《软件工程》实战— 在线教育平台开发

一、项目概述

1.1 项目背景与目标

随着教育数字化转型加速，传统教育模式逐渐向线上迁移，教育机构急需一个支持多终端访问、实时互动及高并发场景稳定运行的在线教育平台。本项目旨在构建学生、教师、管理员三位一体的协作教学环境，实现 50-200 人并发下的视频直播、作业提交与考试测评功能，并提供可扩展的 API 接口，支持未来功能模块化扩展。

1.2 核心功能需求

用户角色：学生（课程学习、作业提交、考试参加）、教师（课程创建、作业批改、考试发布）、管理员（用户管理、系统监控、数据安全）。
功能模块：课程管理、作业与考试系统、实时互动讨论、多终端适配（Web/APP/ 桌面客户端）、高并发视频流处理。

二、项目管理与团队分工

2.1 团队组织结构

2.2 工作分解结构（WBS）

项目工作分解结构 (WBS) 示意图

三、系统架构设计

3.1 分层微服务架构

采用前后端分离设计，分为接入层、业务服务层、数据服务层、支撑层四层架构：

系统分层架构示意图

3.2 关键技术选型

前端：Vue.js + Electron（多端适配）
后端：Spring Boot + Spring Cloud（微服务）
视频处理：FFmpeg + CDN（动态码率切换）
数据存储：MySQL（结构化数据）+ MongoDB（非结构化数据）+ Redis（缓存）

四、核心功能实现

4.1 课程学习功能

4.1.1 视频播放模块（Java 后端接口）

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/**
 * 视频流服务接口
 */
@RestController
@RequestMapping("/video")
public class VideoController {

    @Autowired
    private VideoService videoService;

    /**
     * 获取动态码率视频流
     * @param courseId 课程ID
     * @param quality 清晰度（720P/1080P）
     * @return 视频流响应
     */
    @GetMapping("/stream")
    public ResponseEntity<InputStreamResource> getVideoStream(
        @RequestParam String courseId,
        @RequestParam String quality
    ) throws IOException {
        // 根据网络状态动态切换码率
        String streamUrl = videoService.generateStreamUrl(courseId, quality);
        URL url = new URL(streamUrl);
        HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
        
        InputStream inputStream = connection.getInputStream();
        return ResponseEntity.ok()
            .contentType(MediaType.parseMediaType("video/mp4"))
            .body(new InputStreamResource(inputStream));
    }
}

4.2 作业与考试系统

4.2.1 作业提交功能（前端 Vue 组件）

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<template>
  <div class="homework-submit">
    <input type="file" accept=".pdf,.zip" @change="handleFileUpload" />
    <button @click="submitHomework">提交作业</button>
  </div>
</template>

<script>
export default {
  methods: {
    handleFileUpload(e) {
      const file = e.target.files[0];
      this.uploadFile(file);
    },
    async uploadFile(file) {
      const formData = new FormData();
      formData.append('file', file);
      
      // 分片上传至MinIO
      await axios.post('/homework/upload', formData, {
        headers: { 'Content-Type': 'multipart/form-data' }
      });
      alert('作业提交成功');
    }
  }
};
</script>

4.3 实时互动讨论

4.3.1 WebSocket 通信实现（Spring Boot）

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/**
 * 讨论区WebSocket服务
 */
@ServerEndpoint("/discussion")
public class DiscussionWebSocket {

    private static final Set<Session> sessions = Collections.synchronizedSet(new HashSet<>());

    @OnOpen
    public void onOpen(Session session) {
        sessions.add(session);
    }

    @OnMessage
    public void onMessage(String message, Session session) {
        // 广播消息至所有客户端
        sessions.forEach(s -> s.getAsyncRemote().sendText(message));
    }

    @OnClose
    public void onClose(Session session) {
        sessions.remove(session);
    }
}

五、项目度量与风险管理

5.1 工作量估算（功能点法）

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/**
 * 功能点估算工具类
 */
public class FunctionPointCalculator {
    private static final int[] WEIGHTS = {3, 4, 6}; // 简单/中等/复杂功能点权重

    public static int calculateFunctionPoints(int simple, int medium, int complex) {
        return simple * WEIGHTS[0] + medium * WEIGHTS[1] + complex * WEIGHTS[2];
    }

    public static void main(String[] args) {
        int totalFP = calculateFunctionPoints(10, 8, 5); // 简单功能点10个，中等8个，复杂5个
        System.out.println("总功能点数：" + totalFP); // 输出：10*3+8*4+5*6=30+32+30=92
    }
}

5.2 风险矩阵分析

项目风险矩阵示意图

六、测试与部署

6.1 性能测试（JMeter 模拟高并发）

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# 模拟500用户并发请求课程接口
jmeter -n -t course_test.jmx -l result.jtl -e -o report

6.2 部署架构图

系统部署架构示意图

七、总结与展望

本项目通过分层微服务架构实现了在线教育平台的核心功能，结合敏捷开发流程与量化管理手段，确保了项目的高效推进。未来可进一步扩展 AI 学情分析、第三方服务集成等功能，持续优化用户体验与系统性能。

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- 项目周期：45天
- 团队规模：5人
- 技术亮点：高并发视频流处理、多端自适应设计、自动化测试覆盖率85%