iStudy教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

胡康程 虞歌

摘? 要： 近年來，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的教學(xué)模式已得到廣泛應(yīng)用，而教學(xué)平臺(tái)作為實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的重要載體更是備受關(guān)注。文章從高校師生的實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)開發(fā)了iStudy教學(xué)平臺(tái)，它集教學(xué)、實(shí)踐、評(píng)價(jià)、考試于一體，將題庫管理與綜合教學(xué)管理體系緊密結(jié)合在一起，既重組整合了高校教學(xué)資源，又推動(dòng)了教學(xué)方法、教學(xué)手段和教學(xué)評(píng)價(jià)等方面的改革，深受廣大師生的喜愛。

關(guān)鍵詞： 互聯(lián)網(wǎng)+教育; 教學(xué)平臺(tái); ASP.NET MVC; 一體化

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ?文章編號(hào)：1006-8228（2021）02-29-05

Abstract： In recent years， the teaching mode of "Internet plus education" has been widely adopted， and the teaching platform as an important carrier of "Internet plus education" is paid close attention to. Starting from the actual needs of teachers and students in colleges and universities， iStudy teaching platform is designed and developed in this paper， which integrates teaching， practice， evaluation and examination as one to combine the question bank management system with the comprehensive teaching management system closely. It not only reorganizes and integrates teaching resources in colleges and universities， but also promotes the reform of teaching methods， teaching means and teaching evaluation， which is deeply loved by teachers and students.

Key words： “Internet plus education”; teaching platform; ASP.NET MVC; integration

0 引言

隨著《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》的出臺(tái)，標(biāo)志著我國(guó)教育信息化建設(shè)進(jìn)入新的歷史時(shí)期，教育信息化已經(jīng)成為推動(dòng)我國(guó)教育系統(tǒng)性變革的內(nèi)生變量[1]。而在教育信息化的時(shí)代背景下，研究支持混合式教學(xué)的信息化手段成為課程教學(xué)面臨的一個(gè)問題[2-3]。教學(xué)平臺(tái)的發(fā)展恰好為該問題的解決提供了良好契機(jī)。一個(gè)功能齊全、性能穩(wěn)定的教學(xué)平臺(tái)，不僅可以滿足學(xué)生在線自主學(xué)習(xí)的個(gè)性化需求，還能在極大程度上緩解教師的教學(xué)壓力，讓教師能有更多的精力致力于構(gòu)建優(yōu)秀的教學(xué)資源和開展個(gè)性化教學(xué)。

本文提出一種基于現(xiàn)代教學(xué)理念的iStudy教學(xué)平臺(tái)。iStudy是集教學(xué)、實(shí)踐、評(píng)價(jià)、考試和題庫管理于一體的高校教學(xué)平臺(tái)，適用于高校各類課程。iStudy還提供了移動(dòng)端App，兼顧了Android和iOS不同系統(tǒng)用戶的實(shí)際需求。目前，該平臺(tái)已在高校教學(xué)中投入使用，輔助師生更好的開展教學(xué)工作，深受廣大師生的喜愛，獲得一致好評(píng)。

1 平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 ASP.NET MVC框架

MVC（Model View Controller）是一種軟件設(shè)計(jì)模式，用一種業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)、界面顯示分離的方法組織代碼，它把應(yīng)用程序的輸入、處理、輸出按照Model、View、Controller三個(gè)核心部分進(jìn)行分離，使得他們各司其職，任一部分的修改都不會(huì)影響其他部分，便于構(gòu)造良好松耦合的構(gòu)件。

ASP.NET MVC是微軟官方提供的以MVC模式為基礎(chǔ)的ASP.NET Web應(yīng)用程序框架[4]。ASP.NET包含WebForms、Web Pages和MVC三種開發(fā)模式。ASP.NET MVC框架[5]是一個(gè)可擴(kuò)展的輕量級(jí)框架，具有良好的可移植和定制功能， 便于靈活測(cè)試，并且支持現(xiàn)有ASP.NET特性。ASP.NET MVC架構(gòu)圖如圖1所示。

1.2 Hybrid App開發(fā)

Hybrid App（混合模式移動(dòng)應(yīng)用）是指介于Web App、Native App這兩者之間的App，兼具“Native App良好交互體驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)”和“Web App跨平臺(tái)開發(fā)的優(yōu)勢(shì)”。跨平臺(tái)混合開發(fā)的優(yōu)點(diǎn)就在于只需一次編寫和開發(fā)， 就可以實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)互通， 簡(jiǎn)單易學(xué)， 并適應(yīng)于大多場(chǎng)景[6]。混合開發(fā)允許開發(fā)者充分利用移動(dòng)設(shè)備提供的各樣特性和功能，并且讓程序的開發(fā)和維護(hù)變得更集中、簡(jiǎn)便和高效。

1.3 Token身份驗(yàn)證

教學(xué)平臺(tái)采用前后端分離的設(shè)計(jì)模式，前后端聯(lián)通時(shí)利用token進(jìn)行身份驗(yàn)證，JWT很好的實(shí)現(xiàn)了這個(gè)功能。JWT就是JsonWebToken，是一種基于JSON對(duì)象形式，用于通信雙方之間傳遞安全信息的聲明規(guī)范，是目前最流行的跨域身份驗(yàn)證解決方案[7]。當(dāng)用戶訪問服務(wù)器時(shí)，通過用戶名和密碼發(fā)起登錄請(qǐng)求，服務(wù)器驗(yàn)證身份后，返回一個(gè)簽名的token給客戶端，此后客戶端每次發(fā)起請(qǐng)求，服務(wù)器都會(huì)對(duì)其攜帶的token進(jìn)行身份校驗(yàn)。Token身份驗(yàn)證流程如圖2所示。

2 教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

iStudy教學(xué)平臺(tái)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)，

.NET平臺(tái)，基于Asp.net MVC框架利用C#語言進(jìn)行開發(fā)。平臺(tái)采用前后端分離的設(shè)計(jì)模式，使用IIS的Web服務(wù)器，流媒體服務(wù)器為FlashMediaServer（簡(jiǎn)稱FMS）。前后端通信數(shù)據(jù)格式采用JSON格式。數(shù)據(jù)庫選擇了性能高、擴(kuò)展能力強(qiáng)的SQLServer，便于課程資源和信息的存儲(chǔ)。

2.1 平臺(tái)設(shè)計(jì)理念

⑴ 實(shí)現(xiàn)教學(xué)與考試的融合：教學(xué)與考試是教育必不可少的環(huán)節(jié)，是不可分割的統(tǒng)一體。該平臺(tái)提倡課程學(xué)習(xí)與考試相結(jié)合的教學(xué)模式，在課程學(xué)習(xí)過程中提供相應(yīng)的測(cè)試，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與考試相融合的設(shè)計(jì)理念。此外，還需實(shí)現(xiàn)課程測(cè)評(píng)活動(dòng)，為課程管理和反饋提供可靠補(bǔ)充，進(jìn)一步讓教學(xué)質(zhì)量得以保證。

⑵ 實(shí)現(xiàn)資源庫的共建共享：教學(xué)資源共享是促進(jìn)教育信息化的基礎(chǔ)工程和核心環(huán)節(jié)。目前，以實(shí)時(shí)互動(dòng)和網(wǎng)絡(luò)教育過程為特征的網(wǎng)絡(luò)教育2.0能夠更好地實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)教育資源的共享，更大程度上實(shí)現(xiàn)教育的公平[8]。為了響應(yīng)時(shí)代需求，平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)資源庫的共享機(jī)制，即支持用戶間資源共享，開放教師資源，讓有限的資源釋放無限的價(jià)值。

⑶ 實(shí)現(xiàn)多維度組卷：教學(xué)過程中，練習(xí)和測(cè)試是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果的必要手段，但習(xí)題的出設(shè)卻是件十分繁瑣的工作。我們希望平臺(tái)能夠幫助教師解決這個(gè)繁瑣、耗時(shí)的過程，打破教師到處找題的模式，實(shí)現(xiàn)多維度組卷，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)控組卷參數(shù)，優(yōu)化組卷的過程，從而讓教學(xué)過程更為簡(jiǎn)便智能。

⑷ 實(shí)現(xiàn)智能診斷和個(gè)性化反饋：智能診斷在教學(xué)平臺(tái)中有著重要的作用，該平臺(tái)旨在建立有效診斷學(xué)生問題并提供反饋的智能系統(tǒng)。分析反饋學(xué)生知識(shí)點(diǎn)掌握情況，并據(jù)此對(duì)用戶進(jìn)行個(gè)性化推薦，提供專項(xiàng)訓(xùn)練以強(qiáng)化知識(shí)掌握，方便學(xué)生及時(shí)了解自身的學(xué)習(xí)情況并得到專項(xiàng)指導(dǎo)意見。

2.2 功能模塊分析設(shè)計(jì)

根據(jù)iStudy的設(shè)計(jì)理念，用圖3所示功能模塊結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)了iStudy教學(xué)平臺(tái)。①資源庫管理。資源庫的建設(shè)和維護(hù)是教學(xué)平臺(tái)得以良性發(fā)展的基石，包括題庫的建立共享、知識(shí)庫的建設(shè)管理。②教學(xué)管理。課程的建設(shè)和管理是教學(xué)平臺(tái)的重要組成部分，包括課程管理和學(xué)生管理。③考試管理。高質(zhì)量的考試是平臺(tái)教學(xué)成果得以檢驗(yàn)的重要方法。包括考試組織和監(jiān)督管理。④智能反饋。及時(shí)反饋用戶學(xué)習(xí)情況是學(xué)習(xí)平臺(tái)良性發(fā)展的重要保障，包括學(xué)情分析和個(gè)性化推薦。⑤個(gè)人中心。維護(hù)個(gè)人信息。⑥交互中心。良好的交互是平臺(tái)得以個(gè)性化保障的前提。包括站內(nèi)信箱和綜合討論區(qū)。

A. 資源庫管理模塊

資源庫管理模塊的建設(shè)遵循平臺(tái)設(shè)計(jì)理念，實(shí)現(xiàn)資源庫的共建共享。除了自建外，教師還可以使用他人共享的資源并進(jìn)行重建。該模塊主要包含知識(shí)點(diǎn)管理和題庫管理。

在知識(shí)點(diǎn)管理中，iStudy平臺(tái)利用樹狀結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)使用知識(shí)脈絡(luò)，基于知識(shí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行資源的梳理，并可通過知識(shí)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行子節(jié)點(diǎn)的構(gòu)建。有效解決了目前基于教材章節(jié)編寫試卷存在的難更新、難管理等問題，讓知識(shí)結(jié)構(gòu)得以清晰體現(xiàn)，提高工作效率的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了一次構(gòu)建多次重用的優(yōu)勢(shì)。

題庫管理主要體現(xiàn)在多維度組卷中。平臺(tái)綜合考慮了組卷的出發(fā)點(diǎn)和目的，實(shí)現(xiàn)了多維度組卷。①按套數(shù)組卷。根據(jù)題目套卷進(jìn)行選擇性組合，適用于平時(shí)的章節(jié)習(xí)題、實(shí)驗(yàn)和綜合考試;②根據(jù)題目所屬知識(shí)點(diǎn)組卷。主要適用于知識(shí)點(diǎn)的專項(xiàng)練習(xí);③手工組卷。用戶可設(shè)置各種參數(shù)，如知識(shí)點(diǎn)、難度和章節(jié)提取問題的比例等，這種組卷方法具有高度的自主性并且貼近真實(shí)組卷環(huán)境，具有廣泛的適用性。

B. 教學(xué)管理模塊

教學(xué)管理模塊是平臺(tái)的核心模塊。教師通過開設(shè)課程啟動(dòng)教學(xué)過程。開課時(shí)可以根據(jù)自身實(shí)際情況建設(shè)或?qū)胝n程資源。將課程相關(guān)學(xué)生關(guān)聯(lián)到課程中后，課程便更新同步到學(xué)生端頁面中，就此正式開放使用，后續(xù)也可對(duì)課程和學(xué)生進(jìn)行相關(guān)管理操作。

教師可以根據(jù)知識(shí)點(diǎn)脈絡(luò)在具體節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行相關(guān)教學(xué)資源的傳載，編輯管理課程公告，在線靈活組卷并布置作業(yè)、練習(xí)和實(shí)驗(yàn)，開展系列常規(guī)教學(xué)活動(dòng);學(xué)生可在具體的知識(shí)節(jié)點(diǎn)使用學(xué)習(xí)資源，對(duì)老師布置的作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、練習(xí)進(jìn)行操作。學(xué)生的學(xué)情會(huì)在第一時(shí)間以圖表的形式反饋給老師。此外，iStudy平臺(tái)還專門開設(shè)了綜合討論區(qū)，支持在線討論，使課堂頭腦風(fēng)暴和實(shí)時(shí)交流成為可能。具體的教學(xué)管理流程圖如圖4所示。

C. 考試管理模塊

考試管理模塊在iStudy平臺(tái)教學(xué)過程中占據(jù)著舉足輕重的地位。該模塊將教學(xué)管理、題庫組卷、學(xué)情反饋緊密的聯(lián)動(dòng)在一起，徹底盤活了整個(gè)教學(xué)過程。該模塊允許四種用戶角色存在：考試管理人員，任課老師，監(jiān)考老師和學(xué)生。

考試管理人員負(fù)責(zé)考情安排，包括考試時(shí)間地點(diǎn)和監(jiān)考老師等考務(wù)安排、考試的最終數(shù)據(jù)驗(yàn)收，并負(fù)責(zé)考試信息的發(fā)布和成績(jī)的匯總通知;任課老師負(fù)責(zé)必要的考題組卷、閱卷以及考生管理。監(jiān)考老師負(fù)責(zé)維護(hù)考場(chǎng)秩序，解決考試異常，為考生提供必要幫助。iStudy平臺(tái)提供了強(qiáng)有力的考場(chǎng)監(jiān)管功能。教師可以監(jiān)控所有考生的實(shí)時(shí)答題情況，并根據(jù)IP地址對(duì)考生的考試權(quán)限進(jìn)行控制，有力的保障了考場(chǎng)的秩序和安全。

考試管理模塊中各角色各司其職，分工明確，做到考試有序，實(shí)現(xiàn)教學(xué)考核一體化。

D. 智能反饋模塊

學(xué)而不思則罔，思而不學(xué)則殆。及時(shí)掌握自身學(xué)習(xí)情況是在線教學(xué)中進(jìn)行有效學(xué)習(xí)的必要保證，智能反饋模塊正是為此而設(shè)置。模塊包含學(xué)情反饋和個(gè)性化練習(xí)推薦。

根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及作業(yè)、練習(xí)、實(shí)驗(yàn)的完成情況，平臺(tái)會(huì)對(duì)用戶提供學(xué)情反饋，將實(shí)際學(xué)習(xí)情況和知識(shí)點(diǎn)掌握情況，以圖表的形式展現(xiàn)給用戶，分析知識(shí)點(diǎn)漏洞并提供指導(dǎo)意見，便于用戶開展后續(xù)針對(duì)訓(xùn)練。此外，平臺(tái)會(huì)針對(duì)用戶的實(shí)情進(jìn)行相關(guān)個(gè)性化推薦。其中，練習(xí)推薦流程圖如圖5所示。

E. 個(gè)人中心模塊

個(gè)人中心模塊是體現(xiàn)用戶個(gè)性化需求的模塊。用戶可以根據(jù)實(shí)際需求對(duì)個(gè)人信息進(jìn)行編輯完善，包括頭像設(shè)置和密碼修改。個(gè)人信息的完整是平臺(tái)交互得以保障的前提。方便用戶交互的同時(shí)更是滿足了用戶的個(gè)性化需求。

F. 交互中心模塊

交互模塊的主要內(nèi)容是站內(nèi)信箱和綜合討論區(qū)。站內(nèi)信箱分為收件箱、發(fā)件箱、通訊錄和回收站四個(gè)站點(diǎn)。收件箱中的信件被刪除后會(huì)先到回收站中，但若在回收站中被刪除，則該信件會(huì)被徹底刪除。發(fā)件箱中存放著用戶發(fā)出的所有信件，且信件會(huì)顯示自身的瀏覽狀態(tài)，以便于用戶及時(shí)掌握所發(fā)郵件的閱讀狀態(tài)。通訊錄則包含所有教師和班級(jí)同學(xué)信息，便于交互。而綜合討論區(qū)的存在更是在充分推動(dòng)用戶課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上加強(qiáng)了師生、生生間的交流互動(dòng)。

3 iStudy移動(dòng)端的實(shí)現(xiàn)

隨著iStudy教學(xué)平臺(tái)在高校教學(xué)過程中的普及，單一的網(wǎng)頁端教學(xué)平臺(tái)已很難滿足廣大高校師生的需求，為了更好服務(wù)師生的教育教學(xué)工作，我們開發(fā)了iStudy移動(dòng)端。iStudy移動(dòng)端采用C/S（客戶端/服務(wù)器）架構(gòu)模式，利用前后端分離的設(shè)計(jì)模式，基于Windows系統(tǒng)進(jìn)行混合App開發(fā)，極大的拓寬了iStudy教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用前景，為iStudy教學(xué)平臺(tái)的發(fā)展提供了更廣大的空間。

移動(dòng)端的服務(wù)端基于.NETCORE框架開發(fā)，采用了ASP.NET Web API的模式，它是一種REST[9]風(fēng)格的Web服務(wù)程序的框架，用于創(chuàng)建連接瀏覽器、移動(dòng)設(shè)備等多種客戶端的HTTP服務(wù)。在REST架構(gòu)中，通過HTTP的GET、POST、PUT、DELETE四種方法實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的操作，簡(jiǎn)單靈活，已成為目前最主要的Web服務(wù)設(shè)計(jì)模式。使用ASP.NET Web API開發(fā)了一套統(tǒng)一的后臺(tái)業(yè)務(wù)邏輯接口，通過這套接口為多客戶端提供相應(yīng)業(yè)務(wù)邏輯操作，成功實(shí)現(xiàn)前后端分離。

移動(dòng)端采用HybirdApp進(jìn)行開發(fā)，通過調(diào)用封裝好的API接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，前后端通信數(shù)據(jù)格式仍采用JSON格式。采用的HybirdApp開發(fā)框架是Ionic+Cordova+AngularJs組合。Ionic是一個(gè)強(qiáng)大的HTML5應(yīng)用程序框架，主要用于應(yīng)用的界面搭建;Cordova是Apache的開源框架，是由PhoneGap演化而來的一套核心代碼，是應(yīng)用的殼;AngularJs則是應(yīng)用的核心，主要用于界面的數(shù)據(jù)綁定和邏輯處理。

在當(dāng)今時(shí)代，智能終端設(shè)備的普及已經(jīng)顛覆了傳統(tǒng)的生活模式。iStudy移動(dòng)端的實(shí)現(xiàn)，順應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展，貼合了用戶不斷增進(jìn)的需求，在帶給用戶舒適體驗(yàn)的同時(shí)更是給iStudy教學(xué)平臺(tái)的未來注入了無限可能。

4 結(jié)束語

iStudy教學(xué)平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)，將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)和傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了高校資源的共建共享，順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展，響應(yīng)了學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)需求，讓高校課程變得“有深度、有高度、有溫度”。在解決高校課程難度大、練習(xí)少、課時(shí)不靈活等問題的基礎(chǔ)上，建設(shè)了更多內(nèi)容實(shí)用、趣味性強(qiáng)、跨平臺(tái)的教學(xué)資源，提高了師生對(duì)于課程的熱情和興趣，更好地促進(jìn)了學(xué)習(xí)效果，極有力地支持了廣大高校師生的教育教學(xué)工作。未來，平臺(tái)將在此基礎(chǔ)上不斷地優(yōu)化算法，豐富功能，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)，讓iStudy教學(xué)平臺(tái)的服務(wù)更加人性智能化。

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