基于网络学习平台的竞赛系统设计与应用——天津市教委“博学乐园”学习平台演绎“写字课进课堂”

张宝君，张 晶，丁树峰

(天津市电化教育馆，天津 300074；2.天津市广播电视大学，天津 300384)

基于网络学习平台的竞赛系统设计与应用
——天津市教委“博学乐园”学习平台演绎“写字课进课堂”

张宝君1，张 晶2，丁树峰1

(天津市电化教育馆，天津 300074；2.天津市广播电视大学，天津 300384)

随着博客、微博以及SNS等基于Web 2.0的交互式网络应用的兴起，目前对于网络学习平台的研究更多关注于对学习者交互手段的研究，目的是提升学习者的参与度，而以竞赛形式进行的学习活动，本身就具有高参与性的特点。然而，网络竞赛系统作为一种竞赛组织管理的信息化工具，虽然近年来得到广泛应用，但大多数竞赛系统仍采用独立开发运行的方式，难于与学习平台实现数据互通。该文以天津市教委主办的“博学乐园”书法网络大赛使用的系统为例，阐述一种基于网络学习平台的竞赛系统。该系统将网络学习平台与竞赛系统进行有机结合，一方面提供了更加优化的一站式用户体验，另一方面，互联互通的数据为两个系统的深化结合和数据挖掘提供了可能。该系统的构建，不但有效地解决了书法课师资短缺的难题，而且促进了学习方式的转变。

网络竞赛；学习平台；.NET；远程教育

一、网络学习平台与竞赛系统现状

(一)网络学习平台

近年来，随着计算机与网络技术的飞速发展，信息技术在各领域的应用不断加深，网络学习平台在教育领域的应用也日渐成熟。作为教育信息化的主要教学系统，网络学习平台从简单的课程浏览、课程管理系统发展为集课程教学、交流辅导(BBS及SNS)、在线考试、知识系统(问答系统及WIKI百科)以及教学管理、资源管理等功能于一身的复杂系统。

高度集成的网络学习平台不仅为用户提供了丰富的学习功能，使得网络教学的展现方式更为丰富多彩，教学手段更为灵活多样，而且各种应用数据的互联互通使得教学管理更为科学高效。因此，以学习平台为基础进行功能扩充和系统集成比单独设计开发应用系统更具有应用意义。

然而，对于网络学习平台的竞赛组织功能，目前很少有人进行研究。笔者调研了目前一些主流的学习平台，如国外的Moodle、BlackBorad，国内的奥鹏网校等，均没有设计竞赛相关功能。竞赛活动作为一种特殊的教学活动，一方面可以提升学习者在教学过程中的参与程度，提高学习者兴趣，另一方面可以将学习者的学习效果以竞赛形式反映给教学者，使教学者心中有数，指导今后的教学。可见，考虑将竞赛功能集成到网络学习平台中将是一种全新的应用研究且具有较大的实践意义。

天津市“博学乐园”学习平台和书法网络大赛，是以信息技术手段促进信息技术应用的良好范例。在这个过程中，将教育的意义隐藏了，使学生浸润在中华文化中，既继承了中华优秀传统文化，又提升了信息技术素养，是构成天津市“开放学堂”的不可分割的组成部分。

(二)网络竞赛系统

随着信息技术的应用推广，传统的依靠人工方式进行竞赛组织的相关工作也逐渐信息化，形成各种各样的网络竞赛系统。从功能上来说，网络竞赛系统是依靠信息技术，实现竞赛组织、竞赛管理、信息发布、参赛报名、竞赛评审、结果公示等工作的信息化系统[1]。一般包括信息发布子系统、参赛报名子系统、竞赛子系统、评审(裁定)子系统与成绩公示子系统等。

网络竞赛系统不仅可以使很多竞赛管理工作自动化，提高竞赛组织管理的效率，而且可以突破竞赛实施的空间和时间限制，竞赛组织者和参与者可以在任何地点，竞赛期间的任何时间进行相关操作。因此，越来越多的竞赛考虑并开始使用网络竞赛的方式实施。

(三)目前网络竞赛系统的不足

目前网络竞赛系统大多采用独立运行的方式进行部署，这种方式在开发时不用考虑其它应用平台架构，便于开发调试，但也存在一些明显缺点。

1.用户的认证问题

用户参与竞赛或管理者实施竞赛管理需要用户登录验证，对于独立运行的竞赛系统，即使用户已经拥有相关网络学习平台或其它应用账号也无法使用。这就要求用户必须重新注册一个网络竞赛系统的登录账号，不利于优化用户体验。

2.数据孤岛问题

独立运行的竞赛系统与网络学习平台处于数据隔离状态，不便于数据的互联互通，使得很多集成应用无法实施[2]。比如，竞赛系统可能会读取学习平台的行为记录，以检查用户是否达到参赛条件，学习平台也可能会读取竞赛系统的比赛成绩以作为对学生进行评价的参考数据。如果竞赛系统独立运行和部署，则这些集成应用必须依靠人工操作。

二、基于网络学习平台的竞赛系统设计

(一)基于网络学习平台的竞赛系统的优势

毫无疑问，如果将竞赛系统作为学习平台的一个扩展功能进行开发，开发一种基于学习平台的竞赛系统，就能很好地解决上述问题。

1.一站式的用户体验

基于网络学习平台的竞赛系统可以使用学习平台的统一认证机制，对于网络学习平台已经存在的用户，基本的用户信息可以直接从学习平台读取，不需要用户重新注册输入，这样不仅可以优化用户体验，而且可以防止数据冗余存储问题与数据不一致问题。此外，用户在学习平台内学习时就可以浏览竞赛相关信息，便于竞赛的推广。学习平台与竞赛平台形成有机整体，使“以竞赛促应用”的思想得以落实，将“博学乐园”平台真正打造成学习的平台、交流的平台。

2.应用数据互联互通

将竞赛系统集成于学习平台内部可打破两个系统的数据壁垒，实现数据互联互通，可以实现很多集成应用。一方面，竞赛系统的比赛成绩作为对学生的一种评价参考，有利于学习平台实现更科学全面的评价机制；另一方面，学习平台的用户信息和行为记录也为竞赛系统提供了辅助的数据支持，帮助竞赛系统实现更为强大的参赛资格审查、比赛过程控制等功能。总之，两个系统均可利用更为丰富的数据进行数据挖掘，为应用的深化扩展提供了可能。

(二)“博学乐园”网络学习平台简介

天津市“博学乐园”学习平台是由天津市教育委员会主办，天津市电化教育馆承办，天津广播电视大学提供技术支持的在线学习平台。作为小学教育的有益补充，“博学乐园”为天津的小学生们提供了课外内容的学习、交互平台。自2010年平台上线以来，平台已稳定运行3年，开设课程14门，课程资源371条，注册人数达到56371人，平台提供了1-5年级的硬笔、软笔书法课程，田蕴章书法讲座等资源。

(三)“博学乐园”书法网络大赛系统的设计

第一届“博学乐园”书法网络大赛举办于2012年5-9月，为了便于比赛的推广和数据共享，此次比赛即采用了基于“博学乐园”学习平台的网络竞赛系统。下面将从设计目标、软件架构和硬件部署三个方面阐述博学乐园竞赛系统的设计思路。

1.设计目标

(1)系统功能目标

“博学乐园”书法网络大赛系统的前台用户功能包含赛事信息浏览、参赛纸下载、作品上传和已上传作品展示等，如图1所示。

图1 前台用户功能设计

后台用户功能包括比赛信息发布、上传作品管理、作品数量统计和作品评审等，如图2所示。

图2 后台用户功能设计

除此以外，系统在“博学乐园”学习平台中也增加了相应的集成功能，如竞赛推广、竞赛专题页模板管理等。

(2)系统性能要求

为保证系统覆盖天津市1000多所小学，提供稳定可靠的服务，系统拟实现以下目标：a.系统支持5000人同时在线，进行作品浏览或作品上传；b.对于一般页面，系统响应时间不超过3秒，对于含有大量图片(如作品列表)的页面，系统响应时间不超过6秒(以2M ADSL线路的网速为参考)；c.在比赛期间，系统应支持7×24小时不停机提供服务；d.服务器系统进行漏洞扫描，数据操作进行SQL注入检查，保证系统安全性；e.竞赛系统不得直接操作学习平台数据库，不得影响学习平台的稳定性。

2.软件架构

(1)基础技术路线

“博学乐园”书法网络大赛系统基于“博学乐园”学习平台，因此，在基础技术路线方面与“博学乐园”保持一致，采用微软公司技术路线，如下表所示。

“博学乐园”书法网络大赛系统基础技术路线表

(2)软件架构设计

“博学乐园”书法网络大赛系统采用目前流行的ASP.NET三层架构模式进行开发设计，便于系统的并行开发和提高系统架构的灵活性和可维护性。系统的三层架构分别为表示层、业务逻辑层(包含缓存层)和数据访问层。其中竞赛系统模块包括应用页面、信息发布、作品管理、作品评审和数据访问实现包；学习平台模块包括UI工具实现包、用户认证和权限管理、对象映射、注入检测，事务封装；第三方类库或反对技术包括JQuery、AJAX、Uploadify、CSS HTML Javascript、MasterPage、MS SQL Server 2005，如图3所示。

表示层通过各种应用页面与用户进行交互，使用了CSS、HTML、JavaScript脚本等客户端技术以及JQuery、Uploadify等前端框架。同时，为了便于页面被今后的竞赛复用，系统使用了ASP.NET 2.0中的MasterPage模板页机制进行页面模板更换。BXLY.UI是“博学乐园”学习平台中已有的工具包，主要封装了一些服务器端调用的JS函数、字符串处理工具以及表单验证工具等。

图3“博学乐园”书法网络大赛系统软件架构

业务逻辑层是整个系统的核心，其中封装了竞赛系统所有模块的业务逻辑操作。所有业务操作均要受到用户权限管理模块的管理，同时对于较为频繁的操作(如作品列表的分页浏览)应支持业务逻辑层缓存，以减少数据库系统的压力。系统使用了“博学乐园”学习平台业务层的缓存管理模块(BXLY.CacheManager)，不仅减少了缓存模块的重复开发操作，而且便于直接从缓存层获取学习平台的数据，防止学习平台缓存变化而产生的脏数据问题。

数据访问层实现了各种业务实体的读取和持久化操作。通过“博学乐园”学习平台提供的对象关系映射工具(BXLY.ORM)，竞赛系统的数据访问层以面向对象的方式访问数据库。在数据库设计上，竞赛系统与“博学乐园”的数据库分别部署在独立的数据库服务器上，通过MS SQL Server 2005提供的链接服务器功能实现两个数据库的关联查询操作。双方数据库将需要开放的数据以视图作为接口，利用数据视图的只读性保证本系统的数据库不被另一系统意外修改，同时也使得两个数据库的依赖关系清楚明确。此外，数据访问层是提供了数据库级别的安全监测机制，所有操作参数通过“博学乐园”学习平台的防注入工具(BXLY.SQLChecker)进行注入监测。对于较为复杂的查询，数据访问层使用事务与存储过程进行了封装(BXLY.Transaction)，保证了复杂数据操作的原子性和可回溯性。

3.硬件部署

“博学乐园”书法网络大赛系统的硬件部署分为Web服务和数据库系统两个方面。系统的Web服务与“博学乐园”学习平台部署于一个网站之中，便于复用学习平台的身份认证、权限管理和部分业务层功能。数据库部署于独立的服务器上，以降低对学习平台数据库的压力。

网络拓扑上，系统使用网通和教育网双线路，采用防火墙(HillStone SG6000系列)进行攻击防护与流量控制。采用Radware公司的LinkProof链路控制器进行教育网线路和网通线路的双地址域名映射和线路自动选择。此外，系统通过Radware公司的AppDirector负载均衡器，将两个互为镜像的Web服务器映射为一个内网地址，实现透明的故障转移与负载均衡。两台Web服务器上均部署了“博学乐园”和竞赛系统，一台发生故障后另一台会在负载均衡器的控制下接管用户会话，使网络服务不会中断。数据库方面，为缓解学习平台的数据库压力(Web服务器实现负载均衡后，系统性能瓶颈主要来自于数据库服务器)，同时为了保证学习平台的数据库的独立性，系统采用独立的竞赛系统数据库，使用链接服务器和只读的数据视图实现数据互通。硬件和网络部署情况如图4所示。

图4“博学乐园”及其竞赛系统硬件架构图

(四)解决学习平台与竞赛系统整合的关键问题

单纯从系统集成的角度分析，将学习平台与竞赛系统的系统代码集成到一个Web工程中，并且将所有数据表集中到一个数据库中可以实现最彻底的系统集成与数据互通。但这种集成模式一方面会使得两个系统耦合度过高，整个Web工程过于臃肿，不利于系统的开发与维护，另一方面，从部署运行上也不便于分散访问压力。因此，实现一个松散耦合的系统集成模型具有重要意义。在用户业务流程方面，实现一站式访问，优化用户体验；在数据处理方面，实现数据的高效互通，为进一步的数据挖掘提供可能；而在系统开发与部署方面，各个系统相对独立，分散压力且降低互相的影响。

如图4所示，博学乐园学习平台与书法大赛竞赛系统采用相互独立的Web服务器与数据库系统，实现了压力的分散，降低了系统间的耦合，同时两个系统在Web方面与数据库服务器方面分别采用了一定的互通机制，以保证用户业务流程的连续与数据互联互通。根据前文的阐述，对于独立开发运行的竞赛系统，主要问题在于其系统的封闭性所带来的数据互联互通问题。具体到系统功能层面，主要形成用户认证和数据孤岛两个问题。本节将从解决这两个关键问题着手，阐述基于学习平台与竞赛系统的整合模式。

1.解决用户认证问题

解决同一用户在不同系统的Web服务器中的认证问题，是实现一站式访问的基础。“博学乐园”书法大赛系统使用学习平台用户信息进行认证，为实现此认证模式，书法大赛系统与学习平台采用了一种基于MD5算法的防篡改机制进行认证。

用户登录到学习平台以后，学习平台可以拿到当前登录的用户名。当用户跳转到竞赛系统相关页面后，学习平台将当前登录用户名传递到竞赛系统，竞赛系统直接以此用户名进行认证，提取用户信息。为保证此过程的安全性，学习平台在传递参数时，除了传递当前用户名，还将传递一个当前日期(日期加小时与分钟)和一个经过MD5算法加密的验证码。

该统一身份认证机制在防篡改方面使用了加入扰码的MD5加密机制，可防止用户修改链接中的用户名或时间实现认证欺骗。在链接的时效性方面，采用了类似时间戳的日期码，防止用户意外获得一个跳转链接后可在任何时间进行登录。

2.解决数据孤岛问题

“博学乐园”学习平台和竞赛系统使用了相互独立的数据库系统，实现了数据库压力的分担以及系统的松耦合。为了保证两个系统的数据通信，使得更深一步的数据挖掘成为可能，两个系统的数据库采用了基于SQL Server 2005的链接服务器模式与数据视图进行互通。

SQL Server 2005的链接服务器的最大优势是可以将部署于不同数据库服务器中的数据表进行联合查询。然而，仅仅通过链接服务器将一个系统的数据库完全暴露给另一个系统仍然存在数据耦合过高的可能，因此，博学乐园学习平台与竞赛系统还采用了数据视图，将另一个系统需要的数据建立为接口视图，通过链接服务器提供给另一系统。在链接服务器建立时，使用仅仅能访问接口视图的账号。这样，一方面，两个系统均能方便地使用链接服务器的联合查询功能，另一方面，数据耦合全部集中于接口视图，简单明确，降低了数据耦合。

三、学习平台与竞赛系统相结合的应用

(一)“博学乐园” 书法网络大赛系统应用情况

第一届“博学乐园”书法网络大赛于2012年5月开始进行赛事推广和作品上传，于2012年9月开始作品评审，10月开始结果公示和总结表彰。在此期间，“博学乐园”及其竞赛系统为全市小学提供服务，总共收到来自146所小学的5959件有效的书法参赛作品，作品总容量达到6G，实现了所有书法作品的网络提交、发布、评审和展示。目前，“2013年天津市‘博学乐园’书法网络”大赛作品上传工作已经结束，共收到天津市18个区县273所小学11740件学生硬笔书法作品，166件学生软笔书法作品，1404件教师硬笔书法作品，专家评委正进入紧张的评审中。

可以想象，如果没有高可靠性、高针对性的信息化系统的帮助，如此规模的比赛将会耗费大量人力物力。在信息技术的帮助下，所有用户的作品使用网络即可报名、提交。专家评委通过赋予了相应权限的用户名和密码，任何时间在任何有网络的地方即可进行作品评审，便于组织专业的评审团队。管理者也可以突破时间和空间限制，对上传作品进行管理，以各种直观的报表形式查看各个学校的参赛情况统计。

此外，学习平台和竞赛系统相结合的方式对于二者都获得了较好地收益，一方面，赛事的推广可以利用学习平台渠道，让在学习平台学习的用户第一时间即看见比赛信息，另一方面，通过“博学乐园”书法网络大赛，更多的学生了解了“博学乐园”学习平台并对其中的课程产生了兴趣。应该说，基于学习平台的竞赛系统不仅能利用信息化手段提高竞赛的组织管理水平，而且可以成为一种双赢的推广工具。

(二)学习平台与竞赛系统集成应用的展望

如果对竞赛系统的业务与数据进行深度挖掘，可以发现，对于学习平台来说竞赛系统不仅仅是一种推广工具，进一步可作为学习平台的一种学习工具。比如，可在学习平台中的课程设置里针对某一章节甚至某一知识点设置一次知识竞赛，比赛成绩或奖励可以与课程的平时成绩相结合，不仅可增加学生对课程学习的参与度，调动学习兴趣，而且可通过比赛加深学生对知识的理解。反过来，学习平台的数据也可以被竞赛系统所用。比如某些更加复杂的竞赛系统，可根据学习者在学习平台里的学习记录和学习成绩，实现更加智能化的参赛资格审查、比赛成绩核对以及竞赛的合理性分析等功能。当今乃至今后，“泛在学习”环境为每一个学习者提供了更为宽泛的学习时空，学习资源的开发与应用是支持泛在学习的重要因素。当信息技术能够支持学习资源跨平台应用时，人们将使用更个性化的移动终端设备(电脑、iPad、手机)，实现随时随地学习。“博学乐园”学习平台的下一个战略就是将学习素材资源直接从浏览器透出，使学习者不受移动终端设备的限制，使书法学习能够随时随地发生。

四、结束语

天津市“博学乐园”书法网络大赛，是以信息化手段促进信息化应用的良好范例，是天津市在教育信息化工作中的又一新举措，开创了运用信息技术促进中华优秀传统文化传承的新局面。

近年来，随着博客、微博和SNS等Web2.0网络交互式应用的兴起，对于学习平台的研究也更多地关注于如何将新的交互手段作为一种学习工具融入到平台之中。然而，Web 2.0的各种应用源自于用户的交互需求，在向学习平台融入的过程中必须要经过科学的改造和引导，才可发挥其作用。与此相比，竞赛系统的需求更加贴近学习平台的目标，组织一个竞赛的目的往往是提起学习者的学习兴趣，推动学习过程的高效实施，因此，竞赛系统的数据更容易被学习平台所利用。学习平台与竞赛系统的结合应用，对于网络教学和竞赛管理均有重要的应用意义。

[1]郭诗维,雒晓卓.网络竞赛系统框架设计与功能模块实现[J].电脑编程技巧与维护,2011,(10):84-85.

[2]归群峰.基于创新推广的学科竞赛网络支持系统的开发与研究[D].金华:浙江师范大学,2011.

张宝君：中学高级教师，研究方向为网络微课程开发与应用(djgzhbj@126.com)。

张晶：工程师，研究方向为远程教育与网络技术应用。

丁树峰：馆长，高级讲师，研究方向为区域信息技术应用。

2014年3月26日

责任编辑：马小强

Design and Application of Competition System Based on e-Learning Platform

Zhang Baojun1,Zhang Jing2,Ding Shufeng1
(1.Tianjin Educational Technology Center,Tianjin 300074; 2.Tianjin Open University,Tianjin 300384)

With the rise of interactive network application based on Web 2.0,such as blog,micro-blog,etc,the research in e-Learning platform focused more on the learners' interaction methods.The purpose is to promote learners' participation.Learning activities,which is in the form of competition,has the high involvement feature.However,as the information tool for organization and management of competition,network competition system is widely used in recent years,but most competition systems still be developed and deployed independently and dif fi cult to exchange data with e-Learning platform.This paper takes the system which is applied in the Tianjin Municipal Education Commission Erudite Park calligraphy competition for example,describes a kind of competition system based on the e-Learning platform.The system combined the e-Learning platform and competition system.On one hand,it provides one-stop user experience.On the other hand,interconnected data provide the possibility of deep binding and data mining for two systems.The construction of the system,not only solves the shortage of the calligraphy teacher,but also promotes the transformation of the study method.

Network Competition; e-Learning Platform; .NET; Distance Education

G434

A

1006—9860(2014)05—0125—05