Entwicklung einer Plattform für Fernunterricht

E-Learning-System für Schüler mit Web-, iOS- und Android-Anwendungen

Der Kunde

Branche

Bildungswesen

Region

Kunde seit

2021

Unser Kunde ist ein internationales IT-Unternehmen, das sich auf kundenspezifische und plattformbasierte Software für das Bildungswesen, den Einzelhandel und das Gesundheitswesen spezialisiert hat.

Detaillierte Information über den Kunden kann aufgrund der Bestimmungen des NDA nicht veröffentlicht werden.

Herausforderung

Nach dem Pandemieausbruch gewann unser Kunde eine öffentliche Ausschreibung in Bezug auf die Durchführung eines Großprojekts, das darauf abzielte, eine Online-Lernplattform für Grund-, Mittel- und Oberschüler zu entwickeln und zu implementieren. Das Problem ist das Fehlen eines stabilen und zuverlässigen Systems für den Unterricht in Online-Schulklassen. Der drastische Anstieg von Streaming-Plattformen und Videochats während der COVID-19-Pandemie führte zu einer Verschlechterung der Kommunikationsqualität aufgrund der begrenzten Bandbreite der Schnittstellen (Gateways). Die Schüler verfügten nicht über ein stabiles und zuverlässiges System für die Durchführung von Online-Unterricht und wurden von einem hochwertigen Online-Bildungsprozess ausgeschlossen.

Als Generalauftragnehmer verlagerte unser Kunde die technische Planung und Implementierung der Plattform auf Innowise und entschied sich für das schlüsselfertige Softwareentwicklungsmodell. Gemäß der Zielsetzung des Projekts soll die Lösung ein fester Bestandteil des Bildungsprozesses für mehr als 200 öffentliche Schulen werden.

Im Rahmen des Projekts sollte unser Team:

eine interaktive Streaming-Plattform mit umfangreichen Funktionen zur Durchführung von Online-Unterricht schaffen;
iOS und Native Android-Anwendungen entwickeln, die mit einer breiten Palette von Geräten kompatibel sind;
eine reibungslose Funktion und eine hohe Verfügbarkeit des Systems bei gleichzeitiger Nutzung durch Tausende von Benutzern gewährleisten;
für sichere Speicherung von Benutzerdaten auf lokalen Servern und Schutz vor Sicherheitslücken sorgen.

Lösung

Innowise hat eine Online-Bildungsplattform von Grund auf neu entwickelt. Die Plattform bietet Lehrern und Schülern benutzerfreundliche Web- und Mobilanwendungen für den Online-Unterricht.

Um auf das System zuzugreifen, muss man den Registrierungsprozess durchlaufen, sich anmelden und die Sprache der Schnittstelle wählen. Bei der Registrierung erhält jeder Benutzer eine Rolle, die die Verfügbarkeit bestimmter App-Funktionen und Daten definiert.
Es gibt 4 Benutzerrollen auf der Plattform:

Verwaltung
Lehrer
Studenten
Gast

Innerhalb der Fernunterrichtsplattform stehen den Lehrkräften mehrere Werkzeuge zur Erstellung, Planung und Durchführung von Online-Unterricht zur Verfügung. Über die Registerkarte "Kalender" können sie Lektionen erstellen und planen, das Fach auswählen, das Thema der Lektion festlegen und der Lektion Klassen oder bestimmte Schüler zuweisen. Alle Benutzer, die einer Unterrichtsstunde zugewiesen sind, erhalten Benachrichtigungen, sobald die Unterrichtsstunde im System erstellt wurde. Lehrkräfte können Einladungslinks an Eltern, Schüler und Aufsichtspersonen senden.
Die Fernlernplattform basiert auf der Videokonferenztechnologie. Über die Registerkarten des persönlichen Stundenplans können die Nutzer an den ihnen zugewiesenen Lektionen teilnehmen. Wenn ein Schüler technische Probleme mit der Kamera oder dem Mikrofon hat, wird ein Warnsymbol neben dem Profil des Schülers angezeigt. Während des Online-Unterrichts können die Benutzer Dateien und Mediendaten senden, ihre Bildschirme freigeben, sich zu Wort melden und die virtuelle Tafel nutzen. Die Lehrkräfte verfügen über spezielle Rechte, die durch ihre Benutzerrolle im System definiert sind:

Schüler stummschalten/lautschalten
Studenten zum Reden einladen
Verwalten der virtuellen Tafel
Erstellen und Durchführen von Tests
Benoten
Hausaufgaben erteilen
Verwaltung des elektronischen Klassenbuchs

Auf der virtuellen Tafel können Lehrer und Schüler schreiben, malen, Formeln einfügen, Formen hinzufügen, Aufkleber anbringen, Dateien hochladen und einen Zeiger verwenden. Während der Lektion können die Benutzer mehrere Tafeln hinzufügen, ihre Hintergrundfarbe ändern, Elemente löschen und Tafeln in der Lektionskarte speichern.

Die Lehrkräfte haben auch Zugriff auf den Testkonstruktor, mit dem sie Tests beliebiger Komplexität erstellen können. Diese Tests können zur Wissenskontrolle verwendet oder als Hausaufgaben aufgegeben werden. Der Konstruktor unterstützt verschiedene Fragetypen: Einzelfragen, Multiple-Choice-Fragen, offene Fragen mit Kommentarfeldern und Aufgaben, bei denen die Reihenfolge bestimmter Ereignisse bestimmt oder die richtigen Kombinationen gefunden werden müssen. Die Lehrkräfte können ein Zeitlimit und die Anzahl der Versuche zum Bestehen des Tests festlegen. Die Antworten der Schülerinnen und Schüler werden automatisch vom System überprüft, und die Lehrkraft hat Zugang zu Statistiken über die Testergebnisse.

Technologien & Tools

Back-End

Java, Mapstruct, Spring (Boot, Core, MVC, Daten, Sicherheit), PostgreSQL

Front-End

Angular, TypeScript, NgRx, RxJS, Material UI

Mobile

Kotlin, Swift, Kurrento, WebRTC, WebSockets

JUnit

Integrationen

SMS- und E-Mail-Versanddienste

Prozess

In der Discovery-Phase haben unsere Business-Analysten die Anforderungen der Stakeholder untersucht, um den Projektumfang, die Kernfunktionalität für die Einführung der MVP-Versionen und den vollständigen Funktionsumfang zu bestimmen. Wir haben die Architektur des Fernunterrichtssystems erstellt und die optimalen Technologien für die weitere Skalierung ausgewählt. Dies wurde in die Vision & Scope-Datei für den Kunden aufgenommen.

Unser PM und unsere Entwickler haben angeboten, den am besten geeigneten Technologie-Stack zu verwenden:

Java 11
Angular
Spring Cloud Gateway
Spring Cloud Config
Vault, Spring Data
Spring Security
Lombok
MapStruct (zur Konvertierung der Daten)
WebFlux (zur Integration mit anderen Mikrodiensten und APIs von Drittanbietern)
Übereinstimmung mit OWASP TOP 10 (+ OWASP ASVS)
Übereinstimmung mit TLS
Integration mit Kafka

Für das Hosting der Plattform entschieden wir uns für PostgreSQL als leichtes, schnelles und vielseitiges DBMS. Zum Speichern und Zwischenspeichern der Metadaten der Lektionen haben wir die Redis-Datenbank angeboten.

Die Online-Lernplattform basiert auf einer Microservice-Architektur. Jede logische Komponente wird als separater Spring Boot-Microservice mit einem Repository, einer Reihe von Modulen, Integrationstests, Sicherheitskonfigurationen und einer Bereitstellungspipeline bereitgestellt. Ein solcher Ansatz verbessert das gesamte Software-Ökosystem und macht es flexibler und stabiler.

Die Plattform ist resistent gegen die OWASP TOP 10 Schwachstellen, während die Verbindungen gemäß den Protokollen TLS und SRTP geschützt sind. Die folgenden Sicherheitsmaßnahmen wurden ebenfalls angewandt:

Persönliche Daten werden nur in verschlüsselter Form gespeichert
Die Zugriffsrechte sind streng begrenzt
Die Datenverarbeitung erfolgt mit Zustimmung der Eltern der Schüler

Team

Java-Entwickler

JavaScript-Entwickler

Kotlin-Entwickler

Swift-Entwickler

UI/UX Designer

Business-Analysten

Projektleiter

QA-Ingenieure

DevOps-Ingenieur

Ergebnisse

Die daraus resultierende Fernunterrichtsplattform ist bereits in den Bildungsprozess von Hunderten von Grund-, Mittel- und Oberschulen integriert. Die Lösung erfüllt erfolgreich ihr Hauptziel, Schülern und Lehrern zu helfen, sich während der Pandemiebeschränkungen ohne Weiteres auf Fernunterricht umzustellen und Bildungsprozesse durchzuführen.

Die Lösung ist für eine durchschnittliche Belastung von 300.000 Nutzern bei der Einführung geplant und soll schnell auf Millionen von Nutzern skaliert werden können. Unser Team arbeitet weiterhin an dem Projekt, um die Funktionalität der Lösung zu erweitern und Softwarewartungsdienste anzubieten.

Projektdauer

MVP-Veröffentlichung - 4 Monate
Vollwertige Plattform - etwa 1 Jahr
Wir bieten kontinuierliche Unterstützung und Wartungsdienste

Unsere aktuellen Fallstudien

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Sobald wir Ihre Anfrage erhalten und bearbeitet haben, werden wir uns mit Ihnen in Verbindung setzen, um Ihre Projektanforderungen zu besprechen und eine NDA (Vertraulichkeitserklärung) für die Vertraulichkeit der Informationen zu unterzeichnen.

Nach der Prüfung der Anforderungen erstellen unsere Analysten und Entwickler einen Projektvorschlag, der Arbeitsumfang, Teamgröße, Zeit- und Kostenschätzung enthält.

Wir vereinbaren einen Termin mit Ihnen, um das Angebot zu besprechen und eine Vereinbarung mit Ihnen zu treffen.

Wir unterzeichnen einen Vertrag und beginnen umgehend mit der Arbeit an Ihrem Projekt.