在線學習平臺系統的設計與實現摘要當今，移動互聯網技術發展迅速，移動設備在人們生活中信息傳播中越來越重要，方便了人們的生活、工作和學習。在教育領域,傳統教育模式沒有能夠滿足現代教育方式,在這樣的背景下,是互聯網+教育逐漸走進人們的視野,網絡化教育形式應運而生,引發了一波網絡教育。網絡教育作為傳統課堂教育的補充，一定程度上沖擊了線下教學模式，在時間上可以實現用戶隨時登錄使用，空間上可以實現用戶可以很方便的選擇科目章節，不受限制。同時，我們可以結合各學科的優勢，共享世界一流的教育資源。因此，設計和實施一個有效的在線學習系統，對教育工作和廣大學生的學習具有重要意義。首先,本文講述了在線學習系統的研究背景和在線學習系統的意義,分析了微信平臺在線教育的發展狀況,細致介紹系統的相關知識和系統用到的技術。對線上學習系統進行了需求分析，并且在此基礎上提出了系統目標，分為總體架構，功能架構，系統數據庫的設計。其中數據庫系統的設計是按照E-R圖和數據庫表設計和執行的，完成了Web端管理系統和移動云端的在線學習平臺設計與平穩運行。通過嚴格的測試，保證系統的各項功能都達到了設計目標，很好地滿足了廣大師生對在線學習系統的需求，提高了教學質量，加強了教學管理。本文的研究成果對于促進智能教育具有重大意義。關鍵詞：在線學習；微信小程序；Web目錄TOC\o"1-3"\h\u23239摘要 918595第1章緒論 1339681.1研究背景及意義131.2國外研究現狀131.3國內研究現狀141.4論文的主要研究內容..1424201第2章在線學習平臺各項分析18595 15183692.1總體分析 1514202.1.1從經濟方面分析 15108832.1.2從操作和技術方面分析 15204562.2總體需求分析 16196882.3功能需求分析 1720939第3章在線學習平臺概要設計 18123043.1總體架構設計 19321353.2功能架構設計 19190723.2.1登錄模塊概要設計 19145693.2.2課程模塊概要設計 2072253.3數據庫設計 2177693.3.1數據庫的概念設計 2177693.3.2數據庫的邏輯設計 2310393第4章在線學習平臺詳細設計與實現 26126804.1技術選型 26205324.1.1SpringBoot 2648534.1.2React 26196674.1.3Git 27157514.1.4WebSocket 27252084.2開發環境與工具 27227024.3登錄模塊設計與實現 28158764.4課程模塊設計與實現 30235204.4.1課程查看 30243414.4.2課程觀看與播放 3150004.5本章小結 3232428第5章在線學習平臺測試 3370975.1系統測試方案 33138215.2性能測試和兼容性測試 335095.3測試結果分析 342022總結 343776參考文獻 35第1章緒論1.1研究背景及意義隨著互聯網的快速發展，網絡技術在人們的日常生活中得到了廣泛的應用。隨著在勞動生活中絕大部分都是高科技取代勞動,各種技術的出現大大提高了效率，人們有更多的空閑時間，因此人們可以花更多的時間來提高自己。科學技術的進步需要人類的推動。科學技術發展得越快，社會對人才的需求就越大。隨著我國國家整體實力的不斷增強，社會及企業對高素質人才的培養提出了新的要求。在互聯網的浪潮中，教育產業隨著時間的推移而發展。通過互聯網，人們可以獲得越來越多的知識。特別的是，不斷發展的媒體技術使在線學習成為現實。網絡教.育打破.了傳統.教.育的界.限。相比傳.統線下.教育，基于網.絡在線.教育可.以打破.時間和.空間的局限,實現師生之間的互動和反饋,這比傳統教育更有效;另一方面，網絡的豐富資源可以傳遞給教師和學生更實際、更有利于學習的支持，使網絡教育具有廣闊的應用前景。由于巨.大的財.政投資.和大量.的高級教師.，傳統的短期教育無法.滿足社.會、成人教.育和終身教育的.需要。在線教.育滿足.了這些.需求。互聯網.有巨大.的資源.，每個人.都可以.通過電.腦或手.機訪問獲取到，所以在.線教育.是提高全民知.識水平.的一個.很好的.方法。發展線上學習的趨勢越來越明顯，所以本課題研究把微信作為載體的的在線學習平臺體統。用戶可以隨時進入系統，隨時隨地進行在線學習。1.2國外研究現狀在線教育是21世紀初美國教育白皮書提出來的。在線學習是一種有效的學習方法，易于探索和消費。這是一種將互聯網和信息技術結合起來的新方法，使知識能夠迅速傳播。最早是美國某公司一半以上的員工通過互聯網進行線上培訓。這種線上培訓方式受到歡迎，因此在線教育產業發展迅速，從美國和歐洲發展到亞洲和世界其他地區[3]。據統計,到2018年美國大多數企業員工數量超過500都將通過線上進行培訓,這表明了在線教育被越來越多的企業認可[4]。在線教育不僅是一種技術，也在一定程度上改變了傳統的教育模式。結合互聯網視頻技術與產品,他在多個學科的教學視頻,并上傳到YouTube上,為廣大學習者提供實用有效的教學資源；2018年，成千上萬的考生表示,可汗學院的教學資源,大大提高了他們的成績。1.3國內研究現狀隨著對網絡教育產業的日益關注，bat(百度、阿里巴巴、騰訊)等知名國有企業也進入了網絡教育產業。騰訊和阿里巴巴著重教育產品的研發，百度則主要注重投資的形式[5]。2013年，騰訊推出了“騰訊優質課堂”切入網絡教育產業，2014年推出“騰訊課堂”。提出一種對實體課堂進行在線講解的模擬方案，提供了教師與學生之間的各種互動方式，如討論論壇區等，大大提高了網絡教育的互動性。直至2018年,累計投資了25個在線教育機構。到2018年，超過1.2萬個在線教育平臺將使用阿里巴巴云提供技術服務；百度的投資理念側重于技術在教育中的應用，與此同時，百度還推出了VR授課和人工智能教育產品。此外，百度還將搜索引擎與大量教育數據結合起來。它為網絡教育行業提供了更方便的流量通道入口。作為對傳統課堂教育的補充，網絡教育在未來的普及性勢在必行。學生可以在任何時間任何地點使用該系統。與此同時，全國各地的學生都可以享受優良的教育資源[6]。當下，信息技術的不斷發展，視頻通訊技術日益增進，不斷顯現出大量的多種形式的線上教育方式，如直播課堂、教師公開課等，滿足了個人不同用戶群體的需求。對移動互聯網的在線學習平臺接受程度較高的的主要用戶群體是中學生。家長們也更愿意嘗試新的線上教育的方式，所以在線教育正日益得到學生和家長的認可。我相信網絡教育產業在不久的將來會有新的發展。1.4論文的主要研究內容首先,本文分.析了線下教育.的現狀.與發展.,得出在線教.育的一.些優點.和缺點，分析了線上學習平臺的可行性，針對微.信應用.程序的.特點，系統客.戶端決.定使用.微信應.用程序.框架進.行開發.，并設計.了系統.的基本.結構和.功能模.塊。在分析.和設計.的基礎.上，使用Java語言編.寫系統.代碼，數據庫采用MySQL并使用存儲表.和緩存.機制，以避免.頻繁的讀.寫操作.對數據.庫的影.響。通過這.個系統.，用戶可.以觀看.在線學.習的教.學視頻，并與教.師和學.生進行.互動。最后，進行功.能測試.、性能測.試和兼.容性測.試，以確保.系統的.安全性.和可用.性。第2章在線學習平臺各項分析這章主要講述了此平臺系統的開發，對一些必要方面的分析。2.1總體分析對系統.總體情.況進行.全面分析和.評價。因此在開發之前.,.首先我們.應該探.索影響軟件開發的某些因素,然后根據.找到的.數據判斷該項目是否.可行,這是必.要的,以便施.加有效.的預測,比如各技術.指標、開發成.本、風險評估.等,以便我.們能夠.做到有.效的避免.人力和物力資.源的損.失。在線學.習平臺.的分析.通常從.經濟方面、操作方面和.技術方面進行。2.1.1從經濟方面分析經濟方面指主要考慮發展的成本的高低，使用的資源產生的現實的經濟效益。從開發成本的方面考慮，小程序是以微信為載體的開放的系統，比較方便開發從而減少成本，這是其中一個優勢。此外，小型應用程序具有較高的傳輸速率。從有效性的方面分析，使用此小程序免去下載流程，免去安裝流程。用戶通過二維碼掃一掃或者下拉微信主頁菜單輸入名稱點擊搜索就能進入。即使是年齡較小或者年齡較大的用戶也能輕松玩轉，非常簡捷方便，用戶使用體驗非常良好。綜上所述，可以得出，此方案是可行的。2.1.2從操作和技術方面分析顧名思義，就是廣大學生和老師使用此系統程序時操作是否簡單符合大眾，一般都是用戶使用手機這樣的移動端登錄，這時就需要有網絡，支持其使用。而當今網絡發展迅猛，5G網絡已經很普及，基本覆蓋，可以隨時登錄。即便用戶在戶外，比如飯店，商場，理發店等，現在服務都很周到，一般都有WIFI，也很方便用戶使用。基本可以實現用戶隨時隨地學習。站在開發者角度去看就是以其當前的技術能力是否有能力順利完成此系統的研發、調試和運行。微信平臺是載體，是現有的，另外也有現成的載體工具，這樣開發時基本沒什么難度，都可以克服。2.2總體需求分析這個平臺系統使用用戶包括有學生、老師和總的管理員。各司其職，用戶不同，功能權限也不相同，使用的功能模塊也不一樣。學生是主要的用戶，主要是在平臺學習。在所有模塊中，教師主要負責提供教學資源，并在整個學習平臺上與學生進行溝通。總管理員是整個在線學習平臺的管理員，主要定期管理和維護系統的后臺。確保學生和老師能夠流暢使用該系統。不同用戶的需求如下所述。(1)學生。學生主要使用手機、平板電腦和在線學習平臺等移動設備。所需的基本功能包括但不限于視頻學習的可視化、課程的問答、預訂感興趣的直播、與教師和其他學習伙伴在BBS上的溝通以及對個人信息管理等。(2)老師。作為在線學習平臺的教學資源的來源，教師為學生提供與學習相關的服務。主要職責包括但不限于錄制相關課程、直播講解課件、與學生互動、回答學生的問題等。(3)系統管.理員。系統管.理員主.要負責.在線學.習平臺.的后臺.監控。實現.的基本.功能包.括但不.限于課.程管理.、用戶管.理、活動管.理等。 圖2.2在線學習平臺的總體用例圖2.3功能需求分析根據線上學習.行為的.特點，教師和.學生使.用的客.戶端分.為三個.模塊:課程模.塊、論壇模.塊和個.人中心.模塊。在線學.習平臺.后臺管.理根據.連接用.戶的不.同角色.，具有不.同的功.能和權.限，主要是.后臺管.理模塊。其中，課程模.塊是系.統中最.重要的.功能模.塊，包括課.程搜索.、課程查.看、在線課.程查看.、課程推.薦、課程共.享、課程購.買等。

第3章在線學習平臺概要設計3.1總體架構設計系統實現中不可或缺的就是系統架構的設計。架構設計直接影響后續能否實現。在線學習平臺以微信為載體。執行.環境分.為呈現.層和邏.輯層，由兩個.線程管.理。接口由WebView提供。為.開發者.提供了.許多功.能，也為系統的實現提供了很多便利條件。此系統更.為學習.者提供.了許多.方便。因此，該系統.使用微.信應用.程序體.系結構.進行開.發。后臺管.理系統.用于管.理和維.護在線學習平.臺的日.常活動.。在線學.習平臺.的架構.如下圖.所示。圖3.1系統架構圖3.2功能架構設計第二章分析了在線學習平臺的需求，再結合上在線學習平臺的特點。這里，在線學.習平臺.包括兩.個部分.:客戶與.后端管.理.。在線學.習平臺.的客戶.端主要.為用戶.提供服.務，后臺管.理主要.為系統.管理員.和教師.提供服.務。提供的.功能應.至少包.括:在線學.習平臺.連接用.戶的授.權,論壇的.交流和.互動,個人信.息管理.等。終端.的發展.是基于.PC終端服.務器。它至少應提供諸如課程管理、帳戶管理、論壇管理、類別管理和活動管理等職能。在線學習平臺的整體功能結構如下圖所示。圖3.2總體功能結構圖3.2.1登錄模塊概要設計在微信應用程序中，用戶可以登錄到自己的賬戶、第三方平臺賬戶、微信賬戶。這個系統是通過微信賬戶連接的，小程序彈出確認登錄按鈕，用戶通過同意微信登錄并點擊即可進入，不需要多余繁雜的操作，簡單易操作，用戶也是滿意的。顯示的內容包括圖片和課程名稱。分享課程的朋友可以點擊此圖片進入課程細節頁面。購買課程，點擊課程詳細頁面上的購買價格按鈕，即可通過微信直接支付。在課程詳細信息頁面上有兩個按鈕來設置課程的相關活動，如組團購買、邀請好友砍價等。點擊發起群組購買或與邀請好友砍價按鈕進行支付。用戶授權的連接流程圖如下圖所示。圖3.3用戶登錄流程圖3.2.2課程模塊概要設計課程功.能模塊.的設計.主要是.為用戶.提供相.關的課.程學習.服務，這是系.統最重.要的功.能。用戶成.功連接.到學習.平臺后.，可以從.課程功.能模塊.中選擇.相應的.功能進.行相關.的學習.操作。搜索課.程，輸入一.個或多.個關鍵.字對課.程進行.模糊搜.索，可以快.速檢索.目標課.程。要查看.您的課.程，您可以.根據所.看到的.類別對.它們進.行分類.。不同的.類別包.含不同.類型的.課程。課程列.表顯示.基本信.息，如課程.名稱、課程名.稱和教.師。您還可.以單擊.課程以.查看詳.細信息.，如課程.介紹的.內容、教師介.紹和目.錄。課程評.估等，可以在線觀看視頻學習，也可以對課程進行評論，關于閱讀課程，也可以隨時與老師交談和互動。課程推.薦:根據用.戶導航.文件中.的課程.類別，隨機推.薦同一.類別的.其他課.程。課程分.享:用戶可.以點擊.“分享”按鈕，與微信.好友以.卡的形.式分享.課程。購買課程：點擊課程詳細頁面按鈕通過微信支付原價購買課程，也可以通過相關的活動，如組團購買、邀請好友砍價等購買。圖3.4課程模塊功能結構圖3.3數據庫設計服務器用來存儲平臺的數據，服務器主要使用開放源碼MySQL數據庫進行數據存儲。移動終端用戶連接到平臺，通過終端設備連接到服務器的后臺數據。在這里，數據庫的概念設計是使用實體連接圖e-r進行的，數據庫的邏輯設計是使用數據庫關系表進行的。3.3.1數據庫的概念設計實體圖提供了一種表示實體類型、屬性和關系的方法。它用于描述一個真實世界的概念模型，通過該模型可以表示數據庫實體之間的關系。以下是一些主要平臺實體的詳細描述，包括用戶實體、課程實體和訂購實體。(1)用戶實體用戶實.體主要.包括用.戶的一.些基本.信息，有用戶.id號、手機號碼、微信標.識唯一.id號、用戶個體的基礎信息等.信息，實體E-R圖如圖.所示。圖3.5用戶實體E-R圖(2)課程實體課程實.體主要.包括課.程賬號、講師的賬號，以及課程的一些基礎信息等.，實體E-R圖如圖.所示。圖3.6課程實體E-R圖（3）總體E-R圖如圖所示圖3.7總體E-R圖3.3.2數據庫的邏輯設計這個平臺的數據庫表較多，所以這里只對關鍵的數據庫表結構進行介紹。課程信息表course主要用來保存課程的基本信息，具體結構如表所示。表4.1course表結構（4）用戶訂單表user_order主要用來存儲用戶購買的訂單信息，具體結果如表所示 表4.2user_order結構表課程評價表course_evaluation對課程的評價信息進行存儲，包括用戶id號，評分的等級、評價內容等。具體結構如表所示。表4.3course_evaluation表結構第4章在線學習平臺詳細設計與實現這章首先從技術選擇的角度對系統實施過程中涉及的關鍵技術進行分析和選擇，然后對系統的連接模塊、課程模塊和論壇模塊進行詳細描述。最后，建立了一個基于微信應用程序的實用在線學習平臺。4.1技術選型4.1.1SpringBoot這是一個新框架,不同于以前的SSH框架和SSM框架。在使用springMVC框架構建需要復雜構建過程的項目之前，使用springstart輕松快速地構建項目。但是sprintBootstrap并沒有取代Spring，因為它本質上是一個新的Spring框架，集成了所有其他框架。它允許開發人員在很少或沒有配置的情況下快速創建獨立的spring項目，開發人員可以專注于編碼和開發。降低學習成本,使代碼看起來更簡潔美觀。同時，它還監測正在進行的應用程序的狀態。4.1.2ReactReact是一個.JavaScript框架，允許使用React快速構.建Web應用程.序。React本質上.是一個.用于構.建用戶.界面的.JavaScript庫。重點是.為視圖.層提供.干凈、簡潔的.解決方.案。與模板.引擎不.同，React不僅關.注于解.決視圖.級別問.題，還關注.視圖和.控制器.庫。對于復.雜的應.用程序，可以.動態配.置以根.據應用.程序場.景選擇.最合適.的業務.級別框.架。React將Web接口總結為組件容器，將上面的元素總結為組件。例如，組件按鈕、組件對話框、日期組件。通過組合這些組件，開發人員最終將擁有一個功能豐富的交互式頁面。JSX語法的引入允許組件在保持其自身結構的同時輕松重用。使用抽象組件層，React將代碼與實際目標分離，除了在瀏覽器端使用DOM創建Web頁面外，還可以用于開發本地移動應用程序。 在傳統的頁面開發中時，需要手動使用DOM來更新頁面。我們知道，DOM十分昂貴，而且性能消耗太高，代碼的讀取和維護也很難。而選用React之后，加載頁面后，R它會將DOM樹轉換為虛擬DOM樹。如果頁面元素發生變化，React將重新生成虛擬DOM，并將其與最后一個虛擬DOM樹進行比較，以獲得需要更新的組件，并逐步更新修改后的組件。因此，DOM樹可以快速更新，內存消耗低，代碼邏輯強，讀寫量高。4.1.3Git版本控制系統主要分為集中和分布式系統。一個集中的版本控制系統通常由SVN表示。SVN最大的問題是它必須連接到網絡，而網絡尤其依賴于SVN。GIT是分布式版本系統的一個典型例子。GIT可以登錄到本地存儲庫，即使沒有網絡。每個GIT客戶機記錄所有版本庫。GIT有一個非常大的命令集。由于控制臺的簡單控制，可以實現更復雜的功能，這是非常實用和有效的。因此，GIT被選為這個項目的版本控制系統。4.1.4WebSocketWebsocket是一種通信協議，前端通信有短連接方式和長連接方式兩種方式[48]。傳統的HTTP協議是一個典型的短連接。服務器在處理客戶端請求后關閉，這樣一來，傳到客戶端的數據，服務器將很難做到。服務器主動將數據推到智能設備終端的方式有很多。例如，輪詢，COMETT改進了輪詢的操作。在數據過期后設置數據過期時間向服務器發出請求，這減少了一些不必要的網絡請求。WebSocket通信協議的出現，既能滿足服務器主動將數據推到智能設備終端，又減少消耗，使需求更穩定。WebSocket創建連接的實現是依據TCP協議的，使用HTTP協議實現創建鏈接。一旦建立連接，服務器可以主動將數據推到客戶端，并使用少量的服務器資源和網絡帶寬。4.2開發環境與工具在線學.習平臺.的軟件.開發環.境和操.作系統.是Windows10。客戶端.由騰訊.的SDK應用程.序編寫.。后端管.理系統.是使用.springstart框架和.Java語言。工具就是依賴于微信開發工具。微信應用程序必須得到應用程序審查小組的批準才能在線發布。 4.3登錄模塊設計與實現每個用戶必須首先登錄并授權平臺。該平臺主要采用微信授權連接方式。用戶直接進入系統微信權限請求上下文窗口，點擊同意或拒絕按鈕完成連接權限操作。用戶帳戶鏈接到微信帳戶，微信帳戶鏈接到移動電話號碼。。因此,可以確保用戶賬戶安全,有沒有損失風險,它也并不復雜,通過用戶名稱和密碼進入正常的網絡平臺上。圖5.1相關開發以及部署上線流程圖 4.4課程模塊設計與實現4.4.1課程查看登錄成功，用戶將訪問系統的主頁，該主頁將向服務器發送一個請求，以加載課程列表，并根據所花的時間按相反的順序組織課程。課程資源包括許多圖片。是否應負責所有資源都是服務器壓力過大,這就很容易導致墜機的服務器或一個加載時間太長,這可能會引起用戶的等待時間太長,一個空白屏幕在未來一段時間。為了解決這個問題，采用了延遲加載方法。圖5.2查看首頁課程列表流程圖 4.4.2課程觀看與播放該系統的所有課程均分為現場課程和錄音課程。錄音課程是教師預先錄制并上傳到服務器上的視頻。用戶可以點擊客戶端隨時在線查看，并將進度條向前或向后滑動。點擊課程詳細信息頁面上的課程按鈕注冊課程。現場課程是由教師實時發起的課程。點擊課程可以選擇觀看課程視頻或者老師實時發起的課程。在直播課程之前，可以點擊預約還沒有開始直播的教室。在直播開始前5分鐘，系統會自動顯示用戶姓名和預定課程，發送通知消息。本課程的組織架構如下圖。圖5.3觀看課程流程圖 4.5本章小結本章主要介紹在線學習平臺的詳細設計和實現。首先根據系統的活動和功能選擇技術，然后設計工具和開發環境。最后，在需求分析和簡要設計的基礎上，實現了系統的關鍵功能模塊。 第5章在線學習平臺測試系統測.試的主.要目的.是驗證系統.是否符.合要求.文件中.規定的.要求和.內容。事實上.，系統測.試存在.于整個平臺的開發過.程中，為了保證系統的能正常運.行，這章則對在線學習平臺進行性能方面的測試和兼容性方面的測試。5.1系統測試方案該系統是一個基于微信項目的在線學習系統。該系統實現了用戶在線學習移動終端所需的所有功能。系統測試分三兩部分:功能測.試、性能測.試和兼.容性測.試。功能測.試主要.檢查系.統的每.個功能.模塊是.否能夠.正常工.作，并將每.個系統.模塊組.裝起來.，以驗證系統.的完整.功能。性能測.試主要.測試系.統界面的用戶.友好性.、頁面加載的流暢性以及系統運行過程中設備資源的使用情況。兼容性測試包括檢查系統在不同的移動平臺上是否正常工作。5.2性能測試和兼容性測試（1）性能測試性能方面的測試，顧名思義就是系統在不同條件不同環境下各項性能經過測試能否達標。對于在線學習平臺的性能方面的測試就是打開程序時加載屏幕的時間，不同網絡狀態下能否流暢觀看錄課視頻，以及能否流暢觀看直播以及課程的緩沖時間和延遲程度。測試之后我們發現，首次打開屏幕需要加載的時間僅需50~100ms，觀看錄課視頻時，系統根據當時的網絡是否卡頓自動調整分辨率，通過分辨率的調整來保證用戶流暢觀看，即便是2G網絡延遲最大也只有3秒，屬于可接受的范圍。（2）兼容性測試由于用戶普遍使用蘋果手機和安卓手機等移動終端設備，所以系統的顯示效果和系統的功能是否正常都通過蘋果手機和安卓手機來驗證。經過多次調試能得到，系統在蘋果系統和安卓系統等設備上都能順利運行，設備操作系統并不能完全操控平臺系統，平臺能夠判斷并識別用戶使用設備的分辨率和屏幕的尺寸，自動對齊并拉伸，達到最好的觀看效果，同時不影響各個功能模塊的正常運行。5.3測試結果分析通過各項測試的在線學習平臺,提出設計需求分析階段予以實施和制度基礎上,基本上符合要求的性能。該系統可在Android和IOS設備上使用，兼容性得到滿足。但是在測試過程中，我們也注意到系統中還有很多