基于Java技术的Web网络教学平台浅析

基于Java技术的Web网络教学平台浅析[7]李芝兴，杨瑞龙（重庆大学计算机学院，400044）摘要:本文分析了用Java构建的Web网络教学平台的基本结构和组成技术，并对如何把Struts，Spring和Hibernate等开放源代码的软件框架应用于Web网络教学平台作了分析。关键词：Java，Jsp，网络教学，开发源代码，软件框架随着计算机技术的飞速发展，教育信息化、网络化的进程不断深入，特别是采用TCP/IP协议的Internet/Intranet的不断普及，利用计算机技术和网络技术已成为现代教育的一个重要发展方向，基于网络的教学软件由于在现代教育中可以最大限度地利用教育资源，因而得到迅速的发展。网络教学平台[1]是指具有教学功能的计算机软件，在某种程度上能代替或辅助教师实施教学。基于Web的教学软件以Internet/Intranet网络为基础，将教学内容用Web页面来表示，这种网络教学平台，具有远程教学的开放性、灵活性、交互性、分散性等特点，它将某些领域的知识按照教学目标来组织知识，聚集成模块，形成层次化、网络化结构，做成页式或脚本式的软件。教学平台完成后用服务器进行管理，客户端用IE等浏览器进行浏览，并通过WEB页面进行交互式的学习，实现在时空上相对独立的教学模式，与传统课堂教育方式相比，新的教育方式最重要的特点在于突破了时间和空间的限制，不再完全依赖于教师和学生之间面对面地教学。在新的教学方式下，学生充分发挥自主性，根据自己的实际情况确定学习内容和安排学习进度，从而满足了教育的普及性和独立性的需要，适合所有有学习要求的学生上网使用。这种方式已成为网络教学平台开发的主流方向。一、网络教学平台构成要真正发挥网络教学的优势，就必须遵循现代教育的教学规律，进行科学的教学设计。教学设计就是应用系统的方法分析教学问题，确定教学目标，建立解决问题的步骤，选择相应的教学策略和教学手段，最后分析评价其结果的操作过程。因此，作为网络教学平台系统就应有科学构成，笔者认为网络教学软件应包括用户登录、网络教程、交流区、资源区、作业考试区等功能模块。整个系统如图。图1Web网络教学平台功能图1、用户登录。管理用户和验证用户身份，并检查用户访问系统的权限。学生在通过身份验证后可以进入学习、讨论、提问、作业、考试等环节。教师在通过身份验证后可以进行Web网络教学系统用户登录网络教程交流系统资源系统测试系统在线辅导和答疑、发布信息及进行作业、考试评估。通过登录次数和浏览时间，在一定程度上反映学生学习情况。2、网络教程。是软件中的主要部分。学习内容可以按章节或专题设计。首先，要涵盖章节或专题所有知识点内容，为整体的教学内容构建知识结构图。第二，各知识点的关系要体现学科教学特点，反映学科的教学规律。第三，知识体系要有自己的要素、结构和功能。因此，在软件设计时要在清楚提示知识关系的同时，展示出知识结构的功能，从而方便学生的学习。网络教程不是简单的把课本上的内容照搬到网上，而是要充分利用网络教育平台提供的多媒体教育工具。培养学生学习的兴趣，增强印象，提高学习速度。在本网络教学平台的内容是Java程序设计。比如对于Applet的讲解，可以直接把Applet嵌入到网页中。在线演示运行效果。3、交流系统。以Email、论坛方式，给学习者提供一个学习交流的场所，就一些问题和教师、同学进行讨论，对学习心得进行交流，还可以提出自己的观点，征询别人看法。通过多种形式的交流，有利于学习者加深对一些问题的认识，拓宽自己的思路。4、资源系统。指与专题或章节内容相关的背景资料、多媒体视频资料，不同观点资料、相关的评论等内容，还包括工具书及与学习内容相关的国内外站点等。目的是使学生拓宽视野，更深入理解学习内容。5、测试系统。主要包括章节或专题的练习题和测试题，用于检查学生自我检查对基本知识、基本技能掌握的情况，包括客观题、主观题，对于客观题可以给出相应的答案，而主观题可给出参考答案或思路。还包括模拟考试题，检查学生多所学全部内容的掌握情况。整体教学资源按照内容，表现形式又可以划分成不同的栏目。二、Web网络教学平台设计方法与技术总体思路，是将软件设计方法分两部分，一是利用dreamweaver等工具开发网页中静态部分，用flash开发动画；二是利用Java，Jsp，Jdbc等开发动态、交互性部分，在网站的构建中使用开放软件源代码的框架Struts[2]，Spring[6]和Hibernate[7]。1．软件层次结构的划分我们把Web网络教学平台划分为4层：表示层，业务层，域模型层和持久层。每一层都有明确的责任。表示层是最靠近用户的一层，负责向用户展示一个交互界面，管理用户的请求，做出相应的响应，对用户的请求委派调用业务逻辑和其它上层处理。本层使用Struts技术。持久层是距用户最远的一个层次，为Java提供持久化的对象-关系映射，把程序中处理的JavaBean对象映射到关系数据库的实体。在本平台在使用了Hibernate技术，程序开发者无需编写具体的访问数据库的sql语句。Java程序可以像操作一般的Java对象一样操作数据库。业务层，处理应用程序的业务逻辑和业务校验，管理事务，管理业务层级别的对象的依赖，在显示层和持久层之间增加了一个灵活的机制，使得他们不直接的联系在一起，通过揭示从显示层到业务层之间的上下文环境来得到业务层的服务，并且管理程序的执行。在这一层我们使用Spring框架。域模型层是一些对象集合，由实际需求中的业务对象组成，可以在各层之间移动，图2Web网络教学系统架构图2、系统软件配置使用Jsp技术开发基于的网络教学平台，作为一个系统主要由三部分组成：1)Web服务器。我们在开发中使用的Web服务器是Caucho公司的Resin，它是一款免费的Web服务器，除了具备Web服务器的所有功能外，可以编译，解释、执行Jsp文件，可以作为一个Java的Web容器使用。并且可以作为IIS的插件使用，这样的站点服务器就可方便地利用IIS来管理。当然对于Linux用户来讲，Tomcat也是一个很好的选择。在本项目中，在Web服务器端，我们还使用了Struts，Spring，Hibernate等软件框架，优化网络教学平台的结构，提高程序的稳定性，可靠性和可扩展性。2)数据库。软件开发中，数据库技术主要用来支持实现远程登录、网络教程、交流区、作业考试等动态网页部分数据的存取。我们在开发中采用MSSqlServer2000数据库，整个网站Windows2000server下运行。3)浏览器。目前应用最广的是Microsoft公司的IE6。3、静态网页制作技术静态网页制作技术是一种通过HTML标记语言，按照一定的格式整合各种媒体，如图片、文字、声音等，结合Web服务器实现信息网络发布的技术。常见的静态网页制作工具有FrontPage、DreamweaverFlash等。静态网页的开发我们主要采用DreamweaverMX，因为他能够很好的支持Jsp文件的编辑，在网页编写方面具有独特的功能对编码进行编辑处理的完美解决方案，并运用了CSS技术和DHTML技术。软件中“网络教程”、“资源系统”等部分是应用静态网页制作技术来制作完成的。4、动态网页发布技术动态网页发布技术是指客户端与服务器端的一种交互技术。这种技术使得用户在网页中输入信息并提交以后，可以得到网站的及时反馈信息。常用的动态网页发布技术有：CGI、ASP、JSP、PHP等。我们采用JSP（JavaServerPages）编写。软件中的“交流系统”、“测试系统”等部分的开发就采用了这种技术，教学平台中的很多板块的内容管理，我们也采用动态网页制作技术，把教学内容放置在后台数据库中，根据需要提取。三、Java技术在Web网络教学平台应用Java技术的意义在于对基于Internet的应用的有力的支持。Java具有多方面的良好特点，表现在面向对象、与平台无关、分布式、交互式、多线程、解释型、可移植、动态、安全、以及对多媒体格式支持等。Java适用广域网络及Internet对编程语言的要求，尤其是与结合，使得其成为网络软件开发的理想工具。我们进行网络软件开发中的“交浏览器Web服务器数据库HtmlAppletStrutsJsp，ServletHibernateJDBCSpringJavaBean域模型层，JavaBean表示层业务层持久层流系统”如BBS、在线讨论、评论、在线测试等就是用Java技术实现的。尤其是Java教学程序和其学习者实现交互，这是开发基于Internet和计算机网络软件系统所必须的基本要求。主要采用了如下JAVA技术：1、Javaapplet技术Javaapplet是一种小应用程序，Javaapplet直接嵌入到HTML语言中，通过主页发布到Internet。Java类文件在HTML语言中标识为〈applet，code=“javaapplet的文件名”……./applet〉。Javaapplet可以创建集音乐、声音和动画于一体的多媒体WEB页面。2、JSP技术JavaServerPages的简称，它是在HTML代码中插入JAVA程序片断（Scriptlet）和标记（tag）形成的，可以在服务器端对数据库进行操作，从而可以实现客户端与服务器端数据库系统通讯的目的。在HTML代码中由%-%指定，它是继ASP之后的另一动态WEB技术，是跨平台的，而ASP技术只能在微软的操作平台上运行。我们在开发软件时，JSP技术主要用在用户登录、交流、测试等部分。它是我们软件中实现动态的主要技术。3、Javabeans技术Javabeans是一种可重用且跨平台的软件组件（SoftwareComponent），它可以被Applet、JSP等JAVA应用程序调用，在JSP中，可以将一些繁琐或者常用的动作，写于Bean内，达到简化JSP网页结构的目的，要加载Bean时，可使用。例如软件中文件上传、下载，在线交流等的实现。4、JDBC技术数据库连接对动态网站来说是最为重要的部分，JAVA中连接数据库的技术就是JDBC（JavaDatabaseConnectivity）。JDBC是一组API（ApplicationProgrammingInterface，应用程序设计接口），这组API可以协助开发人员轻松地处理程序与数据库的链接动作。很多数据库系统带有JDBC驱动程序，JAVA程序就是通过JDBC与数据库相连，执行查询、追加、删除等操作。SUN公司还开发了JDBC-ODBC桥，用此技术Java程序就可以访问带有ODBC驱动程序的数据库，而大多数数据库都带有ODBC驱动程序。5．Struts技术Struts是Apache基金会Jakarta项目组的一个OpenSource项目,它采用了基于Web的模型-视图-控制器(Model-View-Controller,MVC)模式,能够更好地帮助Java开发者利用J2EE开发Web应用。MVC模式见图3。图3MVC模式图Struts由一组相互协作的类(组件)、Serlvet以及JSP，taglib组成,其中,Servlet用于HTTP请求的分配及JSP的调用；标记库用于页面的动态生成;实用类库用于XML的解析及Bean的属性设定。利用控制器来分离模型和视图，达到一种层间松散耦合的效果，提高系统灵活性、复用性和可维护性。Struts框架在视图方面提供了很多Jsp自定义标签，为设计用户界面提供了方便，并且可以把用户的请求封装成很多动作，即Action。通过控制器统一的处理客户的请求。6．Hibernate技术Hibernate是Java平台上的一种全功能的、开放源代码OR映射框架。Hibernate在许多方面类似于EJBCMPCMR（容器管理的持久性/容器管理的关系）和JDO（JavaDataObjects）。与JDO不同，Hibernate完全着眼于关系数据库的OR映射，并且包括比大多数商业产品更多的功能。大多数EJBCMPCMR解决方案使用