智慧教育之互动课堂系统详细设计

智慧教会
互动课堂系统详细设计
目录
1 引言 (3)
1.1编写目的 (3)
1.2读者对象 (3)
1.3项目背景 (3)
1.4编写目标 (3)
1.5编写原则 (4)
1.6定义 (4)
1.7参考资料 (4)
1.8变更历史 (5)
2 需求说明 (6)
2.1 总体描述 (6)
2.1.1 概述 (6)
2.1.2 系统目标 (6)
2.1.3 系统结构设计要求 (7)
2.1.4 假设和约束 (7)
2.2 功能需求概述 (7)
2.3 接口要求概述 (8)
2.4 性能要求概述 (8)
2.5 系统兼容性要求概述 (8)
3 产品业务流程 (9)
3.1 业务流程设计 (9)
3.2 数据流程设计 (10)
4 技术方案设计 (11)
4.1 系统体系结构设计 (11)
4.2 系统功能结构设计 (12)
5 数据库设计 (15)
5.1 客户端数据库设计 (15)
5.2 学习中心数据库设计 (23)
5.3 数据表示例 (25)
6 产品功能设计 (34)
6.1 学习中心功能设计 (34)
6.2 客户端软件功能设计 (42)
6.3 交互模块功能设计 (45)
6.4 消息子系统功能设计 (46)
7 产品实施说明 (48)
7.1 部署实施 (48)
7.2 标准化服务 (49)
7.3 区县级统一培训 (50)
7.4 安装/培训实施服务 (52)
8 接口设计 (68)
8.1 内部接口设计 (68)
8.2 外部接口设计 (69)
9 系统维护设计 (72)
9.1 后台管理维护 (72)
9.2 软件维护设计 (72)
9.3 容错设计 (72)
9.3.1 出错信息 (73)
9.3.2 补救措施 (74)
1引言
1.1编写目的
本文档是在概要设计得到的系统软件结构和数据结构的基础上，进行功能的细划和分解，设计每个模块的实现算法、所需的局部数据结构。

设计软件结构设计：将一个复杂系统按功能进行模块划分、建立模块的层次结构及调用关系、确定模块间的接口及人机界面等。

数据结构设计：数据特征的描述、确定数据的结构特性、以及数据库的设计。

1.2读者对象
本文档的预期读者为系统开发设计人员、系统开发人员、系统测试人员。

供开发人员和测试人员作为开发和测试、发布时的依据。

1.3项目背景
互动课堂系统，由XX市政府，遵循政府统筹与规划、满足教育事业需求与应用、企业服务与保障“三位一体”的整合模式，委托方正国际有限公司开发与实施的互动课堂教学系统，作为智慧教育的重要组成部分，通过互动课堂教学系统，可以帮助老师在课前进行备课，学生进行课前的预习；课堂上，可以实现老师对学生、学生与学生等之间的控制及互动，可以实现教师终端对学生终端的锁屏、静音、黑屏、监控等；课后，学生可以登录系统完成相关知识的拓展学习及测试。

1.4编写目标
通过对需求和概要设计的细划，进行功能拆分和设计，使实施人员快速地了解系统，并根据设计加以实现。

编写原则
➢统一规划、统一设计思想、统一信息交换标准，统一技术规范。

➢采用开放式系统、最大限度地保护原有资源、并立足长远发展。

➢应用系统工程的方法，根据实际业务需要，最优化地重组业务处理流程。

➢应用成熟的先进技术实施系统。

➢统一组织，分层建设，注重实效。

1.5定义
1.6参考资料
➢《XX市XX区智慧教育需求分析说明书》
➢《XX市XX区智慧教育建设方案》
➢《XX市XX区智慧教育概要设计方案》
➢《安徽省中长期教育改革和发展规划纲要（2018 - 2028年）》➢《安徽省基础教育信息化建设工程实施方案》
➢《安徽省“十四五”教育发展规划》
➢《XX市“十四五”教育发展规划》
➢《2018-2022年XX市智慧城市建设规划》
1.7变更历史
2需求说明
2.1总体描述
2.1.1概述
传统多媒体教室由于设备、场地等限制，无法实现全体学生的常态式参与。

而移动终端技术的出现，不仅解决了设备随时部署的问题，而且利用多人复用的模式，减少了设备维护的成本以及设备管理的消耗，而移动终端基于每个学生的课堂部署，彻底改变了课堂教师主导的局面，为学习型课堂创造了技术条件。

2.1.2系统目标
XX市互动课堂教学系统需要满足利用基于网页的备课模式实现教师的家庭网络备课和多媒体资源的上传，利用无线互连技术实现课堂内师生互动和集体反馈，利用无线投屏技术和终端管理技术实现小组探究和小组展示，从而促进课堂
学习方式的变化，让课堂变得生动，让学习变得有趣味。

2.1.3系统结构设计要求
针对XX市课堂学习方式变革需求，在互动课堂教学系统结构设计中需要考虑系统与XX去教育云平台的用户、资源对接，并能满足教师轻松备课，学习记录与网络学习空间的对接：
用户管理
统一用户登录，根据管理员、教师、学生不同角色，登录系统后可以完成不同工作任务
资源管理
资源管理功能可以实现云平台资源、校本资源的上传、下载、分类，对资源打包管理
学习管理
学生利用互动课堂教学系统，可轻松实现作业、测验、教材的学习记录同步到每个学生的网络个人学习空间。

2.1.4假设和约束
互动课堂系统需要从资源云平台调取交互式电子教材、交互式电子课件，需要从题库系统里调取试题，需将学习状况反馈到网络学习空间，需将答题成绩反馈到成绩管理与学习分析系统。

因此，互动课堂系统的完美应用，需要配套的资源云平台、题库系统、成绩管理与分析系统、网络学习空间等相关系统的运行支持。

2.2功能需求概述
XX市互动课堂教学系统由“学习中心软件、客户端软件、交互模块”等系统构成。

要满足利用基于网页的备课模式实现教师的家庭网络备课和多媒体资源的上传，利用无线互连技术实现课堂内师生互动和集体反馈，利用无线投屏技术
和终端管理技术实现小组探究和小组展示，从而促进课堂学习方式的变化。

2.3接口要求概述
互动课堂教学系统与区域教育云平台、网络学习空间、区域资源管理平台等系统开放数据接口：
➢实现互动课堂教学系统用户区域教育云平台用户对接
➢实现互动课堂教学系统从区域资源管理云平台下载资源
➢实现教师自建课件资源的上传
➢实现学生学习记录同步到网络学习空间。

2.4性能要求概述
能够实现教室内的无线网络覆盖，满足师生学习终端通过无线网络互动。

2.5系统兼容性要求概述
➢互动课堂教学系统在设计上要考虑
同一设备的客户端程序支持多用户登录，多用户之间共享统一的电子教
材存储、个人教学记录可离线分离存储、云端自动同步
➢支持课堂互动控制、监控和协同教学
➢支持老师备课，除了自创交互教材资源以外、还可辅以其他文档资源授课
➢支持创建触控优化的测验资源和题库；
➢支持手写练习、无线分发；
➢包含方正交互式电子教材互动展现内核+触控应用内核
➢支持Android/iOS/PC平板跨平台终端展现
➢支持多种教学记录的多设备云端存储和同步
➢支持拍照、录制、手写批注、便签、截屏数据云端存储、分享和同步
3产品业务流程
3.1业务流程设计
方正慧云互动课堂教学系统利用基于网页的备课模式实现教师的家庭网络备课和多媒体资源的上传，利用无线互连技术实现课堂内师生互动和集体反馈，利用无线投屏技术和终端管理技术实现小组探究和小组展示，从而促进课堂学习方式的变化，让课堂变得生动，让学习变得有趣味。

互动课堂教学系统示意图：
方正慧云互动课堂教学系统可以帮助老师在课前进行备课，学生进行课前的预习；课堂上，可以实现老师对学生、学生与学生等之间的控制及互动，可以实现教师终端对学生终端的锁屏、静音、黑屏、监控等；课后，学生可以登录系统完成相关知识的拓展学习及测试。

3.2数据流程设计
4技术方案设计
4.1系统体系结构设计
方正慧云互动课堂教学系统由学习中心软件、客户端软件、交互模块及消息子系统等扩展系统构成。

4.2系统功能结构设计
5数据库设计
5.1客户端数据库设计
互动课堂 (InteractiveClass)
互动课堂设备(Device)
课程表(Timetable)
课程(Course)
学科(Discipline)
组名(Group)
授权列表（AuthList）
TextbookCer(教材类型-主要针对云平台购买资源)
教材(Textbook)
资源(Material)
用户(UserInfo)
班级(cohort)
用户状态(UserState)
教学记录表（TeaRecord）
存储文件路径规则：
阅读器存储根路径/用户id/记录id/生成文件，如图：
素材分组(ResourceGroup)
Screen(学生屏幕)
5.2学习中心数据库设计
学习中心整体数据库关系图设计如下：
5.3数据表示例
lc_activity_parent
描述：教学活动关系表
字段
索引
外键
lc_activity_type 描述: 活动类型表字段
索引
外键
lc_capabilities 描述权限表
字段
索引
外键
lc_capability_detail 描述：权限详情表
字段
索引
外键
lc_cohort 描述：班级表字段
索引
外键
lc_cohort_members
描述班级用户关系表字段
索引
外键
lc_config
描述站点配置表字段
索引
lc_crt_client
描述：客户端证书详情表字段
索引
外键
6产品功能设计
6.1学习中心功能设计
用户管理
统一用户登录，根据管理员、教师、学生不同角色，登录系统后可以完成不同工作任务：
用户个人信息设置：用户可以对个人信息进行自定义设置，如个人头像、姓名、性别、密码、邮箱、QQ、手机、家庭住址等。

➢互动课堂管理
互动课堂管理功能：使用虚拟多媒体教室实现对学校硬件设备的一对一编号管理。

➢资源管理
资源管理功能可以实现云平台资源、校本资源的上传、下载、分类，对资源打包管理。

➢课表管理
支持按照年级、班级排课。

➢题库管理
支持选择题、填空题、匹配题等不同类型题目的创建、编辑、删除、预览，支持按照学科、作者等信息检索、查询。

➢知识点管理
支持知识点的新建、编辑、删除等。

➢系统管理
通过云平台对学习中心授权管理，实现对访问对访问学习中心的客户端数量授权。

➢消息管理
支持管理员、老师、学生发起讨论议题实现小组分组讨论及学习信息的分享。

➢教师备课管理
教师基于浏览器的课程备课和内容组织，支持多媒体教学资源和素材的整理和上传，支持利用网页编辑实现学生导学案的编写，构建学生自主学习课程。

老师可以通过浏览器登录学习中心，创建、编辑、发布学案；创建过程中老师可以充分利用现有的各种格式资源上传到素材库，同时创建作业、测验等信息利用及时统计技术实现对学生知识掌握情况的了解。

学案的创建、编辑、删除、发布
概述
上传各种格式资源
创建作业
创建测验
课表管理
作业管理
测验管理
6.2客户端软件功能设计
方正慧云互动课堂教学系统客户端软件通过身份验证实现学生多机复用和学习纪录留存，通过客户端软件可实现交互式内容学习中的批注，录音，拍照等记录和云端共享，同时提供了各类学科的虚拟学具和教具，方便学生在自主使用教材及课件时，能够利用交互功能进行自主、探究式学习和反馈。

如：数学学科中内置的批注，提供了图形手绘、自由移动、测量等功能
➢幕布
使用该功能可以强调显示教材也部分内容。

➢激光笔
使用该功能强调所讲内容在教材页面位置。

更形象地说，这相当于我们正常教学中的小教鞭。

➢批注
批注功能可以实现在教材页面中对重点内容进行标记、绘制标准图形（三角形、圆形、网格等几何图形）、绘制图画、录屏（全程记录批注形成过程中的影像和声音）、手写缩小等功能。

➢截屏
截屏的功能可以根据需要截取当前整个屏幕，截取的屏幕出现在衍生数据目录下。

➢截图
截图的功能可以根据需要截取屏幕中的一部分图片，截取的图片出现在衍生数据目录下。

➢拍照
拍照功能可以根据需要选择相机选取和相册选取，选择的照片或拍好的照片会出现在当前页上。

➢草稿
如果您想在教材页面上进行一些临时性标注，又不想让这些标注保存下来，那么草稿是一个可以选用的功能。

➢便签
便签功能可以根据需要将信息记录在当前页的便签中供日后查看使用。

页面弹出便签窗口。

➢聚光灯
使用聚光灯可以随时聚焦到内容页面的某个位置，突出显示。

➢录制
使用录制功能可以把学习过程中的语音及pad页面的操作过程随时录制下来。

➢节拍
音乐学科专用组件，实现打节拍。

➢钢琴
音乐学科专用组件，可以实现模拟钢琴键盘。

➢设置
如果您想修改同步时间、改变通用工具栏样式及部分组件的显示与隐藏，那么在设置功能下可以帮助您完成您需要的操作。

设置功能如下图：
6.3交互模块功能设计
教师身份登陆互动课堂系统可以启用互动课堂教学交互模块，通过服务器端的信息交互，实现教学中必要的监控和管理，具体功能支持静音、黑屏、监控、锁屏、投屏、屏幕广播、打分等功能，让课堂充分互动起来。

教师选择上课的班级实现老师与学生用户的关联，即可实现所有互动模块的功能效果。

➢静音
老师使用静音功能，可使所有受控的学生pad都被设置为静音状态。

➢黑屏
老师使用黑屏功能，可使所有受控的学生pad都被设置为黑屏状态。

➢监控
老师使用监控功能，可以监控所有用户状态。

可以查看被控用户是否在线、是否静音、是否受控、当前页数。

可以查看学生头像或是pad的当前的画面信息，通过内置的对照功能，可以在老师的pad界面上同时显示4个学生的pad当前的画面信息。

➢锁屏
老师使用锁屏功能，所有学生pad的画面跟随老师的pad画面翻动，学生用户无法翻到其他页面，但是可以在老师锁定的界面内操作。

➢投屏
老师使用投屏的功能可以实现在老师用户的pad界面发出投屏指令，学生pad界面收到老师的投屏指令后，轻轻点击投屏按钮，就可以把学生pad的当前页面投送给老师，在老师的pad界面和投影上显示。

➢屏幕广播
老师使用屏幕广播功能，所有学生用的pad界面强制显示老师用户界面的内容，学生无法操作。

➢打分
老师使用选择某个学生的作品或是其投屏的内容，选择打分功能，可以给所有学生发出打分指令，每个学生轻轻点击自己pad界面上的打分，选择自己给分数提交，即可把自己打的分数反馈给老师，老师端可以看到所有学生给被打分作品的分数统计信息。

6.4消息子系统功能设计
方正慧云互动课堂解决方案消息子系统，为师生提供了一个分组讨论学习、交流的平台，老师、学生可以自由发起相关论题，指定相关人员进行交流，交流的内容支持系统输入法，手写原笔迹，拍照上传等各种形式。

7产品实施说明
为使本项目能够顺利实施，切实为提升各区县、学校教育质量提供助力，我们为参加实验的各区县实验校提供标准化实施、服务支持。

7.1部署实施
为使本项目能够顺利实施，切实为提升各区县、学校教育质量提供助力，我们为参加实验的各区县实验校提供标准化实施、服务支持。

首先需要经双方交流协调，形成《项目实施计划》，确定现场实施的准备工作、人员和日程安排、培训计划、阶段目标等内容，经双方负责人签字后生效，按此计划开始现场实施。

正式开始现场实施前应检查所有必要的准备工作是否已经完成。

现场工作首先要进行硬件安装调试，以及软件在服务器端的安装和调试，包括数据库中各类对象的生成，初始化数据，前后台软件的安装，配置参数调整等工作；完成后需向工程维护人员提交《数据库安装维护说明》，《软件安装说明书》文件，并协助用户进行软件安装。

软件安装完成并确认可在用户环境正常运行后，开始相关业务人员的培训；在培训开始之前需要由双方协商形成《培训计划》，明确培训环境、条件及方式，参加人员，课程课时等详细内容，由双方现场实施负责人签字后生效，并分别开始着手准备，在既定时间内完成。

培训过程中由工程师提供《培训考勤记录》，培训应该集中进行，并要求所有参加人员必须进行考勤；培训完成后由双方共同进行《培训总结》，针对培训效果确定是否达到目标，是否再增加培训课程。

培训顺利完成后将开始软件在试点部门试用，将向用户提交编译后的前后台软件，检查所提交的软件是否满足规定，列出未完成及含有较严重、明显错误的模块清单形成《软件问题及修改记录》并提交给公司继续完善；此段时间可以对软件的细节性问题进行测试、验证，但主要精力还是应放在模块级功能的检查上，
如果所有模块都已开发并可以进入试运行，其设计方法、技术可行性也都能够满足最终软件的需要，表明软件已在现场安装、调试、培训完成，基本可以进入软件试运行。

试运行期内用户对系统功能模块进行现场的系统测试，使每个功能模块都得到基本确认；对于其中发现的问题和软件的细节性修改意见，需以《软件问题及修改记录》的书面形式提交；修改完成后立即提交到现场，用户立即对软件进行确认回归测试，如验证问题已修改需要在《软件问题及修改记录》中予以说明，通过试运行及修改后证明已经基本完成的模块。

此后在软件功能模块一级上不应再发生大的变化，如需要修改功能模块设计，则需由双方项目负责人协商解决。

7.2标准化服务
提供的标准产品和实施服务如下:
(1)为学校提供方正慧云互动教学系统免费使用权利。

(2)为参与学习方式变革项目的区县提供一次统一的课件制作，平台使用的培训，培训时间为一天，培训由区县信息中心组织，时间由各区县信息中心约定，方正提供培训服务支持。

(3)为了保障实验顺利开展，方正为实验学校提供实施调研，项目实施培训服务。

该时间由各学校与方正约定，在各学校进行，时间为一天。

(4)为保障实验的顺利开展，方正为参与项目的学校提供系统保驾驻校服务，每所试验学校提供累计40小时的免费标准化驻校服务，帮助学校完成传统教学向数字化学习方式的转变。