吴皖赣，董华青，蒋一君，刘迎春

（1.浙江工业大学教育科学与技术学院，浙江 杭州 310014；2.浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江 杭州 310014）

中小学个性化网络练习系统的设计与开发*

吴皖赣1，董华青2，蒋一君1，刘迎春1

（1.浙江工业大学教育科学与技术学院，浙江 杭州 310014；2.浙江工业大学化学工程与材料学院，浙江 杭州 310014）

中小学生课业负担重，传统的练习方式易出现重复内容，不利于减轻学生的课业负担。文章谋求借助于信息化手段提高学生的学习效率，减轻课业负担。现有的中小学网络教育平台多面向社会，难以做到与教师的课堂教学同步，学生很难借助这些平台复习巩固最近所学的知识。针对以上问题，作者设计了解决方案，并采用Struts+Hibernate框架开发了适合中小学的个性化网络练习系统。

网络练习系统；SSH

引言

当前中小学生学习的科目多、作业多、知识点多，课业负担重，面对海量的习题，容易出现题目重复、同类知识点题目重复的问题，很多宝贵的学习时间耗费在重复练习中，学生难以从知识点层面去总结习题规律，学习效率有限。《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》中指出，“要减轻中小学生课业负担，过重的课业负担严重损害青少年身心健康，危害民族未来”。作为教育技术领域的研究者，应该为基础教育的发展做出努力，我们试图建立一种减少中小学生作业量，同时又能保证学习质量的个性化网络练习系统。

网络教育是信息化高速发展与学习需求旺盛的产物，教育网站是网络教育的主要形式，[1]当前针对中小学的教育网站存在以下不足：网站教学资源多针对教师设计而不适用于学生学习；[2]网站内容照搬书本，学生不能得到及时反馈，不利于学生学习动机和学习兴趣激发；教育网站多是社会机构建设，学校专门建设课余网络辅导平台的少。

学生练习最好具有很强的针对性，对教师课堂授课内容及时巩固，而现有的面向全国范围的中小学教育网站显然难以做到这一点，为此，须建立一个网络平台，让学生在教师的指导下进行适合的有效的练习。

一、系统分析与设计

1.系统需求分析

系统中用户角色有学生、教师、管理员、家长。登录和个人信息管理是每个用户角色都需要的。学生用户有做作业、错题查看、错题练习、知识点晴雨图等功能；教师用户有试题维护、知识点维护、布置作业、成绩统计、知识点晴雨图等功能；管理员有用户管理、科目管理等功能。

2.功能模块设计

系统分公共模块和用户角色模块，每个用户角色独立成为一个模块，设计一张权限表，用字母标示角色对应的功能，各模块设计如下：

（1）公共模块

①用户登录：实现各角色用户的登录校验，根据角色等级呈现其对应的功能菜单。

②个人信息管理：实现用户基本信息维护，可以修改个人密码、联系方式。

（2）学生模块

①做作业：学生通过此功能可以查看教师布置的作业，如果学生之前的作业都已经完成并且错题库中的错题都已经复习，可以开始做当天的作业。学生可以选择单题模式或批量模式。

②错题库：学生作业完成过程中，如果出现错题，该题将进入错题库。学生完成作业后，可查看错题以及错题的解析、对应的知识点。

③错题练习：系统对学生的错题进行分析，找出错题与知识点之间的联系，并生成相关知识点的习题供学生练习，同时，学生还要完成错题的二次练习，直到做正确为止。

④知识点晴雨图：系统将每一道习题与知识点之间建立联系，每次作业都覆盖了若干个知识点，习题的对错反应在知识点的掌握与否上，系统根据学生的错题情况，分析得出学生对知识点的掌握情况，以图的形式呈现给学生。图示的方式可以让学生从整体、全局的角度审视自己的知识点掌握状况。

（3）教师模块

①知识点维护：学科教师通过知识点维护功能，建立本学科内知识点的关系图，知识点间的关联分为父辈关系、依赖关系、兄弟关系、平行关系，[3]学科教师可以编辑每个知识节点的内容，建立知识点之间的关联。

②试题维护：此功能使教师可以录入试题，编辑已有试题，建立试题与知识点之间的联系。系统支持试题的批量导入，教师按照系统提供的模板，组织好Excel文件批量导入数据库。

③布置作业：教师根据教学进度，在系统中挑选一组习题形成作业给学生练习。作业覆盖的知识点应包含教师最近教学的内容。

④成绩统计：学生完成作业以后，系统对学生的分数进行统计，教师可查看学生的成绩分布，每道题目的错误率。

⑤知识点晴雨图：教师可以查看整个班级同学本学科知识点的掌握情况，从知识点所对应题目的总数、完成数、正确数计算出全班同学在该知识点上的水平，以图示呈现。

3.数据库设计

我们利用Power Designer工具，首先设计数据库概念模型，再转化为物理模型，最后生成SQL查询。Power Designer可以生成试用于多种数据库的物理模型，对数据库的要求比较灵活。在概念模型中，建立各实体之间的关系，清晰明了，并可以生成关联表，下面以选题关系模块为例说明。

系统设计时，用户与角色的关系是多对一，角色与权限之间是多对多的关系，图1中展示了用户实体(user)、角色实体(role)、功能实体(function)，建立实体间的对应关联，分别命名为userrole、rolefunc，然后将概念模型转换为物理模型，Power Designer会将多对多关系生成关联表，并以关系名称命名，在生成物理模型时，需要选择对应的数据库，可供选择的数据库包括众多版本，其中使用较多的有Microsoft SQL Server、MySql、Oracle。生成的物理模型如图2所示。

4.系统开发路线

目前的网络教育多采用B/S模式，可以减少对客户端的要求，本系统采用B/S模式，目前主流的Web开发技术有php、asp.net、jsp，而jsp的预编译和跨平台要优于前面两种。Java Web开发中，应用框架服用技术，可以从代码简单重复中脱离出来，把主要精力投入到业务逻辑中，从而提高开发效率。本系统采用了当前流行的J2EE框架Struts+Hibernate，Struts是一种开放源代码的软件开发包，是用来开发基于MVC的一项非常有用的技术，[4]它提供了Controller组件并实现了Model和View，结合Hibernate实现了数据库访问，Hibernate框架实现了对象、关系之间的映射和持久化。[5]

二、系统实现的关键技术

1.用户权限设置及安全机制

本系统将所涉及的功能存储在数据库中，由管理员指定每种角色的权限，用户登录时系统识别其角色，待验证通过后，读取该用户级别所具有的功能，在管理页面中呈现功能的路径，在每个功能执行之前，加入权限级别检查，杜绝用户越权操作，用户提交的请求交给Action，不允许用户直接访问jsp页面。

2.学生新作业与复习流程

知识点间的关系有前序与后序之分，本系统的出发点也是配合教师巩固当天授课内容，学生应在规定时间内完成作业。如果前次作业没有完成，则当前不能开始做作业，如果前次作业中出现错题，学生没有进行错题二次练习和相关知识点的复习，也不能开始做作业。系统在学生做作业之前加入检测错题情况，要求学生先复习好以前的错题，具体流程设计如图3所示。

3.选定范围内的随机出题方法

教师可以手动选择作业题目，也可以指定题库、知识点、章节，随机产生作业，再由教师手工筛选，多个题库存储在一张数据库表中，由于同一个题库内的试题不一定是连续自动编号，设计时给每个题目增加编号属性，保证同一题库内的试题连续，再采用随机函数，生成指定范围内的随机数，随机数即题目的编号，根据编号提取试题，具体操作代码如下：

4.数据库连接池

当多数学生同时访问系统时，难免会遇到数据库访问的并发性问题，这需要硬件与网络条件的支持，同时，我们在软件方面也要加以考虑。系统采用Struts+Hibernate框架完成，其中Hibernate中支持Microsoft SQL Server2000的c3p0数据库连接池技术，我们进行了连接数配置，并设置自动关闭session，一定程度上减轻数据库访问压力，在Hibernate配置文件hibernate.cfg.xml中添加以下配置代码：

结束语

本文根据中小学课外辅导的实际需要与中小学网络教育建设现状，设计了针对中小学生的个性化网络练习系统，采用Struts+Hibernate技术和MVC开发模式加以实现，系统结构清晰，功能完整，错题和知识点的设计让学生能从整体上把握知识掌握水平，从一定程度上提高学习效率，减轻课业负担，促进了基础教育信息化建设。目前系统在初中二年级物理科目试用，学生和教师提出了自己的意见和建议，下一步将改进系统，使其更贴近学生和教师的需求。

在整个过程中，笔者也对以下几个问题进行了反思：①基础教育的地位十分重要，家长、教师、社会更加重视对基础教育的投入，中小学的信息化建设硬件设备一流，但是实际在用的偏少，有针对性地配合教师课外辅导的网络教育站点少；②信息化手段可以提高作业效率，且对错题的处理给予学生更大的方便，也激发了学生的学习兴趣；③基础教育信息化建设中，技术提供方或者是相关专业的研究者只有多和一线教师、学生进行交流，设计的信息化软件才更符合他们的需求。

[1]沈洪.中小学网络教育资源建设现状和策略研究[J].图书馆工作与研究，2010，（7）.

[2]李万春.中小学网络教育资源建设现状和策略研究[J].中国教育信息化·基础教育，2008，（7）.

[3]童红霞，谢深泉.ICAI中知识点关系的研究[J].计算机工程与应用，2004，40（1）.

[4]黄志强.基于MVC及Struts的教学门户信息系统的构建[J].中国教育信息化，2007，（11）.

[5]Hibernate reference 3.2.[DB/OL]http://www.hibernate.org/,2008.

TP315

B

1673-8454（2011）04-0082-04

浙江工业大学网络教育资源建设项目（ZY1001）。

（编辑：鲁利瑞）