基于Java的C语言课程教学实践小程序的设计与实现

摘  要
在当前信息技术迅猛发展的大背景下，为了学生更好地利用信息技术学习C语言，急需开发一款C语言课程教学实践小程序。‎这个小程序可以让学生不再局限于课堂学习‎的教学模式，而是能够随时随地，不受时间、地点限制去学习‎。平台采用Java开发语言、Spring框架、MVC模型、IDEA开发工具、MySQL数据库等技术。本论文对基于Java的C语言课程教学实践小程序进行需求分析，系统设计，功能实现等。小程序实现了用户管理、课程资料管理、课程学习管理、任务提醒管理、专题学习管理、问题答疑管理、试卷管理、试题管理等功能。有效利用信息技术工具深入融合教学，以在线教学资源有效促进教学活动的开展、提升教学效率和教学质量、提高学生学习的主动性和创造性，具有现实意义。经测试，该系统功能完备，能够满足学生的学习需要。
关键词：MySQL数据库；Java语言；MVC模式 
 
ABSTRACT
Under the background of the rapid development of information technology, in order to make better use of information technology for students to learn C language, it is urgent to develop a small program for teaching practice of C language course. This small program can make students no longer limited to the teaching mode of classroom learning, but can learn anytime, anywhere, without time and place restrictions.The platform uses Java development language, Spring framework, MVC model, IDEA development tools, MySQL database and other technologies. In this paper, the demand analysis, system design and function realization of the small program of C language course teaching practice based on Java are carried out. The small program realizes the functions of user management, course material management, course learning management, task reminder management, thematic learning management, question and answer management, test paper management, test question management and so on.Effective use of information technology tools to deeply integrate teaching, online teaching resources to effectively promote the development of teaching activities, improve teaching efficiency and teaching quality, improve students' learning initiative and creativity, has practical significance. The test shows that the system has complete functions and can meet the students' learning needs.
Key words：MySQL database;  Java language;  MVC mode 
 
目  录

第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 选题背景
1.1.2 研究目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究内容
1.4 论文组织架构
第2章 相关理论和技术
2.1 Java简介
2.2 MySQL特点
2.3 B/S模式
2.4 Vue技术
第3章 系统分析
3.1可行性分析
3.1.1 技术可行性
3.1.2 经济可行性
3.1.3 操作可行性
3.1.4 法律可行性
3.2 需求分析
3.2.1 功能需求分析
3.2.2 非功能需求分析
3.3 系统流程分析
第4章 系统设计
4.1 功能模块设计
4.2 数据库概念设计
4.3 数据库设计
第5章 系统实现
5.1 实现环境
5.2 注册登录
5.3 个人信息管理
5.4 学生管理
5.5 教师管理
5.6 课程资料管理
5.7 课程学习管理
5.8 任务提醒管理
5.9 专题学习管理
5.10问题答疑管理
5.11试卷管理
第6 章 系统测试
6.1 测试步骤
6.2 测试用例
6.2.1 登录测试用例
6.2.2 课程信息管理测试用例
6.2.3 课程学习测试用例
6.2.4 收藏课程测试用例
6.2.5 在线测试测试用例
6.2.6 问题答疑测试用例
6.3 测试结论
结论
参考文献
致谢

 
第1章 绪论
1.1 研究背景
1.1.1 选题背景
作为一位学子，我们必须始终将学习置于至高无上的地位，全力以赴掌握我们的专业知识，这是我们每个人不可或缺的重要使命。因此，我们应该积极地投入到教学中来，通过自己的努力让更多的学生爱上计算机这门课。对于初入计算机领域的大学生而言，C语言是一门至关重要的学科，然而，由于他们缺乏一定的编程思维和对代码理解的深度，因此在学习过程中会遇到一定的挑战。另外，因为这门课涉及到很多抽象且难以掌握的理论知识，如果没有一个好的教学方法将其教授给他们，那么就可能让他们觉得枯燥乏味。在日常的学习生活中，难免会遇到学生因疾病而请假，导致无法及时参加课堂，从而无法掌握老师传授的知识。这就需要教师加强对课堂内容的讲解以及课后习题的巩固训练。仅凭听课而不进行相应的练习与回顾，可能会导致学生遗忘知识点，此外，在高等学校中教学与科研并重, 高校教师一般既从事教学又从事学术研究, 多数教师专心于科研工作, 除了上课以外教师和学生见面的机会很少[1]。若同学们在课余时间遇到一些学习上的疑虑无法及时解决，也会降低学习效率。针对这些问题，我们开发出一个基于互联网平台的教学辅助系统，能够帮助学生快速掌握计算机相关技术以及软件操作技巧。随着计算机网络的蓬勃发展，微信已经成为了人们广泛使用的工具，因此我们需要设计一款微信小程序，以方便学生使用，从而提高他们的学习效率。
1.1.2 研究目的和意义
为了弥合学生因请假未能及时听课而与其他同学之间的差距，加强学生对所学知识的回顾和实践，拉近老师与学生之间的联系，使老师能够轻松掌握学生的学习情况和知识熟练程度，并及时为学生遇到的难题提供解答。基于Java的C语言课程实践小程序，旨在为学生提供一个高效的学习工具，使他们能够快速响应老师发布的学习任务并及时提出学习中的问题，从而提高学习效果。这样不仅提高了课堂氛围还增加了师生之间的互动。在一定程度上，有助于学生提高自身的学习效率，使其能够更快地掌握C语言这一门课程。通过对学生作业完成情况的分析，教师能够获取学生薄弱的知识点，并在小程序上发布相应的资料，以便在下次上课时更加专注地进行讲解，从而提高学习效率并方便学生的学习过程。深入理解教学内涵，总结成绩，提升教学质量，人才培养要求以适合国家和社会发展需要为准，保障教学资源条件[2]。
通过‎学习小程序的辅助，并结合传统的课堂学习模式，学生可以相互补充，从而更有效地掌握专业知识。利用小程序进行课后答疑和作业批改，不仅能够提高学生的学习效率，还能有效地解决学生在学习过程中存在的一些问题。通过发布适宜的课后练习，教师能够协助学生更好地巩固每日所学知识，同时运用小程序提交作业，从而节省了班长收取作业的时间。实际上网络学习有可能超越课堂教学, 这主要取决于教学法、课程的结构、态度、专业化程度以及教师所接受的培训, 这些对于网上教学来说非常重要[3]。
1.2 国内外研究现状
计算机技术已被广泛应用于国内外各大高校的教学管理中，例如在电子科技大学下、云南大学、华东师范大学和大连理工大学等地，教务管理系统也被广泛采用。这些系统都是以数据库为基础建立起来的，它们可以方便学生进行学习资料查询以及各种课程信息统计等工作。
国内在这类教学管理系统上投入了大量的精力研究，这些系统已被广泛运用于学校教学管理领域，为学校的教学质量和效率提供了有力支撑。在国内高等教育机构中，网络教学管理系统以数据库管理和局域网为基础，具备互动性、共享性和开放性等特质，可有效协助日常教务工作，减轻管理人员的工作负担，同时也能显著提升高校信息化应用水平和管理效率”。随着信息技术的发展，传统的管理信息系统已经不能满足现代教学管理需要，而新出现的一些信息管理系统又存在着很多不足。为了维系日常的教务工作，他们通过集中数据平台对全校教学资源进行全局统筹管理，通常采用集成B/S和C/S技术的综合教务管理系统，系统由十余个模块组成，包括成绩管理、教学计划管理、学生管理等。提高了全校教学管理效率，增加了数据在不同系统、不同模块之间流通的速度，解决了管理分散、查询信息繁杂等诸多问题。
TexasA&MUniversity研发的实验项目-0ES系统，借鉴了实验项目管理的理念，为在线系统操作和调度提供了先进的解决方案，相较于国内的实验教学管理系统，其使用时间更为早期。该项目通过对实验项目的有效控制来达到提高教学质量，保证学生完成相应学习任务等目的。WEBCT教学管理系统，是加拿大经过深入研究和精心开发而成的一款高效的教学管理工具。它将实验室中所有需要管理的资源都集中到一个平台上，从而实现对每个实验人员的统一管理和监控。在国内，实验教学管理系统被广泛应用于协助各大高校或中职院校有效地管理实验教学，其在现代教育机制中扮演着至关重要的辅助角色，同时也是一种重要的管理教学形式。随着信息技术的发展以及网络技术的普及，基于互联网的各种教学软件如雨后春笋般出现。这类系统通常被部署在高等教育机构的校园网络中，也可以通过外部网络使用虚拟专用网络进行访问。随着信息技术不断发展，信息化程度越来越高，对于高校实验室来说，实验教学管理已经成为一个非常重要的问题。近年来，为了满足实验教学的需求，国外众多高等学府已构建起自身的实验教学管理信息系统。这些系统采用B/S结构，通过分离服务和数据库的方式，为用户提供最大程度的便利。
随着计算机技术的发展，以及网络技术的不断成熟，目前很多学校都已建设完成基于校园网的综合性实验管理系统，并开始应用于实践。综合教务上教学计划、资产管理等业务流程，结合国内外各校先进管理理念、成熟技术研发等情况，需要设计实验教学支撑子系统来提供强大数据支撑材料来辅助各校教学管理改革决策、支持实践教学层面合格考核。
1.3 研究内容
本系统采用面向对象的开发模式，通过MySQL作为主要的后台数据存储单元，结合Java语言进行开发，实现了系统的全面功能。通过对系统的需求分析及详细设计说明了该软件系统的结构框架、功能模块划分与具体代码编写。经过验证系统的必要性和技术可行性，随后介绍了设计系统所需的技术软件和设计思想，最后实现C语言课程教学实践系统和部署运行以及使用它，对信息化教学发展有重要意义。
1.4 论文组织架构
本文的结构安排如下：
第一章：阐述本文的研究目标和意义，探究国内外相关问题的研究现状，以及本文的结构安排。
第二章：探讨程序开发环境和所需要的技术工具。
第三章：对基于Java的C语言课程教学实践小程序进行可行性和需求方面的深入分析。
第四章：对基于Java的C语言课程教学实践小程序作相应设计，包括功能模块的构建和数据库的设计。
第五章：对基于Java的C语言课程教学实践小程序的各个功能模块功能进行实现。
第六章：对基于Java的C语言课程教学实践小程序的主要功能模块进行了全面的测试，并展示了测试结果。
 
第2章 相关理论和技术
2.1 Java简介
Java作为一种面向对象的程序设计语言，具备编写跨越多个平台的应用程序的能力。它在网络环境中提供了强大而灵活的功能，使其能够与不同类型的操作系统兼容并支持各种应用系统。Java技术因具有优良的通用性，高效性，平台移植性及安全性而著称。在1995年，一位来自加拿大的软件专家JamesGosling和他的同事们合作研发，最终推出了这款产品。它不仅代表了一种新的编程方法，也预示着未来软件产业发展的方向。最初，Java被冠以Oak之名，其初衷在于为嵌入式芯片的消费电子产品提供支持。它具有高度模块化的编程风格和易于使用的特点。在1995年，Java进行了一次改名，并对其进行了重新设计，以适应Internet应用程序的开发。它是一个面向网络环境中用户的通用程序代码系统，提供各种不同类型的服务，包括数据访问、信息发布以及其它应用。Java实现的HotJava浏览器充分展现了Java语言的魅力，包括跨平台、动态Web和Internet计算，为用户带来了无限的可能性。这使得它可以很方便地嵌入到其他不同类型的操作系统之中，而且还能使它们运行得更快更好。随着时间的推移，Java逐渐成为了Web技术的重要组成部分，并推动了Web技术的飞速发展。Java在面世后迅速走红，并以惊人的速度发展，对C++语言造成了强有力的冲击。在国内也是如此。目前许多大公司都将其视为新的业务增长点，并投入大量人力、物力进行研究开发。2010年Oracle公司收购了SumMicroSystems。
2.2 MySQL特点
MySQL目前属于Oracle甲骨文公司，一种面向商业用户的关系数据模型数据库系统。数据库中有很多不同种类的数据表，其中包括基本表单及各类报表等应用系统需要的非关系型数据表或关系数据库数据表。这些表中包含了大量的用户信息与历史数据，是非常重要且不可缺少的一个部分。MySQL数据库可以运行于各种操作系统，包括Solaris，MacOS，FreeBSD以及Windows、Linux等。它可以方便地与其他数据库管理系统进行无缝连接，同时还能支持多用户共享一个数据库，因此被广泛应用于各个领域。MySQL数据库的主要作用是对数据进行处理，它为数据存储提供了更多的空间。因为在数据库系统中没有专门为数据库而设计的文件，因此在使用数据库进行管理的时候只需要考虑如何将数据库中的所有数据存入到相应的数据库表中。数据库通常也不是直接针对数据进行储存的，储存交由表/索引这种对象来实现。数据库的核心部分是对数据进行管理，而不是简单地存放数据本身。它能够在用户有需要的时候，通过进入系统的某个或某些网页或程序，从而获得他们想要的信息。
2.3 B/S模式
客户端应用程序就是我们为使用户能够和操作系统进行直接数据交互而定义于系统内的一个模块。比如服务器管理人员的主要职责是对多资源系统进行迅速而高效的管理。例 如，SERVERMANAGERS对用户信息系统数据库进行管理，而服务器级的操作系统管理器也有一个重要的特点：当几个客户端在服务器中同时获取一种资源的时候，我们称这种情况为死锁或者饥饿。我们服务器管理器对用户所获取的公共资源进行最大化的管理。如果服务器中没有足够的存储空间，则需要使用一些技术来解决这个问题，比如增加存储缓冲区或者采用多线程技术等。中间组织者在应用程序与数据库的交互中能够很好的将客户端应用程序与服务器管理器联系起来。如果中间组织者被错误激活的话，就会影响整个应用的性能甚至造成灾难。本文论述的B/S模型就是一种新型MIS系统平台，它是以网络关系为依托，与用户层相互重叠管理平台相配合而构成。它主要用来对数据进行组织，存储和传递，从而为整个管理系统提供了良好的基础环境。B/S模型是一个三层系统管理平台， C/S模型是一个单一的服务器管理层，分为一个或多个服务器，建立一个三层系统管理平台，在用户和服务器之间传递信息。
2.4 Vue技术
Vue是一种JavaScript框架，它被广泛应用于用户界面的构建。该框架支持面向对象设计，可为开发人员快速实现复杂应用程序的界面交互。该语句以标准HTML和Java Script为基础，构建了一套声明式、软件化的编程模型，以协助开发者高效地开发文本。在此框架下可以快速创建一个界面，并且能够自动将该界面部署至应用程序中去。Vue.js是一个逐步构建用户界面的框架，为用户提供了强大的支持和帮助。该框架采用一种全新的方式来实现用户对数据对象的操作，包括查询、排序等功能，并且允许使用者创建一个动态的界面以支持多种数据类型的交互应用。Vue采用了逐层递进的增量开发设计，与其他重量级框架形成了鲜明的对比。这种方式能够使开发人员快速创建新界面，而且无需对现有应用进行修改。因此，其在数据库中的部署具有高度的可移植性，可以轻松地迁移到其他应用程序中，从而实现更广泛的应用场景。另外，由于它不依赖任何现有技术和平台，所以可以将其用于各种应用系统的开发阶段。Vue的核心库专注于视图层，其与其他库或已有项目的无缝整合非常容易实现。这就意味着它可以通过一个简单的方式将其应用于多个领域。利用Vue生态系统支持的库和单文件组件，我们可以轻松地开发出高度复杂的单页应用程序，从而实现对Vue的完全驱动。该系统提供了丰富的接口，以便将不同的应用程序集成在一起，从而实现更高效的操作。这种整合是一个渐进过程。在使用该系统时可以灵活地配置用户界面以及应用程序开发所需的资源。通过该特性，用户可以享受到多样化的接口，以满足各种不同的需求。它不需要额外增加代码或开发更多应用。因其易于学习且容易与其他库或现有项目进行集成，故其学习和整合均极为便捷。因此它是一个非常优秀的开发平台。

第3章 系统分析
3.1可行性分析
3.1.1 技术可行性
在本次系统开发中，我们的可行性在于我们将采用何种技术、基于何种平台，以及我们将使用何种框架和设计模式。我们已经在基础知识介绍部分进行了相关说明，这是一款基于Java的C语言课程教学实践小程序，使用的语言是Java，在开发过程中主要基于SSM框架，整个开发思路采用MVC设计模式和弹性管理代码。Idea是目前最优秀的多语言集成开发环境之一，同时与之相关的大多数开发工具都是免费的。
3.1.2 经济可行性
经济可行性是指发展过程符合我们以前的发展预算，整个发展过程的开支都有明确的文件记载，符合发展过程的要求。该系统建成后，开发的基于Java的C语言课程教学实践小程序前景广阔，经济价值高，在系统开发前也在我们的考虑范围内。总之，我们认为设计开发这种基于Java的C语言课程教学实践小程序在经济上是可行的。
3.1.3 操作可行性
该系统为用户提供了极大的便利，其大部分功能都是通过投影图形界面实现的，从而保证了数据输入的完整性和灵活性。此外，用户可以轻松地检查自己的信息，管理员也可以进行一些列操作，如增删改查等，以方便学生和老师的使用。本文通过分析和总结目前市场上存在的几种经济管理系统的优缺点，结合本专业学生的特点和学习需求。考虑到多方面的因素，我们可以得出结论，该开发方案的易操作性和高效性是毋庸置疑的。
3.1.4 法律可行性
从法律的角度来讲，整个开发工作具有以下几个特性：
1、研制所用技术资料均为正当取得；
2、在开发的全过程没有知识产权问题；
3、在开发的过程中没有抄袭网站没有侵犯版权的行为；
4、开发过程全部来自自己，不涉及承担法律责任。

3.2 需求分析
通过对系统功能要求的深入分析，我们可以获取更加详尽的信息，包括在实施软件功能要求时所需和不需要的方面。另外，由于在一个特定的场景下需要将大量的数据存储到不同类型的数据库中去，这就要求系统具有良好的可扩展性以及安全性。通过精心设计的分析活动，可以有效避免或及时报告今天上午出现的早期错误，从而提升软件生产效率，降低开发成本，并提高软件质量。
3.2.1 功能需求分析
在基于Java 的C语言课程的教学实践小程序中，学生可以浏览学习资料，并根据个人情况有针对性地选择学习内容，而老师则可根据学生的学习进度来了解学生的学习状态，同时，老师还可以通过测试来评估学生对知识的掌握程度。系统需求分析阶段是软件开发过程中非常重要的一环，它为下一步进行软件设计奠定了基础。在系统的后台，管理员可以进行多项管理工作，包括但不限于用户管理、课程资料管理、课程学习管理、任务提醒管理、专题学习管理、问题答疑管理、试卷管理以及试题管理。

       
图3.1  学生用例图                         图3.2  教师用例图

 
图3.3  管理员用例图 

3.2.2 非功能需求分析
系统在非功能性需求上有以下要求：
(1)易用性：该小程序的界面简洁美观且功能合理，学生在使用该小程序时，对小程序的所有功能一目了然。在首页上，学生可以完成注册登录，进而获取所需的学习资料，并查看老师的反馈信息。
(2)安全性：通过对用户权限的划分可以实现对数据库中数据信息的有效控制。为了确保数据的完整性和安全性，必须在数据传输之前进行充分的备份工作。
(3)可靠性：考虑到可能出现的故障和问题，必须确保系统的错误概率保持在一个特定的水平以下。通过对用户权限的划分可以实现对数据库中数据信息的有效控制。因此，系统的稳定性和可靠性是决定其正常运行的重要因素之一，在系统发生错误的情况下，用户的行为操作和数据不会受到任何负面影响。为保障系统可靠性，必须制定相应的措施来降低或消除各种干扰因素，从而提高系统可靠性。为确保系统的稳定可靠运行，其响应时间在非高峰时段不超过3秒，而在高峰时段则不超过5秒。通过建立明确而全面的错误处理机制，系统的长期可靠性和错误解决的便捷性得到了保障。
3.3 系统流程分析
为了防止外校学生进入小程序，学生首次登录时输入自己的学号和默认密码（默认密码由代课老师告知）随后再修自己的密码。进入系统首页即可看到新闻资讯，课程资料，专题学习，在线测试，个人资料等模块，如图3.4。

 
图3.4  系统流程图