基于moodle数据结构算法在线学习交流平台的设计和实现大学学位论文

III数据结构算法在线学习交流平台的设计和实现摘 要现今，随着网络急速的普及和发展，越来越多的人能够利用网络通信来使自己的生活和学习更加方便和高效，而网络教育（E-Learning）就是这方面的典范。作为一种突破了时间和空间的学习方式，网络教育在国外的发展已趋于完善，近几年我国也越来越重视网络教育，越来越多的高校重视和搭建自己的网络教育平台，其中Moodle就是发展比较成熟的网络教育平台。本文的具体内容和成果有以下几点。首先，对国内外的网络教育及网络教育平台的发展和现状进行说明。通过对比各个平台的优缺点，最后选择了Moodle平台。其次，对基于Moodle平台的数据结构算法交流平台的可行性及操作性进行需求分析、功能设计。实现了课程的开设和管理，作业的提交和反馈，论坛的开发与交互，资料的上传与管理等功能。最后，完成并实践基于Moodle平台的数据结构算法交流平台的功能模块并进行效果分析。实现了教师管理课程和添加资源，批改作业以及根据反馈的信息进行教学任务的调整等功能;实现了学生学习课程，完成作业，下载资料和反馈学习信息等功能。数据结构交流平台是为了辅助传统的教学，旨在弥补传统教学的交流不足，解决学习形式单一等问题。关键词：数据结构，Moodle平台，网络教育Design and implementation of data structure algorithms of online learning platformABSTRACTNowadays,With the popularity and rapid development of the network.More and more people can take advantage of network traffic to make their own lives and learning more convenient and efficient.The online education is the model in this regard.As a breakthrough in time and space of learning.China in recent years more and more attention to online education.Which is the development of more mature Moodle online education platform.Specific content and results of this paper are as follows.First of all,Education and online education platform development and current status of the network at home and abroad will be explained.By contrast the advantages and disadvantages of each platform.Finally,select the Moodle platform.Secondly,Based on the feasibility and operability of data structure algorithms Moodle platform communication platform requirements analysis,functional design.Courses are realized and management,Job submission and feedback,Development and interactive forums,And other data upload and management features.Finally,Complete and practice-based data structure algorithms Moodle platform platform function modules and effect analysis.Implement the teacher management curriculum and adding resources,Change jobs,and teaching tasks adjust according to the feedback information and other functions.Achieve student learning curriculum,Homework,Download and feedback learning function.Data exchange platform structure is to assist traditional teaching,intended to make up for the lack of the traditional teaching of communication,Designed to compensate for lack of the traditional teaching of communication,learning to solve problems single form.KEY WORDS:data structure,moodle platform,online education目 录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题背景介绍11.2 国内外发展现状11.3 课题研究的目的数据结构和意义31.4 可行性分析31.5 论文结构52 相关技术简介62.1 网络教育概念与特点62.1.1 网络教育的概念62.1.2 网络教育的特点62.2 网络教育平台的介绍与选择72.3 Moodle平台72.3.1 Moodle背景72.3.2 Moodle平台系统结构82.3.3 Moodle平台的主要功能82.3.4 Moodle的使用113 需求分析133.1 需求分析概述133.2 系统功能需求分析143.3 性能需求分析173.4 本章小结174 系统设计184.1 软件架构184.1.1 总体架构184.1.2 用户界面194.1.3 服务端194.1.4 数据库204.2 用户构架224.2.1 管理员224.2.2 教师234.2.3 学生234.3 数据结构平台模块架构244.3.1 视频学习244.3.2 算法的Flash演示244.4.3 交流互动254.4 本章小结255 系统实现265.1 系统环境265.2 数据结构课程265.2.1 课程的开设与管理265.3.2 选择课程295.3.3 作业325.3 多媒体教学345.3.1 视频教学345.3.2 Flash播放365.4 交流与互动385.4.1论坛系统385.4.2 互动交流405.5 本章总结416 系统测试426.1 测试目的426.2 测试对象及目标426.3 测试环境426.4 测试用例426.4.1 用户登录测试用例426.4.2 开设课程测试用例436.4.3 发布作业测试用例436.4.4 完成作业测试用例446.4.5 Linux系统运行测试用例446.5 测试情况分析总结457 总结46致 谢47参考文献4847数据结构算法在线学习交流平台的设计与实现1 绪论1.1 课题背景介绍现今，随着网络急速的普及和发展，越来越多的人能够利用网络通信来使自己的生活和学习更加方便和高效，而网络教育（E-Learning）就是这方面的典范。作为一种突破了时间和空间的学习方式，网络教育在国外的发展已趋于完善，近几年我国也越来越重视网络教育，越来越多的高校重视和搭建自己的网络教育平台。作为传统教育的延续，网络教育有更有效的利用资源，学习的方式更加灵活，多样化的教学形式，以及管理的自动化等优点，在欧美等发达国家，很早就开始应用网络教育，并开发很多优秀的教育平台，其中Moodle以开源，免费等原因对于教育者有着巨大的吸引力。 Moodle教学管理平台促进了师生之间、学生之间的交流。投票、讨论区和问卷调查是对学生的心得、成绩、学习情况的反馈最好的形式，用这些方式，学生不会感觉到压力，也不会紧张和害羞，这也是在网络上教学互动的一大好处。这些互动活动中，学生和老师是在平等的条件下对话的，虽然不是面对面，但更可以增进了解。Moodle教学管理平台还有一个很大的功能就是让每个学生充分发表自己的想法，和同学进行交流。数据结构作为高校计算机系的基础课，是同学们学习和了解后续课程的基础，在信息化的今天，数据结构显得愈发的重要，为此各个高校对于数据结构都具有足够的重视，而且信息化的今天，企业对面试者的计算机基础都具有一定的要求，而对与有一定数据结构知识的应聘者来说就更加的具备竞争力。然而数据结构是一门逻辑性很强的课程，对于不同的人理解起来可能会有差异，同学们理解和消化也需要一定的时间，同时学习数据结构在交流中也能扬长避短，使同学们更快的理解。传统的教育可能会遇到种种的限制。所以开设一个数据结构网络课程交流平台来对传统教育进行补充和延续，是十分有必要的。综上所述，基于Moddle开设一个数据结构交流平台是教育的需要。 1.2 国内外发展现状 Moodle是一个开源的学习管理系统，也被出称作虚拟学习系统或者课程管理系统。Moodle是Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment的缩写，他表示如果想起来什么，就做出来什么，它的诞生和发展不仅仅是一个学习系统，更是一种学习的的态度。目前，利用网络进行教学在发达国家日渐普及，面对发展迅猛的在线学习需求，他们更加关注提高课程质量，避免教学质量下降的风险。据北美在线学习委员会（the North American Council for Online Learning，NACOL)的统计：2007年美国注册在线虚拟课堂的学生达一百万之多，是2000年的20倍。在线教育专家Michael Horn认为：“这还仅仅是一个开始。我们计划到2019年，全美将会有50%的高中生通过网络授课进行学习。而现在这个数据仅为1%。”该协会在2007年11月的报告中呼吁，在美国有30多个州的网上学习在过去6个月迅速发展，如果这种增长继续下去，需要进一步加强监督和课程质量的保障，为此，NACOL在2007年底正式颁布了在线教学课程标准，指导全国各州建设网络在线课程。由于开源软件Moodle是免费的，而且其功能强大。UOPX凤凰城大学是美国在校生规模最大的私立大学，从1989年就开始了提供在线学习模式。现已有110个校园与学习中心，分布在美国21个州、波多黎各及加拿大。目前，凤凰城大学有近万名在教师和20万名学生1。著名的英国开放大学、都柏林城市大学Moodle系统、美国建设的Moodle课程学校、泰国建设Moodle课程学校等目前全面引入Moodle在线学习平台。到现在，有2000多个机构在线教育是基于Moodlede。这包括了近百个国家的网络教育。针对Moodle系统现存的不足的研究，如Moodle环境下基于论坛的协作方式是一种线性组织方式，但实时协作的实现还存在一定的困难。Cavus (2007)通过实验发现，把Moodle和其他协作学习工具结合起来运用于编程语言教学中，能够提髙学习效果Mazza (2007)在Moodle中整合了一种学生学习追踪可视化工具，使学生的行为、认知、社会化交往的数据以图形的形式显示出来，实现了对学生学习的实时监控。DeLucia,A等(2009)的Sloodle项目，将Second Life虚拟校园与Moodle整合起来，创建一个三维虚拟学习环境。可见Moodle平台在国外的教育领域受到了研究者的广泛关注，从功能开发、平台的适用性到课程教学模式、策略的研究都取得了一系列成就，形成了较为成熟的网络教学管理系统。国外对Moodle的研究和实践，为我们使用和研究Moodle提供了经验。我国上世纪末也开始加大了对网络教育的投入，2000过后，我国网络教育产业如雨后春笋的发展起来，但是由于大多数的网络管理系统的费用比较大，且管理维护的成本比较高，所以网络教育的发展有一定的局限性，但是Moodle恰好解决了这个问题，由于Moodle是开源的，并且管理和为何的成本基本可以忽略，所以成为现今我国高校的优先选择，同时国内关于Moodle的研究论文和文献也逐渐多了起来，这更为Moodle的发展铺平了道路，直到现在为止，中国在Moodle官网注册的网站已经达到了240多个2，而没在官网发布，但是已经开通站点的网站更是不胜枚举。如表1-1所示：表1-1 中国知网研究成果分布年份硕士论文期刊论文2007376120081031222009901522010108191201199185201214420020131132132014124233合计8181357全国教师教育技术能力培训开始引入Moodle课程管理系统，作为教师培训的学习内容、学习环境、学习平台。Moodle在国内被形象地比喻为魔灯，意即能为教学带来福音的神灯，是一个开源的学习管理系统，它的出现为连接学生的课内外学习搭建了有力的桥梁，能使教师基于网络管理他们的课堂、课程、作业、活动、测验、考试和资源等等。1.3 课题研究的目的数据结构和意义本课题的目标是从的基础性，以及数据结构的教学方式的多样化，老师和学生学习交流过程中的互动性出发。实现一个在线的数据结构算法学习平台，它允许教师上传算法视频和教案，允许学生观看学习和提问，与其他学生和教师相互交流。学生也可以上传自己关于算法的理解，制作视频，经老师审核后可公开供所有人浏览，或不公开，仅供学生自己学习记录。 本课题的意义是针对现今信息时代学习，传统教学资源不足和学习时间分散的问题。通过这个学习平台解决这些问题么，同时支持自主学习和个性化学习。数据结构作为计算机核科学的核心基础课，其重要性不言而喻，建设适当的在线学习工具，帮助学生掌握数据结构课程中涉及的复杂算法是非常自然的想法。1.4 可行性分析（1）研究内容本课题主要研究Moodle平台的搭建、功能模块的增减与修改、课程视频的导入、课程视频的添加与审核、作业的发布及提交、平台的互动、资源的添加（视频、图片、Flash、文档等）、插件的安装，用户的管理等。（2）设计方案Moodle数据结构算法交流平台教师学生系统管理员管理人员开设课程、上传作业作业批改、留言回复系统配置网站管理功能增改模块开发作业提交、上传资料论坛互动、在线提问查看作业、资料下载在线学习、信息反馈图1-2 系统功能图功能说明： 教师：录入学习主题发布课程，发布与查看作业，上传视频，查看和解答学生提出的问题，审核学生上传的视频等。 系统管理员：系统的配置，网站的管理（用户的权限管理、资料的管理等。 开发人员：功能的增加与修改、模块的添加与修改等。 学生：在线学习、上传资料、浏览下载文档、论坛互动、作业提交提出问题等。（3）技术路线 PHP:基本页面都是用PHP语言开发的。Moodle也是PHP软件，所以需要学习PHP语言和相关开发技术3。 XML：Moodle中的一些插件和配置文件的标准是基于XML标准的4，所以必须了解XML的相关内容。 PHPstudy：综合网页开发工具。（4）技术难点 Moodle资源的插入：为了达到网络学习，所以必须插入一些课程资源，比如PPT、Flash和视频等。 Moodle测试题和课程包的制作：为了减少教师的工作量，可以事先准备测试题和课程包，然后直接导入到平台上。（5）任务工作量 由于Moodle是一个比较成熟的平台，所以开发着的主要任务集中在课程包的制作，测试题的制作，内容的更新，以及插件的使用和平台的布局等。由于不进行二次开发，所以任务的工作量比较合理。 综上所述，这次的Moodle开发是可行的。1.5 论文结构 具体安排如下：（1） 课题介绍，可行性分析 详细的介绍了网络教育的现状和发展，Moodle平台的功能和现阶段国内外的发展形势。最后对本系统的开发做了详细的可行性分析。（2）相关技术介绍 主要介绍本次设计的理论知识和相关技术。任何实践都需要理论来支持。本节就是以Moodle为基础的网络交流学习平台的详细介绍及其中的相关技术支持。（3）需求分析 软件需求分析工作是软件生存其中重要的一步，只有通过软件需求分析，才能把软件功能和性能的总体概念描述为具体的软件需求规格说明，从而奠定软件开发的基础。（4）系统设计系统设计是一个软件的灵魂，根据需求分析做出软件的基本规划，同时对基于Moodle下的数据结构交流平台有一个全面的认识，本章主要从系统的架构和用户的角度进行系统设计。（5）系统实现 基于Moodle平台实现的数据结构在线学习交流平台课程的开设和管理，作业与测试，论坛的实现等具体实现。（6）系统测试 只有经过了系统的软件测试，才能避免在使用过程中遇到诸多的问题。（7）致谢 感谢那些在大学的生活和学习中给予我帮助和支持的老师，辅导员和同学。 2 相关技术简介本节的主要介绍本次设计的理论知识和相关技术。任何实践都需要理论来支持。本节就是以Moodle为基础的网络交流学习平台的详细介绍及其中的相关技术支持。2.1 网络教育概念与特点2.1.1 网络教育的概念 所谓网络教育指的是在网络环境下，以现代教育思想和学习理论为指导，充分发挥网络的各种教育功能和丰富的网络教育资源优势，向教育者和学习者提供一种网络教和学的环境，传递数字化内容，开展以学习者为中心的非面授教育活动。简单地说，就是在线学习或网络化学习，即在教育领域建立互联网平台，学生通过PC上网，通过网络进行学习的一种全新的学习方式。是利用计算机和网络宽带等硬件环境,依托网络现场教学平台，实现同时、实时、互动教学和学习的新的教学模式，主要实现手段有：视频广播、Web教材、视频会议、多媒体课件、BBS论坛、聊天室、E-mail等。网络教育是信息化今天发展的必然趋势。2.1.2 网络教育的特点（1）网络教育突破了时间和空间的限制它突破了传统教育的时间和地域限制，使学习者可以在任何时间，任何地点都可以学习。这极大的提高了学习者的效率，同时学习的人的学习自由也有了极大的提高。（2）网络教育具有资源共享性学习者可以在网络上自主的选择喜欢的课和喜欢的老师，这样便有了极大了选择自由，学习者能够接触到更多更优秀的机会。（3）网络教育具有交互性网络教育能够使教育者和教育者，教育者和学习者，学习者和学习者跟家自由的交流心得，这样更加的有利于大家共同的进步。（4）网络教育具有自主性网络教育可以提供以学习者为主体的自主学习环境，充分发挥学习者自主学习的主动性、积极性和创造性。学习者根据自己的实际情况，自主安排学习时间、地点，自由选择学习内容，自行安排学习计划，随时提出学习中的疑难问题，并能得到及时的解答。总之，网络教育是一个新型的、交互的、开放的学习系统，它使教育有了巨大、深刻的变革，它对教与学赋予了新的内涵，改变了很多教育观念、教育思想、教育模式和教学方式，使得更加先进、高效。2.2 网络教育平台的介绍与选择 一个完整的网络教育平台一般包括软件系统和硬件系统，而软件系统通常又包括学习管理系统和学习内容管理系统，只有系统间相互兼容才能有较好的网络教育系统。现在主流的网络教育系统主要有Blackboard和Moodle5，两个网络管理系统各有优缺点6总结如下表：表2-1 Blackboard和Moodle的比较BlackboardMoodle开放性源代码不开放，二次开发较难源代码开放，利于二次开发使用费用$8,600/年免费应用范围大学、高等教育机构、大型机构的培训部门中小学、非盈利组织、私人公司、教师个人目前市场拥有美国50%的市场166个国家的18303个注册用户优缺点优点：1.使用简单2.学习资源丰富3.资源管理强大缺点：1.收费且费用高2.无法开展学习活3.对学习的支持不到位，交互较弱优点：1.免费、开源2.学习活动丰富3.选择空间大，有利于个性化学习4.强大的wiki功能缺点：1.界面的信息导航混乱2.没有学生档案袋，不能建立学生个人主页Moodle有开源，免费等优点，所以我们选择了使用Moodle。2.3 Moodle平台2.3.1 Moodle背景Moodle是澳大利亚教师马丁多基马基于“社会建构主义理论”设计开发的开放源代码的网络教学平台。Martin Dougiamas对Moodle项目的开发始于90年代，那时的他是Curtin University of Technology的网站管理员，同时也是那里使用的WebCT系统的管理员，他希望可以有一个免费的软件，让人们能够把他们的教学能力更好地发挥到网络上，于是他攻读了教育学的硕士学位和博士学位，掌握相关学习和协作的原理，并被社会建构主义的认识论深深影响，它不仅把学习看作是一个社会活动，更关注在为他人创造学习资源(例如课本)的过程中所产生的学习效果。他十分的注重Moodle的易用性和开源性，在开发和淘汰了很多之后，2002年8月20日，他面对着一个充满怀疑的世界，发布了1.0版本。这个版本的定位是服务于小型的、有紧密活动的班级。它做为一个研究性的例子存在。时至今日，Moodle已经在全世界有不计其数的开发在在不断的完善和发展它。它最特别的地方就是moodle.org网站，这为全世界各种各样的开发者提供了一个学习交流的地方，使得Moodle能以更快的速度发展。2.3.2 Moodle平台系统结构Moodle的系统结构是最优化的三层B/S结构如图2-1，模块化的设计具有很高的可扩展性，能够独立的运行在WEB服务器上。用户界面数据库服务器图2-1 基本三层构架图2.3.3 Moodle平台的主要功能 Moodle的管理核心是用户，其中用户主要分为管理员、教师和学生。用户通过模块来进行所有的活动，可以说，所有用户的需求都是建立在模块的运用上，其中Moodle的主要模块功能与系统的关系如下图2-2所示：Moodle平台主要模块网站管理用户管理课程管理资源作业模块论坛模块测试模块问卷模块聊天室模块专题讨论模块图2-2 Moodle功能结构图（1）模块划分功能：1）课程管理教师可以对课程的形式包括课程，讨论，作业等，同时可以根据课程进度，影响等自主的决定作业，测试等，可以清楚的看到学生的测试，作业及其反馈的各种信息，同时可以进行自主的统计，这样就可以根据不同的学生进行不同层次的教导和布置任务等，使得教学更加的有效率。2）作业模块教师可以自定义作业的上交时间和自由的布置作业，可以根据学生的答题情况给出分数，同时提出自己的意见。学生可以以很多的形式提交作业，包括文档，表格等上传到服务器，老师可以详细的了解到学生的作业情况，同时可以对一个班人的成绩进行统计，能更直观的了解学生的学习情况。3）聊天模块聊天室是一个同步的文本交互的地方，方便同学能够及时的对于不了解的问题做出反应，同时支持数据保留，会有日志保留，方便日后查看。4）投票模块同学们可以面对一件事做出自己的选择，得到反馈后能让老师和管理员能直观的看到学生的选择，以便能够做出改进。5）论坛模块 用户可以选择多种的论坛模式，如专门为老师开设的论坛，学习交流的论坛，同学们没有事情可以一起交流的论坛。可以以列表、树状和嵌套方式浏览话题，同时对于自己感兴趣的论坛可以订阅么，这样更新时就会有Email通知。6）资源模块支持Word，文字，Flash等，可以上传文件到服务器，同时也可利用XML和各种格式的转换来管理资源。（2）用户划分功能：Moodle的用户分为管理员，教师和学生，如图2-3所示：Moodle用户管理模块管理员模块教师模块学生模块图2-3 用户管理模块图1）管理员管理员需要对整个Moodle平台进行管理，需要管理网站，对老师，课程管理员等角色的授权也是由管理员进行管理的。网站管理员在安装的过程中默认用户是admin。课程/用户信息进行维护，对系统配置进行修改，对站点首页的设置、功能模块的安装和维护等。由此可知，对网络教学系统的软、硬件环境进行支持搭建、课程体系设置、系统面向对象等都是管理员的主要任务。如表2-2所示：表2-2 管理员权限表课程管理用户管理系统配置）设置课程类别设置用户注册方式站点信息设置创建课程管理用户账号参数配置设置选课设置用户权限插件设置委派教师角色界面风格设置2）教师教师可以为课程添加各种内容,资源通常是静态的，如网页链接、静态文字等等，而活动则是动态的，可以加强学生和老师之间的交互。同时对学生提问进行答疑，平时的教学管理工作，对学生学习监督等，也都是老师的责任。如图2-3所示：表2-3 教师权限表教学设计教学前准备教学实施教学评价及反馈确定教学目标发布课程公告引导学生自主探讨作业评定制定教学大纲上传网络课程资源组织讨论论文评定制定教学计划导入素材专家答疑专题测验设计教学活动添加讲义在线教师答疑网上活动评定选择教学策略参加活动测验考试网上学习记录评定确定评价指标布置作业3）学生用户网络教育平台学生是最主要的用户，学生可以浏览知识，同时可以选择课程，有什么不会的问题也可以通过讨论区向老师提问，得到解答，同时学生也可以自主的交流，使自己能够更快的进步。如图2-4为学生能够使用的功能：表2-4 学生的功能模块图学前准备课程学习学习评价浏览课程简介阅读学习资料查看作业情况浏览教学团队查看教学资料查看测试成绩浏览理论教学和实践教学观看教学课件查看个人活动记录浏览课程考核对课程进行评价查看教师给的评价浏览算法演示提问，答疑查看别人的留言浏览课堂作业在线讨论查看课程的学时数浏览共享资料小组协作查看最近的学习动态浏览课程信息完成布置的作业浏览通知公告参加课堂练习浏览最新消息聊天室对话浏览最新推荐参与课程活动浏览日程管理主动发起活动注册新账号参加调查问卷查看私人文件参加考试2.3.4 Moodle的使用Moodle如课程搜索、论坛搜索、消息功能等大多数模块功能是老师和学生都能使用的，比如搜索课程，它的反馈结果会显示出课程的名称、类别、任课教师、课程概要等信息，同时有消息功能能及时的了解到教师或学生的反馈消息。老师，课程管理员等角色的授权也是由管理员进行管理的。网站管理员在安装的过程中默认用户是admin。课程/用户信息进行维护，对系统配置进行修改，对站点首页的设置、功能模块的安装和维护等。由此可知，对网络教学系统的软、硬件环境进行支持搭建、课程体系设置、系统面向对象等。教师可以为课程添加各种内容,资源通常是静态的，如网页链接、静态文字等等，而活动则是动态的，可以加强学生和老师之间的交互。同时对学生提问进行答疑，平时的教学管理工作，对学生学习监督等。学生可以浏览知识，同时可以选择课程，有什么不会的问题也可以通过讨论区向老师提问，得到解答，同时学生也可以自主的交流，使自己能够更快的进步。基本如图2-4所示：学习内容：界面风格统一导航清晰多元认知教师：学习者分析 起点水平 学习需求 学习风格等教学过程 辅导答疑 跟踪学习过程 布置作业等教学评价 过程性评价 小组评价 多元评价Moodle平台学生：自由交流协作讨论集体创作作品展示情感沟通图2-4 Moodle平台基本功能图2.4 本章总结本章对网络教育的概念、现状和发展进行了总结，以及Moodle在网络教育平台中的优势，最后就利用Moodle平台进行数据结构课程的设计的基本的功能进行了说明。详细的讲解了利用Moodle构建的数据结构学习交流平台对于传统教育不足的改进。3 需求分析3.1 需求分析概述软件需求分析工作是软件生存其中重要的一步，也是决定性的一步，只有通过软件需求分析，才能把软件功能和性能的总体概念描述为具体的软件需求规格说明，从而奠定软件开发的基础。软件需求分析工作也是一个不断认识和逐步细化的过程。该过程将软件计划阶段所确定的软件范围（工作域）逐步细化到可详细定义的程度，并分析出各种不同的软件元素，然后为这些元素找到可行的解决方法。制定软件的需求规格说明不只是软件开发人员的工作，用户也起着至关重要的作用。用户必须对软件功能和性能提出初步要求，并澄清一些模糊概念。而软件分析人员则要认真了解用户的需求，细致地进行调查分析，把用户的要求最终转换成一个完全的、精细的软件逻辑模型并写出软件的需求规格说明，准确地表达用户的要求。 本系统是为了弥补传统教育的不足，所以系统具体需求如下：（1）学习的交互性传统课堂教学的教师和学生是面对面的交流，是一种单向的交流，往往局限在教师和学生之间；而网络教学过程，学生可能通过多种渠道与教师沟通交流，如：视频、音频、Email、BBS、Blog等，还可以和同学们或其他的专家学者进行异地交流，极大的拓宽了交流范围。（2）教学的个性化传统的课堂教学很难进行因材施教和个性化教学，只能照顾到大多数学生的需求；而网络教学的优势就在于学习者可以根据自己的特点、兴趣,选取合适自己的教学资源，进行自主学习，充分体现因材施教和个性化教学。（3）学习的协作性传统课堂教学，由于教学时间、地点的限制，很难在课堂上开展协作性学习：而网络教学为学习者提供了一个良好的网络协作学习环境，使得师生、生生之间可以相互协作，共同学习。（4）学习资源目前网络课程在自主学习方面只是体现学生自己学习这一点上，并没有为他们提供丰富的学习资源以有利于自主学习7。网络课程的学习者来源广泛，使教师可能无法预测网上学生的原有认知结构，但网络课程是按一定的教学目标和教学计划引导学生有计划的完成学习，学生要在师生相对分离的条件下完成学习任务，网络应能为学生提供教学素材、教学案例、练习等大量教学资源8。3.2 系统功能需求分析对于软件系统的设计和分析来讲，首先要正确地把握客户需求中的功能实现，以便确定系统中需要创建何种对象，我们这里以用例图的方式给出了不同角色在系统中的操作权限，如图3-1所示：图3-1 用户需求功能图（1）管理员用户 管理员的任务主要有管理课程，用户权限，用户管理，系统维护等。如下图示：管理员登录系统权限课程管理用户权限学生权限教师权限图3-2 管理员功能权限图1）课程管理能够开一门课，同时对课程的自定义设置，也能够对教师进行授权，开设或修改一门课。2）系统维护管理员可以对系统数据库进行管理,如系统数据备份、升级等；可以发布、修改、删除系统公告；同时，管理员也可以查看教师的课程公告，可以删除某一条课程公告。3）用户权限可以查看用户的注册申请，并对其进行授权或者不通过授权；可以查看已注册用户的信息，修改用户的个人信息，也可以将某用户从系统中删除。同时可以批量的添加和操作用户，方便管理。（2）教师用户教师的主要任务是开设课程，以及对教学资源的管理，根据学生的反馈信息做出相应的调整，以及解答学生提出的问题等。主要如下图所示：教师用户登录调查问卷信息反馈资源更新在线交流教学实施解答问题作业评价图3-3 教师的功能权限图1）教学实施 教师可以根据学生学习情况反馈的情况有针对性的给不同的学生不同的提出学习的方法，同时针对学生的问题，也可以及时的回答，在和学生的交流中帮助学生快速的理解所学的知识。2）在线交流 Moodle中的交流是多样化的，老师和学生，学生和学生之间可以通过聊天室来沟通，是自己不会的问题可以及时的解决，同时对于教师所布置的任务、作业等也能呢个够比较详细的认识。3）资源更新教师能对课程的资源进行添加、修改、删除等。数据结构是一门信息化的课程，对于相关联的知识资料等必须有更新。4）信息反馈传统教育的交流是很少的，而这个教学平台解决了这个问题，增强的师生之间的交流，教师可以根据学生的反馈信息来确定学生对知识的掌握情况，以便做出更有针对性的教育。（3）学生用户 网络教育平台学生是最主要的用户，学生可以浏览知识，同时可以选择课程，有什么不会的问题也可以通过讨论区向老师提问，得到解答，同时学生也可以自主的交流，使自己能够更快的进步。主要如下图所示：图3-4 学生的功能权限图1）课程学习 在线选择课程，也可以由教师批量加入课程，在课程学习中看一查看学习资料，Flash， 算法演示、教学方式等和课程相关的信息等。2）完成作业 按时完成教师布置的作业和教师安排的测验，以便教师能够根据反馈的消息来确定 学习的掌握情况。3）交流进步主要的任务就是改进传统教的教师与学生，学生与学生之间的交流不足的问题。所以本系统拥有论坛和聊天室两种交流工具，方便大家能够根据不同的需要来交流，使问题快速的解决。能达到更好的学习效果。4）查看活动 为了增进教师与学生，学生与学生之间的交流，是大家在学习间隙能够放松，同时统计出数据方便教师做出更有针对性的方法。本系统有调查统计，投票等活动，更多的增强大家的交互性。3.3 性能需求分析本站点是基于Moodle平台搭建的，釆用三层B/S结构，目的是构建一个具有稳定性、易扩展性的数据结构学习园地。下面对网络教学系统性能需求进行分析：（1）可操作性 为使所有用户都能在短时间内掌握本系统的操作流程，所以用户的界面操作尽可能的简单，釆用人机交互方式，用户只需按菜单提示步骤进行操作即可，而且还有帮助提示，最大限度方便用户。（2）可靠性 储着教师、学生的基本信息，若用户信息丢失，就有可能给学校或教师带来不必要的损失；还有大量的课程资源，若这些数据丢失将给全校师生带来很大的损失。所以，系统设定有权限的用户才能进入，必须强制密码，而且密码必须复合复杂性规则。（3）可扩展性系统的过程中，必须考虑学校未来的扩展需求，如遇到课程的变动和学生的需求，以及教学方式的改革，系统需要满足变化的需求，本系统是基于Moodle搭建的，所以可扩展性非常好，可以任意添加不同的模块。3.4 本章小结 本章对基于Moodle的数据结构进行了需求分析，Moodle平台是一个多功能的，非常具有可操作性，可靠性以及具有良好扩展性的教育平台，根据学生和老师的需求，可以总结出，开发一个基于Moodle平台的数据结构交流平台是可行切必须的。4 系统设计系统设计是一个软件的灵魂，根据需求分析做出软件的基本规划，同时对基于Moodle下的数据结构交流平台有一个全面的认识，本章主要从系统的架构和用户的角度进行系统设计。4.1 软件架构4.1.1 总体架构为了实现软件可靠性，可操作性以及可扩展性。本系统釆用当前流行的三层B/S结构，实现了用户界面、业务逻辑和数据访问的分离，使用面向对象方法和高内聚、低耦合的模块化结构相结合的设计思想来构建灵活、可扩展的学习系统。系统由Windows操作系统，Apache服务器，MySQL数据库和PHP语言组成9。系统实现稳定，安全，以及跨平台等。基本架构如图4-1所示：图4-1 数据结构平台架构图4.1.2 用户界面用户界面是用户使用功能的直接媒介，所以精良简洁明了，让用户能够明白基本的操作规则。（1）登录登录系统在主页最醒目的位置，因为Moodle出于安全考虑所以如课程选择、投票、讨论区等都需要有权限的用户，如果用户不登陆访问这些内容，系统会自动跳转到登陆页面。（2）师生交流本系统的需求就是为了弥补传统教育的教师与学生，学生与学生之间的交流问题，所以交流就是十分重要的，网站首页分别设立问卷调查、投票、讨论和聊天室，分别针对不同的需求，学生可以就不明白的问题直接在聊天时向教师提问等待解答。当老师不在的时候，也可以通过论坛向老师留言，系统会通过Email向教师发出提醒。（3）课程选择因为主要的需求是数据结构算法，所以课程设置较少，可以在主页直接选择课程，当课程较多找不到的时候，可以通过课程搜索来发现课程，方便有针对性的选择课程和学习。（4）算法演示数据结构是一门逻辑性非常强的课，所以用直观的Flash能更快的理解明白算法的意义和作用。4.1.3 服务端服务是本站的的核心，Moodle是由不同的模块的组合来完成整个服务器的运行的，由于Moodle的高扩展性，实际上，Moodle模块就是一个一个的插件，这都是基于PHP的10。网站所有的服务实际上都是基于模块管理的。（1）网站管理网站的管理实际上就是模块的增加、修改和删除。在Moodle平台下实际上就是插件的管理，如系统配置网站信息、参数配置、插件设置、主题设置、首页设置、外观设置、语言设置、服务器设置等。（2）课程管理课程管理的就是课程的开设，充实资料和课程的关闭，课程的开设需要管理员或教师。教师确定教学大纲、教学目标、教学计划、教学活动等。需要发布课程公告、上传和设计课程内容、导入素材会课件等。还需要引导学生自主学习、组织在线讨论、在线答疑等11。（3）学习管理学生需要阅读学习资料、观看课件和教学资料、完成课堂练习、参加在线考试等，不会的可以直接通过教师来解答。4.1.4 数据库数据库是本系统的灵魂，数据库的结构直接影响的整个网站。通过需求分析可以看到需要的数据库的基本结构12，就可以得出一些数据表以及它们之间的关系，即是系统的逻辑结构，后续的编码都是在对数据库进行操作，所以构建一个合理的数据库结构是十分有必要的13。基本的数据库E-R如图4-2所示：用户作业权限表课程用户名权限ID密码ID号码姓名邮箱角色ID用户ID课程编码ID课程名课程分类ID编号排序选课密码成绩作业类型作业名称课程ID开设选择发布上传赋予权限的ID课程资料作业描述图4-2 数据库E-R图如下列举一些重要的逻辑结构表：（1）用户信息（mdl_user）表内主要字段及解释，如表4-1所示表4-1 用户信息表 字段名称字段类型长度字段解释usernamevarchar100用户名passwordvarchar32密码idnumbervarchar64ID号码firstnamevarchar100姓lastnamevarchar100名emailvarchar100邮箱（2）课程信息（mdl_course）表内主要字段及解释，如表4-2所示表4-2 课程信息表字段名称字段类型长度字段解释categorybigint19,0课程分类IDsortorderbigint19,0排序编号passwordvarchar50选课密码fullnamevarchar254课程名全称shortnamevarchar100课程名简称idnumbervarchar100课程编码IDsummarytext65535课程概要（3）权限指派（mdl_role_assignments）如表4-3所示表4-3 权限指派字段名称字段类型长度字段解释roleidbigint19,0角色IDcontextidbigint19,0权限IDuseridbigint19,0用户IDmodifieridbigint19,0赋予权力的ID（4）作业资料（mdl_assignment）如表4-4所示表4-4 作业资料表字段名称字段类型长度字段解释coursebigint19,0课程IDnamevarchar255作业名称descriptiontext65535作业描述assignmenttypevarchar50作业类型gradebigint19,0成绩4.2 用户构架本系统基于权限实际上有三个大的权限级别，分别是管理员，教师和学生，因为是基于Moodle的教学平台所以用户的核心地位愈发的重要，实际上系统的主要模块功能就是围绕着用户来实现的。基本的功能权限如图4-7所示：4-7 用户基本权限图4.2.1 管理员管理员需要对整个Moodle平台进行管理，需要管理网站，对老师，课程管理员等角色的授权也是由管理员进行管理的。网站管理员在安装的过程中默认用户是admin。课程/用户信息进行维护，对系统配置进行修改，对站点首页的设置、功能模块的安装和维护等。具体如下：（1）系统维护管理员可以对系统数据库进行管理,如系统数据备份、升级等；可以发布、修改、删除系统公告；同时，管理员也可以查看教师的课程公告，可以删除某一条课程公告。（2）课程管理可以添加、删除一门课程，可以修改某门课程的属性信息，可以对教师提交授课请求进行授权，可以查看系统中的所有课程的属性信息。（3）教师管理可以注册一个教师或多个教师，可以查看教师的注册申请，并对其进行授权或者不通过授权；可以查看已注册教师的信息，修改教师的个人信息，也可以将某教师从系统中删除。（4）学生管理可以注册一个学生或多个学生，可以查看学生的注册申请，并对其进行授权或者不通过授权；可以查看已注册学生的信息，修改学生的个人信息，也可以将某个学生从系统中删除。（5）信息查询可以查询系统中已经注册教师和学生的人数，可以查看开设课程的数目，可以查看题库共有多少题目数量，也可以查看所有课程总共发布了多少作业数量等。4.2.2 教师教师可以为课程添加各种内容,资源通常是静态的，如网页链接、静态文字等等，而活动则是动态的，可以加强学生和老师之间的交互。同时对学生提问进行答疑，平时的教学管理工作，对学生学习监督等，也都是老师的责任。（1）教学实施教师可以按教学内容要求有针对性对学生进行分组学习、分组讨论等。（2）资源更新教师可以对自己所任课程的资源进行添加、修改、删除，可以改变资源的布局，可以隐藏或显示资源。可以指定教学大纲、教学目标、教学计划和教学活动。（3）在线交流可以进行在线答疑、在线讨论。如回复每个学生发的帖子，可以删除任意一个学生的帖子；当然也可以对自己的帖子进行编辑或删除。（4）评价反馈教师可以在网上给学生布置作业，可以在线批改作业，查看己经批改的作业，并且可以给学生作业反馈信息。可以在题库按手工或者自动的方式生成试卷，重新编排试卷题目，删除试卷，在线批改试卷，当然也可以查阅己经批改的试卷。并可以制作调查问卷，手机学生的反馈意见，然后修改后期的教学计划。4.2.3 学生网络教育平台学生是最主要的用户，学生可以浏览知识，同时可以选择课程，有什么不会的问题也可以通过讨论区向老师提问，得到解答，同时学生也可以自主的交流，使自己能够更快的进步。（1）浏览课程学生可以查看站点的课程简介、教学团队、课程考核、考研辅导、算法演示、教学方式等和课程相关的信息。（2）学习课程打开所选课程，进行网上学习。如阅读学习资料、教学资料和观看课件，按要求进行模拟实训等。（3）完成作业通过浏览课程所有作业的内容，在线完成作业，也可以下载作业，线下完成后提交作业，可以查看教师的批改内容，查看作业成绩。（4）查看成绩可以在教师指定的课程试卷库中某一份试卷进行测试，对于已经完成并得到批改的试卷，可以查看测试结果。4.3 数据结构平台模块架构传统教学模式是以教师为主，教师讲、学生听、很少有互动，课后老师比较忙，学生有什么疑难问题很难在短时间内找到老师解决，而且会因为老师上课过程中携带的资料有限，一时半会可能给不了学生具体的答案，几乎是一种单向沟通的教学模式。而且数据结构是一门逻辑性极强的课程呢，单靠自己的理解可能不能完全的理解。所以需要设计如下几个模块来作为传统教育的补充。4.3.1 视频学习 与传统教学相比较，同学们的理解能力可能有差异，同时数据结构课程的不同章节的学习难度同样可能存在差异。一位老师的教学也可能存在疏漏，所以数据结构交流平台拥有视频功能是十分必要的。（1） 上传视频教师可以录制上传自己的教学视频，同时对于网络上优秀的教学视频同时可以复制视频的链接地址。根据学生的反馈，对课程的重点难点可以更加详细的介绍。（2） 播放视频 学生可以根据自己的学习进度播放不同章节的数据结构课程视频，同时也可以播放教师推荐的网络数据结构课程视频。4.3.2 算法的Flash演示数据结构的核心就是算法，而单纯的文字叙述和类C语言的描述对于算法的理解还有一定的困难。这是把抽象的算法制作成Flash就能让人更加清晰准确的理解算法的意义。（1） 上传Flash Flash可以自己制作，也可以从网络上搜索资源，对于算法进行归类，是每一个算法都有对应的Flash动画。（2） Flash播放动态的Flash可以根据自己的需要输入数据，然后就能看到直