的不断提高，课堂教学逐渐暴露出许多弱点，如因材施教的原则在班级集体教学的前提下难以实施；以语言讲述为主的表达方式，使得某些教学信息的传输和接收遇到困难：教学效率的提高受到局限等[2]。

近年来，以网络技术为基础的现代信息技术的迅速发展，一种基于新的教育理念下的新的课堂教育模式——网络教学孕育而生[3]。

1）网络教学的概念
网络教学是以计算机网络为依托的一种教学方式。

教学活动中，学生利用计算机的交互功能，首先在局域网(如校园网)与教师、其他学生进行交流，如果教学资源不能满足要求，则可进入Intemet网，以寻求更多的资源或信息[4]。

网络教学的优点；突出了学生的主体性，从根本上改变了传统教学中教师的中心地位；突出了学生学习的自主性，从被动听讲的接受者，转变为主动参与的学习主体；网络教学把媒体从原来作为教师的演示工具，转变为学生的认知工具；网络教学真正落实了因人施教的教学原则[5-6]。

网络教学虽然存在一定的优势，但实践证明用现代信息技术完全取代课堂教学，特别在基础教育领域，是不可取的，因为课堂教学所具有的教师与学生面对面的直接交流，较之学生完全通过网络学习这种间接的交流方式在许多方面有其优越性[7]。

网络课堂教学既发挥了网络教学的优势，更体现了课堂教学的特点，这种教育形式更适合于基础教育领域[8]。

2）网络课堂教学的主要特征
（1）从技术层面上看，网络课题最基本的特征就是网络化、智能化、媒介多样化等[9]。

a）顾名思义，网络课堂前提是网上的互动，通过网络可以实现资源最大限度的共享，打破时间和空间的限制，扩大人际交往范围等。

b）随着技术的进步，如今的软件不仅是完成某个业务，而且是极具人性化的完成，为真实还原传统的教学，网络课堂必须做到教学行为的人性化。

c）与网络课堂紧密相关的，当数多媒体数据了，这些多媒体数据如今已呈现出多元化的发展趋势。

（2）从教育层面上看，具有以下显著特点：
a）教材多媒化教材多媒化主要是指教材已突破传统的纸质媒介，而是向电子化的方向发展，如电子书、声音、动画、教学录像以及模拟的三维景象等[10]。

b）资源全球化互联网技术的进步，使得资源的共享，已经超载了空间的限制，可以实现资源的全球化共享。

现如今，互联网上有很多类型的教学资源，包
括网上虚拟图书馆、教育网站、电子书刊等等[11]。

c）教学个性化利用人工智能的相关技术，实现对不同特点学生的不同教学，为了做到这一点，必须进行学生的个性测定，尽管这在目前来说还是在研究
中的课题[12]。

d）学习自主化计算机技术的进步，电子书已经成为一种很重要的知识传播媒介了，重要的是，由于携带方便，使得学生的学习自主性得到加强[13]。

e）活动合作化信息技术使得学习活动可以朝着合作化方向发展，在促进知识交流上，起到了重要的作用[14]。

1.1.2 课题研究的意义
课题研究的网络课堂系统，在实际教学中有了十分重要的现实意义，主要表现在以下几个方面：
（1）网络课堂教学突破了传统教学的地点限制，使得学生和教师的参与地点没有了具体的要求，这就大大加快了知识的传播[15]。

（2）由于网络课堂这种教学模式较为新颖，使得学生参与课堂的积极性倍增，提高了学生学习的乐趣和积极性[16]。

（3）课题的研究势必加快了作者所在单位的信息化建设进程，为某大学其它信息化建设项目的开发，积累宝贵的经验[17]。

1.2 现状和发展分析
1.2.1 现状分析
目前在市面上流行的网络教学系统种类较多，以下从不同的角度对这些网络课堂系统进行阐述。

1）从应用模式或是应用范围来看，网络教学分为二种形式[18]。

一种是校内模式，另一种是校外模式，前者是基于校园网的教学系统，后者，则是基于广域网的远程教学系统。

2）从教学形式上看，大致可以分为三种常用的类型：
（1）实时群播教学系统这种系统的特点是教师在一个主播教室进行授课，学生则集中在另一个或多个异地教室。

教师可以与学生进行实时的提问和交
流。

这种系统在教学形式上与传统的教学极为相似[19]。

（2）虚拟教室教学系统首先，这种教学系统是虚拟的，并不是真实的。

只是通过计算机技术将传统教学过程映射到软件中，使学生在软件里进行模拟
学习[20]。

（3）课程随选教学系统这种教学系统与第一种不同之处在于，学生不必集中在一个教室里与教师进行互动，而是分散在任何互联网终端上[21]。

3）从实现技术上看，目前主要包括以下四种结构[22-23]：
（1）基于Internet的网上教学系统，这种教学系统最大的优点在于比较经济适用，但是视频传输质量较差。

（2）基于ISDN技术的窄频带的视频会议系统。

（3）基于ATM技术的宽频带实时群播系统，这种类型的系统最大的优点在于学生和教师之间可以进行实时的互动。

（4）基于VOD技术的交互式视频点播系统，这种类型的系统不能满足师生实时互动的需要，这也大大限制了该类型系统的推广应用。

可以预计，上述四种结构的教学系统将在一段时期内同时存在，以满足网络教育的不同需求[24]。

4）从信息传输的时效上看，可以分为以下二种方式：
（1）实时传输方式，这种类型的应用系统，比较常见的有远程会议、网上交谈、交互电视等，它最大的优势在于实时辅导和解决学生的学习问题。

有效提高学生学
习的积极性[25]；
（2）异步传输方式(Asynchronous delivery)
该类方式所采用的教学媒体主要包括音频媒体、视频媒体、数字媒体(以计算机为典型装置)等，其优势在于更具灵活性[26]。

1.2.2 发展趋势
随着教育需求和网络技术的发展，以及人们对于网络教学这种教学模式理解的深入，网络教学逐渐向多样化、智能化、交互式、联合化、产业化的方向发展[27]。

1）多样化
“多样化“是指学生的来源组成、网络课程开设的内容、教育机构、教育经费的来源逐渐成多样化的发展趋势[28]。

2）智能化
在未来，除了进一步完善已经开发的网络教学系统外，还需要进一步开发课堂的其它业务功能，如智能的网络答疑系统、丰富的题库系统。

还要开发一些智能的课堂工具，如果智能课件写作等等[29]。

3）交互式
网络课堂发展的最终目标，是高度与传统的课堂教学相吻合，最主要的是要突出其交互性，因此，未来的网络课堂会集实时交互、在线答疑、网络考试于一体，具有良好的教学交互性[30]。

4）联合化
网络技术的进步，为学校、教育机构、公司和企事业单位的联合教学提供了技术支撑，由于知识是没有领域界限的，未来的教学是一种全民、全领域式的教学，是一种全民互动的教学[31]。

5）产业化
教学的产业化，是网上教学发展的必然，由于需求的增加，不仅是学校，社会上的教育机构，甚至是公司企业，都会参与到网上教学这个行业中[32]。

网上教育发展的几个必经阶段，牵涉到人们对于教育观念的理解和认知，是伴随着人们思想认识的进步而一起发展的[33]。

网上教学系统的开发，须借鉴国内外高校成功经验和成熟思路，结合本院实际，从教育的实际需求、网络技术条件等出发，制定近期及中远期目标，将软件(人的观念)与硬件(教育平台)同步与世界接轨[34]。

1.3 本文研究内容
本文旨在通过研究，设计并开发出一套基于B/S模式交互式课堂管理系统，具体的工作内容描述如下：
1）深入学校相关部门进行需求调研，开展系统分析的工作。

2）在需求分析的基础上，结合现有的实时交互系统，设计并开发出交互式课堂管理软件，具体实现了对以下功能模块的开发。

（1）设计并开发出课程管理模块，实现对网络课程的管理。

（2）设计并实现课堂管理，方便教务人员组织网络课堂教学。

（3）设计并开发教学资源管理模块，实现对教学录像、文件的共享开放。

（4）开发通知公告发布模块，实现信息的及进传递。

（5）根据提供的接口，实现对实时交互产品的集成。

（6）按照软件工程的思想，对开发出的软件，进行了测试。

1.4 本文章节安排
本文共分为七章，各章节就软件工程不同阶段的工作内容进行了详细的阐述。

第一章对课题的背景、意义以及国内外的发展现状进行了分析，并对本文的工作内容进行了简要的叙述。

第二章对相关的技术及理论知识进行了简要的介绍。

第三章主要实现对系统的分析，包括需求分析以及数据流程的设计。

第四章为总体设计，主要完成对系统的功能模块设计和数据库设计。

第五章对系统的各功能模块进行了详细的设计和描述。

设计并实现了课程管理、课堂管理、资源管理、通知公告管理以及实时交互集成等功能模块。

第六章描述了目标系统的测试过程。

第七章对论文进行了总结，并提出了本课题研究内容的发展方向。

2 相关开发技术概述
课题研究的目标，是开发一个基于B/S模式的交互式网络管理系统，这就要求在技术方案的选择上，能符合目标系统的总体规划。

本章将重点对方案所用到的技术及理论进行概述。

2.1 技术概述
技术是Microsoft Web开发史上的一个重要的里程碑，使用 开发Web应用程序并维持其运行比以前变得更加简单[35]。

与Java、PHP、Perl等相比，具有方便性、灵活性、性能优、生产效率高、安全性高、完整性强及面向对象等特性，是目前主流的网络编程技术之一[36]。

是Microsoft公司推出的新一代建立动态Web应用程序开发平台，是一种建立动态Web应用程序的新技术[37]。

它是.NET框架的一部分，可以使用任何.NET兼容的语言（如Visual Basic、C#）编写应用程序[38]。

当建立Web 页面时，可以使用服务器端控件来建立常用的UI（用户界面）元素，并对它们进行编程来完成一般的任务，这可以把程序开发人员的工作效率提升到与其他技术都无法比拟的程度[39]。

是目前主流的网络开发技术之一，具有许多优点和新特性，具体介绍如下[40-41]：
1）高效的运行性能：由于应用程序采用页面脱离代码技术，即前台页面代码保存到.aspx文件，后台代码保存到.cs文件，这样当编译程序将代
码编译为.dll文件，在服务器上运行时，可以直接运行编译好的.dll
文件，并且采用缓存机制，从而提高运行的性能。

2）简易性和灵活性：很多功能都可以扩展，这样可以轻松地将自定义功能集成到应用程序中。

例如，提供程序模型为不同数据源提供
插入支持。

3）可管理性：中包含的新增功能使得管理宿主环境变得更加简单，从而为宿主主体创建了更多增值的机会。

4）高生产效率：使用新增的服务器控件和包含新增功能的现有控件，
可以轻松、快捷地创建网页和应用程序。

新增内容（诸如成员资
格、个性化和主题）可以提供系统级的功能，此类功能通常会要求开发人员
进行大量的编写代码工作。

新增数据控件、无代码绑定和智能数据显示控件
已经解决了核心开发方案（尤指数据）问题[42]。

2.2 B/S架构
B/S（Browser/Server）结构即浏览器和服务器结构。

它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构[43]。

在这种结构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，但是主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，形成所谓三层3-tier结构。

相对于C/S结构属于“胖”客户端，需要在使用者电脑上安装相应的操作软件来说，B/S结构是属于一种“瘦”客户端，大多数或主要的业务逻辑都存在在服务器端，因此，B/S结构的系统不需要安装客户端软件，它运行在客户端的浏览器之上，系统升级或维护时只需更新服务器端软件即可，这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本（TCO）。

B/S结构系统的产生为系统面对无限未知用户提供了可能。

当然，与C/S结构相比，B/S结构也存在着系统运行速度较慢，访问系统的用户不可控的弱点[44]。

以目前的技术看，局域网建立B/S结构的网络应用，并通Internet/Intranet模式下数据库应用，相对易于把握、成本也是较低的。

它是一次性到位的开发，能实现不同的人员，从不同的地点，以不同的接入方式访问和操作共同的数据库；它能有效地保护数据平台和管理访问权限，服务器数据库也很安全。

特别是在JA V A这样的跨平台语言出现之后，B/S架构管理软件更是方便、快捷、高效[45]。

综合以上所述，本系统的开发工具采用Visual Studio开发工具和SQL Server 数据库服务器。

在需求分析上采用原型法，在系统设计上采用面向对象的方法。

整个系统的开发利用技术，实现B/S模式的交互式课堂系统。

2.3 Visual Studio 2008开发平台
Visual Studio是微软公司推出的软件开发环境。

就目前来看，这是最流行的基于Windows平台的应用程序开发环境。

到现在，微软已经先后发布了10个版本。

基于
研究课题的自身考虑，项目的开发，采用Visual Studio 2008这个版本，采用这个版本的原因在于，专业开发人员能够[46-47]：
1）该平台有可视化设计工具、编程语言和代码编辑器，这就可以大大提高程序开发的效率。

2）在程序框架搭建上，能实现多样的程序架构，相对于其它平台而言，该平台简洁易用，功能却足够强大。

3）可以在该平台创建数据库的解决方案。

2.4 SQL Server 2005数据库
SQL Server 是一个关系数据库管理系统。

它最初是由Microsoft Sybase 和Ashton-Tate等三家公司共同开发的，于1988 年推出了第一个OS/2 版本。

在Windows NT 推出后，Microsoft与Sybase 在SQL Server 的开发上就分道扬镳了，Microsoft 将SQL Server 移植到Windows NT系统上，专注于开发推广SQL Server 的Windows NT 版本。

Sybase 则较专注于SQL Server在UNIX 操作系统上的应用[48]。

SQL Server 2005 是一个全面的数据库平台，使用集成的商业智能(BI) 工具提供了企业级的数据管理。

SQL Server 2005 数据库引擎为关系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能，使您可以构建和管理用于业务的高可用和高性能的数据应用程序。

SQL Server 2005 数据引擎是本企业数据管理解决方案的核心。

此外SQL Server 2005 结合了分析、报表、集成和通知功能。

这使您的企业可以构建和部署经济有效的BI 解决方案，帮助您的团队通过记分卡、Dashboard、Web services 和移动设备将数据应用推向业务的各个领域。

与Microsoft Visual Studio、Microsoft Office System 以及新的开发工具包（包括Business Intelligence Development Studio）的紧密集成使SQL Server 2005 与众不同。

无论您是开发人员、数据库管理员、信息工作者还是决策者，SQL Server 2005 都可以为您提供创新的解决方案，帮助您从数据中更多地获益[49]。

2.5 本章小结
本章对课题研究所用到的技术及开发平台进行了详细的介绍，指出课题的开发
采用技术，在Visual Studio 2008开发平台上，利用SQL Server数据库，开发基于B/S结构的交互式课堂系统。

3 系统分析
系统分析的主要任务是将在系统详细调查中所得到的文档资料集中到一起,对组织内部整体管理状况和信息处理过程进行分析。

它侧重于从业务全过程的角度进行分析。

分析的主要内容是：业务和数据的流程是否通畅,是否合理；数据、业务过程和实现管理功能之间的关系；老系统管理模式改革和新系统管理方法的实现是否具有可行性等等。

系统分析的目的是将用户的需求及其解决方法确定下来。

3.1 需求分析
在软件工程中，需求分析是至关重要的环节之一，指的是在建立一个新的或改进现有的软件系统时的目的、范围、定义和功能时所要做的工作。

需求分析的成功与否直接关系到软件开发项目的成败。

在这个过程中，目标系统的调研人员需要与客户进行深入的沟通，弄清楚客户的实际需要。

从这些需要中，梳理出有用的功能点整理成文档，为后期的设计和开发工作做好准备。

3.1.1 系统功能性需求
交互式课堂系统是传统教学在网络中的应用，同实际教学类似，网络课堂的参与用户有学生、普通任课教师、教务管理员等。

通过参考相关文献，分析交互式课堂现状后，得出本课题即将实现的目标系统的需求如下：
1）教务管理员
教务管理员在系统中充当系统管理员和教学管理的角色，主要负责系统的正常运转和教学的正常进行。

教务管理员所需要进行的操作可以描述为：（1）发布通知公告，并可以在通知公告后附加附件供下载。

（2）管理教学计划中的课程，创建需要在网络上开设的虚拟课程，修改相关网络课程信息，当课程没有正式组织开课时，教务人员可以删除该课程。

（3）管理虚拟网络课堂，在某门课程下面创建虚拟课堂，为课堂指定开课所必须条件信息，如课堂的开始的时间、结束的时间、面向的学生等。

（4）管理任课教师的课堂录像，当教师在网络上授课时，整个授课过程会被录像。

课堂结束后，上课的录像为自动上传到服务器，教务人员可以下载、删除、编。