交互式計算機(jī)實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

陳萬順

(蕪湖職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息工程系，安徽 蕪湖241006)

高校實驗室作為高校教學(xué)實踐與科學(xué)研究的重要平臺，對其進(jìn)行有效的管理是保障高校實驗室發(fā)揮最大效用的重要前提，但是長期以來，我國高校實驗室的管理屬于粗放型的傳統(tǒng)管理模式，管理水平和管理系統(tǒng)均無法很好地滿足高校教學(xué)改革的要求，同時容易造成資源配置的浪費(fèi)和設(shè)備維護(hù)的缺位。因此，隨著我國高校教學(xué)改革的深入和高校管理水平的不斷提升，配備一套與現(xiàn)代教學(xué)管理相匹配的高校實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)勢在必行。

1 計算機(jī)實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀

自第三次科技革命以來，計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)取得了巨大進(jìn)展，它們改變了信息的傳播和獲取方式，并帶來了信息爆炸時代和網(wǎng)絡(luò)時代。那么，作為科研陣地的高等院校自然也與信息時代緊密聯(lián)系在了一起，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)手段到教學(xué)實踐、教學(xué)管理均發(fā)生了巨大的變化，計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)不僅為高校提供了辦公和學(xué)習(xí)的新途徑，更將高校實驗室?guī)肓擞嬎銠C(jī)管理的時代。

縱觀我國各高校，均加大了對實驗室網(wǎng)絡(luò)化、智能化建設(shè)的投入，高校計算機(jī)實驗室信息化硬件已基本配備完整，但是由于受到傳統(tǒng)教學(xué)管理模式的影響，目前我國高校計算機(jī)實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)仍存在以下問題。

1)系統(tǒng)管理思想缺失，依賴于人工管理。對于大多數(shù)高校而言，實驗室設(shè)備管理、實驗室日常管理、實驗室教學(xué)課程安排以及實驗室負(fù)責(zé)人安排等實驗室管理任務(wù)均采用人工管理模式。該模式完全依賴于實驗室管理人員處理，不僅增加了實驗室管理人員的工作量，而且管理過程容易出現(xiàn)不可預(yù)測的失誤。例如在課程安排發(fā)生沖突時，無法及時通知上課的老師和學(xué)生，這不僅浪費(fèi)了上課老師和學(xué)生的寶貴時間，而且延遲了后續(xù)的課程安排，造成實驗室資源浪費(fèi)。

2)課程安排不合理，缺乏可選擇性。目前高校關(guān)于實驗室課程按專業(yè)分配，實驗室管理人員事先以班級為單位安排好所有課程，并通知各班級具體上課時間和地點(diǎn)。對于學(xué)生而言，只要在規(guī)定時間和地點(diǎn)完成相應(yīng)的課程即可獲得學(xué)分。這樣一來，學(xué)生失去了對實驗課程的選擇性，導(dǎo)致學(xué)生無法結(jié)合自己的興趣愛好，去主動學(xué)習(xí)其他課程和知識，同樣也無法發(fā)掘自身的特長，這對于培養(yǎng)創(chuàng)新性人才十分不利。

3)信息共享機(jī)制不健全。目前，大多數(shù)高校并未建成實驗管理員、實驗教師和在校學(xué)生的信息共享平臺，大多數(shù)實驗情況均通過紙質(zhì)形式保存和傳輸，導(dǎo)致實驗項目檔案管理混亂和實驗信息實時性較差，這使得師生無法及時就實驗信息進(jìn)行交流與反饋，造成信息不對等，同時還會導(dǎo)致實驗室課程建設(shè)、科研項目的開發(fā)和實施效果無法達(dá)到預(yù)計效果。

由此可見，開發(fā)一套交互式計算機(jī)實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)，對于實驗室信息共享平臺建設(shè)，統(tǒng)籌安排實驗室資源，提高計算機(jī)實驗室綜合管理水平具有重要意義。

2 系統(tǒng)構(gòu)建原則與技術(shù)運(yùn)用

2.1 系統(tǒng)的基本設(shè)計原則

交互性的計算機(jī)實驗教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計，主要基于以下設(shè)計原則：

1)系統(tǒng)的安全性。系統(tǒng)主要通過網(wǎng)絡(luò)共享資源信息，這樣一來，通過網(wǎng)絡(luò)的病毒不免會對系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生一定破壞。為保障核心信息不被泄露以及計算機(jī)的安全運(yùn)行，系統(tǒng)在設(shè)計時，除了要滿足客戶需求外還要充分保障系統(tǒng)的安全性。

2)系統(tǒng)的實用性和共享性。實用性和共享性主要充分考慮實驗室管理員、實驗室教師和學(xué)生的需求。該原則主要解決三者之間的信息共享問題，讓實驗室資源得到充分利用。

3)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。計算機(jī)實驗室為了日后便于系統(tǒng)升級和更新，均會預(yù)留一些接口，因此，計算機(jī)實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)也需要具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，在總體設(shè)計時進(jìn)行系統(tǒng)分層，并在系統(tǒng)整體功能開發(fā)之余，為日后系統(tǒng)升級做好準(zhǔn)備。

4)系統(tǒng)的友好性。系統(tǒng)具備友好的界面，才能讓廣大師生接受。所有功能清晰明確且操作簡便，利于系統(tǒng)的使用和維護(hù)。

2.2 系統(tǒng)技術(shù)運(yùn)用

如表1所示，該系統(tǒng)采用ASP.NET開發(fā)平臺，利用VS2010開發(fā)工具以及C#開發(fā)語言，結(jié)合SQL Sever 2005數(shù)據(jù)庫，基于B/S的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式共同開發(fā)的實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)。其中ASP.NET平臺、SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫和B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式是該系統(tǒng)的三大核心部分。相對于以往的Web服務(wù)器端腳本技術(shù)而言，ASP.NET對于創(chuàng)建動態(tài)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序具有實用性強(qiáng)、可擴(kuò)展性和自定義性等明顯的優(yōu)勢；SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫具有商務(wù)智能、安全性高和成本低等特點(diǎn)?？梢姡褂肧QL Server 2005開發(fā)管理系統(tǒng)對于資金有限的高校而言，是一個非常明智的選擇；B/S結(jié)構(gòu)是一種先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式，如圖1所示，該工作方式主要分為3個層次，其中服務(wù)器為該系統(tǒng)的核心。

表1 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫

圖1 B/S的三層結(jié)構(gòu)

3 實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體流程設(shè)計

如圖2所示，交互式計算機(jī)實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)的操作主要包括身份登錄驗證環(huán)節(jié)、功能操作環(huán)節(jié)、以及系統(tǒng)退出環(huán)節(jié)等。

1)身份登錄驗證環(huán)節(jié)。用戶首先輸入自己的信息，系統(tǒng)通過用戶提供的信息確定用戶的使用權(quán)限，其中該系統(tǒng)有管理員、教師和學(xué)生3個等級的權(quán)限。為保障系統(tǒng)的安全性，任何用戶只能出現(xiàn)3次錯誤信息登錄的操作，超過3次錯誤操作，系統(tǒng)將會默認(rèn)有非法信息嵌入系統(tǒng)，系統(tǒng)將被暫停使用。

2)功能操作環(huán)節(jié)。用戶成功登錄該系統(tǒng)后的所有功能操作，包括學(xué)生用戶操作功能、教師操作功能以及管理員操作功能三大模塊。

圖2 系統(tǒng)總體流程

3)系統(tǒng)退出環(huán)節(jié)。任何用戶退出系統(tǒng)時，系統(tǒng)都會自動彈出是否對修改信息進(jìn)行保存的窗口，點(diǎn)擊確定，系統(tǒng)將用戶信息重新保存，數(shù)據(jù)庫更新。點(diǎn)擊取消，系統(tǒng)直接退出，數(shù)據(jù)庫不進(jìn)行任何操作。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

如圖3所示，該系統(tǒng)分為三大功能模塊：學(xué)生用戶功能模塊、教師用戶功能模塊及管理員用戶功能模塊。由于3個模塊需求不同、角色不同，因此3個模塊所對應(yīng)的系統(tǒng)功能也有所差異。

圖3 系統(tǒng)總體設(shè)計

3.2.1 學(xué)生用戶功能模塊設(shè)計

學(xué)生用戶功能模塊主要包括：實驗選課、實驗預(yù)習(xí)、實驗預(yù)約、提交實驗報告、查詢實驗成績等功能。

1)實驗選課功能。根據(jù)實驗教學(xué)計劃安排，學(xué)生可根據(jù)自己的時間安排去選擇要完成的必選實驗項目。與此同時，學(xué)生還可以結(jié)合自己的興趣愛好，選擇自己感興趣的可選實驗項目。實驗預(yù)習(xí)和預(yù)習(xí)測試功能作為學(xué)生實驗預(yù)約添加的附加功能。

2)實驗預(yù)習(xí)和預(yù)習(xí)測試功能。主要能夠讓學(xué)生提前了解實驗設(shè)備、實驗步驟以及實驗過程應(yīng)注意的事項，使學(xué)生在進(jìn)入實驗教學(xué)平臺前，可對實驗有一定的了解并對實驗的真正操作有一定的思考和認(rèn)識。

3)實驗預(yù)約功能?？紤]學(xué)生時間安排、實驗室安排以及實驗教師的安排等因素而設(shè)置的功能。該功能有利于管理人員對實驗室和實驗設(shè)備的安排，使學(xué)生能夠根據(jù)自身的時間去選擇自己感興趣的實驗課程等。

4)實驗報告功能。主要讓學(xué)生自覺地提交所完成的實驗項目報告。

5)成績查詢功能。學(xué)生提交實驗報告，待老師批改登入成績后，學(xué)生方可登錄自己賬號查詢相應(yīng)的實驗成績。

3.2.2 教師用戶功能模塊設(shè)計

教師用戶功能模塊包括：查看預(yù)約功能、安排實驗功能、批改報告功能以及上傳成績功能。

1)查看預(yù)約功能。該功能模塊方便老師及時掌握學(xué)生對實驗選擇情況，當(dāng)該實驗預(yù)約的學(xué)生較多時，授課老師應(yīng)提前做好實驗各項準(zhǔn)備。當(dāng)某項實驗預(yù)約人數(shù)較少，甚至沒有學(xué)生預(yù)約時，授課老師和實驗管理人員應(yīng)思考實驗項目課程開設(shè)的必要性。

2)安排實驗功能。教師和管理人員根據(jù)實驗預(yù)約情況，合理的進(jìn)行實驗室的安排和實驗設(shè)備的布局。

3)批改實驗報告功能。授課老師通過該功能模塊，根據(jù)學(xué)生網(wǎng)上提交的實驗報告，進(jìn)行網(wǎng)上批改和打分，并將學(xué)生實驗報告中出現(xiàn)的不足進(jìn)行反饋。

4)上傳實驗成績單功能。教師通過該功能將學(xué)生實驗成績上傳，并保存在數(shù)據(jù)庫中。

3.2.3 管理員用戶功能模塊設(shè)計

管理員用戶功能模塊主要包括：實驗管理模塊，教師管理模塊、學(xué)生管理模塊以及成績管理模塊。

1)實驗管理模塊。系統(tǒng)管理人員可通過該模塊根據(jù)本學(xué)期實驗項目教學(xué)計劃，設(shè)置實驗項目課程、實驗項目規(guī)模以及實驗課程的調(diào)整等操作。

2)教師管理模塊。系統(tǒng)管理人員可根據(jù)當(dāng)前在校教師情況、管理相應(yīng)教師信息，實現(xiàn)增加授課老師信息或更改退休的授課老師信息等操作。

3)學(xué)生管理模塊。系統(tǒng)管理人員可根據(jù)學(xué)校給予的學(xué)生信息，完成學(xué)生信息管理工作，包括學(xué)生信息的添加、修改、以及刪除等操作。

4)成績管理模塊。系統(tǒng)管理人員通過該模塊對學(xué)生成績進(jìn)行管理，完成成績核查和修改過程。該模塊能夠有效杜絕教師亂打分現(xiàn)象，并將學(xué)生考核成績信息進(jìn)行有效管理，完成歸檔和核查工作。

4 實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)為高校實驗室提供動態(tài)信息共享平臺，為實驗室管理人員、上課教師和學(xué)生提供各種便利，真正意義上實現(xiàn)了高校開放的教學(xué)。學(xué)生預(yù)約實驗課程的具體流程如圖4所示。

對于任何學(xué)生，預(yù)約一門實驗課程，需按照圖4所示進(jìn)行操作，才能完成預(yù)約實驗課程任務(wù)。具體實現(xiàn)過程：①學(xué)生利用自己的用戶名和密碼完成系統(tǒng)的登入，只有登入成功才能完成第二步的操作；②學(xué)生進(jìn)入自己的主界面，選擇需要完成的實驗項目，在需要完成的實驗項目中進(jìn)行實驗預(yù)約。在預(yù)約實驗項目前，確保學(xué)生做實驗的效率和效果，避免學(xué)生對實驗過程和實驗設(shè)備的一無所知，系統(tǒng)在預(yù)約實驗項目前設(shè)有實驗預(yù)習(xí)和實驗預(yù)習(xí)測試項目，通過網(wǎng)上的實驗預(yù)習(xí)測評項目后才能對該實驗項目進(jìn)行預(yù)約；③完成實驗預(yù)習(xí)測試后，實驗預(yù)約過程還設(shè)有2個預(yù)約條件，它們分別是實驗預(yù)約人數(shù)未達(dá)到上限和單人預(yù)約次數(shù)未達(dá)到上限，從而保證高校實驗資源的平均利用；④當(dāng)學(xué)生預(yù)約條件均滿足后，實驗預(yù)約完成；待管理員審核確定后，即可預(yù)約成功。⑤退出系統(tǒng)，當(dāng)學(xué)生退出系統(tǒng)時，系統(tǒng)會自動彈出是否對修改信息保存的窗口，點(diǎn)擊確定，系統(tǒng)將用戶信息重新保存，數(shù)據(jù)庫更新。點(diǎn)擊取消，系統(tǒng)直接退出，以上操作全部取消。

圖4 學(xué)生預(yù)約實驗流程

5 結(jié)語

綜上所述，交互式計算機(jī)實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)是在充分利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與 SQL Server 2005為數(shù)據(jù)庫平臺，實現(xiàn)計算機(jī)實驗室資源的合理利用。通過該實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)，能夠有效降低實驗管理人員的工作強(qiáng)度，推進(jìn)高校實驗室教學(xué)管理信息的網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化建設(shè)，為高校師生搭建一個良好的實驗信息共享平臺，能夠較大程度地滿足高校教學(xué)改革的需求。

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