基于.NET三層架構的網絡實訓教學平臺設計

李圣普，王小輝，呂海蓮

（平頂山學院 計算機科學與技術學院，河南 平頂山467002）

學生就業難這一問題，引起了全社會的關注。尤其是新建本科院校，定位于應用型人才的培養。如何提高學生實踐能力和職業技能競爭力，促進實驗實訓教學資源的管理和共享，實現實驗實訓教學各環節的信息化，加強實驗實訓工作的管理和監控，已成為目前一個比較迫切的課題。論文運用.NET及三層體系架構技術，設計和實現的網絡實訓教學平臺系統，具有教學資源管理、實訓實驗管理、實訓教學、答疑輔導等實訓教學功能，其具有的網絡特性，可供師生課內課外教學，隨時隨地使用。為應用型人才培養提供實驗實訓信息服務和實驗實訓工作管理功能[1-2]，保證和促進實驗實訓工作的順利開展和規范運行、實驗實訓教師水平的提高和實驗實訓學生實踐技能的提升。

1 需求分析

軟件系統的需求一般可以分為功能性需求和非功能性需求。功能性需求是系統提供給用戶使用的具體的功能；非功能性需求是為了滿足用戶對系統功能的需求，系統正常工作所應當具備的系統的特定特性，如性能、安全性、可用性、可擴展性等等，二者互為影響[3]。

1.1 系統功能需求

主要包括以下幾個方面：

1）教學資源管理

該功能可以為學生提供與選定課程相關的教學資源的查詢與下載；同時，授課老師能夠利用該功能提供的操作平臺管理自己的課件、實驗和相關的教學資源，實現上傳、下載、增加、修改和刪除課件等教學資源文件等操作。

2）實訓實驗管理

該功能需要提供的操作包括實驗的布置、實驗的提交、實驗查詢、實驗統計和批閱。實驗布置功能是教師登陸后進入系統的布置實驗頁面，可以發布實驗題目、內容要求和相關的附件。實驗提交的功能是學生用戶可以在相關課程頁面查看實驗的內容以及要求，學生完成實驗后，通過系統提供的上傳功能將實驗提交以及最后查詢實驗批改和成績。

3）答疑輔導

學生在課下的學習過程中往往會遇到疑問，而又不容易及時地找到相關的同學和老師進行溝通和交流，該功能要求通過網絡教學系統及時的提出問題或者得到答案，在課堂之外，為學生提問和輔導答疑提供一種新的途徑。

4）實訓教學

學生能夠進入實驗教學平臺，在網上以實驗列表或各章節標題結構作為導航，瀏覽實驗或課程的知識內容，進行學習或實驗。包括課程內容、實驗內容的查找定位、瀏覽等。學生必須通過系統的身份驗證為合法用戶，才可以進入所修的課程。授課教師可以對自己所教授的課程教學內容進行維護和修改。

1.2 性能需求

實驗教學平臺的性能要求是可以支持至少一門課程任課教師和學生的正常使用，可支持人數大于200人同時在線。響應時間較短，必須能夠在用戶期望的響應時間內為用戶提供其需要的訪問信息。在線系統要求在用戶按下回車鍵后的2秒內產生結果。

擴展性要求是，設計的實驗教學平臺，應該可以通過適當的調整而適應不同課程的教學需要，并且為以后的系統升級留有空間。

系統可靠性是軟件質量的關鍵因素之一，直接關系到教學的正常進行，實驗教學平臺的可靠性是，在教學過程中要求運行穩定，并具有一定的容錯功能，局部功能出現故障時候，不會影響其他功能，對用戶的錯誤操作，有適當的提示。

2 系統總體架構設計

本文完成的實驗教學平臺是基于Microsoft.NET的Web應用程序。整個實驗教學平臺采用用戶界面層、業務邏輯層和數據訪問層的三層結構體系[4-5]，三層結構如圖1所示。

圖1 系統的三層架構Fig.1 The three-tier Architecture of System

用戶界面層提供應用程序的用戶界面，應用程序由一系列用戶與之交互的頁面組成。用戶直接通過該層來訪問系統，實現需要的功能。根據用戶分類，系統分為3種不同的用戶界面，即學生界面、教師界面和管理員界面，不同的用戶在系統中的權限不同，權限由低到高依次是學生、教師、管理員，學生面對的是要學習的內容。

業務邏輯層實現應用程序的業務功能，處于用戶層和數據層之間。本系統中業務邏輯層由多個模塊組成。內容有教學學習、自我測試、提問答疑、實訓實驗管理、資源管理等部分。這一層為用戶界面層提供功能調用，同時它又調用數據訪問層所提供的功能來訪問數據庫。

數據層提供對外部數據庫的訪問。在實驗教學平臺的實現過程中要進行大量的進行數據訪問操作。數據庫中數據包括用戶信息數據、教學數據等組成。其中，用戶信息數據包括學生和教師以及管理人員的基本信息。

3 系統設計

在需求分析基礎上進行的，系統設計是把具有復雜能力功能的系統通過設計分解為具有基本獨立，功能簡單，易于實現等特點的多個功能模塊[6-7]。通過對實驗教學平臺需求的分析，系統劃分成如下幾個主要模塊，系統模塊設計詳見圖2所示。

圖2 系統功能模塊圖Fig.2 The Software Architecture Diagram

3.1 教學管理模塊

教學模塊的主要功能覆蓋了實驗教學和學生自主學習過程中用到的大部分功能。該模塊的主要用戶是教師和學生。主要完成：1)教學任務管理；2)課程管理；3)課程學習等功能。

3.2 教學資源模塊

教學資源模塊主要提供了課程的課件、實驗和教學相關文件上傳、維護、下載等功能。由于課件開發工具較多，課件使用的文件格式不同，因此系統并不對課件進行格式要求，這保證了課件開發的自由度，使教師可以根據需要使用各種課件內容。在本教學系統中對于課件等相關教學資源是以文件的形式進行管理。主要完成：1)資源上傳；2)資源維護；3)資源查詢下載等功能。

3.3 實訓實驗管理模塊

實訓實驗管理模塊提供實驗布置、實驗提交和實驗批閱等功能，這是本文重點。

1)實驗作業布置

實驗布置功能的使用者是教師。布置的實驗由實驗文件、實驗說明、截止時間等組成。實驗的布置方式應該盡量靈活。因此系統中允許教師將布置的實驗以文件的形式上傳到服務器供學生下載。系統不限制實驗文件的格式，教師可根據實際的需要確定實驗文件的格式。實驗說明是對實驗的文字描述，如果實驗題目能由文字形式給出，教師可以直接通過實驗說明的方式給出實驗題目，或者題目來源于課件或教科書后的習題，那么教師也可以用實驗說明的方式直接布置實驗所在課件或教科書的頁碼、題目，不用上傳相關的實驗文件。實驗截止時間規定了學生提交實驗的最后時間期限。

2)實驗作業提交

實驗提交功能的用戶是學生。學生將自己的實驗文件上傳到相應的課程目錄完成實驗提交。系統會記錄提交的時間和提交人。學生在提交實驗的最后時間期限之前，可以修改實驗重新提交。系統會覆蓋已有的實驗文件，只保留最后提交的實驗文件。出于系統安全的考慮，重復提交實驗的時間要間隔足夠長，防止用戶惡意重復上傳。

3)實驗作業批閱

實驗批閱功能的用戶是教師，可以將學生提交的實驗下載審閱，然而將學生實驗成績和評語的輸入到系統中，并可以統計學生的實驗提交情況。然后學生用戶可以查看已經批閱的實驗的成績和評語。

4 系統主要功能實現

實驗教學平臺選用微軟.Net平臺[8]進行業務實現，以SQL SERVER 2005作為后臺數據庫。系統使用Visual C#語言編寫代碼，采用ASP.NET的Web窗體進行教學資源管理、教學管理、實訓實驗管理、問題答疑等子系統的開發，各子系統共享同一數據庫。這使得不同教學子系統之間方便進行數據共享和交換，有效發揮各教學子系統的作用，從而充分利用和共享網絡教學資源。

實訓實驗管理模塊的用戶是教師和學生，它的主要功能是讓教師在網上布置、批改實驗等，讓學生獲取實驗、提交實驗、查看評閱結果等。該模塊主要由教師子模塊和學生子模塊組成。

4.1 教師子模塊

教師實驗頁面包括實驗布置、實驗批閱、實驗統計、實驗刪除。

1)實驗作業布置

布置的實驗作業由實驗文件、實驗說明、截止提交過期時間等組成。教師添加新實驗需要選擇實驗所屬教學任務后，填寫相關的實驗標題和實驗說明，規定實驗的上交截止日期，并將相關實驗文件上載到服務器上。

如果實驗作業題目能由文字形式給出，教師可以直接通過實驗說明的方式給出實驗題目，不用上傳相關的實驗文件。實驗文件的上傳和前面的文件上傳方法相同，這里不再重復。教師布置實驗功能的具體流程如圖3所示。

圖3 實驗布置的流程Fig.3 Experimental arrangement'processes

2)實驗作業批閱

實驗批閱需要教師將學生的實驗從服務器上下載至教師本地機器上。教師將在本地機器上批改實驗，將實驗成績輸入至系統中，并可以作簡短的實驗評語。系統讀取學生實驗表中的數據，生成學生實驗列表。同時系統對實驗進行統計，統計出學生的總人數、已上交實驗的學生人數和已經批閱的學生人數，統計功能可以使教師全面了解學生的實驗上交及批閱情況。

4.2 學生子功能模塊

學生實驗頁面主要有獲得實驗、提交實驗和查看實驗成績等功能。系統通過查詢學生的相關信息，整理并顯示學生的當前實驗情況。學生可以瀏覽實驗列表，查看教師布置的實驗，若有實驗文件，則可以下載文件。該功能的實現主要是讀取教師實驗表中的數據，生成學生的實驗列表。

學生在本地機器上完成實驗，按“提交實驗”按鈕，將實驗以實驗文件形式上傳至服務器上。系統將在該學生實驗記錄的“是否提交”列填寫已提交信息。該部分主要是一個文件上傳的功能。系統讀取學生上傳的實驗文件，存放在服務器的指定目錄下，獲取文件名稱及上載日期等信息存入數據庫中。由于所有學生實驗文件都存放在一個目錄下，因此為了避免因實驗文件名相同而引起的文件覆蓋問題，在存儲文件時修改文件名以保證唯一重命名后的實驗名稱為學生號及實驗編號的組合。此外，在實驗的有效期間，學生可以修改實驗文件，將修改后的實驗重新提交，由于磁盤空間的限制，系統只保留一次實驗，那么在上載過程中如果發現系統中已有該學生上交的實驗文件，系統會進行提示，由用戶決定是否覆蓋已經存在的文件或者取消上傳，實驗提交功能的具體流程如圖4所示。

圖4 學生實驗提交的流程Fig.4 Experimental Submit’processes

學生可以查看自己的實驗成績，該功能的實現主要是讀取教師實驗批閱表中的數據，生成學生的實驗成績列表。

5 結論

該實驗教學平臺在平頂山學院計算機學院開放實驗室試運行兩年多來，為教學提供了一個基于網絡的實驗教學環境，提供實訓服務和實訓工作管理功能，一直以來運行穩定，效果良好。利用這個教學環境來方便教師的教和學生的學，為學生的學習提供豐富的優質資源，并實現資源的共享，同時強調資源的開放性，調動學生的積極性，注重加強師生、生生之間的溝通交流，培養學生自主學習及合作學習的能力，促進學生更深層次的學習，能便捷及時的解答學生的疑問等等，從而保證和促進實驗實訓工作的順利開展、實驗實訓教師水平的提高和實驗實訓學生實踐技能的提升。對學校創新而言也是教學環境和教學手段的變革。

[1]王小輝.基于.NET和XML的網絡輔助教學系統的設計與實現[D].西安：西安電子科技大學,2009.

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