基于Java技術(shù)Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺淺析

1、基于Java技術(shù)的Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺淺析7李芝興，楊瑞龍（重慶大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，400044）摘要: 本文分析了用Java構(gòu)建的Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的基本結(jié)構(gòu)和組成技術(shù)，并對如何把Struts，Spring和Hibernate等開放源代碼的軟件框架應(yīng)用于Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺作了分析。關(guān)鍵詞：Java，Jsp，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，開發(fā)源代碼，軟件框架隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，教育信息化、網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)程不斷深入，特別是采用TCP/IP協(xié)議的Internet/Intranet的不斷普及，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已成為現(xiàn)代教育的一個重要發(fā)展方向，基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)軟件由于在現(xiàn)代教育中可以最大限度地利用教育資源，因而得到迅速

2、的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺1是指具有教學(xué)功能的計(jì)算機(jī)軟件，在某種程度上能代替或輔助教師實(shí)施教學(xué)。基于Web的教學(xué)軟件以Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，將教學(xué)內(nèi)容用Web頁面來表示，這種網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，具有遠(yuǎn)程教學(xué)的開放性、靈活性、交互性、分散性等特點(diǎn)，它將某些領(lǐng)域的知識按照教學(xué)目標(biāo)來組織知識，聚集成模塊，形成層次化、網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，做成頁式或腳本式的軟件。教學(xué)平臺完成后用WWW服務(wù)器進(jìn)行管理，客戶端用IE等瀏覽器進(jìn)行瀏覽，并通過WEB頁面進(jìn)行交互式的學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)在時空上相對獨(dú)立的教學(xué)模式，與傳統(tǒng)課堂教育方式相比，新的教育方式最重要的特點(diǎn)在于突破了時間和空間的限制，不再完全依賴于教師和學(xué)生之間面

3、對面地教學(xué)。在新的教學(xué)方式下，學(xué)生充分發(fā)揮自主性，根據(jù)自己的實(shí)際情況確定學(xué)習(xí)內(nèi)容和安排學(xué)習(xí)進(jìn)度，從而滿足了教育的普及性和獨(dú)立性的需要，適合所有有學(xué)習(xí)要求的學(xué)生上網(wǎng)使用。這種方式已成為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺開發(fā)的主流方向。一、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺構(gòu)成要真正發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢，就必須遵循現(xiàn)代教育的教學(xué)規(guī)律，進(jìn)行科學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)設(shè)計(jì)就是應(yīng)用系統(tǒng)的方法分析教學(xué)問題，確定教學(xué)目標(biāo)，建立解決問題的步驟，選擇相應(yīng)的教學(xué)策略和教學(xué)手段，最后分析評價其結(jié)果的操作過程。因此，作為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺系統(tǒng)就應(yīng)有科學(xué)構(gòu)成，筆者認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)軟件應(yīng)包括用戶登錄、網(wǎng)絡(luò)教程、交流區(qū)、資源區(qū)、作業(yè)考試區(qū)等功能模塊。整個系統(tǒng)如圖。Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)用

4、戶登錄網(wǎng)絡(luò)教程交流系統(tǒng)資源系統(tǒng)測試系統(tǒng) 圖1 Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺功能圖1、用戶登錄。管理用戶和驗(yàn)證用戶身份，并檢查用戶訪問系統(tǒng)的權(quán)限。學(xué)生在通過身份驗(yàn)證后可以進(jìn)入學(xué)習(xí)、討論、提問、作業(yè)、考試等環(huán)節(jié)。教師在通過身份驗(yàn)證后可以進(jìn)行在線輔導(dǎo)和答疑、發(fā)布信息及進(jìn)行作業(yè)、考試評估。通過登錄次數(shù)和瀏覽時間，在一定程度上反映學(xué)生學(xué)習(xí)情況。2、網(wǎng)絡(luò)教程。是軟件中的主要部分。學(xué)習(xí)內(nèi)容可以按章節(jié)或?qū)ｎ}設(shè)計(jì)。首先，要涵蓋章節(jié)或?qū)ｎ}所有知識點(diǎn)內(nèi)容，為整體的教學(xué)內(nèi)容構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)圖。第二，各知識點(diǎn)的關(guān)系要體現(xiàn)學(xué)科教學(xué)特點(diǎn)，反映學(xué)科的教學(xué)規(guī)律。第三，知識體系要有自己的要素、結(jié)構(gòu)和功能。因此，在軟件設(shè)計(jì)時要在清楚提示知識關(guān)系

5、的同時，展示出知識結(jié)構(gòu)的功能，從而方便學(xué)生的學(xué)習(xí)。網(wǎng)絡(luò)教程不是簡單的把課本上的內(nèi)容照搬到網(wǎng)上，而是要充分利用網(wǎng)絡(luò)教育平臺提供的多媒體教育工具。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強(qiáng)印象，提高學(xué)習(xí)速度。在本網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的內(nèi)容是Java程序設(shè)計(jì)。比如對于Applet的講解，可以直接把Applet嵌入到網(wǎng)頁中。在線演示運(yùn)行效果。3、交流系統(tǒng)。以Email、論壇方式，給學(xué)習(xí)者提供一個學(xué)習(xí)交流的場所，就一些問題和教師、同學(xué)進(jìn)行討論，對學(xué)習(xí)心得進(jìn)行交流，還可以提出自己的觀點(diǎn)，征詢別人看法。通過多種形式的交流，有利于學(xué)習(xí)者加深對一些問題的認(rèn)識，拓寬自己的思路。4、資源系統(tǒng)。指與專題或章節(jié)內(nèi)容相關(guān)的背景資料、多媒體視頻資料

6、，不同觀點(diǎn)資料、相關(guān)的評論等內(nèi)容，還包括工具書及與學(xué)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的國內(nèi)外WWW站點(diǎn)等。目的是使學(xué)生拓寬視野，更深入理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。5、測試系統(tǒng)。主要包括章節(jié)或?qū)ｎ}的練習(xí)題和測試題，用于檢查學(xué)生自我檢查對基本知識、基本技能掌握的情況，包括客觀題、主觀題，對于客觀題可以給出相應(yīng)的答案，而主觀題可給出參考答案或思路。還包括模擬考試題，檢查學(xué)生多所學(xué)全部內(nèi)容的掌握情況。整體教學(xué)資源按照內(nèi)容，表現(xiàn)形式又可以劃分成不同的欄目。二、Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺設(shè)計(jì)方法與技術(shù)總體思路，是將軟件設(shè)計(jì)方法分兩部分，一是利用dreamweaver等工具開發(fā)網(wǎng)頁中靜態(tài)部分，用flash開發(fā)動畫；二是利用Java，Jsp，Jdbc等

7、開發(fā)動態(tài)、交互性部分，在網(wǎng)站的構(gòu)建中使用開放軟件源代碼的框架Struts2，Spring6和Hibernate7。1軟件層次結(jié)構(gòu)的劃分我們把Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺劃分為4層：表示層，業(yè)務(wù)層，域模型層和持久層。每一層都有明確的責(zé)任。表示層是最靠近用戶的一層，負(fù)責(zé)向用戶展示一個交互界面，管理用戶的請求，做出相應(yīng)的響應(yīng)，對用戶的請求委派調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯和其它上層處理。本層使用Struts技術(shù)。持久層是距用戶最遠(yuǎn)的一個層次，為Java提供持久化的對象-關(guān)系映射，把程序中處理的JavaBean對象映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫的實(shí)體。在本平臺在使用了Hibernate技術(shù)，程序開發(fā)者無需編寫具體的訪問數(shù)據(jù)庫的sql語句。Ja

8、va程序可以像操作一般的Java對象一樣操作數(shù)據(jù)庫。業(yè)務(wù)層，處理應(yīng)用程序的業(yè)務(wù)邏輯和業(yè)務(wù)校驗(yàn)，管理事務(wù)，管理業(yè)務(wù)層級別的對象的依賴，在顯示層和持久層之間增加了一個靈活的機(jī)制，使得他們不直接的聯(lián)系在一起，通過揭示從顯示層到業(yè)務(wù)層之間的上下文環(huán)境來得到業(yè)務(wù)層的服務(wù)，并且管理程序的執(zhí)行。在這一層我們使用Spring框架。域模型層是一些對象集合，由實(shí)際需求中的業(yè)務(wù)對象組成，可以在各層之間移動，瀏覽器Web服務(wù)器數(shù)據(jù)庫HtmlAppletStrutsJsp，ServletHibernateJDBCSpringJavaBean域模型層，JavaBean表示層業(yè)務(wù)層持久層 圖2 Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)架構(gòu)圖2、

9、系統(tǒng)軟件配置使用Jsp技術(shù)開發(fā)基于WWW的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，作為一個系統(tǒng)主要由三部分組成：1) Web服務(wù)器。我們在開發(fā)中使用的Web服務(wù)器是Caucho公司的Resin，它是一款免費(fèi)的Web服務(wù)器，除了具備Web服務(wù)器的所有功能外，可以編譯，解釋、執(zhí)行Jsp文件，可以作為一個Java的Web容器使用。并且可以作為IIS的插件使用，這樣的站點(diǎn)服務(wù)器就可方便地利用IIS來管理。當(dāng)然對于Linux用戶來講，Tomcat也是一個很好的選擇。在本項(xiàng)目中，在Web服務(wù)器端，我們還使用了Struts，Spring，Hibernate等軟件框架，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的結(jié)構(gòu)，提高程序的穩(wěn)定性，可靠性和可擴(kuò)展性。2)

10、數(shù)據(jù)庫。軟件開發(fā)中，數(shù)據(jù)庫技術(shù)主要用來支持實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程登錄、網(wǎng)絡(luò)教程、交流區(qū)、作業(yè)考試等動態(tài)網(wǎng)頁部分?jǐn)?shù)據(jù)的存取。我們在開發(fā)中采用MS SqlServer2000數(shù)據(jù)庫，整個網(wǎng)站W(wǎng)indows2000 server下運(yùn)行。3) 瀏覽器。目前應(yīng)用最廣的是Microsoft 公司的IE6。3、靜態(tài)網(wǎng)頁制作技術(shù)靜態(tài)網(wǎng)頁制作技術(shù)是一種通過HTML標(biāo)記語言，按照一定的格式整合各種媒體，如圖片、文字、聲音等，結(jié)合Web服務(wù)器實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的技術(shù)。常見的靜態(tài)網(wǎng)頁制作工具有FrontPage、Dreamweaver Flash等。靜態(tài)網(wǎng)頁的開發(fā)我們主要采用Dreamweaver MX，因?yàn)樗軌蚝芎玫闹С諮sp文

11、件的編輯，在網(wǎng)頁編寫方面具有獨(dú)特的功能對編碼進(jìn)行編輯處理的完美解決方案，并運(yùn)用了CSS技術(shù)和DHTML技術(shù)。軟件中“網(wǎng)絡(luò)教程”、“資源系統(tǒng)”等部分是應(yīng)用靜態(tài)網(wǎng)頁制作技術(shù)來制作完成的。4、動態(tài)網(wǎng)頁發(fā)布技術(shù)動態(tài)網(wǎng)頁發(fā)布技術(shù)是指客戶端與服務(wù)器端的一種交互技術(shù)。這種技術(shù)使得用戶在網(wǎng)頁中輸入信息并提交以后，可以得到網(wǎng)站的及時反饋信息。常用的動態(tài)網(wǎng)頁發(fā)布技術(shù)有：CGI、ASP、JSP、PHP等。我們采用JSP（Java Server Pages）編寫。軟件中的“交流系統(tǒng)”、“測試系統(tǒng)”等部分的開發(fā)就采用了這種技術(shù)，教學(xué)平臺中的很多板塊的內(nèi)容管理，我們也采用動態(tài)網(wǎng)頁制作技術(shù)，把教學(xué)內(nèi)容放置在后臺數(shù)據(jù)庫中，根

12、據(jù)需要提取。三、 Java技術(shù)在Web網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺應(yīng)用Java技術(shù)的意義在于對基于Internet的應(yīng)用的有力的支持。Java具有多方面的良好特點(diǎn)，表現(xiàn)在面向?qū)ο?、與平臺無關(guān)、分布式、交互式、多線程、解釋型、可移植、動態(tài)、安全、以及對多媒體格式支持等。Java適用廣域網(wǎng)絡(luò)及Internet對編程語言的要求，尤其是與WWW結(jié)合，使得其成為網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)的理想工具。我們進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)軟件開發(fā)中的“交流系統(tǒng)”如BBS、在線討論、評論、在線測試等就是用Java技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。尤其是Java教學(xué)程序和其學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)交互，這是開發(fā)基于Internet和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)所必須的基本要求。主要采用了如下JAVA技術(shù)：1、

13、Java applet技術(shù)Java applet是一種WWW瀏覽中運(yùn)行的JAVA小應(yīng)用程序，Java applet直接嵌入到HTML語言中，通過主頁發(fā)布到Internet。 Java類文件在HTML語言中標(biāo)識為applet，code=“ java applet的文件名”. / applet。Java applet可以創(chuàng)建集音樂、聲音和動畫于一體的多媒體WEB頁面。2、JSP技術(shù)Java Server Pages的簡稱，它是在HTML代碼中插入JAVA程序片斷（Scriptlet）和標(biāo)記（tag）形成的，可以在服務(wù)器端對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作，從而可以實(shí)現(xiàn)客戶端與服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)通訊的目的。在HTML

14、代碼中由<%-%>指定，它是繼ASP之后的另一動態(tài)WEB技術(shù)，是跨平臺的，而ASP技術(shù)只能在微軟的操作平臺上運(yùn)行。我們在開發(fā)軟件時，JSP技術(shù)主要用在用戶登錄、交流、測試等部分。它是我們軟件中實(shí)現(xiàn)動態(tài)的主要技術(shù)。3、Javabeans技術(shù)Javabeans是一種可重用且跨平臺的軟件組件（Software Component），它可以被Applet、JSP等JAVA應(yīng)用程序調(diào)用，在JSP中，可以將一些繁瑣或者常用的動作，寫于Bean內(nèi)，達(dá)到簡化JSP網(wǎng)頁結(jié)構(gòu)的目的，要加載Bean時，可使用。例如軟件中文件上傳、下載，在線交流等的實(shí)現(xiàn)。4、JDBC技術(shù)數(shù)據(jù)庫連接對動態(tài)網(wǎng)站來說是最為重要

15、的部分，JAVA中連接數(shù)據(jù)庫的技術(shù)就是JDBC（Java Database Connectivity）。JDBC是一組API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序設(shè)計(jì)接口），這組API可以協(xié)助開發(fā)人員輕松地處理程序與數(shù)據(jù)庫的鏈接動作。很多數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)帶有JDBC驅(qū)動程序，JAVA程序就是通過JDBC與數(shù)據(jù)庫相連，執(zhí)行查詢、追加、刪除等操作。SUN公司還開發(fā)了JDBC-ODBC橋，用此技術(shù)Java程序就可以訪問帶有ODBC驅(qū)動程序的數(shù)據(jù)庫，而大多數(shù)數(shù)據(jù)庫都帶有ODBC驅(qū)動程序。5Struts技術(shù)Struts 是Apache 基金會Jakarta 項(xiàng)目組的一個

16、OpenSource 項(xiàng)目,它采用了基于Web 的模型- 視圖- 控制器(Model - View - Controller ,MVC) 模式,能夠更好地幫助Java 開發(fā)者利用J2EE 開發(fā)Web 應(yīng)用。MVC模式見圖3。圖3 MVC模式圖Struts 由一組相互協(xié)作的類(組件) 、Serlvet 以及J SP，taglib 組成,其中,Servlet 用于HTTP 請求的分配及J SP的調(diào)用；標(biāo)記庫用于頁面的動態(tài)生成;實(shí)用類庫用于XML的解析及Bean 的屬性設(shè)定。利用控制器來分離模型和視圖，達(dá)到一種層間松散耦合的效果，提高系統(tǒng)靈活性、復(fù)用性和可維護(hù)性。Struts框架在視圖方面提供了很多

17、Jsp自定義標(biāo)簽，為設(shè)計(jì)用戶界面提供了方便，并且可以把用戶的請求封裝成很多動作，即Action。通過控制器統(tǒng)一的處理客戶的請求。6Hibernate技術(shù)Hibernate 是 Java 平臺上的一種全功能的、開放源代碼 OR 映射框架。Hibernate 在許多方面類似于 EJB CMP CMR （容器管理的持久性/容器管理的關(guān)系）和 JDO（Java Data Objects）。與 JDO 不同，Hibernate 完全著眼于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的 OR 映射，并且包括比大多數(shù)商業(yè)產(chǎn)品更多的功能。大多數(shù) EJB CMP CMR 解決方案使用代碼生成實(shí)現(xiàn)持久性代碼，而 JDO 使用字節(jié)碼修飾。與之相反，

18、Hibernate 使用反射和運(yùn)行時字節(jié)碼生成，使它對于最終用戶幾乎是透明的。Hibernate 可以模擬繼承（有幾種方式）、關(guān)聯(lián)（一對一或者一對多、containment 和 aggregation）和 composition。Hibernate 提供了一種稱為 Hibernate Query Language （HQL） 的查詢語言，它類似于 JDO 的 JDOQL 和 EJB 的 EJB QL，還可以進(jìn)行直接的 SQL 查詢和/或使用 object criteria很容易地在運(yùn)行時構(gòu)成查詢條件。傳統(tǒng)的使用Java構(gòu)建的動態(tài)網(wǎng)站主要使用JDBC技術(shù)和數(shù)據(jù)庫直接交互。程序員需要編寫具體的訪問

19、數(shù)據(jù)庫的Sql語句，比如查詢，刪除，更新和插入等，開發(fā)效率比較低，容易出錯，不能完全使用面向?qū)ο蠹夹g(shù)。Hibernate框架可以構(gòu)建JavaBean對象和關(guān)系數(shù)據(jù)庫實(shí)體之間的映射，是構(gòu)建于JDBC技術(shù)之上的訪問數(shù)據(jù)庫的軟件框架，通過XML配置文件建立Java對象和數(shù)據(jù)庫實(shí)體之間的映射關(guān)系，自動生成訪問數(shù)據(jù)庫的各種語句，自動實(shí)現(xiàn)Java對象到關(guān)系數(shù)據(jù)庫的持久化。并且提供事務(wù)管理。使用了Hibernate后，程序員可以向訪問一般Java對象一樣訪問數(shù)據(jù)庫。7Spring技術(shù)Spring也是一個軟件框架，使用了依賴注入機(jī)制，可以對Java對象進(jìn)行動態(tài)組合，創(chuàng)建一個可以構(gòu)造對象的應(yīng)用環(huán)境，然后向這些對象傳遞它們的協(xié)作對象。在本網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中，Spring處