基于慕課交互式教學軟件的設計與實現

劉琴

摘 ?要：隨著計算機技術、互聯網技術的不斷發展，加速了信息資源和服務體系的完善，自主獲取信息、知識共享的時代已經到來。慕課（MOOC）正是基于此誕生的，慕課的出現使得人們在獲取教育資源方面實現了平等和知識共享。本文通過介紹慕課的研究背景、國內外發展現狀、需求分析以及系統開發的核心技術，運用軟件工程結構化思想，使用LAMP開發技術，設計出一套基于B/S結構的交互式教學軟件。該教學軟件包括系統管理、課程管理、題庫試卷、用戶管理模塊，在實現各功能模塊功能的基礎上對各模塊功能進行了測試驗證。

關鍵詞：信息時代;慕課;系統管理;課程管理

中圖分類號：TP311.5 ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract：With the continuous development of computer technology and Internet technology，the improvement of information resources and service system has been accelerated，and the era of independent access to information and knowledge sharing has come.The emergence of MOOCs enables people to achieve equality and knowledge sharing in terms of access to educational resources.This paper introduces the research background，development status at home and abroad，demand analysis and core technology of system development of MOOC，and designs a set of interactive teaching software based on B/S structure and the idea of structured software engineering and LAMP development technology.The teaching software includes the functional modules of system management，curriculum management，question bank examination paper and user management.The functions of each module have been verified through testing，on the basis of realizing the functions of each module.

Keywords：information era;MOOC;system management;curriculum management

1 ? 引言（Introduction）

慕課（Massive Open Online Courses）即為大規模開放式在線課程，實質上將各種優質的教育資源在線開放，每個人都能公平的接受教育，學習知識。

隨著時間的推移，使用慕課人數和課程總量都成倍增加，與之合作的高校也在不斷增多。慕課的火熱程度引來了學者們的關注，AbeerWatted和Miri Barak調查研究了參與慕課的人群和目的[1]，基于原始的慕課系統，Francisco J.García-Pe?alvo等人開發出了新的慕課教學平臺ahMOOC[2]，利用慕課作為工具，學者研究了人們對于智能城市建設的態度以及是否會參加智能城市建設的活動[3]等。

慕課為人們獲取優質的教學資源提供了便利，保證了公平性，也給學生們提供更多的學習機會，它的特點為：（1）突破了空間的限制;（2）規定了開放時間;（3）交互式教學;（4）教育公平;（5）學生可自主學習。

2 ?慕課教學平臺研究概述（Overview of the research ? ? ?on the teaching platform of MOOC）

2.1 ? 國內外研究現狀

慕課的前身于2007年在猶他州立大學成立[4]，而慕課最早由加拿大的兩位學者在2008年提出，首次開設慕課就吸引了兩千多名學生參與學習。Coursera和MITx平臺成立后開設了《人工智能導論》，總共吸引了十六萬余名學生，學生們對利用慕課平臺學習的極大熱情感染著Sebastian Thnm，由他帶頭成立了Udacity[5，6]。

國內的慕課平臺發展速度也相當快，“上海高校課程中心”平臺于2012年發起后，其他的在線教育平臺和慕課平臺紛紛成立，尤其是2014—2015年，國內慕課學員的增長率高達接近300%。目前用戶已經超過一千多萬，由此看來，慕課的發展勢頭只增無減。

慕課可以分為xMOOC和cMOOC兩種，其中xMOOC偏向于自主學習理論知識并鞏固，其教學流程如圖1所示。

cMOOC以教師和學生之間進行討論為主進行教學，比較偏重于知識共享，是對傳統教學進行拓展而來的，流程圖如圖2所示。

2.2 ? 國內外知名MOOC平臺

外國知名的MOOC平臺有Coursera、edX、Udacity、Future Learn、Inverstity等，其中前三個是屬于北美地區的慕課平臺。Coursera世界最大的慕課平臺，要求學生選擇好課程后按規定時間完成學習和考試;edX的優勢在于為學生提供了最頂尖最優質的教學資源，走的是少而精的教學路線;Udacity與其它平臺不同，這是一個盈利性質的教學平臺，主要以教學英語為主，最大的優點是將教學視頻和課堂練習無縫連接，因此，即使需要繳費，仍然得到一百多萬用戶的青睞;Future Learn是屬于英國的MOOC平臺，將遠程教育與社交、公開教育整合起來，聯合了英國幾十所院校開設了三十多門課程;Inverstity是歐洲MOOC平臺的典型代表，這一平臺不只與高校合作，還與其他知識型機構以及專業人士合作，上線有特色的課程。

國內比較典型的幾個MOOC平臺有：好大學在線、云課堂、學堂在線、中國大學MOOC、MOOC學院等[7-9]。其中學堂在線是edX在中國授權的官方平臺，也是清華大學授權的教學平臺，與國內兩百多家高校建立了合作關系，擁有接近五百萬的用戶;由網易教育產品部與高教社“愛課程”中心合作建設的中國大學MOOC平臺，上線課程多達一千七百多門;MOOC學院主要是為國外的MOOC平臺提供訪問入口，加快訪問視頻的速度并進行部分字幕翻譯;上海交通大學自主研發創建的好大學在線目的在于提供985高校的優質課程，創建高質量、高水平的MOOC平臺;網易創建的云課堂旨在提供優質的專業知識和技能，是一個自由開放、交流互動式的免費教學平臺;北大慕課擁有來自五十個國家和地區的用戶，幾千人在開設課程的次年參加了考試，并有一千五百多人拿到證書;頂你學堂是國內首個擁有自主知識產權的平臺，通常只與一流大學合作，提供一流的教育資源并推向全世界。

3 ?慕課教學平臺的相關技術（Related technologies of MOOC teaching platform）

3.1 ? LAMP

LAMP是用來運行動態軟件或服務器的自由軟件名稱的首字母，它包含了Linux操作系統、Apache網頁服務器、MariaDB或MySQL數據庫管理系統（或數據庫服務器）、PHP、Perl或Python腳本語言。這些程序設計的初衷并不是用來同另外幾個程序一起工作的，但是由于他們的普遍適用性和經濟實惠，這個組合就被廣泛使用了，大多數的Linux會將捆綁這些軟件一同發售。這些軟件組合在一起就像一個“解決方案包”，LAMP具有驚人的兼容性，服務器又快又輕便，軟件硬件都不盡人意，但卻要求高負載時，它是非常好的備選方案，因此許多站長為之“傾心”。

3.2 ? Linux系統

Linux屬于開放源代碼操作系統，可對其進行修改，該系統不僅安全穩定，而且免費，因此該操作系統幾乎占據了整個市場。Linux是LAMP構架的重要組成部分，網上也可獲得Linux的源代碼，該系統的愛好者們經過不斷學習和討論、改進系統，使其適用范圍越來越廣。Linux在處理數據和圖形展現界面表現出非常優異的特性，在保證自身性能的前提下操作更方便。

3.3 ? Apache服務器

該服務器的市場占有率排行世界第一，之所以取得今天的成功，主要有以下幾點原因：（1）安全保障。安全問題一旦出現會立馬被發現并及時更新解決，保證了信息的安全性;（2）適用于各大編程語言;（3）擴展性良好;（4）可進行多線程運行。

3.4 ? MySQL數據庫

該數據庫最早由瑞典的公司開發出來，后來成為Sun旗下產品。其獨特的優勢：（1）支持跨平臺操作;（2）適用于各種開發語言;（3）可處理大型的數據庫;（4）處理數據速度快且安全性能高。

3.5 ? B/S構架

B/S結構即為瀏覽器/服務器結構，客戶端安裝HTTP瀏覽器即可，不需要考慮兼容性的問題，主要特征為：（1）易開發、易維護、升級快;（2）用戶界面統一。其結構如圖3所示。

4 ?慕課教學平臺的需求分析（Requirements analysis ? ? ?of MOOC teaching platform）

系統開發需要按照步驟來實現軟件項目，比如需求分析、設計分析、編寫代碼和測試運行等。需求分析可徹底了解該項目所需要的資源和最終要達到的功能，以及其他相關問題。本軟件系統所面向的是教師、學生和管理員三種人群，通過對這三類用戶的需求進行分析，確定本系統要實現的功能有：視頻查看并學習，發布課程、討論、編輯，試卷和題庫的管理，課程管理、用戶管理、系統設置等。還需要系統具有強大的兼容性和可擴展性，容量大便于存儲數據，安全性高，軟件可修改等特性。

5 ?慕課教學平臺的設計與實現（Design and implementation of MOOC teaching platform）

5.1 ? 系統功能結構

對本系統的用戶和各個模塊的需求進行分析后，可以把本系統分為前臺和后臺分別進行設計。前臺包括了課程管理、課程設計、試卷管理、登錄、查詢等功能;后臺包括用戶管理、系統設置等功能，具體的系統功能結構如圖4所示。

5.2 ? 系統模塊功能分析

5.2.1 ? 用戶管理

該模塊包括了用戶注冊、登錄、認證、個人信息維護和密碼重置功能。允許用郵箱或手機號進行注冊并登錄，通過發送郵件或給注冊手機號發送驗證信息的方式對用戶進行認證，登錄以后才能進行課程的學習，注冊并未登錄者只能瀏覽課程信息和評價詳情;可以查看其他用戶信息，若發現有違法攻擊系統的學員，可立即刪除該用戶;也可添加新用戶、修改密碼等。用戶管理流程圖如圖5所示。

5.2.2 ? 系統設置

系統設置的功能包含了網站基本信息、郵件服務器、管理導航、友情鏈接、客服、IP黑名單、系統日志。網站基本信息里包含網站名稱、網站域名、瀏覽器圖標、SEO關鍵詞和SEO描述信息、管理員郵箱;郵件服務器是用于學員在注冊或忘記密碼需要找回時;導航模塊可查看現有導航，也可增加新的導航，選擇打開鏈接的窗口，導航菜單可選擇是否開啟，導航菜單的刪除等;友情鏈接的操作和導航模塊類似;客服功能可便于學生聯系管理人員解決問題;IP黑名單主要是對于惡意攻擊系統的IP地址存放處。

5.2.3 ? 課程統計

課程統計有以下功能：（1）課程檢索。教員和學員可按照類別來設置發布課程和搜索課程;（2）查看課程統計。主要是為了讓教師查看學生學習的總人數和學習情況，具體為學習的時間、提問次數、完成作業情況等。

5.2.4 ? 數據庫管理

數據庫直接影響著系統運行的效果，5PHP的運行速度受數據庫的設計和優化程度影響。一個數據表描述了一個實體物體，而且都有一個唯一的字體對其進行標識，如果與其他的有聯系，則會多出其他的標識字體作為外鍵，將數據表的結構化加強;數據表還應具備容易擴展和修改的功能;保證數據簡潔、結構清晰。

數據庫的存儲過程依賴于MySQL的進程碼和服務器終端，使用PL/PSM語言它可以完全被執行。無論開發系統的大小，它都能滿足要求，而且還可進行移植，其主要特點為：（1）速度和性能得以保證。存儲過程一般是被提前編輯好的，所以在系統運行時可直接調用編譯過的存儲過程，這給系統的性能和速度提供了保障;（2）安全得以保障。通過存儲過程的方式數據被保存在存儲過程中，這樣極大地保證了系統的安全性;（3）流量和通信次數的銳減。通過數據庫存儲過程的方式，有服務器直接將操作結果返回給學員，這樣就大大減少了網絡流量和通信;（4）開發方式的模塊化。每個模塊由不同的團隊來完成，這樣各司其職、互相合作的開發方式有利于后期系統的維護。

5.3 ? 系統功能的實現

（1）課程管理。該模塊主要功能是教師管理課程，跟蹤課程狀態、創建課程、發布和管理課程，查看學員的人數和學習的具體情況。（2）題庫試卷。錄入試題。系統可進行課程的測試，學生可通過測試的方式檢測自己是否掌握了知識，而要生成試卷就要先將試題錄入其中，題目類型包括了選擇題、填空題、判斷、簡答和案例分析等，而且試題還按難易程度進行了分類。試卷生成。將試題都錄入進系統后，按試題的難易程度進行分類組成試卷，方便學生的進階學習鍛煉。考試和批閱試卷。學生可進行在線考試，考試設置有時間，時間一到試卷自動提交;教師在線批閱試卷并給出成績和點評，學生通過看老師的點評可再一次鞏固知識。（3）用戶管理。該模塊主要有用戶的注冊、登錄和管理。單擊注冊鏈接進入利用郵箱或手機號注冊成為新用戶，系統會自動檢測

該郵箱或手機號是否注冊過，若沒有則會發送驗證郵件或驗證碼到用戶的郵箱或手機上認證，最后登錄;用戶管理主要是教師和管理員用以查看學員的信息，或搜索學員。（4）課程統計。教師除了要開設創建課程、試題和試卷等等教學任務以外，還要了解該門課程總共有多少人學習、每個學員學習了多久、對課程的掌握情況、對課程和班級的評價等等，課程統計模塊可將此功能實現。

6 ? 結論（Conclusion）

伴隨著信息時代的到來，國內外的慕課平臺紛紛上場，國外有Coursera、Udacity、EDX等平臺，國內的有中國大學MOOC、網易云課堂和學堂在線等平臺，這些平臺的功能也在逐漸豐富和完善。利用互聯網和計算機來學習提升自我已成為大眾認可的方式和教學改革風向，本文通過調研MOOC研究背景和國內外發展現狀、進行相關的技術分析和需求分析、進行總體的系統架構設計、模塊功能分析和實現運行，設計了一套MOOC輔助教學系統。該系統用以輔助教學和改革教學，讓每個人都能公平的獲得教學資源，進而提升自我，以達到提高教學效率和質量的目的。

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作者簡介：

劉 ? 琴（1976-），女，本科，副教授.研究領域：軟件工程.