基于SpringBoot的在线教育系统研发及应用实践

来源:新东方在线 发布时间:2022-11-18 点击:

陶 铭,谢仁平

(东莞理工学院计算机科学与技术学院,广东东莞 523808)

信息和网络技术的快速发展、智能终端的大规模普及给在线教育平台的发展带来了新机遇。特别在新冠肺炎疫情影响下,为响应教育部“停课不停学”的号召,各院校积极开展线上教学,使在线教学平台迅速扩张。

线上教学平台作为实现在线教育的载体和依托,对在线教育的发展具有重大影响。2020 年新冠肺炎疫情期间,共有1 454 所高校开展了在线教学,共计开设了107 万门课程,参加在线学习的大学生共计1 775 万人,合计23 亿人次。超大规模的互联网在线教学衍生了海量的数字化学习资源,但优质的学习资源并不等同于有效的学习资源,而需要与教学目标和教学内容相结合,才能促进学生有效学习。

大学教育注重培养学生的自主学习、终身学习能力,在线教育由于学习环境的特殊性,既是对学生自我管理和自主学习能力的考验,也是锻炼学生自主学习能力的机会。杨斌等提出在线教育平台应该包含线上课程教学与课外活动两部分,除线上课堂教学外,应包含课外师生间、学生间的丰富互动,营造积极、乐观、互相启迪的在线学习环境,避免学生产生学习孤独感。同时,以美国为代表的发达国家也在通过补偿等方式促进在线教育课程建设,并重强调高质量在线教学设计离不开学生高质量交互行为。

后疫情时代,在线教育仍是未来教育的基本形态,具有举足轻重的作用。在线教育需要政府、平台运营商等多主体共同建设,开发集“教、学、考、管、评”于一体的在线教育平台,提供完善技术保障与供给、协同育人的优质教学平台。张波等设计了一种新型在线教育资源大数据组织框架,采用轻量级资源链接管理,在简化海量课程存储查询的基础上,便于统一化、跨平台、互联式组织在线教学资源,同时引入知识图谱实现教育知识点、教育资源实体间的规范化关联,以实现全网络多平台在线资源的一体化搜索模式。但这类教育平台主要聚焦于资源汇聚和共享,便于学者快速找到所需的学习内容,未能关注师生间、生生间的互动交流,不利于提高学生的学习热情。针对该问题,刘革平等综合分析了虚拟现实的在线系统平台发展现状与趋势,提出了虚拟现实重塑在线教育的整体方案,将学习内容、学习活动和学习环境融为一体,实现分布式虚拟现实的在线教学。该方法打破了传统在线教学设计的固有思维,较好解决了目前在线教育的弊端,但基于虚拟现实的在线学习资源种类和体量较少,要大范围普及该系统的代价极大。

目前,国内主流的在线教育平台有中国大学慕课(Massive Open Online Courses,MOOC)、雨课堂、腾讯课堂、优学院等。然而,这些主流平台仍存在以下两方面问题亟待解决:①课程资源适宜性不够,面对海量在线课程资源,课程资源供给多样性和实际需求适宜性之间存在明显不适配,导致所提供的课程资源利用率不高;
②平台教育模式及功能方面不完善,现阶段在线教育平台的模式、功能较为单一,具体以课程视频学习模式、在线答疑及在线练习为主,所提供的功能也局限于课程视频观看、咨询答疑和作业审批,在交互式教与学、个性化学习等方面仍存在明显不足。

为此,本文在分析目前市场上主流在线教育平台的基础上,进一步探索在线教育平台的功能及用户群体的实际需求,基于Vue、SpringBoot、SpringSecurity、MyBatis-Plus、MySQL、Redis 等主流技术框架,设计并开发了一套在线学习系统。具体的,采用前后端分离的开发模式,包含教学资源(课程)发布、学生自主学习、师生线上互动、在线考试答题等功能,进一步探索强化课程思政、适应新工科发展、优化在线教学效果的在线教学新思维和在线教学新模式。

通过在计算机网络教学课程实践表明,提出的在线教学模式能够较好适应在线教学发展的新形势,实践了课程思政教育和新工科建设理念,取得了较好的实际效果。

1.1 系统架构设计

系统参考MVC 的3 层框架(纵向上可划分为模型层(Model)、视图层(View)及控制层(Controller)),系统架构如图1 所示。其中,各层之间相互独立,通过接口进行通信,具有高内聚低耦合特性。

在线教育平台的浏览器/服务器模式(Browser/Server,B/S)架构中,客户端/后端管理首先调用API 接口发出相应请求。SpringBoot 接收到请求后进行转发,传递给业务逻辑层(Service)进行处理。持久层(Dao)通过MyBatis-Plus 连接配置调用数据访问层来获取用户请求,并将数据库信息通过Vue 返回给视图层(View),最终在前端页面进行显示。具体分析如下:

(1)视图层。PC 端系统提供外部操作界面,使用axios向后台发起请求,同时使用Vue显示用户请求后返回的数据。

(2)业务逻辑层。在业务逻辑层中首先需要通过构建业务逻辑流程图以理顺系统的业务和逻辑。然后,通过模型对系统代码进行编写。具体的,在视图层通过HTTP 发送请求,并以JSON 格式的数据进行数据交互;
通过Mybatis-Plus 框架配置参数,并对数据库进行连接,然后与持久层进行交互。

(3)持久层。通过MyBtais-Plus 对对象进行持久化并将其存储至数据库中,业务逻辑层可直接获取封装到对象中的数据,实现在不关注底层数据库的连接和访问的情况下直接访问数据库。

1.2 系统功能设计

系统主要分为在线教育系统PC 用户端及后端管理运营端两大功能模块。

1.2.1 PC用户端

主要包括首页轮播图、热门课程、热门讲师,考试中心及消息通知等子功能模块,如图2 所示。具体的,课程模块以分页的形式显示全部课程,支持按课程类别、销量、最新及价格查询课程,提供免费课程和付费课程供用户选择;
名师模块以分页形式显示全部名师和课程团队,可直接查看名师个人详细信息,包括个人简介及其发布的课程;
考试中心模块以分页形式展现所有考试信息;
历史考试模块可分页查看考卷结果及某张考卷的得分详情;
消息通知模块可查看教师发布的通知。

Fig.1 System architecture图1 系统架构

Fig.2 Design of PC client function modules图2 PC用户端功能模块设计

1.2.2 后端管理运营端

主要包括权限管理、课程分类、讲师管理、课程管理、统计分析、轮播图管理、学校信息管理、学校操作、考试管理等模块,如图3所示。

具体地,权限管理模块包括用户、角色管理及相应的权限管理,不同角色具有不同权限;
讲师管理模块以分页形式展示讲师及团队信息,可添加、编辑讲师信息并支持通过多种关键字模糊搜索;
课程管理模块可通过Excel 文件形式导入课程分类信息,并以树状形式展示课程分类,支持通过课程类别、课程标题、课程对应的讲师为查询条件进行模糊搜索;
统计分析模块可生成某个时间的统计数据,便于查看某个时间段的学员登录、学员注册、课程学习等数据;
轮播图管理模块可添加、编辑、删除轮播图信息;
学校信息管理模块可编辑入驻学校信息并支持通过入驻学校的名称、添加时间、截止时间等进行模糊查询;
学校操作模块包括班级管理、科目管理及消息管理;
试卷管理模块包括题库内容管理、试卷内容管理及考试统计等。

Fig.3 Design of management and operation modules图3 管理运营端模块设计

系统具体采用JAVA EE 的三层架构SpringBoot+SpringMVC+MyBatis-Plus。基于Intellij IDEA 2019.3.3平台,前端页面的开发工具为WebStorm 2020.1.1,采用MySQL 8.0 关系型数据库,利用Redis 存储非关系型数据,通过阿里云云服务器存储图片和视频信息,系统注册时发送手机短信验证码则使用阿里云的短信服务,开发时代码维护使用了git版本的控制工具。本文仅展示PC 用户端及后端管理运营端部分核心功能实现效果。其中,PC 用户端课程模块如图4 所示。后端管理运营端统计分析模块如图5所示。

Fig.4 PC client course modules图4 PC用户端课程模块

在线教育打破了传统教学思维,并且课程思政教育对于指导和构建在线教育新思维至关重要。通过在计算机网络的课程教学实践中,将课程思政内容有机融入课程在线教学体系中,潜移默化引导学生进行有效的在线学习,激发学生在线学习的主观能动性和创造性。

Fig.5 Back end management and operation end statistical analysis module图5 后端管理运营端统计分析模块

在“新工科”建设背景下,原有教学模式已无法完全适用,需要深入挖掘各专业工程背景。为此,在构造计算机网络课程的在线教学模式中深度融入了新工科教育理念,建设以培养工程素养为目标的在线教育新模式。

图6 为在线教育系统的课程教学新模式,在探索现阶段在线教学新思维和新模式的基础上,依托所开发的在线教育系统,重新整合、优化计算机网络课程的在线教学资源,建设深度融合课程思政教学新思维和新工科教育理念的教学模式的在线教学资源库。并通过学生在线学习、自主反馈及教师课后反思,持续优化教学模式,推进教学改革。在实践教学过程中发现,所开发的在线教育系统,不仅创新了在线教育的思维和模式,而且优化了课程在线教学资源的建设,强化了师生及学者间的在线互动,进一步完善了线教学活动。

Fig.6 New teaching mode图6 课程教学新模式

为激发学生在线学习的主观能动性,提高教与学的效率,本文在分析现阶段市场主流在线教育平台优缺点的基础上,基于Vue、SpringBoot、SpringSecurity、MyBatis-Plus、MySQL、Redis 等主流技术框架研发了一套在线教育系统,并以计算机网络课程在线教育为例,探索了一种强化课程思政、适应新工科发展、优化在线教学效果的在线教学新思维和新模式。

通过课程实践表明,本文的探索有效完善了在线教学活动。诚然,现阶段提出的在线教育系统应用范围较小,无法有效检测系统的适用性和稳定性。后续将持续扩大应用课程数与用户数以测试系统的稳定性与教学模式的先进性。

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