基于jspjava网络教学平台系统的设计和开发.docx
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基于jspjava网络教学平台系统的设计和开发
毕业设计（论文）
基于jsp（java）网络教学平台系统的设计和开发
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摘要
远程教育作为现代教育技术的形式，给教育思想与技术带来了革命性的变革，己经成为现代教育的必然要求。
远程教育要得以顺利、高效的实施，必然离不开高效的管理与支撑平台环境。
构建基于Java技术的网络教学管理系统是进行远程教学的迫切需要.本文首先介绍了远程教育的发展状况，面向对象的系统开发平台以及对Web应用系统的支持，对象建模语言UML的基本知识。
然后主要介绍了以UML为建模语言，开发基于JSP/Servlet的网络教学管理系统的过程使用用例图，顺序图和活动图来寻找用户需求，明确用例中对象之间的关系，从而建立系统的用例模型；分析类，确定了系统中的对象抽象成类：
这样完成了系统分析。
在系统设计过程中，首先设计系统构架，划分功能模块，并给出功能设计。
在功能设计中，构建设计类，运用设计类顺序图，类图来实现了系统的设计模型。
数据库设计给出数据库模型和数据库中各个表的字段结构。
最后一章对系统关键实现做了探讨，分别实现了用户身份鉴别，会话跟踪，数据库连接池和数据优化并对系统安全作出说明。
本文对如何运用面向对象的方法来快速高效的开发一个复用性良好的安全的网络应用程序提供了一个良好的思路。
关键词：
远程教育,教学管理,UML,网络教学
Abstract
Asarepresentationofcontemporaryeducation,remoteeducation,whichhasbroughtthetraditionaleducationrevolutionaryideasandtechnologiesandoptimizedtheeducationalresources,hasbeenthetrendofthecontemporaryeducation.Remoteeducationcan'trunwellwithoutanefficientmanagementplatform.ToarchitectateachingmanagementsystemthroughinternetbasedonJSP/Servletbecomesveryimportant.
Thepaperfirstintroducesthedevelopmentofremoteeducation,theobject-orienteddevelopmentplatformJSPandthebriefknowledgeofUML.ThenadetailedintroductionisgivenonthedevelopmentprocessofateachingmanagementsystemthroughinternetbasedonJSPwithUMLasmodelinglanguage.Constructingusecasemodelthroughusingusecasediagram,sequencediagramandactivitydiagramtomakeclearuser'srequirementandtherelationbetweenobjectsinusecase.Throughanalysingclassestoconfirmtheobjectsinsystemandabstractthemtoclasses.Sotheanalysisofsystemiscompleted.Amongthedesignprocessofsystem,designingthesystemarchitecture,partitioningthesystemtoseveralsubsystemandfunctionmodelsaccordingtousecasesandgivingthefunctiondesignofonesubsystem.Thefunctiondesignincludestheclassesdesignandthefollowingsequencediagramandclassdiagram.Databasedesigninvolvesadatabaselogicmodelandthestructureofalllabels.Intheend,Iimplementsomekeytechnologiesofsystemsuchasuser’sidentity,sessiontrack,databasepool,dataprocessoptimizingandsystemsecurity.Toensuresecurity,areliableandpracticalsecuritypolicy,inwhichcontainerbaseddeclarativesecurityisdominantandprogrammaticsecurityiscomplementary,isgivenrespectivelytothewebtier,EJItieranddatatierofthesystemaccordingtothesystemframework.Thisarticlealsosuppliesagoodideaonhowtodevelopereusableandsafewebapplicationquicklywithobject-orientedmethodology.
Keywords：
remoteeducation,leachingmanagement,JSP,UML
1引言
1.1网络教学系统的技术
基于Internet的网络教学系统是现代远程教育的方向，支持网上教学的教学管理系统在其中扮演着重要角色。
网络教学的目标是培养合格的人才，完成既定的教学任务和实现国家规定的教学目标。
教学管理居于一个至关里要的地位，它起着调配教学资源、组织教学活动、总结教学数据等重要作用。
教学管理系统使得教学能够顺利实施，也可实现整个教学管理过程的现代化和管理的规范化，另外还能及时、准确地反映教学现状，分析教学效果。
建立一个通过Internet实现教学信息发布和师生交流、网上选课。
并能实现教师授课和课酬管理的基于网络的教学管理系统，是十分必要的，也是切实可行的。
我们的思路正是构建一种如图1-1所示的基于Web的开放式网络教学管理系统。
图1-1系统实例图
基于上述的分析，为了实现这样一个开放式的网络教学管理系统，我们采用了这样的一个技术体系：
本系统是依照J2EE（Java2'EnterpriseEdition）标准，综合采用JSPIServlet,,JDBC等Java相关技术开发的大型网络应用软件。
系统的开发建立在Web服务器（WebServer）、应用服务器（ApplicationServer）和数据库服务器的多层架构之上。
这种多层结构可将数据处理的业务逻辑、用户界面、内容显示等部分分开，从而使系统的业务逻辑集中于Application层次：
利用JavaBean服务器组件的可重用性和跨平台性，可以快速开发和二次开发出复杂的大型平台应用程序，以适应多种用户的不同需求。
因此，该平台具有极佳的可靠性、可管理性和可扩展性。
1.2本系统的特点和意义
本系统具有通用性，可适用于各类学校、成人教育，职业培训和技术培训等机构在远程教育平台上进行教学管理，是对传统教育管理模式的改革和创新，其推广使用对于教学管理的改革，实现开放式教育管理，扩大受教育面。
有限的师资发挥更大的作用等方面具有重要的意义。
本系统具有以下主要特点：
（1）通用性强。
能适用于各种机构的网络教学管理。
（2）实现时间和空间的分布性。
在教学管理方面，节约大量的人力物力，提高了效率。
（3）资源库的标准化，使得在Intemet上可以比较容易的和使用其他平台的机构之间共享资源，从而做到互通有无，真正实现系统的开放性。
总的来说，笔者经历了本课题的系统分析、设计、实现的开发周期，构建起一个开放性的网络教学管理系统，基本上完成了课题研究的目标。
在课题研发期间，独立完成了本系统的业务需求分析，建立了用例模型，并对对象模型进行了详细设计以及对数据库的设计。
在下面几章中，将会详细介绍本课题的设计与分析过程，以及系统关键技术的实现。
2系统核心技术特点
2.1web系统应用研究
2.1.1N层体系结构
90年代初，传统的企业信息系统（EIS）供应商为满足用户要求从二层的C/S应用模型转向更为灵活的三层或N层（n-tier）应用模型。
N层（n-tier）结构可以取得更好的整体平衡，它将表示逻辑与业务逻辑从底层数据中分离开来。
不断增长的Intranet企业应用也积极倡导轻量级，便于部署的客户端。
需要注意的是，N层中的每一层并不意味着就是软件中单独的一个部分，虽然也可能是这样的层，首先与软件中分离方法有关。
软件内的不同的层在逻辑上也有区别，但可以共存于一台机器上，或者跨越多台机器进行分布。
下面是使用N层结构的特点：
（1）加快开发过程，降低开发成本：
通过重用现有、预先测试过的业务组件和数据访问组件，可以更快的开发新的应用程序。
（2）隔离了由于改变带来的影响：
只要接口保持不变，一个层上的改变不会影响其它层上的组件。
（3）更容易管理改变：
例如，一个业务组件驻留在业务层（该业务组件位于一个或多个专用服务器上），那么我们可以很容易地用它的新版本替换旧版本，而不用替换不同城市甚至全球范围内的上百或上千的客户端应用程序了。
2.1.2基于组件开发
组件提供了比单纯的类更祖粒度的问题封装方法。
接口封装了组件提供的服务，隐藏了实现细节的可见性。
因此组件间耦合更为松散。
由于组件表示一个或多个较细粒度类的逻辑集合，且被定义在较高级别，具有较粗粒度级，所以一个组件可以直接封装一个己经划分的问题，该问题更直接地产生于分析和设计模型。
组件通过组件模型定义实现互换性和兼容性。
组件模型的接口定义了其它代码和组件之间的关系。
其它代码实体可以是容器、应用程序代码、其它组件、其它组件模型以及一些专门服务提供商。
近年来，人们开发了各种不同的组件模型，例如，Microsoft的ActiveX、后来的COM,SunMicrosystems的applet和JavaBean。
组件为企业开发提供了许多方便。
建立在面向对象软件和开发概念之上的组件提供了一个更高级的开发模型，并且能加速企业应用程序的建立。
而且，系统质量也会被加强，因为这会促使商业组件的生产商集中于提高组件的质量并提供有很好文档的接口，这样就不要求内部人员具有很好的特定底层实现技术的知识和与实现服务相关的知识。
2.2JSP/Servlet对web应用系统的支持
JSP对web应用系统提供了以下功能的支持：
用户交互：
基于Web的Java小应用程序（Applet）和桌面应用客户程序能够使用基于Java的GUI技术创建，并能驻留在独立的J2SE环境或J2EE环境中。
传统的非面向Java的Web浏览应用程序能够与基于J2EE的Web服务器一起使用。
除此以外，非基于Java的客户程序也可以使用分布式通信技术，如CORBA,DCOM及TCP/IP与服务器组件进行通信。
数据使能：
Java数据库连接（JDBC）方法用于与数据库通信。
J2EE,Web,EJB应用程序，以及应用程序客户程序都使用JDBCAPI.运行于J2EE环境之外独立的Java企业应用程序都可以使用JDBCAPI。
系统保证：
各种系统保证属性，如可靠性、可用性、可维护性、保护性和安全性是系统重要的特性，基于Java的企业环境封装了许多具有不同API的安全服务，CORBA也在CORBA安全服务规范中定义了安全服务，对于在应用环境中的安全互操作特别有用。
Web使能：
虽然HTML己经是最典型的创建Web页面的格式，但XML却是用于描述Web页面内所需要的数据和控制更灵活的、更可扩展的机制。
JavaServIet和JavaServerPages是接收基于Web的请求和产生基于HTML或基于XML响应的标准J2EE机制。
Web使能应用程序也可利用各种全局服务用于分布通信、通信服务以及保证服务。
应用程序使能：
XML也能用于使系统应用能与外部系统的其它应用程序通信。
各种各样的应用集成技术也是应用程序使能的一部分。
通过上述机制，我们会得到如下应用需求原则：
（1）将应用程序划分为多层（tier），以构建可伸缩的大型企业级应用。
（2）将系统分解为相对的粗粒度组件，以便于快速开发。
因此，可以用“层（tier）+组件十服务”来描述JSP/Servlet对web应用系统的支持。
3系统分析
系统分析是软件工程的重要阶段，是所有开发的依据。
在系统分析阶段，通过对系统的综合研究，对问题域进行抽象，准确的理解系统需求和系统内部运行机制，有助于准确的掌握系统的需求，从而正确的定义问题域，确定软件开发的具体内容。
对系统的分析过程采用面向对象分析（OOA）,应用可视化面向对象建模技术UML（统一建模语言，UnifiedModelingLanguage）建立系统模型。
3.1用例分析
用例是从用户和业务的角度来描述系统提供需要执行的功能。
下面列出了本系统主要的用例：
（1）教师信息查询
学生和管理员为了解教师情况而查看教师信息.
（2）教师信息录入与维护
由教师本人录入自己的基本信息，包括教育背景、研究方向、科研成果以及发表论文，专著和获奖等方面的情况。
并由教师本人对信息进行修改和维护。
（3）学生信息查看
教师和管理员查看学生信息，了解基本情况。
（4）发布教学公告
管理员在网站的主页上发布教学公告信息。
包括课程名称、开课时间、起止日期、主讲教师等。
通过设置链接还能查看课程的详细介绍。
（5）教学公告维护
管理员不定期的更新教学公告并对此进行维护。
（6）课程资源浏览
学生可以查询课程内容，了解课程的章节目录等信息.
（7）课程资源管理
任课教师录入新的课程资源信息或者修改、删除旧的课程资源。
（8）学生选课,加入到某个选课班
学生在查看了系统发布的教学公告之后，根据自己的实际情况和兴趣选取要求学习的课程。
学生在选定课程之后，未缴纳相应的费用之前，可以对选课内容进行修改.
（9）成绩查询
学生通过查询条件可随时查看自己的考试成绩。
（10）成绩管理
教师录入学生的考试成绩，评定成绩等级，更改或删除学生成绩。
学生查询成绩。
（11）作业管理
教师对选课班进入作业任务的发布，批改，统计，查询。
学生可在线做作业，提交作业，查看批改结果。
（12）在线答疑
学生在线提问，教师在线答疑。
（13）在线测试
教师利用系统生成考卷并发布出去。
学生在线答卷并由系统自动评分。
（12）消息提醒
对教师布置作业，在线答疑，在线测试进行短消息提醒。
（11）用户登录
使用本系统的用户必须登录才能进入本系统查看信息，匿名用户不具有访问权限。
（12）用户注销
用户退出本系统。
3.2用例建模
用例模型描述的是外部执行者（Actor）所理解的系统功能。
它的建立是系统开发者和用户反复讨论的结果，表明了开发者和用户对需求规格达成的共识。
在需求分析阶段，可以用用例来捕获用户需求，以描述对系统感兴趣的外部角色及其对系统（用例）的功能要求。
3.2.1标识参与者
参与者是指系统的分类用户，分别代表一个唯一的角色。
对本系统来说，存在相互联系如下3类用户：
管理员：
通过系统管理学生档案，维护学生选课内容，发布教学公告，成绩管理，以及数据备份恢复工作等等。
管理员是系统中权限最大的用户，业务范围几乎涉及所有方面。
教师：
通过系统管理自己的基本信息，查看课程资源，查看选课情况。
业务范围为与自己和教学相关的信息。
学生：
通过系统查看教学公告、教师信息和课程资源信息，查看成绩。
业务范围为与教学相关的信息
3.2.2用例图
用例图（UseCase）是参与者（系统外部用户）所能观察到的系统功能的模型图，它描述参与者与系统提供的用例之间的某种联系。
用例图就是从参与者的角度描述出系统中的用例和参与者，以及用例与参与者之间的关系（哪个参与者参与了哪个用便的执行）.根据上面的用例分析，得到系统的用例图如下面3张图所示：
图3-1超级管理员用例图
图3-2教师用例图
图3-3学生用例图
所有用户都包括用户登录和注销这两个用例，图中未画出。
3.2.3顺序图
为进一步说明系统需求，可以通过顺序图、协作图和活动图来描述用例之间或用例内部的动态关系。
这里我使用了顺序图和活动图，将陆续介绍。
用例是一种真正的文本描述，主要用于解释。
顺序图用于更准确地、以技术语表达用例。
按照参与者与系统的交互关系来描述用例就可以做到这一点。
顺序图（SequenceDiagram）是UML中一种重要的动态视图，它是以时间顺序显示对象交互的图，它显示了参与交互的对象和所交换消息的顺序，是一种交互关系,并强调了交互发生的时间顺序。
这里我给出的例子是学生选课顺序图。
图3-4学生加入选课班顺序图
3.2.4活动图
活动图的主要作用是表示系统的业务工作流和并发处理过程。
它能够更容易显示参与者的决定和系统异常所要执行的多条路径，而这用顺序图是难以表达的。
活动图在概念上与流程图相似，用它来为工作流程建模，以及用来图解用例的动态行为和操作的详细设计是很有用的。
一旦一个活动完成，执行就转到由活动的有效转移所确定的下一种状态。
在活动图中，泳道可用于在一个活动图中显示多个对象，以及它们如何在一起完成整个用例。
根据需求分析为系统的核心业务绘制活动图，明确在业务工作流中参与者与系统各用例之间以及系统用例之间可能的交互。
用例可以认为是获得对参与者有用的东西，而需执行的步骤，顺序图和活动图对精确标识和理解用例行为都是有用的。
图3-5学生流程活动图
图3-6教师流程活动图
3.3分析类
根据用例模型，我们抽象出系统中的对象和类。
系统中存在三种类：
边界类、控制类和实体类，每一种类在系统模型中执行一定的作用口。
3.3.1边界类
在系统模型中，边界类表示系统内部工作方式与其周围环境之间的各种交互作用。
包括：
通过图形化用户界面与用户交互，与其他参与者交互（如代表其他系统的参与者），与设备通信等。
使用边界类的优点之一是：
它们可以把系统的其余部分与外界环境隔离和屏蔽起来（见表3.1）。
表3.1系统边界类
边界类名称
边界类职责
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成绩查询结果页面
显示查询结果
成绩录入页面
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成绩修改页面
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信息发布页面
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3.3.2实体类
实体对象表示对系统的重要信息。
它们通常是持久的，并能在一个延续的时期内存在。
它们的主要的目的是表示和管理系统内的信息。
实体类通常表示为一种逻辑的数据结构（见表3.2）。
表3.2系统实体类
实体类名称
实体类属性
用户基本信息
用户名、编号、用户类别、登录密码
教师基本信息
姓名、编号、性别、出生年月、身份证号、学历、职称、原属学校、电子邮件、从教时间、研究方向、主讲课程教师业绩成果名称、获奖等级、获奖时间、著作名称、出版社、出版时间、论文名称
课程资源信息
课程名称、课程编号、教材名称、所属学科、学时数、培训类型、课件介绍信息、视频文件名、章节目录
选课信息
选课名称、课程编号、选课学生姓名、选课时间
开课信息
开课名称、课程编号、授课时间、主讲教师、信息发布时间
成绩单
课程名称、课程编号、学生姓名、学生编号、考试成绩、成绩等级
3.3.3控制类
控制类用于系统内的模型行为，用于对某一个具体的用例相关的控制或者其他业务逻辑建模。
通常将协调、排序等事物处理或者涉及多个对象的复杂事务逻辑隔离在一个或多个控制类中（见表3.3）。
表3.3系统控制类
控制类名称
控制类职责
用户登录
响应用户登录请求，检验用户身份的合法性
用户注销
用户退出系统
教师信息查看
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增加教师信息
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编辑教师信息
对教师提出的编辑个人信息请求进行处理
教师信息列表
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课程资源查看
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增加课程资源
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编辑课程资源
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课程资源列表
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删除课程资源
对删除课程资源请求进行处理
学生信息查看
对教师和管理员提出的学生信息查询请求进行处理
教学公告发布
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选课
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选课内容查看
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成绩查询
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成绩录入
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成绩修改
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4系统设计
4.1体系结构设计
一个体系就是各部分一起定义整个系统的蓝图：
结构，接口和通信技术。
使用体系结构有这样一些意义：
（1）软件分解成更小的块，有助于理解、管理、开发和维护软件；
（2）软件体系结构可以帮助基于组件开发；
（3）使用被验证的体系结构，便于管理软件的性能和保证质量；
（4）通过正确的体系结构可以更好地实现重用性；
（5
升级会员 