基于SpringBoot的在線教育系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用實踐

陶 銘，謝仁平

（東莞理工學(xué)院計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，廣東東莞 523808）

0 引言

信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展、智能終端的大規(guī)模普及給在線教育平臺的發(fā)展帶來了新機遇。特別在新冠肺炎疫情影響下，為響應(yīng)教育部“停課不停學(xué)”的號召，各院校積極開展線上教學(xué)，使在線教學(xué)平臺迅速擴張。

線上教學(xué)平臺作為實現(xiàn)在線教育的載體和依托，對在線教育的發(fā)展具有重大影響。2020 年新冠肺炎疫情期間，共有1 454 所高校開展了在線教學(xué)，共計開設(shè)了107 萬門課程，參加在線學(xué)習(xí)的大學(xué)生共計1 775 萬人，合計23 億人次。超大規(guī)模的互聯(lián)網(wǎng)在線教學(xué)衍生了海量的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，但優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)資源并不等同于有效的學(xué)習(xí)資源，而需要與教學(xué)目標和教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，才能促進學(xué)生有效學(xué)習(xí)。

大學(xué)教育注重培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)能力，在線教育由于學(xué)習(xí)環(huán)境的特殊性，既是對學(xué)生自我管理和自主學(xué)習(xí)能力的考驗，也是鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的機會。楊斌等提出在線教育平臺應(yīng)該包含線上課程教學(xué)與課外活動兩部分，除線上課堂教學(xué)外，應(yīng)包含課外師生間、學(xué)生間的豐富互動，營造積極、樂觀、互相啟迪的在線學(xué)習(xí)環(huán)境，避免學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)孤獨感。同時，以美國為代表的發(fā)達國家也在通過補償?shù)确绞酱龠M在線教育課程建設(shè)，并重強調(diào)高質(zhì)量在線教學(xué)設(shè)計離不開學(xué)生高質(zhì)量交互行為。

后疫情時代，在線教育仍是未來教育的基本形態(tài)，具有舉足輕重的作用。在線教育需要政府、平臺運營商等多主體共同建設(shè)，開發(fā)集“教、學(xué)、考、管、評”于一體的在線教育平臺，提供完善技術(shù)保障與供給、協(xié)同育人的優(yōu)質(zhì)教學(xué)平臺。張波等設(shè)計了一種新型在線教育資源大數(shù)據(jù)組織框架，采用輕量級資源鏈接管理，在簡化海量課程存儲查詢的基礎(chǔ)上，便于統(tǒng)一化、跨平臺、互聯(lián)式組織在線教學(xué)資源，同時引入知識圖譜實現(xiàn)教育知識點、教育資源實體間的規(guī)范化關(guān)聯(lián)，以實現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)多平臺在線資源的一體化搜索模式。但這類教育平臺主要聚焦于資源匯聚和共享，便于學(xué)者快速找到所需的學(xué)習(xí)內(nèi)容，未能關(guān)注師生間、生生間的互動交流，不利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。針對該問題，劉革平等綜合分析了虛擬現(xiàn)實的在線系統(tǒng)平臺發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢，提出了虛擬現(xiàn)實重塑在線教育的整體方案，將學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)活動和學(xué)習(xí)環(huán)境融為一體，實現(xiàn)分布式虛擬現(xiàn)實的在線教學(xué)。該方法打破了傳統(tǒng)在線教學(xué)設(shè)計的固有思維，較好解決了目前在線教育的弊端，但基于虛擬現(xiàn)實的在線學(xué)習(xí)資源種類和體量較少，要大范圍普及該系統(tǒng)的代價極大。

目前，國內(nèi)主流的在線教育平臺有中國大學(xué)慕課（Massive Open Online Courses，MOOC）、雨課堂、騰訊課堂、優(yōu)學(xué)院等。然而，這些主流平臺仍存在以下兩方面問題亟待解決：①課程資源適宜性不夠，面對海量在線課程資源，課程資源供給多樣性和實際需求適宜性之間存在明顯不適配，導(dǎo)致所提供的課程資源利用率不高；②平臺教育模式及功能方面不完善，現(xiàn)階段在線教育平臺的模式、功能較為單一，具體以課程視頻學(xué)習(xí)模式、在線答疑及在線練習(xí)為主，所提供的功能也局限于課程視頻觀看、咨詢答疑和作業(yè)審批，在交互式教與學(xué)、個性化學(xué)習(xí)等方面仍存在明顯不足。

為此，本文在分析目前市場上主流在線教育平臺的基礎(chǔ)上，進一步探索在線教育平臺的功能及用戶群體的實際需求，基于Vue、SpringBoot、SpringSecurity、MyBatis-Plus、MySQL、Redis 等主流技術(shù)框架，設(shè)計并開發(fā)了一套在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)。具體的，采用前后端分離的開發(fā)模式，包含教學(xué)資源（課程）發(fā)布、學(xué)生自主學(xué)習(xí)、師生線上互動、在線考試答題等功能，進一步探索強化課程思政、適應(yīng)新工科發(fā)展、優(yōu)化在線教學(xué)效果的在線教學(xué)新思維和在線教學(xué)新模式。

通過在計算機網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程實踐表明，提出的在線教學(xué)模式能夠較好適應(yīng)在線教學(xué)發(fā)展的新形勢，實踐了課程思政教育和新工科建設(shè)理念，取得了較好的實際效果。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)參考MVC 的3 層框架（縱向上可劃分為模型層（Model）、視圖層（View）及控制層（Controller）），系統(tǒng)架構(gòu)如圖1 所示。其中，各層之間相互獨立，通過接口進行通信，具有高內(nèi)聚低耦合特性。

在線教育平臺的瀏覽器/服務(wù)器模式（Browser/Server，B/S）架構(gòu)中，客戶端/后端管理首先調(diào)用API 接口發(fā)出相應(yīng)請求。SpringBoot 接收到請求后進行轉(zhuǎn)發(fā)，傳遞給業(yè)務(wù)邏輯層（Service）進行處理。持久層（Dao）通過MyBatis-Plus 連接配置調(diào)用數(shù)據(jù)訪問層來獲取用戶請求，并將數(shù)據(jù)庫信息通過Vue 返回給視圖層（View），最終在前端頁面進行顯示。具體分析如下：

（1）視圖層。PC 端系統(tǒng)提供外部操作界面，使用axios向后臺發(fā)起請求，同時使用Vue顯示用戶請求后返回的數(shù)據(jù)。

（2）業(yè)務(wù)邏輯層。在業(yè)務(wù)邏輯層中首先需要通過構(gòu)建業(yè)務(wù)邏輯流程圖以理順系統(tǒng)的業(yè)務(wù)和邏輯。然后，通過模型對系統(tǒng)代碼進行編寫。具體的，在視圖層通過HTTP 發(fā)送請求，并以JSON 格式的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)交互；通過Mybatis-Plus 框架配置參數(shù)，并對數(shù)據(jù)庫進行連接，然后與持久層進行交互。

（3）持久層。通過MyBtais-Plus 對對象進行持久化并將其存儲至數(shù)據(jù)庫中，業(yè)務(wù)邏輯層可直接獲取封裝到對象中的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)在不關(guān)注底層數(shù)據(jù)庫的連接和訪問的情況下直接訪問數(shù)據(jù)庫。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)主要分為在線教育系統(tǒng)PC 用戶端及后端管理運營端兩大功能模塊。

1.2.1 PC用戶端

主要包括首頁輪播圖、熱門課程、熱門講師，考試中心及消息通知等子功能模塊，如圖2 所示。具體的，課程模塊以分頁的形式顯示全部課程，支持按課程類別、銷量、最新及價格查詢課程，提供免費課程和付費課程供用戶選擇；名師模塊以分頁形式顯示全部名師和課程團隊，可直接查看名師個人詳細信息，包括個人簡介及其發(fā)布的課程；考試中心模塊以分頁形式展現(xiàn)所有考試信息；歷史考試模塊可分頁查看考卷結(jié)果及某張考卷的得分詳情；消息通知模塊可查看教師發(fā)布的通知。

Fig.1 System architecture圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

Fig.2 Design of PC client function modules圖2 PC用戶端功能模塊設(shè)計

1.2.2 后端管理運營端

主要包括權(quán)限管理、課程分類、講師管理、課程管理、統(tǒng)計分析、輪播圖管理、學(xué)校信息管理、學(xué)校操作、考試管理等模塊，如圖3所示。

具體地，權(quán)限管理模塊包括用戶、角色管理及相應(yīng)的權(quán)限管理，不同角色具有不同權(quán)限；講師管理模塊以分頁形式展示講師及團隊信息，可添加、編輯講師信息并支持通過多種關(guān)鍵字模糊搜索；課程管理模塊可通過Excel 文件形式導(dǎo)入課程分類信息，并以樹狀形式展示課程分類，支持通過課程類別、課程標題、課程對應(yīng)的講師為查詢條件進行模糊搜索；統(tǒng)計分析模塊可生成某個時間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，便于查看某個時間段的學(xué)員登錄、學(xué)員注冊、課程學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)；輪播圖管理模塊可添加、編輯、刪除輪播圖信息；學(xué)校信息管理模塊可編輯入駐學(xué)校信息并支持通過入駐學(xué)校的名稱、添加時間、截止時間等進行模糊查詢；學(xué)校操作模塊包括班級管理、科目管理及消息管理；試卷管理模塊包括題庫內(nèi)容管理、試卷內(nèi)容管理及考試統(tǒng)計等。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

Fig.3 Design of management and operation modules圖3 管理運營端模塊設(shè)計

系統(tǒng)具體采用JAVA EE 的三層架構(gòu)SpringBoot+SpringMVC+MyBatis-Plus?；贗ntellij IDEA 2019.3.3平臺，前端頁面的開發(fā)工具為WebStorm 2020.1.1，采用MySQL 8.0 關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，利用Redis 存儲非關(guān)系型數(shù)據(jù)，通過阿里云云服務(wù)器存儲圖片和視頻信息，系統(tǒng)注冊時發(fā)送手機短信驗證碼則使用阿里云的短信服務(wù)，開發(fā)時代碼維護使用了git版本的控制工具。本文僅展示PC 用戶端及后端管理運營端部分核心功能實現(xiàn)效果。其中，PC 用戶端課程模塊如圖4 所示。后端管理運營端統(tǒng)計分析模塊如圖5所示。

Fig.4 PC client course modules圖4 PC用戶端課程模塊

3 實施效果

在線教育打破了傳統(tǒng)教學(xué)思維，并且課程思政教育對于指導(dǎo)和構(gòu)建在線教育新思維至關(guān)重要。通過在計算機網(wǎng)絡(luò)的課程教學(xué)實踐中，將課程思政內(nèi)容有機融入課程在線教學(xué)體系中，潛移默化引導(dǎo)學(xué)生進行有效的在線學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生在線學(xué)習(xí)的主觀能動性和創(chuàng)造性。

Fig.5 Back end management and operation end statistical analysis module圖5 后端管理運營端統(tǒng)計分析模塊

在“新工科”建設(shè)背景下，原有教學(xué)模式已無法完全適用，需要深入挖掘各專業(yè)工程背景。為此，在構(gòu)造計算機網(wǎng)絡(luò)課程的在線教學(xué)模式中深度融入了新工科教育理念，建設(shè)以培養(yǎng)工程素養(yǎng)為目標的在線教育新模式。

圖6 為在線教育系統(tǒng)的課程教學(xué)新模式，在探索現(xiàn)階段在線教學(xué)新思維和新模式的基礎(chǔ)上，依托所開發(fā)的在線教育系統(tǒng)，重新整合、優(yōu)化計算機網(wǎng)絡(luò)課程的在線教學(xué)資源，建設(shè)深度融合課程思政教學(xué)新思維和新工科教育理念的教學(xué)模式的在線教學(xué)資源庫。并通過學(xué)生在線學(xué)習(xí)、自主反饋及教師課后反思，持續(xù)優(yōu)化教學(xué)模式，推進教學(xué)改革。在實踐教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)，所開發(fā)的在線教育系統(tǒng)，不僅創(chuàng)新了在線教育的思維和模式，而且優(yōu)化了課程在線教學(xué)資源的建設(shè)，強化了師生及學(xué)者間的在線互動，進一步完善了線教學(xué)活動。

Fig.6 New teaching mode圖6 課程教學(xué)新模式

4 結(jié)語

為激發(fā)學(xué)生在線學(xué)習(xí)的主觀能動性，提高教與學(xué)的效率，本文在分析現(xiàn)階段市場主流在線教育平臺優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，基于Vue、SpringBoot、SpringSecurity、MyBatis-Plus、MySQL、Redis 等主流技術(shù)框架研發(fā)了一套在線教育系統(tǒng)，并以計算機網(wǎng)絡(luò)課程在線教育為例，探索了一種強化課程思政、適應(yīng)新工科發(fā)展、優(yōu)化在線教學(xué)效果的在線教學(xué)新思維和新模式。

通過課程實踐表明，本文的探索有效完善了在線教學(xué)活動。誠然，現(xiàn)階段提出的在線教育系統(tǒng)應(yīng)用范圍較小，無法有效檢測系統(tǒng)的適用性和穩(wěn)定性。后續(xù)將持續(xù)擴大應(yīng)用課程數(shù)與用戶數(shù)以測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性與教學(xué)模式的先進性。