基于ThinkPHP架构的大学网络教育平台的研究

杨亿 李岚 李木子 沈佳琦

摘 要： 为改善目前大学网络教育平台与教师以及学生三方的交流联系途径，提升大学网络教育环境，完善大学网络教育模式，应用基于ThinkPHP架构的Web开发技术、数据分析技术以及国内外大学教育平台的优秀经验研究设计了大学网络教育平台。该系统跨平台性强、学术资料丰富、管理机制完善，提供了一种可满足大学教育需求的教育新途径。

关键词： 网页设计; 数据挖掘; 教育平台; 自主学习

中图分类号： TP31      文献标志码： A

Research on University Network Education Platform

Based on ThinkPHP Architecture

YANG Yi， LI Lan， LI Muzi， SHEN Jiaqi

（School of Computer and Information Engineering， Harbin University of Commerce，Harbin 150028）

Abstract： To improve the current university network education platform and increase the communication among the platform， teachers and students， improve university network education environment， and perfect the university network education mode， this paper applies the Web development technology based on ThinkPHP framework， data analysis technology， the excellent experience of domestic and foreign university education platform to design a new university network education platform. The system has cross-platform function， rich academic resources and perfect management mechanism. It provides a new way to meet the demand of education at the university.

Key words： Web design; Data mining; Education platform; Autonomous learning

0 引言

当今时代互联网技术的发展可以说是日新月异，它不仅可以开阔我们的视野，还能丰富我们的学习方式。部分高校的校内网覆盖率也很高，学生使用网络十分方便[1]。同时大学的教育更偏向自主性，啟发和鼓励学生独立解决问题[2]，而且本科教育信息化在新时代环境下也具有十分重要的意义[3]。教育行业也在“互联网+”时代得到蓬勃发展，为广大学习人群提供了优质教育服务，其中大型开放式网络课程（MOOC，massive open online courses）以其优质的教学资源以及高自主性等优势受到国内学者认可[4]，例如MOOC平台上由哈尔滨工业大学王宏志教授开设的《大数据算法》国家精品课程已有37323人参与学习[5]。再如部分网络教育平台与高校开展合作，提供网络教学服务，以哈尔滨商业大学为例，学校已将部分选修课采用网络课形式讲授，选取超星学习通以及智慧树两种教育平台，其中学习通还在“习近平新时代重要思想”政治课程线上互动环节中使用，并取得了提高学生互动积极性、加深学生对课题知识理解等优异的教学成果。

本课题组通过发放“网络学习现状”调查问卷的方式对哈尔滨商业大学约5600名在校大学生进行了网络学习情况调查，并对数据进行研究分析得出：目前的网络教育平台虽然提供优质的教育服务，但仍存在平台、教师以及学生三方联系纽带性不强，教育平台学业管理机制不完善等缺陷。基于以上现状本课题组应用web开发技术以及数据挖掘技术研究与设计一个可解决当前网络教育平台缺陷，满足大学生开展学习需求的网络教育平台。

1 系统设计

1.1 系统概述

本课题组采用web网页开发技术进行技术实现，应用HTML、CSS、JavaScript等技术对网页前端进行开发。服务器端选取Apache服务器，应用PHP脚本语言开发技术处理用户与服务器之间的操作命令。数据库端采用MySQL数据库用以存储、处理相应数据。同时在开发过程中应用ThinkPHP等框架，以提高平台安全性、平台兼容性、执行效率，提升平台在技术方面的优势[6]。

1.2 系统体系结构

项目组采用B/S模式（Browser/Server，浏览器/服务器模式）进行平台服务运营，用户通过互联网发送HTTP请求与企业服务器进行交互。在涉及对web服务器和数据库服务器进行维护修改操作的部分采用C/S结构（Client/Server ，客户机/服务器）模式，将管理软件部署在系统内部PC机上，形成“内外有别”、“查改有别”模式，只有系统管理员有权限对系统数据库进行修改，防止数据被外部用户破坏。

在开发和部署环节应用ThinkPHP框架，完成视图管理、类库管理、目录分组等模块部署。使用Windows服务器开发环境，统一使用utf-8编码方式。采用MVC程序设计理念将系统分为视图层（View）、模型层（Model）、控制层（Controller）三层结构。

视图层位于用户端，由View类和模板文件构成，负责用户与系统交互页面，用于接收用户输入数据以及应用Action控制器与View视图类交互，将输出数据通过模板变量传递至视图类，显示服务器反馈给用户的数据。

模型层位于web服务器端，包含业务逻辑以及实体对象，是程序的核心内容，为增强系统重用性，一个模型为多个视图提供服务。

控制层负责接受用户HTTP请求，其本身不做数据处理，只控制相关模型模块处理用户请求，并将反馈回来的数据通过视图展示给用户。

在数据库方面使用PDO抽象数据库访问层的PDO接口中的方法进行操作，以达到对不同数据库的兼容。

2 系统功能模块设计

平台功能主要由用户管理系统、学术资源管理系统、网络教学系统、平台运营及维护系统实现。主要功能模块示意图如图1所示。

2.1 用户管理系统

2.1.1 登录注册及信息管理

用户通过注册获得平台唯一ID账号，用户可上传基本信息认证学生用户、教师用户或其他用户，注册过程中注册模块应用JavaScript技术中的正则表达式对用户填写的用户名、邮箱、电话等信息进行判断，在判断信息均有效后再将资料上传至数据库，平台会对账号密码应用不可逆加密算法MD5算法进行加密，保证用户安全。用户成功登录后系统会创建全局Session变量用以管理用户。

用户还可对部分个人信息进行修改。

2.1.2 学业进度管理

为督促学生自主学习，平台将收集学生当前学习进度、课程任务完成情况、习题解答情况等状况形成学业进度报告，及时督促学生开展学习任务。为增强学生学习时的自主性，平台应用JavaScript技术检测用户对当前电脑页面的操作，若学生离开当前教学页面进行其他操作，平台将弹出警告窗口用以警示学生应集中学习精力。同时平台将使用大数据分析技术，应用web日志挖掘技术对用户在使用平台进行相关学习行为的数据进行收集，统计学生在学习过程中的①课程累计学习时长②完成教师布置的作业或实验情况③课程互动次数④每次学习持续时间⑤第一次到最后一次学习的时间跨度⑥重复学习次数⑦学习成绩等相关数据，并将收集的数据进行数据清洗、消除等操作，将空缺数据通过忽略元组的方式进行填补，并将无用数据删除，最终形成可开展分析的数据集合。

为减少由数据单位不一致而引起的数据掩盖，平台对收集的数据进行数据等级划分，各数据按照从大到小的顺序排列，前15%为A等级，前16%-30%为B等级，前31%-40%为C等级，前41%-70%为D等级，前71%-结尾为E等级，若数据计算过程中出现小数，则数据向上取整。把更换后的数据应用Apriori算法对项集进行挖掘，支持度、置信度计算公式分别如式（1）、式（2）。s=sup（X→Y）=|t（XY）|=sup（XY）

（1）

c=conf（X→Y）=P（Y|X）=P（X^Y）P（X）=sup（XY）sup（X）

（2）  通过对数据的扫描得出频繁项集。将所得的频繁项集与用户当前学习情况進行对照，推荐学生应如何改进学习方式。

2.2 网络教学系统

2.2.1 网络课堂与交流论坛

教师用户可通过平台发布教学计划任务，方便学生进行课前预习。教师也可以通过平台布置课程作业或课程实验，学生在线提交完成成果，平台将自动形成情况报告方便教师掌握学生完成情况。教师可在平台对学生任务进行反馈，既可统一对全体学生做出文字解答，或上传讲解视频，也可单独评价或私信学生进行交流，以丰富教师答疑途径。教师还可以布置在线考评，丰富课程考察方式，在考评过程中平台应用IP地址捆绑技术，利用REMOTE_ADDR系统变量获取用户进入考评时的IP地址并将数据上传至服务器，服务器将在考评过程中对IP地址进行监测，防止代考行为。

平台还配备“学习交流论坛”，各用户在论坛区域可以发表话题，也可对感兴趣的话题进行讨论，“价值评审制度”对论坛内容进行管理，形成良币驱逐劣币的效果以提升内容质量，满足师生交流需求。

以下代码通过PDO完成数据库连接以及将用户输入内容插入话题表中，实现用户发表话题功能，话题表结构如表1所示。

实现效果图如图2所示。

uname=_SESSION['userN'];

permissions=_POST["permission"];

if（isset（_POST["submit"]）&&_POST["submit"]=="发表"）{

servername = "localhost";

username = "root";

password = "";

dbname = ""DBN;

//与相关数据库进行连接。

//话题编号由后台自动生成

try {

conn = new PDO（"mysql：host=servername;dbname=dbname"， username， password）;

// 设置 PDO 错误模式，用于抛出异常

conn->setAttribute（PDO：：ATTR_ERRMODE， PDO：：ERRMODE_EXCEPTION）;

sql = "INSERT INTO topic （UserName，theme，content，permissions）

VALUES （'uname'，'_POST[Theme]'，'_POST[message]'，'_POST[permissions]'）";

// 使用 exec（ ） ，没有结果返回

conn->exec（sql）;

echo "新记录插入成功";

}

catch（PDOException e）{

echo sql . "

" . e->getMessage（ ）;

}

conn = null;

}

？>

2.2.2 价值评审制度

平台将针对个人资料以及论坛中的答复建立价值评审制度，用户可以对内容选择“赞同”或“反对”。赞同数量达到一定比例会获得“高赞”标识，但反对人数达到一定数量时平台将会进行审核，审核将采用系统结合人工的方式进行，以保证审核的合理性，被判定无意义的内容会被系统管理员删除处理。若某用户被判定无意义的次数达到一定数量时，部分评论、上传功能会被限制，一段时间后恢复正常。

2.3 学术资源管理系统

学术资源管理系统由平台学术资源库以及习题检测模块构成。“价值评审机制”也对学术资料库中的个人资料进行管理。

2.3.1 平台学术资料库

平台学术资源库包含平台公共资源库以及个人资源库两部分。平台公共资源由平台管理员管理，其内容包括①与本平台合作的教育平台数据②专业科目习题与解析③平台专业团队制作的学术资料④经平台“价值评审机制”评定具有一定影响力的个人资料。个人资源由用户自我管理，可设置不同的阅览权限保证个人知识产权。资料的形式可以是多种多样的，凡平台支持的内容格式均可上传，可以是对某知识点的教学视频，也可以是对某内容的说明文档。

系统在实现在线预览文档过程中使用openoffice将目标文件转换为PDF格式文件，然后将PDF文件转换为SWF格式文件，最后使用flexPaper 打开SWF文件的操作流程。

2.3.3 习题检测模块

平台内包含高等数学、大学英语、政治等专业学术习题及其解析，用户可通过该模块自主进行知识检测。平台会对用户失误的习题及其相应知识点进行数据分析并动态更新“强化训练题库”。

“强化训练题库”算法将习题库中各习题授予所属知识范畴标识，若用户在平台习题库进行检测过程中对某习题解答失误，会触动“学业管理”类中“失误知识”函数对相应知识范畴的权重增加份额，失误次数越多相应权重越大，该函数还会对该失误发生的时间进行跟踪分析，若长期对某知识点失误相应权重将大幅增加。推荐习题模块根据权重并结合艾宾浩斯遗忘曲线的关键时间节点，在1天后，2天后，5天后，8天后，14天后推荐相应习题以供用户检测使用，以增强用户对该知识点的掌握程度，算法流程图如图3所示。

2.4 平台运营及维护系统

为保证平台平稳有效运行，平台由系统维护管理员、數据库管理员等专门管理员分别对系统进行相应的维护工作。同时平台将自动进行数据库备份操作，保证平台系统数据安全。

3 系统测试

3.1 功能模块测试

在测试环节课题组首先使用黑盒测试（功能测试），课题组在测试过程中设计多组测试用例，通过模拟用户操作对系统功能进行测试，分别对系统进行有效操作和无效操以检测系统各模块尤其是信息检验模块是否有效。课题组根据测试反馈结果强化了系统对数据边界值的判定，并为此增加如文件格式判断模块、数据有效取值判断模块等处理模块。

接下来应用白盒测试（结构测试），通过对系统源代码的分析，使用条件覆盖法、路径覆盖法、判定覆盖法等方法对源代码中各语句能否有效运作进行检验。测试中创建多种操作案例对代码中所有的if判断语句的每个分支进行一次运行，检验各分支语句是否都能有效工作，对测试出的无效代码进行了及时修改。

3.2 平台性能测试

课题组应用LoadRunner工具运行测试脚本，模拟用户并发与服务器进行交互请求情况，对平台负载情况进行测试，并对测试过程中平台发生的异常、崩溃等问题进行记录，对平台缺陷整理出性能报告。在平台试运行阶段平台用户容纳量约120人，在该容量范围内平台平均延迟0.176秒，最长延迟1.829秒，用户体验较为满意，超过该容量平台延迟较长，需更新服务器以满足需求。

4 平台实践

课题组选取哈尔滨商业大学计算机科学与技术专业以及软件工程专业约100名学生参与平台实践运营。课题组将100人分成两组，每组专业比例，男女比例相等，学生上一学年成绩排名分布情况相似。选取数据结构作为测试课程。第一组采用传统课堂教学模式，第二组采用课堂结合网络平台的混合教育模式。经过一学期的学习时间，课题组对参与学生通过选择题、判断改错题、应用题、程序实践题四类题目进行考评。

课题对两组学生的学习情况开展研究发现，第二组学生完成教师布置任务情况较好 。第二组学生在卷面平均成绩、程序实践成绩高于第一组，剩余各项平均成绩相似，学生平均成绩表如表2所示。

学生对各类型算法的代码实现掌握程度较好。总体上第二组对知识掌握情况较好。同时课题组也调查了参与实践同学对平台的满意度，其中72%的同学对平台服务表示满意，认为平台有效地督促其开展学习，习题检测系统也满足了其对错题加强训练的需求，交流论坛也丰富了其对知识的理解，总体上基本满足了其学习需求。参与教师表示该平台提供了与学生交流的便捷途径，也可及时改评学生提及的任务，而且平台清晰地提供了学生当前学习动态，可方便教师针对学生掌握知识的情况合理地开展教学任务。

5 总结

本课题组通过对大学教育模式的研究，结合国内外教育平台的成功经验，研究与设计了基于ThinkPHP架构的大学教育平台，该平台围绕平台、教师及学生之间联系纽带的建立，坚持互联网技术与教育事业相融合，应用web开发技术、数据挖掘技术完善了大学教育平台存在的一些缺陷，加强了对学生学业进度、失误题目的管理，丰富了大学教师教学途径，增强了教师与学生之间的交流与互动，改善了大学生自主学习环境，促进了平台、教师及学生三方的联系，具有一定的使用意义。在平台的运行过程中我们也将继续完善系统功能，以更完善的功能服务当代大学生。

参考文献

[1] 折波，覃遵颖，崔静茹，等.高校无线网络建设研究—以西安交通大学为例[J].中国教育信息化，2019（1）：62-65.

[2] 郭琳.大学生自主学习现状及培养策略研究—以中南民族大学为例[J].科教导刊（下旬），2017（2）：183-184.

[3] 王涛.新时代环境下如何推动应用型本科教育信息化[J].微型电脑应用，2019，35（8）：38-39.

[4] 管佳，李奇涛.中国在线教育发展现状、趋势及经验借鉴[J].中国电化教育，2014（8）：62-66.

[5] 王宏志.大数据算法[EB/OL]. （2019-05-18）. https：//www.icourse163.org/course/HIT-10001.

[6] 王昭英. 基于MVC设计模式的thinkphp框架的研究与应用[D].西安：西安建筑科技大学，2010.

（收稿日期： 2019.08.20）

基金项目：黑龙江省一般项目（201810240076）

作者简介：杨亿（1998-），男，齐齐哈尔人，研究方向：数据分析。

李岚（1968-），女，哈尔滨人，研究方向：数据处理。

李木子（1997-），女，连云港人，研究方向：系统架构。

沈佳琦（1998-），女，哈尔滨人，研发方向：web开发。文章编号：1007-757X（2020）02-0042-04