基于Java技術(shù)的“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：首先介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研究背景和意義，科學(xué)地論證了該系統(tǒng)研發(fā)的可行性，并進(jìn)行了詳盡的系統(tǒng)分析。通過系統(tǒng)分析明確了系統(tǒng)需求及核心功能。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的整體框架、功能模塊和數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)?！拔锫?lián)網(wǎng)技術(shù)”課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主要功能包括：管理員對用戶、課程、網(wǎng)站信息進(jìn)行管理的功能；教師對課程和學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行管理和評分的功能；教師進(jìn)行線上教學(xué)、班級管理及線上考核的功能；用戶線上學(xué)習(xí)的功能。 此系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，采用MySQL為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，Tomcat為Web服務(wù)器，使用Servlet和JSP網(wǎng)頁技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)提升了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)學(xué)習(xí)的便捷性，使用戶能夠不受時(shí)空限制地進(jìn)行學(xué)習(xí)，相較于傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式，更加靈活和便捷，為未來教育改革指明了方向。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)；B/S；Java Web技術(shù)；UML；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；智慧課堂

中圖分類號(hào)：TP311.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-1302（2025）01-0-05

0 引 言

近年來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以驚人的速度滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，包括物流運(yùn)輸、城市軌道、交通監(jiān)控、醫(yī)療衛(wèi)生、災(zāi)害預(yù)警等多個(gè)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展都離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐[1-4]。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展對社會(huì)生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，同時(shí)也觸及到了教育教學(xué)領(lǐng)域。伴隨著社會(huì)信息化進(jìn)程的不斷加快，當(dāng)前的教育理念、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式以至教育結(jié)構(gòu)均受到了深遠(yuǎn)而重大的影響。在信息化社會(huì)的背景下，對教育有了新的要求，即教育要向高效化、終身化、全球化發(fā)展[5]。在這樣的要求下，基于互聯(lián)網(wǎng)的課程教育研究逐漸成為當(dāng)今教育領(lǐng)域的熱點(diǎn)，同樣也是未來教學(xué)改革的一種趨勢。

經(jīng)過疫情風(fēng)波的洗禮，國內(nèi)的教學(xué)方式迎來了新的變革，線上教育成為一股新興的浪潮。騰訊會(huì)議、釘釘?shù)染€上教育平臺(tái)一度爆火，成為中小學(xué)生及大學(xué)生的重要學(xué)習(xí)工具。同時(shí)MOOC慕課、超星學(xué)習(xí)通等學(xué)習(xí)網(wǎng)站也成為了線上學(xué)習(xí)的另一重要渠道。目前，我國的在線學(xué)習(xí)市場規(guī)模已經(jīng)達(dá)到了數(shù)千億元級別，并且這一數(shù)字仍在持續(xù)增長中。同時(shí)，線上課程的靈活性和多樣性使得許多傳統(tǒng)高校也在積極探索在線學(xué)習(xí)的可能性。然而，在這一過程中，如何提供有效的在線學(xué)習(xí)支持服務(wù)成為了一個(gè)重要的問題[6]。相較于傳統(tǒng)教學(xué)模式，本文所搭建的“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠使用戶更加高效、便捷地進(jìn)行學(xué)習(xí)，方便教師進(jìn)行管理，同時(shí)極大地減輕了任課教師的工作負(fù)擔(dān)，是當(dāng)下學(xué)習(xí)的新風(fēng)潮?！拔锫?lián)網(wǎng)技術(shù)”課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式和學(xué)習(xí)方式，有利于我國的教育改革和發(fā)展。

1 作品介紹

1.1 本論文主要解決的問題

針對無法參與線下教學(xué)或偏好自學(xué)的學(xué)生所面臨的學(xué)習(xí)問題，搭建了一個(gè)“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”課程學(xué)習(xí)平臺(tái)。通過該平臺(tái)，學(xué)生可以隨時(shí)隨地進(jìn)行線上“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”學(xué)習(xí)，同時(shí)，教師可以在線進(jìn)行發(fā)布課程、批改作業(yè)、查看班級信息等操作。此外，管理員可以對網(wǎng)站進(jìn)行管理，維護(hù)平臺(tái)運(yùn)行，提升教師和學(xué)生的使用體驗(yàn)，并確保教學(xué)與學(xué)習(xí)的高效完成。

1.2 開發(fā)技術(shù)

本文的“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案采取B/S架構(gòu)[7]，使用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)相關(guān)數(shù)據(jù)，并運(yùn)用JSP（Java Server Pages）技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。

B/S架構(gòu)，即Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）架構(gòu)。得益于B/S架構(gòu)的工作原理，用戶無需安裝額外軟件，僅通過瀏覽器便可對后端服務(wù)器發(fā)起各類請求或進(jìn)行相關(guān)操作。在網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，用戶可以隨時(shí)隨地地訪問后端數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)不受時(shí)空限制的學(xué)習(xí)。

Java作為一種面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，以其強(qiáng)大的功能以及簡潔的使用方式，被人們充分認(rèn)可，獲得軟件研發(fā)者的高度好評[8]。

用Java技術(shù)來解決Web范圍的技術(shù)總和被稱為Java Web技術(shù)。其主要包含Servlet技術(shù)、JSP技術(shù)、Spring技術(shù)以及數(shù)據(jù)連接技術(shù)（Java Data-Base Connection， JDBC）。

1.3 預(yù)期目標(biāo)

本文旨在利用可視化的編程工具，構(gòu)建一個(gè)基于B/S架構(gòu)的課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要用戶群體包括管理員、任課教師及學(xué)生，主要功能包括網(wǎng)站介紹、用戶登錄注冊、學(xué)習(xí)視頻查看、資料下載、留言以及后臺(tái)管理。

具體要求如下：

（1）前端客戶端：用戶可以在前端登錄課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)，進(jìn)行課程學(xué)習(xí)、資料查閱、資料下載、留言互動(dòng)等。

（2）后臺(tái)服務(wù)器端：實(shí)現(xiàn)用戶信息的管理（增、刪、改、查），以及用戶權(quán)限的分級管理（管理員gt;教師gt;學(xué)生）。管理員可以對輪播圖、公告、班級進(jìn)行管理，同時(shí)擁有對教師管理功能的操作權(quán)限；教師可以對視頻、課程、作業(yè)、作業(yè)提交情況、資料、系統(tǒng)等進(jìn)行管理；學(xué)生則可以對課程、作業(yè)、作業(yè)提交情況和留言等進(jìn)行管理。

2 系統(tǒng)分析

2.1 系統(tǒng)需求分析

基于B/S架構(gòu)和Java語言的“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下業(yè)務(wù)要求：

（1）多身份登錄機(jī)制：系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)多種登錄身份，例如任課教師、學(xué)生和系統(tǒng)管理員；

（2）課程資料審核機(jī)制：系統(tǒng)應(yīng)該具備對課程學(xué)習(xí)資料進(jìn)行審核的機(jī)制；

（3）資料下載功能：系統(tǒng)應(yīng)該具備視頻和學(xué)習(xí)資料下載的功能，方便用戶保存和學(xué)習(xí)；

（4）作業(yè)管理功能：系統(tǒng)應(yīng)該具備發(fā)放作業(yè)、提交作業(yè)，作業(yè)打分等功能；

（5）信息管理功能：系統(tǒng)應(yīng)該具備信息管理的功能，支持對學(xué)生、任課教師的個(gè)人信息以及登錄密碼的修改。

2.2 系統(tǒng)用戶分析

經(jīng)過以上對“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主要實(shí)現(xiàn)功能的分析得出，系統(tǒng)至少包含3個(gè)用戶角色。下面將詳細(xì)分析每種用戶角色的需求和擁有的權(quán)限。

系統(tǒng)管理員：管理員主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的維護(hù)，擁有添加、刪除、更改用戶以及用戶審核、管理課程、系統(tǒng)管理等權(quán)限。

學(xué)生：學(xué)生能夠登錄系統(tǒng)、修改個(gè)人信息、進(jìn)行課程學(xué)習(xí)、提交作業(yè)以及查看自己成績等。

任課教師：教師是除學(xué)生外的另一主體。他們可以通過課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)修改個(gè)人信息、發(fā)布相關(guān)課程、批改學(xué)生作業(yè)、查看學(xué)生成績等。

3個(gè)用戶角色各自的需求見表1。

2.3" 系統(tǒng)主要流程分析

用戶通過注冊登錄賬號(hào)訪問系統(tǒng)，可以進(jìn)行線上學(xué)習(xí)以及后臺(tái)管理。用戶注冊登錄流程如圖1所示。

學(xué)生登錄系統(tǒng)之后觀看網(wǎng)課視頻進(jìn)行學(xué)習(xí)，在個(gè)人中心查看作業(yè)情況，若有作業(yè)，提交作業(yè)。學(xué)生學(xué)習(xí)流程如圖2所示。

教師需要登錄系統(tǒng)，發(fā)布視頻課程，添加教學(xué)資料，發(fā)布作業(yè)，批改作業(yè)和留言回復(fù)。教師教學(xué)流程如圖3所示。

2.4 系統(tǒng)功能分析

統(tǒng)一建模語言（Unified Modeling Language， UML）作為面向?qū)ο笮枨蠓治龇椒ǖ慕９ぞ撸哂幸?guī)則統(tǒng)一、易于表達(dá)、功能強(qiáng)大的優(yōu)勢，適用于各類軟件系統(tǒng)的需求建模。從一般的信息管理系統(tǒng)到大型復(fù)雜工程系統(tǒng)都可以用UML來描述、構(gòu)建需求分析模型[9]。作為一種圖形化語言，UML把軟件開發(fā)中的多種方法整合到自身的設(shè)計(jì)流程中，適用于面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)。通過UML語言，軟件工程領(lǐng)域的新技術(shù)、新思想被整合到設(shè)計(jì)流程中，不僅用于軟件研究與設(shè)計(jì)階段，還貫穿于軟件的全部生命周期。本節(jié)將使用UML語言分析課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的具體功能需求。

學(xué)生學(xué)習(xí)：學(xué)生可以在系統(tǒng)里查看課程視頻和學(xué)習(xí)資料、查看作業(yè)、下載作業(yè)、提交作業(yè)、留言，同時(shí)還可以查看作業(yè)成績并打印成績單。學(xué)生學(xué)習(xí)的用例如圖4所示。

教師教學(xué)：該系統(tǒng)的核心功能為支持學(xué)生的在線學(xué)習(xí)活動(dòng)，而在線學(xué)習(xí)必然離不開教師的教學(xué)。教師登錄系統(tǒng)之后，可以在后臺(tái)發(fā)布課程、發(fā)布作業(yè)、查看并批改作業(yè)、添加學(xué)習(xí)資料、留言管理、導(dǎo)出課程與作業(yè)等信息。教師教學(xué)用例如圖5所示。

管理員管理：實(shí)現(xiàn)了用戶權(quán)限管理功能，包括對用戶信息的有效管控，對系統(tǒng)發(fā)布內(nèi)容進(jìn)行嚴(yán)格的安全審核，以及負(fù)責(zé)輪播圖的設(shè)置、班級和系統(tǒng)管理等關(guān)鍵任務(wù)。管理員管理用例如圖6所示。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過對系統(tǒng)的詳細(xì)分析，決定使用三層B/S架構(gòu)，前端使用JSP腳本語言，后端使用Java語言進(jìn)行課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)的研發(fā)。用戶通過客戶端瀏覽器發(fā)送請求，表示層將信息發(fā)送到業(yè)務(wù)邏輯層，然后業(yè)務(wù)邏輯層將信息發(fā)送到數(shù)據(jù)訪問層，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。在服務(wù)器端，表示層、業(yè)務(wù)邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層是相對獨(dú)立的單元，具有杜絕客戶機(jī)直接操作后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的能力，有效地防止了對系統(tǒng)后臺(tái)的非法入侵[10]。

3.2 系統(tǒng)功能模塊劃分

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)包含兩部分：在線學(xué)習(xí)前臺(tái)，主要服務(wù)于學(xué)生，提供資料查閱、學(xué)習(xí)視頻播放、留言互動(dòng)等功能，以便學(xué)生能夠便捷地獲取學(xué)習(xí)資源并參與學(xué)習(xí)交流。管理后臺(tái)，系統(tǒng)管理員進(jìn)行系統(tǒng)維護(hù)、用戶管理等；教師進(jìn)行課程發(fā)布、作業(yè)發(fā)布、作業(yè)批改等；學(xué)生進(jìn)行作業(yè)查看、作業(yè)提交等。功能模塊如圖7所示。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

概念設(shè)計(jì)階段：本系統(tǒng)使用E-R圖完成對數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計(jì)。全局E-R圖如圖8所示。

邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：依據(jù)數(shù)據(jù)庫的概念分析結(jié)果，將之前所得的抽象模型轉(zhuǎn)化為具體的數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)。以下是各表的設(shè)計(jì)詳情。

（1）用戶表：用戶編號(hào)、登錄名、登錄密碼、用戶類型、用戶類型編號(hào)、姓名、性別、年齡、電話、地址、審核情況、班級編號(hào)、工號(hào)/學(xué)號(hào)、郵箱；

（2）課程表：用戶編號(hào)、課程編號(hào)、標(biāo)題、內(nèi)容、教師名稱；

（3）作業(yè)表：用戶編號(hào)、作業(yè)編號(hào)、標(biāo)題、內(nèi)容、班級編號(hào)、附件、時(shí)間；

（4）留言表：用戶編號(hào)、作業(yè)編號(hào)、標(biāo)題、內(nèi)容、留言時(shí)間、性別、電話、回復(fù)；

（5）作業(yè)提交表：用戶編號(hào)、作業(yè)編號(hào)、作業(yè)提交編號(hào)、標(biāo)題、內(nèi)容、附件、時(shí)間、分?jǐn)?shù)、回復(fù)；

（6）公告表：公告編號(hào)、標(biāo)題、內(nèi)容、時(shí)間、圖片；

（7）視頻表：視頻編號(hào)、用戶編號(hào)、標(biāo)題、內(nèi)容、視頻；

（8）資料表：資料編號(hào)、標(biāo)題、內(nèi)容、附件；

（9）輪播表：輪播編號(hào)、標(biāo)題、圖片；

（10）介紹表：介紹編號(hào)、類別、內(nèi)容、時(shí)間；

（11）鏈接表：鏈接編號(hào)、名字、鏈接地址。

物理設(shè)計(jì)：根據(jù)對邏輯結(jié)構(gòu)的分析，設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)庫表包括用戶表、課程表、作業(yè)表。

用戶表包含了用戶的個(gè)人信息、用戶賬號(hào)、密碼、姓名、電話等信息。用戶表具體設(shè)計(jì)見表2。

課程表共包含五個(gè)字段：用戶編號(hào)、課程標(biāo)題、課程內(nèi)容、教師名稱、課程編號(hào)信息。課程表具體設(shè)計(jì)見表3。

作業(yè)表包含了用戶編號(hào)、作業(yè)標(biāo)題、班級、作業(yè)內(nèi)容、附件、時(shí)間、作業(yè)編號(hào)信息。作業(yè)表具體設(shè)計(jì)見表4。

4 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于Java語言的“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)，該系統(tǒng)旨在突破時(shí)間、空間等因素對傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的限制，極大地提升了“物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”課程在線學(xué)習(xí)的便捷性。該系統(tǒng)不僅優(yōu)化了用戶的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，也極大地便利了管理員的日常工作。此系統(tǒng)的成功開發(fā)，為未來智慧教育系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展提供了一種創(chuàng)新性的解決方案，擁有良好的應(yīng)用前景。

注：本文通訊作者為馮鋒。

參考文獻(xiàn)

[1]余雷.基于RFID電子標(biāo)簽的物聯(lián)網(wǎng)物流管理系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2006（2）：233-235.

[2]何霖，姚世峰，馮亞琳.物聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)應(yīng)用于城市軌道交通設(shè)備設(shè)施維修的探索[J].城市軌道交通研究，2015，18（10）：1-4.

[3]顧屹.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速公路交通流監(jiān)控研究[J].信息通信，2015（5）：87-88.

[4]趙智鵬，史蓮梅.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警體系研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，12（8）：263-265.

[5] ECKEL B. Java編程思想[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009：30-32.

[6]臧鵬飛，唐小麗.在線學(xué)習(xí)相關(guān)理論基礎(chǔ)與實(shí)踐知識(shí)的模式研究——評《在線學(xué)習(xí)支持服務(wù)理論與方法》[J].人民長江，2023，54（11）：256.

[7]馮乃喬，黃瑾瑜，沈文輝.基于B/S架構(gòu)的智能家居管理平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2018，31（6）：123-124.

[8]袁琳琳.計(jì)算機(jī)軟件Java編程特點(diǎn)及技術(shù)分析[J].數(shù)字通信世界，2023（12）：87-89.

[9]鄒楠，厲志成.基于統(tǒng)一建模語言的軟件需求分析應(yīng)用研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2022，18（35）：22-24.

[10]綦曉杰. 基于B/S架構(gòu)的在線考試管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長春：吉林大學(xué)，2012.