基于Web的成图大赛辅助教学数据库的建立及应用.pdf

SOFTWARE2023软 件第 44 卷 第 7 期2023 年Vol.44,No.7作者简介：薛博（2003），男，湖北黄石人，本科，研究方向：电气工程及其自动化。基于 Web 的成图大赛辅助教学数据库的建立及应用薛博 何苗 周诗杰 周凡阳（湖北师范大学电气工程与自动化学院，湖北黄石 435002）摘要：针对目前成图大赛线上教学存在教学效果较差、资源少、线下教学学习进度难以统一、难以重复学习等问题。本文以授课系统有序、知识免费共享为基本原则，设计一种基于 Web 的成图大赛辅助教学数据库，对成图大赛试题进行专业的讲解录制，整合形成系统化的培训视频教程。并自行设计开发了一套轻量化数据库软件 Lite-JSON-DB，通过 Linux 服务器和Web 客户端搭建了可访问的数据库。用户通过 PC 等平台对数据库进行访问，针对性地开展成图大赛真题建模学习，最终形成个性化的系统学习模式。关键词：成图大赛；Web；数据库；三维建模；Linux中图分类号：TP319 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2023.07.048本文著录格式：薛博,何苗,周诗杰,等.基于Web的成图大赛辅助教学数据库的建立及应用J.软件,2023,44(07):179-182+186The Establishment and Application of the Chengtu Auxiliary Teaching Database Based on WebXUE Bo,HE Miao,ZHOU Shijie,ZHOU Fanyang(School of Electrical Engineering and Automation,Hubei Normal University,Huangshi Hubei 435002)【Abstract】：In view of the current online teaching in the Chengtu competition,such as poor teaching effect,less resources,offline teaching learning and difficult progress,and difficult repeated learning.Based on the basic principles of orderly teaching system and free sharing of knowledge,this paper designs a supplementary teaching database based on the Chengtu competition,to explain and record the questions of the Chengtu competition,and integrate and form a systematic training video course.And it designed and developed a set of lightweight database software,Lite-JSON-DB,which built an accessible database through Linux server and Web client.Users can access the database through PC and other platforms,carry out targeted modeling learning of the Chengtu competition,and finally form a personalized systematic learning model.【Key words】：Chengtu competition;Web;database;3D modeling;Linux设计研究与应用0 引言全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛（简称成图大赛）为图学类课程最高级别的国家级赛事。从 2008 年至今，该大赛已经成功举办十五届，影响广泛，参赛人数逐年增加，被中国图学界盛赞是图学研究、教育与实践上的改革与创新、图学教育理论与实践大赛的奥运会1。近年来，随着成图大赛的影响力日益增大，参赛人数逐年增加，但针对目前成图大赛教学存在线上视频教学效果较差、资源少，线下教学学习进度难以统一、难以重复学习、且成本高等问题，本文设计了一种基于Web 的成图大赛辅助教学数据库，在整理分析成图大赛历届真题的基础上，对成图大赛试题进行讲解录制，形成系统化的成图大赛培训视频教程，搭建数据库进行封装，并建立了 Web 端的访问端口，使学生可以根据个人情况有条理的开展成图大赛历届真题学习，使其可以有效解决线上教学资源少、效果差，线下教学无法反复学习等问题，极大地提高了学生的学习效率，降低了学习成本。1 数据库设计与分析1.1 数据库总体设计方案本数据库主要实现对成图大赛的教学资源进行系统化管理，通过对成图大赛历届真题的整理分析，对试题进行讲解录制，形成系统化的成图大赛培训视频教程。180软 件第 44 卷 第 7 期SOFTWARE利用自行设计编写了一套轻量化分布式数据库管理软件Lite-JSON-DB，通过 Linux 服务器和 Web 客户端搭建数据库。将成图大赛培训视频教程进行封装，从而形成系统化的学习模式。本数据库设计主要包含以下五个部分：基础学习模块设计、进阶学习模块设计、学习讨论模块设计、学习资源下载模块设计以及数据库的服务器搭建。数据库总体设计结构框图如图 1 所示。用户登录基础学习进阶学习资源下载学习讨论Web客户端服务器图 1 数据库总体设计结构框图Fig.1 Block diagram of the overall design structure of the database1.2 数据库模块设计1.2.1 基础学习模块基础学习模块主要针对毫无三维建模基础的用户设置，主要包含对建模软件介绍并针对软件的一些基础操作进行教学，教学采用文字图片和视频结合的方式进行，在对基础操作进行学习之后，伴随有实例训练，进一步加深用户的熟练程度。基础学习模块界面如图 2 所示，左侧是教学资源的列表，右侧是具体的教学内容，有文本简介、图片示意与视频讲解。点击左边的章节标题，会展开显示教程。具体的小节，右侧内容会更新成为对应的内容显示。用户可以根据需求寻找需要学习的内容进行自主学习。图学软件介绍创建文件草图绘制拉伸凸台、基体 拉伸凸台/基体旋转凸台、基体拉伸、旋转切除新建基准面放样放样切割扫描扫描切除圆角/倒角装饰螺纹线线性/圆周阵列镜向异型孔向导筋拉伸凸台/基体拉伸凸台/基体，需要一个闭合的草图。首先，我们先点击特征-拉伸凸台/基体。这时，solidworks会帮我们选中草图，我们只需要在左边状态栏中输入我们要拉伸的长度即可。点击状态栏上的勾或按下Enter，一个圆柱就做好了。图 2 基础学习模块界面Fig.2 Basic learning module interface1.2.2 进阶学习模块进阶学习模块是数据库的核心。针对历届成图大赛试题进行视频教学，每一届的试题都采用从易到难、由浅入深的结构模式。对每届试题建模思路和重难点进行总结，在零件建模视频讲解中，将对零件图纸分析和重难点进行总结，并在建模过程中进行步骤讲解。在最大程度上让用户听得懂，跟得上，在讲解中学习识图和建模技巧。此外，在零件建模学习过程中，以齿轮类零件为例，将与其相似零件进行横向对比学习，加深用户对这一类零件的熟悉程度。除历届成图大赛试题外，用户可以选择拓展训练，对一些其他的零件类型进行建模训练学习，并配有相关视频讲解。进阶学习模块界面如图 3 所示，右侧为视频教学资源的列表，左侧视频播放界面，点击可以在线播放针对于某个题目的具体详细讲解，搭配有必要的简洁文字引导内容。零件一的绘制零件二的绘制零件三的绘制零件四的绘制零件五的绘制零件六的绘制零件七的绘制零件八的绘制零件九的绘制首页视频学习2020省赛-零件七绘制详细讲解 步骤一：打开软件 步骤二：打开模型文件 步骤三2020年度省赛题-零件七的绘制 赛题讲解 2022-12-20 45,200 view2021年省赛题2022年省赛题2023年训练题一2023年训练题二 图 3 进阶学习模块界面Fig.3 Interface of advanced learning module1.2.3 资源下载模块在进阶学习的基础上，设置资源下载模块。主要包括历届成图大赛试题图纸下载、配套讲解视频下载、试题零件和装配体下载，此外还含有一些有趣的模型图纸提供给用户，用户也可以使用建模软件建立自己喜欢的模型，在兴趣中提高自己的建模水平。资源下载模块界面如图 4 所示。2021第二次习题2021第一次习题2020第三次习题2020第二次习题零件四，图纸模型零件三，图纸模型零件二，图纸模型零件一，图纸模型2020第一次习题图学 首页 文档 示例 资源 社区零件图纸零件模型点击下载点击下载图 4 资源下载模块界面Fig.4 Resource download module interface1.2.4 学习讨论模块学习讨论模块提供给用户进行学习交流，分享自己181薛博 何苗 周诗杰等：基于 Web 的成图大赛辅助教学数据库的建立及应用在三维建模学习过程中的心得体会，同时提出自己在三维建模学习过程中的疑问，方便用户之间进行交流讨论。学习讨论模块如图 5 所示。图学 首页 示例 资源 社区搜索菜单提问区标签时间排序置顶热门讨论已解决SolidWorks操作拉伸特征125 15 155使用拉伸特征时模型预览只是沿着线生成这种是什么情况啊,要怎么处理一下科研种子选手 5分钟前AutoCADSolidWorks125 15 155SolidWorks125 15 155CAD好难学 两天前Solidworks_学习中 25分钟前对于大零件的建模都该从什么地方开始啊?每次遇到很大的零件都感觉不知道怎么开始20230319 两天前通过cad图纸来画SW的零件有没有什么技巧或者好方法大家一起讨论想学习进步一下加强自己发帖之前请先看在开始使用讨论区前,请阅读并同意规则与通知帮助链接SoldWorks基础入门教程中国大学生成图大赛官网第三届成图大赛校赛交流群图 5 学习讨论模块Fig.5 Learning discussion module2 数据库的选择与搭建2.1 系统数据库的选择常见的数据库有 MySQL、Oracle、ACCESS 等。MySQL 是一种成熟稳定的关系型数据库，目前被广泛使用于 Web 应用领域。ACCESS 是微软的一个小型桌面数据库产品。可以实现和 MS SQL Server 无缝连接，具有操作简便、分析功能强、使用广泛等优点。但是它为一个单用户系统，不支持多个用户同时访问，且只能在 Windows 平台上使用2。而 Node.js 是通过数据库访问模块实现对数据库访问，访问不同类型的数据库需要加载不同的模块3。为了实现数据库的轻量化和小型化，并且能够适应客户端对各种模型图片、DWG 文件等的需求。故本系统基于 Node.js 开发，使用 JSON 作为数据载体开发了轻量化模块数据库：Lite-JSON-DB 数据库。Lite-JSON-DB 将数据库分为两个部分：JSON 存储和“文件床”。其中，“文件床”依托服务器，负责接收所有上传的文件，并按照规则进行存储，最终以文本形式返回可直接访问文件内容的链接。而 JSON 存储则依托 JSON 文件，将需要存储的数据转换为 JSON 格式并保存在服务器上。根据需求，可以将 JSON 文件作为数据表加载到内存中，并转换为对象类型（OBJ），通过数据键来调用相应的数据。通过编写“文件床”接口，可以实现与 JSON 文件存储的对接。非文本和数据型存储对象通过“文件床”上传到服务器，“文件床”返回可供调用的访问路径和校验值，作为该文件在数据库中存储的内容和凭据。同时，数据库主要逻辑代码创建实例运行，并封装入异步运行中，以满足数据库数据的异步调用需求。2.2 系统组成与工作原理本数据库使用 Lite-JSON-DB 数据库，通过 Linux服务器和 Web 客户端搭建而成。用户无需安装任何软件，只需要在 PC、iOS、Android 等联网设备上使用浏览器打开平台链接即可选择并学习内容。管理员可以随时登录服务器，对存储在后台数据库中的教学内容进行操作。平台整体系统分为前端（客户端）与后端（数据库）。为了确保运营平台的高效性和可扩展性，采用了基于 TCP/IP 协议的前、后端通信方式，通过前后端之间建立的连接进行数据交互。当用户通过 App、网页等方式访问平台的页面时，为每个用户生成唯一的 Token，作为之后用户操作的有效性校验，此操作可以提高站点系统的安全性。在前端页面中，用户进行如查看历年试题的操作时，通过 POST 请求向服务器后端请求所需要的数据，在这个请求中会附带用户 Token，通过这个Token 在后端的任务队列中对用户操作进行验证，以保证用户操作的安全性。当校验通过后，后端从数据库中把用户对应请求到的数据封装打包为 JSON 格式，并且通过 HTTP 响应的方式返回到前端。在前端接收到数据并且进行校验，保证数据的准确性和安全性后，再对应的呈现给用户。数据库工作流程图如图 6 所示。开始用户访问生成唯一Token界面浏览通过POST发送数据请求调出相应数据数据打包为JSON格式通过HTTP响应返回前端数据校验前端呈现结束Y后端对Token进行检验N 图 6 数据库工作流程图Fig.6 Database flow chart表 1 存储数据形式与类型Tab.1 Forms and types of stored data存储目标数据存储形式数据类型基础学习文档Markdown 文档字符串（String）比赛题库PDF 文档文件对象（OBJ）在线零件DWG 文件文件对象（OBJ）在线问答历史JSON 文件对象（OBJ）182软 件第 44 卷 第 7 期SOFTWARE2.3 服务器搭建本数据库系统服务器采用 Linux 服务器，Linux 操作系统具有较好的可靠性、超高的安全性、资源占用率低等特点，其已经被各种类型计算机系统首选为操作系统平台，尤其广泛应用于服务器操作系统4。数据库的搭建首先通过远程控制台 Shell 连接 Linux云服务器进行登录。在 Linux 云服务器上，安装并配置了必要的运行环境和软件，包括 Nginx、Node.js 和PHP 等。并对服务器的防火墙和安全组进行了配置。由于前端客户端页面使用 HTTP 协议，选择放行 80 端口的流量，在防火墙安全组协议中添加并配置了 80 端口为放行状态。然后将客户端页面文件、数据库文件和后端文件上传到服务器上，在 Nginx 配置目录下新建了 tuxueconfig.conf 配置文件，并配置了客户端网站文件所在位置和域名。配置完成后，重启 Nginx 服务以完成配置。最后，选择使用国内备案的 DNS 域名服务将域名解析至服务器上。至此，服务器搭建完成。服务器搭建流程图如图 7 所示。开始通过Shell连接Linux云服务器登录安装并配置运行环境和软件服务器防火墙和安全组进行配置设置放行80端口流量将数据文件上传服务器新建tuxueconfig.conf配置文件配置客户端所在位置和域名重启Nginx服务将DNS域名解析至服务器服务器搭建完成结束 图 7 服务器搭建流程图Fig.7 Flowchart of setting up the server3 数据库客户端设计与搭建本数据库客户端基于 Web 技术搭建，通过编程开发后挂载到服务器，使用 Vue 框架进行平台开发，可以通过网址直接进行访问。并且根据需要存储的数据创建出基础学习文档数据、比赛题库数据、在线零件文档数据与在线问答历史数据这 4 个数据分区。首先通过 Vue 构建工具对项目进行初始化，Vue 是一套用于构建用户界面的渐进式的 JavaScript 框架，其具有体积小、更高的运行效率、双向数据绑定以及生态丰富、学习成本低等诸多优点5。然后设计编写出基本的页面布局。通过项目构成分析，创建主页、用户信息与登录注册、基础学习、进阶习题讲解、零件模型资源和论坛等页面文件，并且分别对页面布局进行基本的设计与编写。分析页面的业务需求，在页面内编写业务逻辑函数，并且进行封装与注释，便于日后维护与迭代。前端业务部分实现完毕后，进行客户端通讯建立。本数据库采用了基于 TCP/IP 协议的通信方式，通过点击主页面上的基础上手和进阶学习来跳转显示教学内容。在 Web 中为了实现调取数据库内容，采用了 Axios 进行通讯，页面通过 axios.post()方法来向数据库发送请求，填写数据库地址与请求数据的内容，页面根据服务器返回数据，把教学内容显示在页面上。通过 Axios 建立与数据库的连接，就可以通过后台程序编写不同的方法，在用户点击文档、示例、资源等不同控件时，向数据库请求不同的数据，再由 Web 呈现给用户。数据库客户端主界面如图 8 所示。图 学 平 台致力于SolidWorks的教学平台进阶学习基础上手图学 首页 文档 示例 资源 社区图 8 客户端主界面Fig.8 Main interface of the client4 数据库的应用为了分析和检验本数据库在实际教学中的应用效果，对比传统线下教学和通过现有网上资源学习的区别，针对本届参赛选手和往届参赛选手进行随机问卷调查。问卷调查的内容主要包括教学质量、教学成本、学习效率、查找相应的资料需要的时间、教学针对性五个方面。问卷调查结果如图 9 所示。教学质量教学成本学习效率查找资料时间教学针对性100806040200数据库学习传统线下学习现有线上资源图 9 问卷结果统计图Fig.9 Statistical chart of questionnaire results从问卷调查的结果来看，相比于传统线下教学和现 下转第186页186软 件第 44 卷 第 7 期SOFTWARE中间件、操作系统、安全设备等，都需要利用这些数据正常工作。安全智能主动防御系统可以实时将不同来源的威胁信息提取出来，进行分析，进而能够对关键元数据进行追踪和溯源，并同时完成元数据的实时存储。这种追踪溯源能力是通过流量可视、潜伏威胁探测、威胁攻击链可视、统一检索及大数据能力等方式完成，相关技术的发展为这些能力的提升有充分帮助。5 结语综上所述，安全智能主动防御技术是应对网络安全攻击的有效方式，相比传统防御技术，该方式的优势非常显著，智能化和高效率是其最主要的特征。安全智能主动防御系统作为一种非常重要的人工智能技术手段，目前的应用水平已经达到非常高的水准，包括云计算、大数据、神经网络等一系列智能化技术的充分运用，使得网络安全防护在应对日趋复杂和多变的网络风险和威胁时，有更强的适应性和控制力。整个安全智能主动防御技术的网络运用以及相关系统建设地推进，对于网络安全有着非常重要的影响。参考文献1 马海龙,任权,伊鹏.网络空间拟态防御建模与量化评估技术研究J.中兴通讯技术,2022,28(6):57-62.2 朱晨安.人工智能技术在网络空间安全防御中的应用分析J.中国高新科技,2021(21):149-150.3 杨林,陈实.网络空间动态防御技术J.保密科学技术,2020(6):4-8.4 刘飞.AI技术增强网络空间安全防御能力J.上海信息化,2022(2):18-20.5 刘正军,徐锐,李春林,等.面向先进防御技术的网络安全试验场构建方法J.通信技术,2020,53(2):450-455.有线上资源，本数据库在实际教学应用中，教学质量、教学针对性较高，其中教学成本最低，在学习效率方面最高，并且大幅度减少了线上查找资料所需时间。综上所述，可以明确的发现，大多数参赛选手对本数据库持肯定态度。本数据库将资源整合在一起，方便新老参赛选手查找资料，并且教学具有针对性，质量也有保证，提高了学习效率，降低了学习成本，节省了查找资料的时间。尤其是对于零基础的同学来说，能帮助他们尽快的熟悉软件的基础操作和竞赛的基本流程，让新参赛选手快速入门，创新了成图大赛的培训学习模式。5 结语本文设计一种基于 Web 的成图大赛辅助教学数据库，在认真分析成图大赛历届真题的基础上，对试题进行专业的讲解录制，并形成了系统化的成图大赛培训视频教程。利用自行设计编写了一套轻量化分布式数据库管理软件 Lite-JSON-DB，通过 Linux 服务器和 Web 客户端搭建了可访问的数据库，用户通过 PC 端等平台对数据库进行访问，并根据个人情况针对化开展成图大赛的真题建模学习，最终形成个性化的系统的学习模式。通过 Web 搭建的数据库页面，可以极大程度的方便使用者进行定位学习，满足了使用者的学习需求，从而使用户更加方便地去调用数据库的相关内容。实践表明，该数据库具备集成度高、易于查找、学习成本低、教学效果好等特点，能使学生开展个性化学习，在短期内有效提高三维建模能力。参考文献1 杜海霞.大学生学科竞赛指导方法与管理体系研究基于“高教杯”全国大学生先进成图技术与产品信息建模创新大赛J.西部素质教育,2019,5(13):44-45.2 李哲,许树勤,李占青.数据库的选择及ADO技术的应用J.机械工程与自动化,2004(3):22-24.3 刘红卫.Node.js对多种数据库协同访问实践以图书馆短信服务系统为例J.天津科技,2019,46(7):77-81.4 李江华,王文,衡友跃,等.Linux服务器安全措施分析与研究J.电脑知识与技术,2022,18(31):74-77+83.5 张汉昌,彭良福.基于Vue框架的甘特图组件的封装设计J.电脑与信息技术,2023,31(2):45-48.上接第182页