線上一流課程建設系統的設計

衛麗娜，尹旭宏,2，張 林

（1.寧夏理工學院，寧夏 石嘴山 753000；2.上海龍旗科技股份有限公司，上海 200030；3.東北大學，遼寧 沈陽 110819）

0 引 言

隨著互聯網技術的飛速發展，線上教育這種跨時空教育的方式打破了人們獲取知識的常規方式，教與學不再受時間和地點的限制，知識的獲取方式變得靈活多樣。在“互聯網+教育”的時代，網校教育、MOOC、直播等為教育的發展提供了新的模式。

線上教育擁有更為廣泛的受眾群體，不再受限于傳統模式下以青少年為對象的教育方式，以更加開放和靈活的形式為各類群體提供所需的教育資源，是傳統教育的擴展。其次，在線教育改變了傳統教育教師主宰課堂的局面，提供了“翻轉課堂”的教學方式，教師更多進行課下答疑和同學互動。學生則掌握學習的主動權，根據自己的安排靈活學習，同時可以根據自身需求隨時和教師在線溝通。在教育目的上，在線教育做出了重大突破，傳統教育要求學生在不同的階段完成相應的學習任務，以達到應試教育模式下學生提高學歷，國家選拔人才的目的，但在其他方面，傳統教育難有作為，而在線教育則彌補了這一缺陷。在線教育提倡繼續教育、終身學習。學生對自己的學業更有主動性，對自身的學習成果更加關心[1]。在學校，學生可以通過在線教育的方式彌補不足，鞏固、提高自身知識水平。而在學校之外，在線教育的優勢更加突出，可通過互聯網方式提供繼續教育、職業教育、成人教育等多層次教育。除此之外，傳統教育知識的陳舊性是教育的一大弊端。專業對口的教學方式課程固定，知識更新較慢，學生的實際應用能力較差。在線教育注重培養互聯網信息化人才，教育信息的及時性和擴展性優勢突出。與傳統教育注重行業整體創新不同，在線教育更加注重學生自身的創新性，使學生能夠快速適應高速發展的社會[2]。

受各地區經濟水平的影響，全國各地的師資力量、教學場地和教學水平等教育資源分配不均。大城市經濟發展水平高，能夠吸引更多的教師，并且配備更加完善的教學儀器和場地。相比落后地區，人才嚴重流失，加劇了教學資源的匱乏。線上教育通過互聯網形式，將一線城市的優質資源展現給全國各地，甚至可以將國外資源整合到國內，讓全國各地的學生可以平等選擇更好的教師，更好的教學資源。尤其在遇到重大突發事故時，線上教育能夠真正打破時空限制，真正做到“停課不停教，停課不停學”。

線上教育是通過PC 互聯網或移動互聯網技術，以錄播或者直播的形式提供遠程學習的網絡教學方式。慕課平臺的出現極大地震撼了教育界，更使很多人在不知不覺中加入到學習的浪潮中。在線學習平臺的發展過程中，教學資源的整合度和專業度也在急劇上升。線上教育的變革正在更深層次地改變著我們的學習生活[3]。

2019 年10 月，教育部發布《教育部關于一流本科課程建設的實施意見》，要求建設適應新時代要求的一流本科課程，讓課程優起來、教師強起來、學生忙起來、管理嚴起來、效果實起來，形成中國特色、世界水平的一流本科課程體系，構建更高水平人才培養體系[4]。全面開展一流本科課程建設，樹立課程建設新理念，推進課程改革創新，實施科學課程評價，嚴格課程管理，立起教授上課、消滅“水課”、取消“清考”等硬規矩，夯實基層教學組織，提高教師教學能力，完善以質量為導向的課程建設激勵機制，形成多類型、多樣化的教學內容與課程體系。經過三年左右時間，已建成萬門左右國家級和萬門左右省級一流本科課程。

本文設計的一流課程建設系統整合了教學資源，可免費供用戶學習，還具有師生互動、個性化推薦的功能，可滿足用戶的個性化需求。

1 語言技術

該設計以Python 作為程序開發語言，用MySQL 數據庫存儲信息，選擇Navicat 作為數據庫管理工具，使用Django作為Web 開發框架。

2 需求分析

需求分析是經過深入細致的調研，從用戶角度描繪系統應該實現的功能，將用戶需求轉化為完整的需求定義，這部分是系統分析和軟件設計階段的橋梁。

2.1 業務分析

目前市場的在線教育平臺業務流程有兩種，一是高校內部或與高校聯合的教學系統，由高校提供教學視頻、資料等資源，供用戶學習使用。二是由社會教學機構創建的在線教學系統，管理員將機構內部的教學資源在后臺上傳，便于用戶學習。對于機構的教育而言，其所提供的教學資源符合社會實際需要，但精品課程存在收費現象。

本系統分別向高校和教育機構獲取教學資源的使用權，同時允許個人進行教育資源的上傳，然后通過平臺進行資源的整合分類，用戶在前端可以同時學習高校、機構和個人的學習資源。此舉利用各方資源解決了學校理論和社會實際需要的銜接問題，擴大了受眾群體。同時，縮短了用戶檢索教育資源所需的時間，為用戶帶來更優質的服務。

2.2 功能分析

系統的課程由網站運營方通過線下邀請機構、高校或個人錄制視頻，準備相關資料，由管理員或擁有一定權限的講師將課程信息通過后臺添加。用戶登錄后可經PC 端進入網站學習課程，也可評論和收藏。

網站前端用戶主要學習、下載系統提供的課程，后端管理員主要對課程、機構、用戶等進行管理[5]。

3 系統總體設計

3.1 系統架構設計

系統采用Django 框架設計而成，用戶在瀏覽器請求一個頁面的URL，通過請求映射表url.py 和視圖類建立關系，視圖類中的方法可以選擇性的通過模型訪問底層數據，然后通過前端文件Template 生成頁面呈現給用戶。系統總體架構如圖1 所示[6]。

3.2 總體模塊設計

系統各模塊的設計需遵循高內聚、低耦合原則。根據需求分析，將系統劃分為前端用戶和后臺管理功能模塊。前臺實現了用戶的學習功能，后臺管理模塊用于實現后臺對前臺的管理功能。系統總體功能模塊如圖2 所示。

圖2 系統功能模塊

個人信息模塊是系統的重要模塊之一，可以實現用戶登錄、注冊和填寫個人信息等操作。用戶個人中心用于顯示用戶資料，并記錄用戶所學課程和收藏，同時用于接收平臺消息。

機構是講師和課程的來源，該模塊會展示機構的詳細信息，用戶可以通過搜索或分頁的形式查看檢索機構。對于機構沒有的課程，提供咨詢的窗口，由后臺管理員添加用戶所需課程。

講師是課程的講授者，屬于機構。在講師模塊下會展示講師的詳細信息，將講師與管理員關聯，便于在后臺對課程進行操作。同時，還可為用戶提供講師搜索和分享功能。

課程模塊是系統的中心模塊，用戶可以通過系統提供的方法搜索查找課程，已登錄用戶可以學習下載課程。

后臺管理員負責對前臺用戶、課程、講師和機構等的信息進行管理，同時對前臺的課程學習資源進行增刪改查等操作，超級管理員對普通管理員擁有權限限制。

3.3 數據庫設計

數據庫是系統開發的重要組成部分，本設計使用關系型數據庫MySQL 作為存儲信息的主要數據庫。Django 提供了根據類自動創建數據表的方法，通過Model 模塊與數據庫形成ORM（對象關系映射）[7]，將創建的表上傳到數據庫，大大減少了創建數據表的工作量。本系統根據課程、用戶操作、課程機構和用戶共設計了4 個Model 模塊，每個模塊中都有對應的數據表，其中類的屬性對應表中的字段。

3.3.1 數據庫實體屬性

數據庫中抽象出9個相關實體，主要包括用戶、用戶消息、課程、課程標簽、課程資源、課程章節、課程機構、講師、視頻。

課程實體除了包括課程及基本信息外，還包括點擊數、收藏數等內容，為后續的排序等提供依據，如圖3 所示。

圖3 課程實體屬性

3.3.2 概念結構設計

E-R 圖是描述現實世界的概念模型，根據前文的實體屬性圖[8]，通過他們的外鍵聯系可以構建系統E-R 圖，如圖4 所示。

圖4 系統E-R 圖

3.3.3 物理結構設計

E-R 圖雖然以圖像的形式描繪出了數據庫表的聯系，但沒有列出建表所必需的字段和數據類型，還需要把E-R 圖歸納為滿足一定條件的二維表。根據之前的分析和系統的具體設計，該部分將對關鍵的數據表做進一步詳細闡述。

課程信息表通過外鍵關聯到講師表和課程機構表，并存儲與課程相關的信息，具體見表1 所列。

表1 課程信息表

4 系統實現

4.1 系統開發環境

本系統以Windows10 為開發平臺，選擇集成開發環境Pycharm2019 專業版為開發工具，數據庫選用MySQL5.7。Django 作為Web 開發框架，其強大的admin 使得后臺管理系統開發異常簡單，極大地縮短了開發周期。同時，項目使用virtualenvwrapper 虛擬環境作為獨立的開發環境，解決了不同Python 版本之間的依賴沖突問題。

4.2 系統組織架構

待Pycharm 創建一個Django 項目后，會自動生成項目所需文件，后期根據開發需自行創建圖5 所示的項目組織架構。項目頂層由apps、extra_apps、media、MxOnline、static、templates、xadmin、manage.py 文件構成。

Apps 為內部應用文件夾。MxOnline 為項目主控文件夾，其中包含settings.py、urls.py、wsgi.py 三個文件。xadmin，Django 自帶的后臺管理系統風格不美觀并且功能不完整，所以本項目引用了xadmin 進行替換。extra_apps 為第三方應用文件夾，用于存放引用的第三方應用的源碼。media 用于存儲開發系統所需要的圖形文件，視頻文件存儲于阿里云的OSS 中。manage.py 用于啟動Django 項目。templates 是用于保存HTML 文件的模板文件夾，其定義了前端的樣式、風格等。

4.3 個人信息模塊的實現

由前文可知，用戶模塊設計了注冊、登錄和個人中心三部分。

4.3.1 注冊登錄功能的實現

系統注冊采用手機驗證碼的形式，驗證碼登錄時填寫登錄表單，后臺通過邏輯判斷向用戶發送驗證碼。圖形驗證碼的實現共有四步：首先通過pip install django-simple-captcha安裝Django 的APP，其次將captcha 加入settings.py 文件，然后通過migrate 命令在數據庫中生成相應的圖形驗證碼表，最后在urls.py 文件中加入url。Django 通常由form 生成表單，而驗證碼一般也伴隨注冊登錄表單，因此需要在forms.py 中添加驗證碼的字段，然后在Views 視圖中實例化form 表單，最后通過{{ register_get_form.captcha }}在前端HTML 文件中渲染出來。

4.3.2 用戶個人中心的實現

根據系統整體模塊劃分，個人中心共設計了四個子模塊，分別是用戶資料展示、用戶課程展示、用戶收藏展示和用戶消息展示，只有登錄用戶才可以進入個人中心。

4.4 課程學習模塊的實現

課程模塊是本系統最重要的模塊，主要包括課程列表展示、課程推薦和課程學習三部分。課程模塊主要時序圖如圖6 所示。

圖6 課程相關時序圖

當用戶點擊某一門課程時，頁面會自動跳轉至課程詳情頁面，此時，登錄用戶開始學習。

在CourseDetailView 視圖類中重載get 方法，使用字段id 獲取課程的信息，當點擊課程時，課程的點擊數djs+=1，同時使用save（）方法保存，并傳遞給前端，前端將課程圖片、難度、時長、章節數等字段輸出。其中，章節數以動態方法統計，在models.py 中定義lesson_nums 方法，返回self.lesson_set.all（）.count（）的值，在前端直接調用lesson_nums 方法，避免修改數據的大量操作。

用戶收藏的實現和課程詳情頁面收藏的實現基本一致，前端定義add_fav 方法，向后端發起請求。后端定義了兩個參數，代表課程的has_fav_course 和代表機構的has_fav_org，默認狀態是未收藏False 值，然后分別對用戶的收藏行為做判斷。當fav_type=1 時，獲取課程的id，has_fav_course=True；當fav_type=2 時，獲取機構的id，has_fav_org=True。前端接收收藏的狀態，再通過if 語句判斷提示用戶是否收藏。

反饋信息的展示是后端通過course 外鍵從數據庫中獲取后，前端對獲取的信息進行for 循環展示。用戶發表評論在CommentView 視圖類的post 接口實現。首先進行表單驗證，取出course_id 和comments 值，然后對數據庫的對應字段進行插入操作，最后對插入是否成功做判斷并將結果返回前端。

4.5 后臺管理系統的實現

后臺管理系統是后臺管理員維護網站的模塊，本系統使用xadmin 代替Django 原有的admin 后臺管理系統。xadmin基于Bootstrap3.0 框架打造，支持在多種屏幕上無縫瀏覽，并完全支持Bootstrap，可以讓管理后臺簡易、多樣。

通過GitHub 搜索xadmin，下載源碼包，把下載文件中的xadmin 文件拷貝到項目根目錄下。由于xadmin 也是APP，所以在setting.py 的INSTALLED_APPS 中添加xadmin和依賴包crispy_forms。除此之外，還要進行url 配置，替換Django 原有的admin，將url 指向xadmin。最后使用makemigrations 和migrat 命令創建xadmin 默認的表，而項目會自動搭建簡易的后臺管理系統。在每個APP 下創建一個adminx.py 文件，xadmin 會自動在每個APP 下搜索xadminx.py 并注冊。在注冊時通過xadmin.site.register（）方法和model 表關聯，在models.py 定義def 方法獲得數據。

5 結 語

系統的設計主要采用Django 開發框架，用MySQL 數據庫和當下流行的阿里云共同存儲數據。首先采用例圖的方式進行需求分析，根據需求分析設計出對應的功能模塊，其分為用戶功能模塊、課程功能模塊、講師功能模塊、機構功能模塊和后臺管理員功能模塊。然后進行每個模塊的APP 和model 設計，并通過前端HTML 實現頁面展示，最后對系統進行功能測試并輸出測試結果。

根據需要，本系統完成了最基本的功能，但仍存在很大不足，應根據實際需求進行適當擴充。首先，本系統的視頻播放功能較為簡單，僅提供播放、音量和全屏功能，未來應當根據實際需求對video 插件進行完善，滿足更多個性化的要求。其次，系統所實現的功能較為單一，應當有針對性的擴充，滿足當今個性化、多樣化趨勢。最后，系統可擴展實現講師間的虛擬教研[9]和學習者之間的研討[10]等云服務器的部署工作，更好地服務大眾。