基于开源DRUPAL移动在线学习管理系统开发设计

周化钢，刘　昊，任其达

（南宁学院 信息工程学院，广西 南宁　530200）

0　引言

互联网，计算机和通信技术的发展，让许多传统行业发生革命，例如，电子商务改变了人们购物的习惯，移动通信让传统的固定电话逐步消失，计算机低功耗CPU技术，触摸屏和操作系统的发展，出现了智能手机，依托这些最新的技术，到了2013年，随着MOOC（大规模在线课程）的出现，引发了教育领域一场在线教育革命[1]，并演化出了微课程，翻转课堂，SPOC（小规模私有在线课程）平台和O2O线上线下混合教学等学习模式。例如，中国人民大学就开始尝试采用SPOC教学平台，体验到SPOC教学平台的好处[2]。

在线教育和智能手机的结合，带来了移动在线学习管理工具的需求，成为研究开发热点，例如，哈尔滨工业大学的魏洪伟团队，开发了“基于Android平台的互联网+移动学习系统”[3]，大连理工大学高卓立的“基于移动终端的在线教育的设计与实现”[4]，及山西大同大学国家自然科学基金青年科学基金项目“基于 Android的移动在线教育平台的设计与实现”[5]。通过分析现有的系统和大家的设计思想，本课题主要研究目标是针对自己学校的特点，开发一个适合本校的移动在线学习管理系统。

1　在线学习管理系统分析

1.1　在线学习管理系统的功能研究

首先，我们分析比较两个流行的在线学习管理系统，超星的学习通和清华大学的雨课堂（https://www.yuketang.cn/）。在线学习的主要功能如表1所示：

表1　在线学习主要功能Tab.1　E-learning main functions

除了在线学习管理的基本功能外，其他增强功能如表2。

表2　在线学习的其他功能Tab.2　E-learning other functions

这两个流行在线学习管理系统功能非常强大，但是，美中不足的是，无法根据学校的教学管理模式进行定制，虽然两个系统都有绑定学校功能，其实就是与学校教务系统对接，获取学校教务信息，试图打造某一个学校的在线学习管理系统。但是，这种公用设计的系统，仍然无法解决学校教学管理的特殊性。所以，根据每一个学校的特殊性来开发一个在线学习管理系统是必要的。

1.2　在线学习管理系统的开发模式和可行性分析

我们从以下三个方面对在线学习管理系统的开发模式、开发灵活性，难易程度等方面进行分析：

（1）利用国外针对教育的开源学习管理系统，例如，LMS（Learning Management System）开源学习管理系统、VLE（Virtual Learning Environment）开源虚拟环境学习系统、CMS（Course Management System）开源的课程管理系统和 LCMS（Learning Content Management System）学习内容管理系统，而最著名的开源在线学习管理系统是 Moodle（moodle.org），被广泛应用于大中小学教育系统，2016年四月还发布了Moodle Mobile 3.0，进入移动学习领域。例如，文献[6][7]采用Moodle平台构建的系统。虽然以上系统是针对教育领域的，但是，灵活性差，要定制自己的功能比较难。

（2）完全自主设计开发一套在线学习管理系统，通过调研发现，这个是国内目前采用最多的开发方法。“并且还有本科生、硕士生、博士生，他们都乐于选择这一领域作为毕业论文研究课题”[8]。例如，近几年许多硕士论文都是侧重于自主开发的系统，其中有基于HTML5的WEB移动学习平台设计与实现[9-11]，基于Java Web和Struts 2＋Spring+Hibernate框架的在线学习系统的设计与实现[12-14]，基于云服务的教师教学网站的设计与实现[15]。自主开发，耗时费力，开发出来的功能不规范，或不完善，推广应用难。

（3）利用开源内容管理系统（CMS）开发，目前国内外比较流行的CMS系统有Drupal， Wordpress和Joomal。CMS系统的优势是模块化，灵活应变，基本不需要编写计算机代码就可以开发一个门户网站，甚至可以构建某一领域的应用系统。通过知网关键字“Drupal”搜索发现，比较多的高校领域更倾向于采用Drupal平台来开发教育应用系统[16]。

1.3　Drupal开发在线学习管理系统的优势

Drupal的生态圈非常大，通过官网（https://www.drupal.org/project/ project_module）统计分析，到2018年3月，Drupal社区贡献了共有39,987个模块。特别是Drupal 7的教育类模块就有115个之多，其中就有著名的Quiz模块，可以轻松地用来构建作业和考试题库，其包含所有题库类型如选择题，对错题，填空题，问答题等等。此外，还有半成品的在线学习系统模块，如Course，用来构建商业化的在线课程学习系统，功能包括课程购买，注册，听课记录，证书发放，学分管理，学习统计报告等等强大功能。但是，为了结合本校的教学管理方式，本课题选择了用Drupal[17]核心及第三方模块，用来开发一个根据本校教学管理模式定制的在线学习管理系统。

2　系统总体结构设计

系统整体结构由课程小组（教学班）组成，一个课程小组又包含四个基本核心模块：群广播通知、课程作业（测验、试题）、教学资源库（标准题库、课件库和视频库等教学资源），和课程讨论区组成。如图1所示。

图1　系统总体结构Fig.1　The system main structure

课程小组（班级）采用Organic Groups模块，用 Quiz模块创建课程作业，和标准题库，用Notification模块创建群广播通知，用 Taxonomy模块进行课程分类，专业分类，和班级分类。课程资源库包括课件，视频等多媒体教学资源，这些资源文件上传下载是由Drupal的核心模块完成。

3　用户管理

3.1　用户角色和权限

用户角色定义：学生，老师，题库管理员，系统管理员。具体权限如下：

· 学生：加入课程小组（班级），做作业，查看作业成绩结果，讨论区发表提问。

· 老师：创建课程小组（班），创建发布作业题，管理班级学生，查看作业统计成绩，群发广播通知。

· 题库管理员：创建、管理课程库，录入课程标准题库，其他教学资源管理。

· 系统管理员：系统设置，管理用户注册及赋予权限。

3.2　用户注册

可以选择学生或老师角色，学生，老师注册信息会有所不同。具有题库管理员角色的用户由系统管理员创建。老师注册需要系统管理员确认。注册界面如图：

图2　注册界面Fig.2　The register UI

4　课程小组管理

老师注册登录成功后，可以创建课程小组（教学班级），老师在自己的课程小组中发布新的作业，和自己制作的课程视频，课程课件，发讨论帖，回答学生问题，及在课程小组群发通知。在课程小组中，老师和学生和课程小组用用例图描述如下：

图3　老师，学生，课程小组，课程作业的用例图Fig.3　The user case of teacher, student, class and assignments

老师创建一个课程小组，相当于一个教学班级，创建课程小组界面如图：

图4　创建课程小组Fig.4　Creating course group

5　题库设计

一门课程的核心模块，除了教学视频，课件外，最重要的模块是题库（作业、测验、和考试）设计[18]，而Drupal社区就有一个著名的在线教育的核心题库模块Quiz。

5.1　Quiz模块

著名的Quiz模块（https://www.drupal.org/project/quiz/）提供的题型非常多，目前最新版本有以下题型：

· True or false（判断题）

· Multiple choice（选择题）

· Short answers（填空题）

· Long answers（问答题）

· Scale（量表题）

· Question directions（导向题）

· Matching（匹配题）

· Drag and drop（拖拽题）

· 通过下面插件，还可以实现更多题库功能：

· H5P questions –添加基于HTML5的更多题型。

· Charts –考试，作业结果统计图。

· jQuery Countdown –考试，测验计时器。

· Views Data Export –批量导出答题结果。

5.2　标准题库建设

一门课程，必须有一个通用的标准题库，作为在线考试或在线作业布置的资源。标准题库建设，更符合一个真实学校的教学管理模式，而很多慕课平台、SPOC平台是没有提供标准题库功能，包括我们前面提到的超星的学习通和清华大学的雨课堂。有了标准题库，如果一门同样的课程分成两个教学班，分别由A老师和B老师上，那么，A老师和B老师都可以从标准题库中创建和布置作业，这样，可以控制学习资源的统一，而不会因为同一门课，不同老师上课产生过大的差异。这就是公开课慕课学习平台和学校教学学习平台的区别。

创建课程题库或作业界面如下：

图5　题库创建Fig.5　Creating question bank

有了标准题库，老师就可以发布作业，学生通过课程小组在线做作业，下面是一个选择题的答题界面：

图6　选择题的答题界面Fig.6　The UI of choice question

6　课程与班级关系

我们在设计上，把课程和班级都看成容器，用Organic Groups群组模块实现。课程里面存放的是标准题库，课件库，视频库，及其它教学资源，而班级，在我们系统里称之为课程小组，是课程的子容器（相当于面向对象的子类），继承了课程容器的所有资源，这种设计方式，主要是实现两个现实教学管理目标：

（1）实现并解决了同一门课的教学资源共享问题。例如，《C语言程序设计》课程，课程容器建有一个标准题库、课件库，视频资源库等教学资源，一个学期可能会分成三个教学班上课，那么，系统可以从《C语言程序设计》课程容器发布教学资源给三个课程小组（教学班）A,B,C使用，同时，课程小组A的老师制作的教学资源也可以在其他课程小组相互分享，发布给课程小组B和C。如图所示：

图7　一门课的教学资源、标准题库共享Fig.7　The share of teaching resource and general question bank in one course

（2）实现课程团队的协同工作。一门课程的标准题库、课件和视频由课程负责人创建，课程团队老师加入到课程容器，课程负责人和课程团队老师被系统管理员授予题库管理员权限。他们可以随时修改，添加课程容器里面的教学资源，或者从授课老师的课程小组里面将新的教学资源发布回课程容器。

课程和班级关系的设计如下面用例图所示：

图8　课程和班级的关系用例图Fig.8　The relationship of course and class within user case

7　作业、测验和在线考试统计

题库的统计功能是通过Charts模块做出的饼形图，棒形图。如下图8是一个课程小组（班级）在线作业的成绩统计图，图9A列出90分以上的学生名字和成绩，图9B是60分及格、不及格及未能完成测试的分布，图9C是80-90分的学生有54人，60-80分有39人，40-60分有14人，20-40分有4人，0-20分有24人。

图9　A　最高分获得者统计Fig.9A　The top scorers

图9　B　测试通过率分布Fig.9B　The distribution of test result

图9　C　成绩区间分布统计Fig.9C　The distribution of scores

8　群广播

通过Notification模块，就可以在一个课程小组（班级）群发送电子邮件通知，界面如图：

图10　群发电子邮件Fig.10　The group notification by email

9　课程讨论区

创建的课程小组就是相当于QQ的群概念，小组成员包括学生，老师都可以在课程小组发帖，展开问题讨论，讨论区用例图如图11所示。

10　移动设计

Drupal的强大之一是不仅仅是一个CMS系统，还有很多基于移动设备的模块，通过Mobile Theme模块+Mobile主题的引入[19]，Mobile Theme模块实现移动设备检测和移动浏览器识别来切换到Mobile主题，而不用分别开发 PC和移动的两套系统。只要添加上面两个模块就可以做到移动响应式布局效果，并在PC和移动设备之间切换主题界面。

图11　讨论区用例图Fig.11　The user case of forums

11　结语

11.1　未来研究方向及存在问题

我们利用Drupal这个开源CMS系统，结合高校具体的教学模式，进行系统设计，利用Drupal的各种现有模块巧妙地组合搭配和设置，成功开发了一个具有基本功能的在线学习管理系统。在开发过程中，还有一些问题需要解决，主要在这几个方面：

（1）中文化问题。由于 Drupal是一个国外开发的CMS系统，虽然，中国的开发人员无私奉献了Drupal核心模块的翻译，但是还有很多模块没有完全中文化，幸好，Drupal提供了手工翻译功能，无需第三方帮助，系统开发者自己可以做到完全中文化界面翻译。

（2）与中文社交网络接口问题。一个在线学习管理系统，如果要建立广泛的生态环境，需要与现有的社交网络应用互动的接口，例如，把学习内容分享到微信和QQ上。虽然，中国的开发者在努力提供了Drupal相应的社交模块，但是模块功能不是很全，版本更新比较慢。如果自己开发相应接口模块，花费时间和人力太大。

（3）系统子域名管理问题。系统设计完成后，随着老师注册进入系统逐渐增多，课程分类，班级管理出现很大问题，我们提出的解决方法是系统按二级学院分成独立的子系统，这样，信息工程学院的子系统，基本是本学院老师和学生注册，课程也是按信息工程学院人才培养方案的教学大纲进行分类，管理趋于合理化。而Drupal系统是允许实现多站点（Multi-Site-Sharing）管理，共享一套基本代码，使用不同的数据库和配置文件管理子系统，减少管理复杂性。也可以考虑Subdomain模块，提供一个更简单的解决方案。

未来，我们将在下面几个方面对系统进行改进：

（1）加强数据分析的功能。除了在线作业、测验的成绩统计分析，通过视频观看，课件下载量或在线阅读时间等方式，及学生在课程讨论区的提问和跟帖数据，分析学生学习行为。

（2）更多地利用移动技术优势。例如，二维码+地理位置签到考勤，手势签到，人脸识别，在线问卷调查，弹幕互动等等。

（3）加强碎片化教学资源的分类整理。教学资源，除了传统的自己制作的微视频，课件外，互联网上也包含有丰富的学习资源，Drupal提供了强大的多媒体内容管理功能，很容易将YouTube，土豆，优酷等等视频网站资源链接进来。

（4）加强课堂管理功能[20]。我们的系统实现了PC和移动端的自动切换功能，在多媒体教室环境的课堂上，利用在线学习系统实现老师使用 PC机，学生使用手机进行互动。

（5）与现有的在线学习管理系统衔接。前面提到的雨课堂和学习通，在高校领域有了一定的市场，利用这些现有的在线学习系统资源整合到我们的系统[21]，建立一个良好的在线学习系统生态圈。

总之，利用Drupal社区丰富的模块生态圈，基本满足实现大部分功能。甚至，通过Drupal提供的模块开发接口，编写代码实现自己的设计思想，来达到构建一个更高层次的商业级系统。

11.2　开发小结

我们不用写代码，就可以设计完成一个拥有基本功能的在线学习管理系统，对于学校老师来说，这个系统的成本低，开发效率高，使用简单，容易上手。更容易根据学校教学管理特点来定制自己的在线学习管理系统，由于使用开源的Drupal开发，可以免费地推广应用到各个学校，不用担心版权问题。