基于網(wǎng)絡(luò)的實踐課程智能管理系統(tǒng)的研究

劉麗娟?武文革

摘要：提出了一種應(yīng)用于機(jī)械工程專業(yè)的高校實踐課程的方法與系統(tǒng)，建立了基于一卡通的RFID自選式學(xué)院實驗中心。實驗器材分配唯一的條碼，將一卡通與實驗器材關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)實驗室的無人管理，對于降低實驗室運行成本起到了很大的作用。建立了實踐課程智能系統(tǒng)，教師可以全程了解學(xué)生在實踐教學(xué)各環(huán)節(jié)中的具體表現(xiàn)，給出公正的成績，并將成績導(dǎo)入學(xué)校統(tǒng)一的成績錄入系統(tǒng)。系統(tǒng)選用B/S模式，通過瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)出請求，通過中間組件訪問后臺數(shù)據(jù)庫，并將操作結(jié)果以HTML頁面的形式返回給前端瀏覽器，實現(xiàn)了對高校機(jī)械工程專業(yè)實踐課程的系統(tǒng)管理，選用PHP+Dreamweaver+MySQL方案，系統(tǒng)運行良好。

關(guān)鍵詞：實驗室；網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)庫；RFID

作者簡介：劉麗娟（1975-），女，山西原平人，中北大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，講師；武文革（1967-），男，山西太原人，中北大學(xué)機(jī)械與動力工程學(xué)院，教授。（山西 太原 030051）

基金項目：本文系山西省高等學(xué)校青年學(xué)術(shù)帶頭人項目、山西省重點實驗室開放基金項目（項目編號：2007031007）、中北大學(xué)自然科學(xué)基金項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0182-02

實驗室作為學(xué)生實踐活動的基地，在高校的人才培養(yǎng)、科學(xué)研究以及服務(wù)經(jīng)濟(jì)等方面具有獨特的、不可替代的作用，建設(shè)并管理好實驗室是建設(shè)高水平大學(xué)的必要條件之一?，F(xiàn)有的實驗室由于場地等的限制，必須合理共享有限的硬件資源，大多實驗是在同一實驗室通過不斷輪換實驗器材來完成繁重的教學(xué)任務(wù)，實驗器材利用率增高，損壞率也隨之增高，無法確認(rèn)損壞時間與人員，實驗室的運行成本不斷提高。如何對高校實驗室進(jìn)行科學(xué)管理，使得實驗室的管理智能化，是我國大多數(shù)高校實驗管理面臨的一個現(xiàn)實問題。

一、基于RFID的自選式實驗室管理

本系統(tǒng)建立了一種基于RFID的自選式學(xué)院實驗中心。RFID（Radio Frequency Identification），射頻識別技術(shù)，是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現(xiàn)無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達(dá)到識別目的的技術(shù)，多用于管理系統(tǒng)。該實驗方法以學(xué)院為單位進(jìn)行建立并管理，各個系的實驗室統(tǒng)一到學(xué)院進(jìn)行管理，以機(jī)械工程實驗中心為例，涵蓋了先進(jìn)制造實驗室、機(jī)械性能實驗室、互換性與測量技術(shù)實驗室、精密與特種加工實驗室、機(jī)械原理及零件實驗室、計算機(jī)實驗室等多個專業(yè)的實驗室。在購置實驗器材時統(tǒng)一采購，分配唯一的條碼并入庫。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)記錄實驗器材的入庫時間、購入金額、實驗項目、故障與維修、使用時間、使用人等信息。該開放平臺可以最大限度地滿足學(xué)生進(jìn)行實驗課程的需求。從實驗項目上完全開放，學(xué)生可自主選擇實驗項目，不僅可以完成與理論相配套的經(jīng)典實驗課程，而且可以完成教學(xué)計劃規(guī)定內(nèi)容以外的開放選修實驗，培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力。

將學(xué)院各系的實驗室統(tǒng)一到學(xué)院建立與管理，分成計算機(jī)區(qū)、機(jī)床區(qū)、檢測儀器區(qū)、電氣設(shè)備區(qū)、刀具區(qū)、實驗臺區(qū)、配件區(qū)以及開放實驗區(qū)，如圖1所示。各類實驗器材分門別類地進(jìn)行存放。開放實驗區(qū)主要用于學(xué)生完成開放性實驗，如自選課程的實驗、參加各類創(chuàng)新性比賽需要完成的實驗以及參加科研項目需要完成的各類實驗等。

實驗室配置TSC條形碼打印機(jī)3臺，SymbolMC70數(shù)據(jù)采集器2臺，掃描槍5把，磁卡閱讀器10只。條形碼由13位數(shù)碼組成，1位奇偶校驗碼，3位分類碼，后9位按類別設(shè)置，主要用于實驗內(nèi)容的分類，如配件碼、年份碼、實驗類別碼、數(shù)量碼等，確保記錄對象的唯一性。光電掃描平臺利用光源系統(tǒng)，由光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，并對電信號進(jìn)行放大和整形，最后以二進(jìn)制脈沖信號輸出給譯碼器。條形碼譯碼器將掃描器輸出的脈沖數(shù)字信號解釋成計算機(jī)可識別的信號，并傳輸給計算機(jī)。實驗器材購置后要進(jìn)行入庫、校驗、使用、維修、報廢等一系列過程，帶有自己的“身份證”，整個實驗器材管理流程有條不紊地進(jìn)行下去。新購入器材時，根據(jù)各自的“身份證”將各儀器器材自編條形碼，自編條形碼打印系統(tǒng)軟件自動生成EAN-13碼，可以使用TSC條碼打印機(jī)打印。然后通過掃描器掃入條形碼并傳入計算機(jī)，進(jìn)入入庫操作。工作人員將器材的條碼掃入計算機(jī)直接進(jìn)行校驗，并將校驗結(jié)果自動記錄入庫，需優(yōu)化數(shù)據(jù)的在優(yōu)化后將優(yōu)化數(shù)據(jù)一并入庫，將校驗合格的器材數(shù)據(jù)通過接口程序輸入服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫中。學(xué)生預(yù)約實驗時，利用一卡通的號碼建立賬戶，做實驗時通過磁卡閱讀器讀入一卡通，將需要的器材等通過掃描平臺或掃描槍讀入自己的賬戶，實驗開始記錄時間，儀器定時兩小時，如超時儀器將自動關(guān)閉。每臺儀器安裝一套自測系統(tǒng)，當(dāng)實驗完畢后需再次刷卡，系統(tǒng)記錄實驗操作時間，這時儀器自測啟動，運行無誤后儀器自動關(guān)閉，這時學(xué)生方可離開實驗室。這樣可以及時發(fā)現(xiàn)實驗過程中儀器的損壞，并相關(guān)到人。

二、實踐課程智能系統(tǒng)

實踐課程智能系統(tǒng)包括三個子系統(tǒng)：實驗室智能系統(tǒng)、課程設(shè)計交互系統(tǒng)，以及實習(xí)工作系統(tǒng)。系統(tǒng)整體框圖如圖2所示。

1.實驗室智能系統(tǒng)

實驗室智能系統(tǒng)是該系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)，包括預(yù)約系統(tǒng)、實驗器材管理系統(tǒng)、網(wǎng)上實驗室以及成績評定系統(tǒng)。這里主要介紹網(wǎng)上實驗室系統(tǒng)。

網(wǎng)上實驗室可進(jìn)行軟件實驗與虛擬實驗。實驗由兩部分組成：學(xué)習(xí)部分與實驗部分。學(xué)生在做實驗前可進(jìn)入學(xué)習(xí)模塊，學(xué)習(xí)該實驗的先修課程，了解注意事項，下載相關(guān)圖紙，將問題提前上傳至數(shù)據(jù)庫或與教師線上交流，完成一些小的測試環(huán)節(jié)，保證做實驗時的質(zhì)量與進(jìn)度。通過局域網(wǎng)，開展網(wǎng)上實驗室，學(xué)生可以與教師在線交流，教師根據(jù)學(xué)生實驗情況評定成績。如在數(shù)控編程實驗環(huán)節(jié)中，為教師和學(xué)生提供一個能夠不依賴機(jī)床硬件而存在的數(shù)控編程平臺，避免由于數(shù)控機(jī)床數(shù)量不能滿足教學(xué)要求和直接在數(shù)控機(jī)床上做實驗對設(shè)備的損壞。在數(shù)控編程課程的測驗中，教師通過局域網(wǎng)向?qū)W生發(fā)送編程任務(wù)，并對學(xué)生的編程結(jié)果進(jìn)行評價。在該模塊中有兩個分支系統(tǒng)：學(xué)生可以根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)入學(xué)習(xí)模塊，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生輸入的信息進(jìn)行處理，經(jīng)過邏輯推理和專家智能判斷得出比較接近的程序供學(xué)生參考，學(xué)生可將這些程序?qū)氤绦蜍浖M(jìn)行編譯并輸出結(jié)果。開發(fā)此模塊的主要目的是讓學(xué)生能掌握數(shù)控編程的基本流程，并且在實踐中學(xué)習(xí)，達(dá)到日后也成為一個數(shù)控編程專家的目的。在本模塊中包含有具體的編程實例、對實例的分析以及對圖紙的分析等。另外還對實際工作中會用到的一些事項進(jìn)行介紹，如具體工作步驟、參數(shù)的設(shè)定、刀具補(bǔ)償、對刀等。另一個分支系統(tǒng)是學(xué)生在學(xué)習(xí)分支完成學(xué)習(xí)后，教師在線對學(xué)生實驗過程進(jìn)行考核。

2.實習(xí)工作系統(tǒng)

實習(xí)教學(xué)是實踐教學(xué)的一個模塊，包括實習(xí)前準(zhǔn)備工作、實習(xí)報告工作、實習(xí)成績評定工作。在實習(xí)前準(zhǔn)備中，學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)下載實習(xí)表格以及實習(xí)相關(guān)知識資料，在出發(fā)前對實習(xí)地點、實習(xí)內(nèi)容、實習(xí)方向等進(jìn)行詳細(xì)了解，做到有的放矢；實習(xí)報告環(huán)節(jié)主要是完成實習(xí)回校后做的工作，這時學(xué)生可以通過網(wǎng)絡(luò)與實習(xí)教師進(jìn)行在線交流，下載相關(guān)技術(shù)資料以及注意事項，并上交實習(xí)報告的電子稿，教師可以根據(jù)學(xué)生在實習(xí)中的表現(xiàn)以及在實習(xí)報告過程中學(xué)生的表現(xiàn)評定成績，并將它導(dǎo)入學(xué)校成績錄入系統(tǒng)。

3.課程設(shè)計交互系統(tǒng)

在課程設(shè)計模塊中，教師可以瀏覽到由審核員發(fā)布的課程設(shè)計題目，能瀏覽相關(guān)信息以及題目下載等；可以上傳教師的課程設(shè)計題目和相關(guān)信息及說明文檔，提交到數(shù)據(jù)庫中去，由審核員審核后進(jìn)行發(fā)布；可以查看學(xué)生的情況，瀏覽學(xué)生的選題，做到一人一題；可以下載學(xué)生提交的課程設(shè)計說明書及圖紙，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計及說明書的修改。學(xué)生通過自己的賬號進(jìn)入系統(tǒng)，瀏覽經(jīng)過教研審核入庫的題目，查找自己的設(shè)計題目與設(shè)計要求、指導(dǎo)教師以及相關(guān)資料等；學(xué)生選擇題目后可以與指導(dǎo)教師聯(lián)系，在教師的指導(dǎo)下完成具體設(shè)計并提交設(shè)計說明書；另外，還為學(xué)生提供下載有關(guān)課程設(shè)計撰寫過程中需要的相關(guān)資料。管理員的主要工作有課程設(shè)計的瀏覽、審核、入庫，將學(xué)生提交的所有說明書顯示，由審核員點擊查看具體要求和說明，審核說明書是否符合要求。如果通過審核則進(jìn)行發(fā)布。處于發(fā)布狀態(tài)的論文將不能再發(fā)布，教師和學(xué)生登錄時只能看見由審核員通過了發(fā)布的論文；當(dāng)答辯結(jié)束后，由審核組成員將學(xué)生的成績錄入到數(shù)據(jù)庫，并將學(xué)生的課程設(shè)計相關(guān)資料刻成光盤，記錄下光盤的序號，以便后期查找。學(xué)生的答辯記錄以文檔的形式生成到指定的文件夾下，能夠以報表的形式打印下載。

4.網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫技術(shù)

用戶通過IE、Netseape等瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)出的請求，web服務(wù)器響應(yīng)請求，通過web服務(wù)的中間組件訪問后臺數(shù)據(jù)庫，并將操作結(jié)果以HTML頁面的形式返回給前端瀏覽器。本智能系統(tǒng)選用B/S模式通過瀏覽器，如IE就能實現(xiàn)在Intemet或hitranet上的應(yīng)用和管理，并且在客戶端無需進(jìn)行任何配置。數(shù)據(jù)庫放在服務(wù)器端集中管理，系統(tǒng)的升級和改進(jìn)比較方便。操作系統(tǒng)為Windows Server，選擇PHP作為開發(fā)工具，開發(fā)環(huán)境為Dreamweaver。它同時支持多種服務(wù)器技術(shù)生成由動態(tài)數(shù)據(jù)庫支持的web應(yīng)用程序。Dreamweaver MX是建立Web站點和應(yīng)用程序的專業(yè)編輯器，與Dreamweaver配合使用，建立用數(shù)據(jù)庫連接web服務(wù)和舊式系統(tǒng)Internet應(yīng)用程序。

系統(tǒng)采用MySQL作為數(shù)據(jù)庫后臺。新建一個名為“sjxt”的數(shù)據(jù)庫，為了使各個表之間不產(chǎn)生冗余，把每個表里可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)字段寫在一個表里，表與表之間通過關(guān)鍵字相連。這樣，出現(xiàn)冗余的情況就減少，表與表之間的聯(lián)系也更加緊密。本系統(tǒng)可以根據(jù)要求建立三個大型數(shù)據(jù)庫文件，以課程設(shè)計為例進(jìn)行說明。在課程設(shè)計子系統(tǒng)中建立一個名為“kssj”的數(shù)據(jù)庫，包括11個表，分別為： 系統(tǒng)設(shè)置（by_config）；留言板（by_gb）；評分表（by_mark）；信息表（by_msg）；新聞表（by_news）；用戶表（by_user）；用戶數(shù)據(jù)內(nèi)容表（by_userdata）；button編輯器表（ewebeditor_button）；style編輯器表（ewebeditor_style）；system編輯器表（ewebeditor_system）；toolbar編輯器表（ewebeditor_toolbar）。MYSQL可通過兩種方式通過PHP與WEB相連，一種通過PHP的MYSQL相關(guān)函數(shù)，另一種通過PHP的ODBC相關(guān)函數(shù)。PHP連接MYSQL需要4個參數(shù)：數(shù)據(jù)庫地址、數(shù)據(jù)庫名、數(shù)據(jù)庫用戶名、數(shù)據(jù)庫密碼。

三、實踐課程系統(tǒng)的實現(xiàn)

由于該系統(tǒng)內(nèi)容較多，不能一一介紹，這里僅對系統(tǒng)的核心模塊——實驗室智能模塊進(jìn)行簡單介紹。該模塊匯總了我院所有的實驗器材，對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與管理，可根據(jù)用戶要求對實驗設(shè)備器材等進(jìn)行在線入庫、出庫、查詢、修改等操作，還可對實驗課程進(jìn)行管理，可預(yù)約、查詢、修改、刪除等，如圖3所示。

四、總結(jié)

本文提出了應(yīng)用于機(jī)械工程專業(yè)的高校實踐課程的技術(shù)與方法，建立了基于一卡通的RFID自選式學(xué)院實驗中心以及高校機(jī)械工程實踐課程智能管理系統(tǒng)，為高校機(jī)械工程專業(yè)實踐課程提供有益的參考和指導(dǎo)作用。系統(tǒng)選用Windows Server為操作系統(tǒng)，PHP與Dreamweaver為開發(fā)工具，MySQL為數(shù)據(jù)庫后臺，以實現(xiàn)管理為目標(biāo)，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實可行性。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）