基于SPOC的计算机专业课程辅助学习系统

李佳宏，刘嘉敏，常 燕，曹洪相，郭 涛

（沈阳工业大学 信息科学与工程学院 辽宁 沈阳 110870）

1 引言

SPOC（Small Private Online Course），即小规模私人在线课程，是指将 MOOC 本地化为供在校学生学习的课程模式[1]。其中MOOC是指通过网络技术将课堂教学、学习体验、师生互动等环节完整的在线实现，形成一种更加交互、基于群体行为的学习模式，它功能多地是面相“外行学习”者的，知识含量和严谨程度达不到大学水平课程的要求[2]。在这种情况下，相对于MOOC的对外，SPOC的对内更具有促进大学教学改革的作用，能够带来的一种新的教学方式。SPOC因其“小”的特点，能够产生更为灵活而有效的学习效果[3]。

利用SPOC实现混合教学模式，学生可以很方便地在讨论组里提问和交流，具有很强的互动性。教师可以更方便地布置课后习题和作业，并且能够及时得到作业成绩信息，从而获得相对即时的教学效果反馈，打破了传统教学方式中受到的时间和空间的限制，使教学变得更加灵活[4]。关于SPOC的经典教学案例就是哈佛大学的SPOC实验、加州大学伯克利分校的SPOC试验及推广以及“科罗拉多州立大学—全球校园”的微型SPOC实验等，另外国内多所高校也陆续采用SPOC的方式来辅助教学。比如浙江大学计算机科学与技术学院、清华MBA SPOC课堂、天津大学等多所高校都在勇于创新，突破保守的传统教学模式，利用SPOC来参与辅助教学[5]。

为此我们应用Java Web技术开发了一套基于SPOC模式的计算机专业课程学习系统。该系统设计的主要目的在于为学生提供一种更高效便捷的复习途径，为老师提供一种能够更加及时了解学生学习情况的工具。同时本系统采用云平台的技术手段，为此基于SPOC模式的计算机专业课程学习系统实施的高效性、安全性提供了保障。

2 系统框架

2.1 框架结构

采用了B/S三层架构技术，B/S结构即浏览器和服务器结构，用户的工作界面主要是通过WWW浏览器实现的，只有极少部分的事务逻辑在前端（Browser）实现的，主要事务逻辑都是在服务器端（Server）实现的，从而形成了所谓的三层3-tier结构。这种模式统一了客户端，用户机器上只需要安装一个浏览器，大大简化了客户端的电脑负荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，同时这种结构下系统的功能实现主要集中在服务器端，简化了系统的开发、维护和使用。

在服务器方面采用了阿里云服务器，这样系统稳定性较高。因为阿里云提供一定流量的DDOS防护，系统安全性较好。而且阿里云提供国内众多节点区域以及海外服务器，能够保证用户浏览器访问速度快。

在业务开发中，系统采用了传统的Java Web技术，应用了传统的Java Web开发框架—Spring MVC + MyBatis+MySQL架构。其核心思想采用了MVC的典型软件设计思想。MVC的具体模式是：页面（View）会将参数传递到控制层（Controller），然后控制层将请求分发到业务层（Service），然后业务层再调用相应的持久层（Dao）来进行数据的持久化操作。在服务器端使用该框架一定程度上降低了系统各部分的耦合性，使项目开发过程更加安全，同时也使项目开发过程更加便捷[6]。采用Spring MVC框架能够更好地管理代码，方便开发者后期对系统进行功能修改以及日常维护。采用MySQL关系型数据库，能够承受高并发量的数据访问，支持多线程，能够充分利用CPU的资源，扩展性好。

2.2 系统功能框架

该系统主要分为学生端和教师端，其中学生端主要包括在线答题和收藏到错题本等四个功能模块，教师端主要包括学生信息管理和题库管理和查看实时反馈信息三个功能模块。系统功能结构图如图1所示。

图1 系统功能结构图

本系统设计的主要目的是通过在线答题来的方式来帮助学生更好的理解课堂讲授的知识。因此，在线答题是该系统的主要功能。学生可以根据所学科目选择相应课程进行在线答题的操作，如图2所示。

图2 课程选择界面

答题完毕后，系统会将学生的答题情况提交到后台进行数据处理，通过查询数据库中的试卷表对学生给出的答案和试卷的正确答案进行对比从而得出结果，对试卷的每一道题进行审核之后得出学生的成绩，并通过前端页面反馈给学生，能够当即看到答题的反馈结果，获得相对实时的反馈。并且每道题目下方都会有查看题目解析的按钮，学生可以根据自身情况进行更有针对性的学习。

错题本功能是对学生在线答题提供的一个辅助功能。错题本功能包括练习错题和删除错题两部分。它能帮助学生及时发现自己还未正确理解和完全掌握的知识点，及时发现知识点的漏洞，从而能够更有效，更加具有针对性的进行复习，对相对薄弱的知识点多加练习，使其对知识点的掌握更加全面，避免在学习过程中产生自己难以察觉的知识点漏洞，从而对以后的深入学习产生消极影响。

根据课程不同，每门学科的授课教师对试题也都有着不同的要求，题库管理模块能够方便、快捷和高效地为教师提供自主出题的功能，教师可任意添加新题册，修改和删除题册。此外系统还提供学生、教师、课程等信息管理功能。

3 设计实现

3.1 页面设计

页面是系统对用户最直接的展现，页面交互设计的优劣直接影响用户对系统的使用体验。页面设计沿用了当今最流行的扁平化页面设计风格，图3所示的登录界面就很好地展现了扁平化风格页面的UI效果。在实现过程中主要使用了Bootstrap和JQuery开源的前端库。Bootstrap是一个开源的前端UI库，简单易用，扩展性良好，它对扁平化的页面风格提供了良好的支持，大大提高了前端页面的开发效率。同时，Bootstrap能够很好的解决不同浏览器之间的兼容问题。

图3 登录界面

在线答题本系统的核心功能，其具体展现形式可分为学生端的在线答题（图4）和教师端的试题管理（图5）两部分。

图4 在线答题界面

图5 试题管理界面

3.2 Ajax实现局部刷新

系统中使用Ajax浏览器端网页开发技术，通过异步请求方式实现了页面局部刷新的效果，提高了用户体验。主要是通过Ajax模拟传统意义上的HTTP请求方式，以异步的方式向后端Controller发送HTTP请求，Controller通过调用一系列业务代码进行数据的查询和处理，最后将结果再次通过Controller以响应的方式返回给前端页面。在这一系列操作中，不存在页面的跳转，因此能够更好的提高用户的使用体验。

本文中以试题解析部分为例进行具体描述。系统首先获取试题解析按钮中对应的试题id信息，然后通过Ajax将其通过异步请求的方式发送给系统后端的Controller控制层，Controller控制层根据拿到的试题id到数据库中进行查询，将查询到的试题解析的数据再次Controller控制层返回给前端并由前端将数据完整、清晰的展示给用户。

3.3 查看实时反馈

该系统设计的主要目的之一就是加强学生和教师之间的课下交流，因此，本系统也致力于设计出能向教师实时反馈学生学习情况的功能。通过用户的反馈信息，该系统拟优化学生答题信息实时反馈形式，达到更加直观地展现学生答题情况。ECharts是一款由百度前端技术部开发的，基于JavaScript的前端数据可视化图表库，提供直观，生动，可交互，可个性化定制的数据可视化图表组件。为了实现直观的数据展示，本系统在后期产品迭代过程中拟使用百度开源的ECharts前端数据可视化技术，来实现学生答题信息的数据可视化展示。该前端数据可视化图表库，依赖少，功能强大，使用简单，便于开发和维护，是实现前端数据可视化很好的一种选择。

4 结论

本系统的设计主要解决了传统课堂教学当中受到的时间和空间上的限制。它结合SPOC的在线教学模式，为实现混合教学模式提供了一种可能。

采用在线答题的形式，使学生能够及时了解自己对所学知识的掌握程度，从而更加有针对性的进行学习，使学习过程高效便捷，一定程度上提高了学生的学习效率。此外，该系统也为教师提供了一种能够及时了解学生整体学习情况的途径，根据得到的学生整体学习情况的反馈，及时进行教学内容和教学进度的调整，一定程度上起到了强化课堂教学的作用。

同时，该学习系统具有很强的学科适应性，事实上它并不只是适用于计算机专业课程的学习，对其他专业也都具有良好的适用性，几乎能够配合任何学科的教学使用，符合如今多数教学者和学习者的教学以及学习需求，具备较高的实用性以及良好的发展前景。