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关键词：J2EE；音乐；教学系统；Spring；数据库设计
摘要
随着网络的飞速发展和相关技术的日益成熟，音乐教学系统作为辅助教学手段是高校音乐教育的发展趋势。本文设计了基于J2EE的音乐教学系统，首先研究了系统所需的关键技术，包括J2EE、Spring框架；然后，描述了音乐教学系统的主要功能，设计了系统的体系结构；最后，数据库设计，详细阐述了主表的信息；本文的内容使音乐教学更加直观、具体、形象，提高了学生的学习效率，对提高音乐教学水平具有重要意义。
导言
随着信息网络技术的发展，传统的以教师、教室、图书为中心的教学模式已经不能满足信息社会的需要，而基于网络的计算机教学作为一种现代教育技术，对教育产生了深刻的影响。基于Web的计算机教学是以网络为教学手段，传递教学内容、实施在线教学、教学管理、在线考试和在线交流，促进师生之间的充分沟通，有助于提高教学质量，提高学生的认知能力[1]。
音乐教育是教育的一个组成部分，它是以真正实现人的全面发展为目标的素质教育，是培养学生综合能力的关键部分。新“音乐课程标准”提出，音乐教育应体现审美价值和创造性发展价值、表现和社会交往价值等观念[2]，这些目标的实现将取决于音乐教学理论与实践的研究与发展。音乐教学体系设计理论是音乐教学传播理论与实践的理论与实践的桥梁。本文以“音乐课程标准”为基础，对音乐课程内容进行系统设计，改变以往单一的教学模式，为学习者提供丰富多彩的图形、音频、人机交互三维教学界面，易于激发学生的学习兴趣。音乐教学系统提供了无限的音乐教学资源，可以提供全面、海量的音乐知识和音乐作品信息，进一步丰富音乐教学内容，为学生在深入学习音乐学方面提供全面、详细的参考，提高教学效率，节省大量的时间和精力获取信息，减轻学生的学习负担。
关键技术
J2EE(Java2 Platform Enterprise Edition)是SUN公司提出的一种企业应用系统体系结构，是一种多层、端到端的解决方案。它为满足高可用性、高可靠性、高可扩展性和低成本等需求提供了中间层集成框架，利用Java 2技术简化了许多企业解决方案开发、部署和管理的相关复杂问题[3]，提供了一个统一的开发平台，降低了开发多层系统的复杂性，而现有的应用程序提供了强大的支持。这些支持的具体性能包括：对EJB的完全支持，对打包和部署应用程序提供良好支持，对添加目录的支持，以及对安全机制的支持等等。由于J2EE技术的核心是Java2平台，所以它不仅继承了Java 2平台的优势，如：平台无关性、安全性等，而且增加了一套核心企业应用程序编程接口，所有这些都是标准的模块化组件，包括：Servlet、EJB、JSP、JDBC、RM1/CORBA等[4]。
J2EE的核心技术是应用程序接口(API)，丰富的服务(Service)和基本协议形成了J2EE平台。企业JavaBean(EJB)定义了从前被定义过的组件，即可以重复使用的Enterprise Beans。软件开发人员使用这些组件就像建筑时的砖块一样。在组装组件时，所有Enterprise bean都需要在EJB服务器中构建。Java Server Pages(JSP)：它是一种动态HTML页面和用户交互技术。从这一角度进行分析，可以发现它非常类似于PHP和Microsoft ASP等动态Web开发技术。在程序动态加载和运行时，其主要操作顺序是首先将JSP转换为Servlet，然后分析和解决servlet的基本形式，编译它。Java Servlet：Servlet是Java平台的CGI技术的一个小型Java程序，它扩展了Web服务器的功能，能快速地创建一个动态的交互式用户界面。并且与传统的CGI相比，Java Servlet具有更高的效率和更易于使用的优点。Servlet还是一个动态加载的模块，为学生、教师和管理员的Web请求提供服务。JSP在执行前被编译成字节码。字节码由Java虚拟机执行，Java虚拟机由Servlet引擎管理。所有JSP文件都转换为Servlet来运行。因此，在系统实现过程中，Servlet引擎的实现是一个关键。
Spring是一个轻量级的框架，它是从实际开发中提取出来的，它提供一种轻量级的解决方案。该解决方案包括：基于依赖注入的核心机制、基于AOP的声明式事务管理、多持久层技术的集成以及优秀的Web MVC框架。Spring致力于J2EE应用程序的每个层的解决方案，贯通了表示层、业务层和持久层[6]。Spring是一个高度发展和无缝集成的现有框架。Spring框架独立于各种应用服务器。基于Spring框架的应用能够真正实现良好的移植性能。Spring的DI机制降低了业务对象替换的复杂性。Spring是高度开放的，对于完全依赖Spring的应用程序来说不是强制性的，开发人员可以自由选择Spring框架的一部分或全部。Spring框架如图1所示。
图1 Spring框架示意图
1.Spring面向切面编程；源级元数据；AOP基础框架
2.Spring持久化；Hibernate、iBats、JDO支持
3.Spring DAO；JDBC、DAO支持；事务处理基础框架
4.Spring网络组件；Web应用程序内容；多部分分解器；网络应用程序
5.Spring环境；应用程序内容；UI支持；验证；JNDI EJB和远程邮件
6.Spring 网络MVC框架；Web MVC框架；Web 视图层；JSP/Velocity；PDF/Excel
7.Spring内核；各种支持程序；Bean容器
功能结构设计
音乐教学系统主要有三种用户：管理员、教师和学生。三个用户的功能权限如下。
管理员的功能主要有系统用户管理、公告功能管理、教学资源管理、助教等。其中，系统用户管理分为师生信息管理、系统设置管理、日志管理和辅助决策管理。可以增加、删除用户，查看用户信息，设置用户权限。公告管理可以是对教师的公告进行审核、添加、删除等。资源管理，包括由教师上传各种学习资源和音乐视频的管理、作业管理、试题库管理、音乐知识管理等。教学管理中，管理者需要对所有班级和教师做出合理的安排和部署，才能顺利完成教学计划。
教师的主要功能是上传和更改音乐课程相关信息，包括：课程描述、教学大纲、教学计划、课件、视频等各类学习材料。教师可以在本课程的公告栏上发布相关信息，包括：课时、考试时间、调整上课时间、作业安排等。可以添加、删除、修改音乐课程教学信息，管理音乐基础知识模块、音乐常识模块、音乐欣赏模块。学生作业管理，在线回答学生问题，教师也可以对学生进行综合评价，了解学生的相关课堂信息，根据学生的作业完成情况和考试成绩，获得评价数据，因材施教，帮助学生提高学习水平，提高教学质量。
学生的主要功能是在线学习、浏览通知、下载、上课、作业答案、在线讨论和分数查询。最重要的模块是在线学习，包括学习音乐基本理论和知识，音乐常识学习，音乐欣赏。学生可以上传教学大纲、教学计划，了解音乐课程的教学安排来指导自己的自学，同时下载相关的课后学习信息，进行自学。不了解的地方，学生可以反复观看视频，查看数据，并可以完成老师的在线作业以及在线考试[7-8]。
结构设计
在系统设计中，致力于教师和学生轻松完成教学活动，根据系统需求分析，开发的教育系统是一个开放、可重构、可扩展的系统。根据系统的体系结构和软件设计模块化的思想，将音乐教学系统采用三层体系结构设计，具体的体系结构如图2所示。
图2 结构示意图
1.客户端；网络服务器；应用服务器；数据库服务器
2.浏览器服务
3Web用户交互层；Web服务层
4.业务表层；业务管理层；数据获取层；数据逻辑转换层；系统框架层
5.服务器
在图2中，系统的体系结构分为Web服务器层(表示层)，应用服务层(控制层)和数据库服务器层(数据访问层)这三个层次。其中表示层由Web UI层和Web服务层组成，主要由JSP和HTML页面组成，用于接收用户的请求，返回操作数据，利用JSP技术实现与客户端的交互，是应用程序访问的入口[9]；控制层主要利用Spring等核心框架完成教学系统的业务逻辑处理，客户端通过调用数据访问层进行处理发送服务请求，并将处理结果以特定的用户交互形式显示给客户端，以便用户查看和浏览；数据访问层主要实现业务逻辑层与数据库之间的交互，防止业务请求直接访问数据库，造成数据不一致，保护数据的安全性和完整性。
数据库设计
开发基于Web的数据库最重要的是后台数据库的结构设计。设计原则必须符合整个系统的需要。本文使用的是关系数据，系统使用Server SQL完成数据库设计。
用户需要抽象出信息结构的过程(概念模型)，这就是概念性的结构设计。其任务是定义需求分析产生的数据字典；以数据库应用操作任务为基础，确定系统内实体和实体之间的关系；用E-R模型和综合关系图来表示系统的信息模型。概念设计的模型目标是：建立一个高层次的概念模型，以帮助用户理解和管理已实现的各种数据库系统[10]。概念设计是数据库设计的重点，它把用户需要的数据清楚地表达出来。在系统的数据库设计中，首先从系统分析中得到数据，然后将它们存储在数据字典中，然后分析各种存储数据之间的关系，得到系统的关系模式。得到数据项和数据结构后，设计满足各实体间的关系，然后用E-R图，即实体关系图，来表示这些关系，为逻辑结构设计奠定基础。E-R图展示了实体、属性和联系人的方法。在本系统中，音乐基础理论知识查询量最大，是最典型的E-R图之一，也被称作音乐基础理论学习模块，如图3所示。由于属性较多，图中只列出了主要属性。
图3 音乐基础理论学习模块E-R图
本文根据概念结构设计了逻辑结构，本文中的系统数据库是一个音乐数据库，包括音乐基础理论信息表、音乐常识信息表、音乐欣赏曲目信息表、作业信息表、教师用户信息表、学生用户信息表、管理员信息表等。主要信息表如下。
音乐基础理论(基本理论知识科目、编号、内容、来源、文件类型、文件大小、修改日期、相关课程、教师姓名、地址文件、下载、备注)；
音乐常识(音乐常识标题、内容、文件类型、文件大小、来源、更新日期、相关课程、教师姓名、地址文件、下载、评论)；
音乐欣赏曲目(曲目名称、形式、作词人、作曲家、时代、磁盘存储路径、文件大小、文件类型、修改日期、相关课程、下载)；
作业(作业题目、作业编号、作业内容、作业提交人、作业提交时间、备注)；
学生资料(学生编号、姓名、密码、性别、年龄、出生日期、所在院系、专业、班级、邮件、电话、分数)；
结语
随着科技的不断发展，音乐教学体系被应用到音乐教育中，代表着一种新的教学理念和教学模式，也是现代教育的要求。它已成为一种不可或缺的教学手段，也是教育手段现代化、多样化的重要标志。音乐教学分为音乐欣赏和理论教学，基于J2EE的音乐教学系统具有资源丰富、信息丰富、形象生动、交互性强、教学资源丰、人机界面友好等优点，丰富了音乐教学内容，易于激发学生的学习兴趣，使学生能够充分感受到各种感官材料中的信息，同时对自己的学习进行实时的自我评价，并提高教学质量。
参考文献
[1]X.Y.Duan，“移动教学管理系统的设计与实现”，厦门大学硕士学位论文，2014年。
[2]百度图书馆，“音乐课程标准”，http://wenku.baidu.com/view/386e760416fc700abb68fc5e.html, 2015-7-20.
[3]Z.P.Ding,“基于J2EE的远程教学系统的设计与实现”，“计算机与数字工程”，第39卷，第10号，第208-211页，2011年。
[4]M.Cheng，“基于J2EE的网络视频教学系统的设计与实现”，电子科技大学硕士学位论文，2013年。
[5]D.Q.Bai，“面向多终端的综合教学系统的研究与设计”,大连理工大学硕士学位论文，2014年。
[6]H.L.Hou，“研究生院信息平台的设计与实现”，大连理工大学硕士学位论文，2014年。
[7]彭文辉，“音乐欣赏教学系统的设计与实现B/S结构”，电子科技大学硕士学位论文，2011年。
[8]C.Ma，“基于流媒体教学系统的设计与实现”，电子科技大学硕士学位论文，2012年。
[9]W.Hao，“基于J2EE的音乐教学辅助管理系统的设计”，电子科技大学硕士学位论文，2013年。
[10]W.J.Su，“中等职业学校网络辅助系统的研究与设计”教学体系，华南大学工科硕士学位论文，2013年。
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