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论文案例实践-基于Java Web的学生作业管理系统的设计与实现
时间:2021-05-07 17:54:40

  作业是学生学习生活中不可缺少的一部分,是对学生学习成果的巩固和检验,同时也是教学过程中的一个重要环节。因此,设计一个操作简单、功能完善的学生作业管理系统是实现教育现 范化的重要内容。

  本文主要针对学生作业管理的需求,结合现 范管理理念,采用Java Web技术,开发学生作业管理系统。重点实现了个人信息管理、教师发布作业、教师查看学生作业、学生下载作业、学生提交作业、教师批改作业等基本功能;并加入个性化服务理念,提供了教师审核意见反馈、备注留言等交互式服务。

  学生作业管理系统的建立实现了教学过程中的无纸化办公,优化了发布作业和提交作业的流程,提高了教师的工作效率和学生的学习效率,为学生的学习生活提供了更好的服务和保障。

  互联网和大数据的飞速发展为我们的日常工作、学习和生活提供了更多的可能性。“管理信息系统”这一概念在1958由美国首先提出,它是由人和计算机组成、以计算机为基础、以数据库为中心的集成化、网络化系统。随着计算机技术的不断成熟和发展,管理系统已经应用于多个领域,计算机信息管理在各个领域占据着越来越重要的地位,这也成为了计算机在信息管理系统中被广泛应用的重要原因,而将管理系统应用于学生作业管理,有手工管理作业无法达到的优势。因此,学生作业管理系统必将是学校向实现信息化管理迈出的重要一步。

  当前国内作业管理主要有以下几种方式:一是将纸质作业装订并封存,这种方式不仅安全性低、不便于保管,而且浪费资源;二是将作业的电子版通过网络聊天、电子邮件等方式发送给教师,这会导致教师被信息“轰炸”,并且作业无序繁杂,新旧作业容易混合,难以整理;第三种是学生将作业提交到利用FTP技术创建的共享目录中,这种方式相对来说较为安全,易于保管,但是无法修改和重新上传。以上方式会产生很多问题,如教师对作业提交情况无法一目了然,作业批改情况无法及时反馈给学生等。这些问题会增加教师负担,降低教师效率,不利于提高学生学习积极性。

  针对以上问题,我国已经对作业信息化管理进行了多个研究,也已经有可以提交作业的平台,这些平台功能多且复杂,管理作业只是次要的,主要还是以视频教学、网络直播、课程签到等功能为主,如U+新工科智慧云平台,该平台使用较为广泛,但主要应用于教学方面,在作业管理方面的用途并不广泛。因此,设计一个专门用于管理学生作业的学生作业管理系统势在必行。

  1.2项目开发的目的和意义

  随着计算机及互联网的发展,教师和学生越来越习惯用计算机来处理文档,而传统的纸质化办公及提交作业的方式已经不能满足学生的需求,教师批改反馈信息也相对滞后。因此,如何高效管理学生的作业并及时反馈已经成为亟待解决的问题,而学生作业管理系统正式为解决这一问题而开发的。通过开发学生作业管理系统,能够逐步实现无纸化办公,减少教师的工作量,方便教师和学生的工作和学习,能及时、正确的处理学生学习中存在的各种问题,在教师和学生之间建立一个良好的教学、学习和交流平台,作为传统教学方式的一种有力的补充。

  学生作业管理系统开发的主要目的是改变原有的传统手工教学方式,加大信息化管理在学校教育工作中所占比重。通过对学校教学中实际情况的了解以及对教师和学生的调查研究,不断完善信息管理系统,开发能最大化满足教师和学生需求的学生作业管理系统。

  学生作业管理系统在现实生活中的意义是减轻教师负担,提高教师工作效率,使教师和学生能够在互联网上进行互动,带动学生学习积极性,使学生感受到学习的乐趣,同时全面推进教学无纸化办公,从而节约资源。

  1.3国内外研究概况

  1.3.1国内研究概况

  当下,国内已经有很多具有作业管理功能的系统,采用了基于JSP、FTP等模式的技术,但这些系统主要功能还是远程教学,作业管理只是一项辅助功能,并没有得到宣传推广,并且因为系统操作过于繁杂或用户权限分配混乱等问题,在校园内的应用并不广泛。

  在学术领域,目前已知有一百多篇与在线学生作业管理系统相关的论文,包括博士论文、硕士论文、期刊等等。

  在系统的应用领域,湖南广播电视大学综合性作业管理系统及厦门大学教学文件服务系统,这两所大学的旧版系统也仅仅是具备学生上传作业、教师下载作业的功能,华南理工大学远程教育也提供学生作业管理系统。这些院校使用的学生作业管理系统主要还是针对远程教育的学习方面。

  1.3.2国外研究概况

  国外对学生作业管理系统也已经进行了很多研究,针对作业管理系统,国外最常用的在线课程及作业管理系统有:

  (1)Blackboard:一个把课程作为中心,同时需要商业付费的管理系统;

  (2)ATutor:一个基于Web的开源课程管理系统;

  (3)Moodle:一个著名的开源在线课程管理系统;

  (4)Sakai:一个由美国斯坦福大学、麻省理工大学等大学发起的用于协同学习的开源课程管理系统。

  这些开源的管理系统功能相对更丰富,可以在原有的基础上进一步增加、修改、填充功能。这样有效地利用网上的资源进行开发,可以减少重复开发造成的资源浪费。

  1.4系统特征

  传统的网页文件没有体现交互性的特点,使得用户在使用时无法满足对网络互联的需求,而现在的Web网络具有很好的交互性的特点,使用户从以往单纯查看网页信息到如今主动填充网页信息,必然能够在互联网的应用中发挥不可或缺的作用。

  本系统改变了传统网页的设计方式,体现了Web交互性的特点,能够实现用户和网络的双向交流,使用户不仅能浏览网页,而且能填充网页的信息,加强了用户体验。针对教师、学生、管理员三种角色进行了功能模块划分,数据各自独立。该系统主要实现了下载作业,上传作业,在线发布成绩等功能。

  本系统服务器端使用Java Web技术,充分体现了“一次编译,处处运行”的特点,采用封装功能,大大方便了用户对系统的使用;MySQL作为数据库,在JSP程序设计的基础上实现,为数据管理与分析带来灵活性,同时也保证了数据的安全性;采用两层体系结构,即B/S结构模式设计,通过浏览器进行访问操作,体现了系统的交互性。

  2相关技术

  2.1 JSP技术

  JSP技术本身是一种脚本语言,但它的功能是十分强大的,因为它可以使用所有的JAVA类。当它与JavaBeans类进行结合时,它可以使显示逻辑和内容分开,这就极大的方便了用户的需求。JavaBeans可以对JSP技术的程序进行扩展,从而形成新的应用程序,而且JavaBeans的 范码可以重复使用,所以就便于对程序进行维护。JavaBean组件有内部的接口,可以帮助不同的人对系统进行访问。1999年,Sun微系统公司正式推出了JSP技术,这是一种动态技术,是基于整个JAVA体系和JavaServlet提出的,是具有普遍适用性的WEB技术,也是本系统设计的核心技术之一。

  JSP技术能够极大的提高WEB网页的运行速度。这些内容会与脚本结合,并且由JavaBean和Servlet组件封装。所有的脚本均在服务器端运行,JSP引擎会针对客户端所提交的申请进行解释,然后生成脚本程序和JSP标识,然后通过HTML/XML页面将结果反馈给浏览器。因此,开发人员亲自设计最终页面的格式和HTML/XML标识时,完全可以使用JSP技术。

  所以结合学生作业管理系统的需求及功能模块的实现,使用JSP技术是最合适的,能够最好地达到对于系统功能的需求,而且JSP的拓展性比较好,对于学生作业管理系统在后期使用过程中可以不断对系统功能进行拓展,使系统更完善,不断优化,更方便的满足用户需求。

  2.1 JAVA技术

  Java主要采用CORBA技术和安全模型,可以在互联网应用的数据保护。它还提供了对EJB(Enterprise JavaBeans)的全面支持,java servlet API,JSP(java server pages),和XML技术。多进步。例如,当人们在微软Word中写文章时,也许还打开了一个MP3播放器来播放音乐。偶尔,人们也会编辑Word,让机器执行打印作业,或者通过IE。对他们来说,这些操作是同时执行的,并不需要等待一首歌来完成文档编辑。似乎他们都在一台机器上同时工作。

  事实是,对于一个CPU,它只能在某个时间点执行一个程序。CPU在这些程序之间不断地“跳跃”。那么为什么我们看不到任何破坏呢?这是因为,与我们的感情相比,它的速度太快了。因此,尽管我们看到一些同步操作,实际上对于计算机来说,它只能在某个时间点执行一个程序,除非您的计算机是多CPU的。

  Java是一种计算机编程语言,也是一种跨平台的程序设计语言,具有封装、继承和多态性三个主要特性,可以运行于任何微处理器,广泛应用于企业Web应用程序开发和移动应用程序开发。

  Java语言和一般编译器以及直译的区别在于,Java首先将源 范码转换为字节码,然后将其转换为JVM的可执行文件,JVM可以在各种不同的JVM上运行。因此,实现了它的跨平台特性。虽然这使得Java在早期非常缓慢,但是随着Java的开发,它已经得到了极大的改进。

  2.3 Eclipse开发环境

  Eclipse支持广泛、兼容性高并且功能强大,普遍适应于JAVA和J2EE的系统开发,支持JDBC,Hibernate,AJAX,Struts,Java Servlet,Spring,EJB3等数据库链接工具和主流Eclipse产品开发工具。

  Eclipse最初主要用于Java语言的开发,通过安装不同的插件,Eclipse能够支持多种不同的计算机语言,例如C++、PHP等,也是正是因为这样,Eclipse拥有很多IDE软件所不具备的灵活性。

  Eclipse在业内是所熟知的开发工具,学生作业管理系统在开发的过程中运用的就是该工具。Eclipse虽然本质上只是一个框架或是一组服务,但它同时也是一个源 范码开放的、可拓展的开发平台。Eclipse可以帮助我们进行数据库的研发和J2EE的使用,除此之外,还可以提高系统的运营能力,这突出表现在服务器的整合过程中。Eclipse的功能相当完备,能够为J2EE的集成提供必要的环境支持,从而完成编码、测试、调试及发布等功能。它可以支持JSP,HTML,SQL,Javascript,Struts,CSS等。

  2.4 Tomcat服务器

  Tomcat属于一种轻型的服务器,所以说在中小企业中并不具有普适性。但是当程序员需要开发或调试JSP程序时,则通常会将该服务器作为首选。Tomcat凭借着性能稳定、技术先进、免费等优势成为当下较为流行的Web应用服务器。

  对于一个仅具有计算机基础知识的人来说,计算机系统具有一个好的Apache服务器,可以很好的对HTML页面进行访问。Tomcat虽然是Apache的扩展,但是它们都是可以独立运行的,二者是不互相干扰的。当配置正确的时候,Apache服务器为HTML页面的运行提供技术支持,Tomcat的任务则是运行Servle和JSP页面。Tomcat也具有一定的HTML页面处理功能。

  2.5 MySQL数据库

  MySQL的语言是非结构化的,用户可以在数据上进行工作。MySQL的速度、可靠性和适应性都很好,所以被业界广泛关注。大多数人都认为在不需要进行事务化处理的情况下,MySQL可以很好的进行内容管理。并且因为MySQL的语言和结构比较简单,但是功能和存储信息量很强大,所以得到了普遍的应用。

  MySQL数据库在编程过程中的作用是很广泛的,为用户进行数据查询带来了方便。MySQL数据库的应用因其灵活性强,功能强大,所以在实现某功能时只需要一小段 范码,而不像其他程序需要编写大段 范码。总体来说,MySQL数据库的语言相对要简洁很多。

  数据流程分析主要就是数据存储的储藏室,它是在计算机上进行的,而不是现实中的储藏室。数据的存放是按固定格式,而不是无序的,其定义就是:长期有固定格式,可以共享的存储在计算机存储器上。数据库管理主要是数据存储、修改和增加以及数据表的建立。为了保证系统数据的正常运行,一些有能力的处理者可以进行管理而不需要专业的人来处理。数据表的建立,可以对数据表中的数据进行调整,数据的重新组合及重新构造,保证数据的安全性。

  考虑到数据库的功能强大等特点,本系统的开发主要应用了MySQL进行对数据的管理。

  3系统分析

  3.1需求分析

  学生作业系统主要是为了提高工作人员的工作效率和更方便快捷的满足用户,更好存储所有数据信息及快速方便的检索功能,遵循开发的系统优化的原则,经过全面的调查和研究。

  系统所要实现的功能分析,对于现在网络方便的管理,系统要实现用户可以直接在平台上进行查看所有数据信息,根据需求可以进行在线添加,删除或修改学生作业信息,这样既能节省时间,又能需求实现。所以学生作业系统的开发不仅仅是能满足用户的需求,还能提高管理员的工作效率,减少原有不必要的工作量。

  对学生功能、教师功能、管理员功能的具体需求分析如图3-1、3-2、3-3所示:

  图3-1学生功能结构图

  Figure 3-1 Student function chart

  图3-2教师功能结构图

  Figure 3-2 Teacher function chart

  图3-3管理员功能结构图

  Figure 3-3 Administrator function chart

  3.2系统可行性分析

  3.2.1技术可行性:技术背景

  本网站在Windows操作系统中进行开发,并且目前PC机的性能已经可以胜任普通网站的web服务器。系统开发所使用的技术也都是自身所具有的,也是当下广泛应用的技术之一。

  系统的开发环境和配置都是可以自行安装的,系统使用JSP开发工具,使用比较成熟的MySQL数据库进行对系统前台及后台的数据交互,根据技术语言对数据库,结合需求进行修改维护,可以使得网站运行更具有稳定性和安全性,从而完成实现网站的开发。

  (1)硬件可行性分析

  学生作业系统及信息分析的设计对于所使用的计算机没有什么硬性的要求,计算机只要可以正常的使用进行 范码的编写及页面设计就可行,主要是对于服务器有些要求,对于平台搭建完成要上传的服务器是有一定的要求的,服务器必须选择安全性比较高的,然后就是在打开网站必须顺畅,不能停顿太长时间,性价比高,安全性高,因此设计本系统使所选用的服务器是Tomcat服务器。

  (2)软件可行性分析

  开发整个系统使用的是云计算,云计算的优点就是流量的可扩展性和基于流量的智能调整,保障系统的安全及数据信息的及时备份。

  因此,我们从软件和硬件两个方面进行了可行性研究,可以看出学生作业管理系统的开发没有问题。

  3.2.2经济可行性

  在学生作业管理系统开发之前所做的市场调研及相关的管理系统,都是没有任何费用的,都是通过开发者自己的努力,所有的工作的都是自己亲力亲为,在碰到自己比较难以解决的问题,大多是通过同学和指导老师的帮助进行相关问题的解决,对于较为复杂的问题,也可以通过查询互联网得到解决,所以对于学生作业系统的开发在经济上是完全可行的,没有任何费用支出的。

  系统是基于JSP的开发,使用比较成熟的技术,采用MySQL数据库。所以系统对开发人力、财力要求不高,总体成本较低,具有经济可行性。

  3.2.3操作可行性

  可操作性主要是对学生作业系统设计完成后,用户的使用体验度,以及管理员可以通过系统随时管理相关的数据信息,并且对于管理员、教师和学生三个用户角色,都可以简单明了的进入到自己的系统界面,通过界面导航菜单可以对各个模块的功能一目了然,简单明了地操作功能模块,方便用户信息的操作需求和管理员管理数据信息,对于系统的操作,不需要专业人员都可以直接进行功能模块的操作管理,比如对于本系统最主要的发布作业和提交作业的功能,流程非常简单,用户可随意进行操作,所以在系统的可操作性是完全可以的。本系统的操作使用的也是界面窗口进行登录,所以操作人员只要会简单的电脑操作就完全可以的。

  3.2.4社会可行性

  当前各种管理系统已经在社会上得到了广泛应用,也凭借着它系统化、简单化的优势得到了社会的认可。学生作业管理系统结合了当下教师和学生的需求,将教师、作业、学生和互联网四者有效连接起来,节约了社会资源。因此,从社会可行性方面分析,开发学生作业管理系统是可行的。

  3.3项目设计目标与原则

  1、关于学生作业管理系统的基本要求

  (1)功能要求:有管理个人中心、课程管理、教师管理、班级管理、学生管理等功能模块。

  (2)性能:在不同操作系统上均能无差错实现在不同类型的用户输入正确的用户名和密码登入相应界面后能不出差错、方便地进行预期操作。

  (3)安全与保密要求:用户都必须通过身份验证才能进入系统,并且用户的权限也需要根据用户的类型进行限定,不同权限的用户不能进行其他用户权限的操作,如学生不能进入教师功能界面,不能进行教师可以进行的操作。

  (4)环境要求:支持多种平台,可在Windows系列、Vista系统等多种操作系统下使用。

  2、开发目标

  (1)实现管理系统信息关系的系统化、规范化和自动化;

  (2)减少维护人员的工作量以及实现用户对信息的控制和管理;

  (3)方便查询信息及管理信息等;

  (4)通过网络操作,改善处理问题的效率,提高操作人员利用率;

  (5)考虑到用户多样性特点,要求界面简单,操作简便。

  3、设计原则

  本学生作业系统采用JSP技术,MySQL数据库开发,Tomcat作为服务器,充分保证了系统稳定性、完整性和安全性。

  学生作业管理系统的设计与实现的设计思想如下:

  1、操作简单方便、系统界面安全良好、页面布局简单明了、方便查询学生作业系统相关信息。

  2、即时可见:对学生作业系统信息的处理将立马在对应地点可以查询到,从而实现“即时发布、即时见效”的系统功能。

  3、功能的完善性:可以进行个人中心管理、课程管理、教师管理、班级管理、学生管理模块的修改维护操作。

  3.4系统流程分析

  3.4.1用户系统功能流程

  用户进入学生作业管理系统后,输入正确的用户名、密码和权限登录,并分别进行学生功能操作、教师功能操作以及管理员功能操作。用户系统功能流程图如图所示3-4所示:

  图3-4用户系统功能流程图

  Figure 3-4 User System Function Flow Chart

  3.4.2操作流程

  用户需通过输入用户名和密码进行登录。若用户名为空,则提示用户名不能为空,重新输入若密码为空,则提示密码不能为空,重新输入;若用户名或密码输入错误,则提示用户名或密码错误,重新输入。系统登录流程图如图3-5所示:

  图3-5登录流程图

  Figure 3-5 Login Flow Chart

  3.4.3添加信息流程

  添加信息时点击新增,输入要添加的信息,若输入不正确则需要重新输入,输入完成后点击确定,添加成功。添加信息流程图如图3-6所示:

  图3-6添加信息流程图

  Figure 3-6 Add information flow chart

  3.4.4删除信息流程

  删除信息时,先选择要删除的记录,在弹出的“是否删除”对话框中选择“是”,则信息删除,若选择“否”,则要重新选择要删除的信息。删除信息流程图如图3-7所示:

  图3-7删除信息流程图

  Figure 3-7 Delete information flow chart

  第4章系统设计

  4.1系统体系结构

  (1)管理员、教师和学生三种用户通过网络连接,并将需求通过网络发送到服务器和程序。学生作业管理系统结构图如图4-1所示:

  图4-1系统结构图

  Figure 4-1 System Structure

  (2)用户登录时,输入正确的密码进入系统界面,若密码错误,则需重新输入密码进行登录。登录系统结构图如图4-2所示:

  图4-2登录结构图

  Figure 4-2 Login Structure

  (3)管理员输入正确的信息后登录网站后台,并进入个人中心、课程管理、学生管理、教师管理、班级管理等截面进行功能操作。管理员结构图如图4-3所示

  图4-3管理员结构图

  Figure 4-3 Administrator Structure

  4.2开发流程设计

  系统流程的分析是通过调查系统所涉及问题的识别、可行性、可操作性、系统分析处理能力等具体环节来调节、整理系统的设计方案以确保系统能达到理想的状态。这些操作都要从注册、登录处着眼进行一系列的流程测试保证数据库的完整,从而把控系统所涉及信息管理的安全、保证信息输入、输出正常转换。然后,通过实际操作完成流程图的绘制工作。

  学生作业管理系统的开发流程是首先先进行需求分析,再确立基本系统模型和系统模块划分,并进行功能设计和数据库设计,其次对系统模块分解后进行详细设计以及 范码编写,然后对各模块的功能进行独立设计并进行各模块的整合,最后测试、调试系统,对系统的功能进行扩展、完善。系统开发流程图如图4-4所示:

  图4-4系统开发流程图

  Figure 4-4 System Development Flow Chart

  4.3数据库设计

  数据库设计是基于需要设计的系统功能,需要建立一个数据库关系模型,用于存储数据信息,这样当在程序中时,不必为程序页面添加数据,从而提高系统的效率。数据库存储信息繁多,可以说是信息管理系统的核心和基础,数据库还提供了添加、删除、修改和检查等功能,使系统能够快速找到自己想要的信息,而不是在程序 范码中找到。

  基于数据库在学生作业管理系统中的重要性,所以在设计数据库时必须满足以下几点要求:

  (1)数据库的设计是为系统服务的,应该能够满足系统的需求,将数据间的关系准确表达出来;

  (2)能够通过合理表结构或增加索引等方式,不断提高读取数据的速度和查询效率;

  (3)能够区分合法与非法用户,识别用户名和密码,用户必须通过输入正确的用户名和密码进行登录,保证数据的安全性;

  (4)保证数据的独立性,对不同权限的用户进行区分,通过用户的合法权限划分授权范围。

  实体是用户在现实环境中所能涉及到的事物,而属性是对实体所具有特征的描述。通过学生作业管理系统的功能进行规划以及前期对数据需求的分析,得出了分别包含各自属性的实体图,如图4-5、4-6、4-7、4-8所示。

  学生实体主要包括学号、姓名、性别、班级、手机、邮箱等。学生实体属性图如图4-5所示:

  图4-5学生实体ER图

  Figure 4-5 ER of Student Entities

  学生信息管理实体主要包括个人中心、发布作业管理、提交作业管理和发布成绩管理等。学生信息管理实体属性图如图4-6所示:

  图4-6学生信息管理ER图

  Figure 4-6 ER of Student Information Management

  教师实体主要包括教师工号、姓名、性别、课程、手机、邮箱等。教师实体属性图如图4-7所示。

  图4-7教师实体ER图

  Figure 4-7 ER of Teacher Entity

  作业实体主要包括名称、类型、编号、教师工号/学号、教师/学生姓名、文件、课程名称、截止日期等。作业实体属性图如图4-8所示:

  图4-8作业实体ER图

  Figure 4-8 ER of Activity Entity

  4.4数据表

  数据表是由表名、表中的字段和表的记录三个部分组成的,它是数据库最重要的组成部分之一,是数据库框架中的实际内容。将数据库概念设计的E-R图转换为关系数据库,在关系数据库中,数据关系由数据表组成,但是表的结构表现在表的字段上。数据库中信息表的每个部分根据一定的关系精确地组合,排列和组合成数据表,用来 范表和储存数据对象之间的关系。下面是学生作业管理系统的主要数据库表。