《大學物理實驗教學管理系統(tǒng)》的開發(fā)設計*

畢會英 徐美林 徐義爽 蔡桂雙 張 欣 張素杰 李 徽

(北京科技大學天津學院 天津 301830)

(收稿日期：2016-03-28)

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《大學物理實驗教學管理系統(tǒng)》的開發(fā)設計*

畢會英 徐美林 徐義爽 蔡桂雙 張 欣 張素杰 李 徽

(北京科技大學天津學院 天津 301830)

(收稿日期：2016-03-28)

從北京科技大學天津學院物理實驗教學和管理的實際需求出發(fā)，對大學物理實驗教學管理系統(tǒng)進行了設計與研究；主要從大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的設計需求、總體結構設計、功能設計、頁面設計等幾個方面對系統(tǒng)的研究成果進行了總結；目的是通過該系統(tǒng)平臺的構建，實現(xiàn)教學資源共享、教學管理信息化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，解決實驗教學過程中出現(xiàn)的預習難、復習難、管理難的問題，從而改善實驗教學效果和提高管理效率.

大學物理實驗 教學管理 系統(tǒng)設計 研究

物理實驗教學是必須借助實驗儀器才能完成的教學活動.由于受到實驗儀器、實驗場地、教學資源的限制，物理實驗教學呈現(xiàn)預習難、復習難、管理難的特點.利用計算機信息技術和實驗教學管理的高度融合，構建大學物理實驗教學管理系統(tǒng)平臺，可以使學生不受時間和空間的限制進行學習，有效擴大學生的受益面，實現(xiàn)教學內容、空間、時間、人員、設備等的高效利用，推動課程管理、師生交流、教學評價的信息化，更好地滿足學生學習、教師教學和實驗室管理的需求.目前，許多高校對物理實驗教學管理系統(tǒng)進行了研究[1～4].本文討論的大學物理實驗教學管理系統(tǒng)是將北京科技大學天津學院物理實驗室作為主要目標用戶，根據(jù)目標用戶的實際教學和管理需求進行設計和開發(fā)的,是一套完全適合目標用戶物理實驗教學需求的、具有擴展性的教學管理系統(tǒng)平臺.通過該系統(tǒng)平臺，可以高效管理教學資源，實現(xiàn)教學資源共享、教學管理信息化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，改善實驗教學效果和提高管理效率，更好滿足開放式實驗教學的需求.

大學物理實驗教學管理系統(tǒng)基于B/S概念和MVC模式，數(shù)據(jù)庫采用Oracle9i，綜合使用structs1.x，spring2.5，hibernate3.x，jsp等Java web編程技術，利用MyEclipse技術進行開發(fā).它集中了網(wǎng)絡、管理和軟件的相關技術，是一套具有完整的實驗教學輔助和管理功能、符合目標用戶教學管理實際需要的管理軟件，在實際應用中，實現(xiàn)了教學內容、空間、時間、人員、設備等的高效利用，達到了教學資源共享，教學管理信息化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，提高實驗教學效果和管理效率的目的.

下面從系統(tǒng)的設計需求、總體結構設計、模塊和功能設計、網(wǎng)頁設計等方面對系統(tǒng)的研究進行闡述.

1 系統(tǒng)的設計需求

本系統(tǒng)是一個為教學管理服務的信息系統(tǒng)，它必須能夠根據(jù)用戶的需要，及時提供所需要的信息，并實時完成所需操作.該系統(tǒng)用戶分為3類：教師、學生、管理員，不同的用戶有不同的需求.根據(jù)對國內一些高校的研究[1～5]，結合對目標用戶需求的調查研究，確定了目標用戶的系統(tǒng)設計需求.

(1)系統(tǒng)功能需求

教師是本系統(tǒng)部分信息的維護人員，其主要功能需求是：查看信息、發(fā)布信息、上傳資料、編輯和修改教學資源、管理學生成績等.學生是本系統(tǒng)的主要使用者，其主要功能需求是：查看所有課程的相關信息,下載、打印所需信息資源,互動提問.管理員是本系統(tǒng)的最終信息維護人員，其主要功能需求是：瀏覽、查詢、審核、統(tǒng)計、添加、修改教師及學生的信息等.

(2)系統(tǒng)性能需求

用戶對系統(tǒng)性能的需求主要有以下幾個方面：

第一,系統(tǒng)應易于操作和維護：系統(tǒng)用戶主要是學生、教師和實驗室管理人員.所以系統(tǒng)的操作和維護要盡量簡單、方便，用戶界面友好，能夠易學易用，適應不同人員的操作習慣.

第二,系統(tǒng)應具有較強的安全保密性：系統(tǒng)應提供完善的授權機制，拒絕未被授權的人員訪問、修改數(shù)據(jù)信息，特定的人員只能對特定的信息進行特定的操作.系統(tǒng)應提供數(shù)據(jù)的備份和恢復功能.

第三,系統(tǒng)應具有高可靠性和穩(wěn)定性：系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障將直接影響實驗室正常的工作和學生的實驗課程學習，所以系統(tǒng)必須具有很高的可靠性和穩(wěn)定性.

第四,系統(tǒng)應具有一定的開放性：隨著信息化的進一步推進，還有其他很多的系統(tǒng)會陸續(xù)實施，故系統(tǒng)必須具有一定的開放性，應預留與其他系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)的接口.

第五，可擴展性：系統(tǒng)是針對目前實驗教學的現(xiàn)狀和未來幾年的一個大體規(guī)劃設計的，隨著學校和實驗室規(guī)模的進一步擴建，很有可能目前的功能難以滿足需求，所以應便于升級維護，便于增加功能和模塊.

2 系統(tǒng)總體結構設計

基于B/S模式的大學物理實驗教學管理系統(tǒng)采用3層B/S體系結構，如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體結構設計

第1層是用戶界面層，即用戶瀏覽器，它是用戶與整個系統(tǒng)的接口，直接跟用戶進行交互，用于數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)顯示等.客戶的應用程序精簡到一個通用的瀏覽器軟件，如微軟公司的IE瀏覽器.瀏覽器將HTML代碼轉化成圖文并茂的網(wǎng)頁，網(wǎng)頁還具備一定的交互功能，允許用戶輸入信息提交后臺，并提出處理請求.

第2層是業(yè)務邏輯層，它處于數(shù)據(jù)訪問層與表現(xiàn)層中間，實現(xiàn)業(yè)務規(guī)則，調用Web服務器.客戶機的后臺即是Web服務器，它將啟動相應的進程來響應客戶機的請求，利用JSP動態(tài)生成一串HTML代碼，其中嵌入處理的結果，返回客戶機的瀏覽器.業(yè)務邏輯層起到了紐帶的作用，當用戶請求操作的時候，頁面訪問層通過調用業(yè)務邏輯層的響應方法，來完成對數(shù)據(jù)的操作[6].

第3層為數(shù)據(jù)層，是整個系統(tǒng)的基礎，用于專門跟數(shù)據(jù)庫進行交互.執(zhí)行數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改和顯示等.所有的數(shù)據(jù)對象只在這一層被引用，除數(shù)據(jù)層之外的任何地方都不應該出現(xiàn)數(shù)據(jù)對象的引用.

3 系統(tǒng)模塊和功能設計

根據(jù)不同用戶的不同需求，大學物理實驗教學管理系統(tǒng)共分為5個功能模塊：普物實驗教學系統(tǒng)、演示實驗教學系統(tǒng)、實驗成績管理系統(tǒng)、實驗室開放預約系統(tǒng)、實驗論壇,如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)功能模塊設計

各模塊功能設計如下：

(1)普物實驗教學系統(tǒng)：教師可通過網(wǎng)絡登錄的方式，在普物實驗教學系統(tǒng)中上傳、編輯、修改普通物理實驗教學相關資料；學生可通過實驗教學系統(tǒng)進行預習和復習；相關資料的下載和打印.

(2)演示實驗教學系統(tǒng)：教師可通過網(wǎng)絡登錄的方式，在演示實驗教學系統(tǒng)中上傳、編輯、修改演示實驗教學相關資料；學生可通過實驗教學系統(tǒng)進行預習和復習；相關資料的下載和打印.

(3)實驗成績管理系統(tǒng)：教師可以記錄、修改學生的實驗報告成績、實驗操作成績、平時表現(xiàn)成績和考試成績，并對學生成績進行統(tǒng)計、分析、排名等；學生可自助查詢本人的各項成績.

(4)實驗室開放預約系統(tǒng)：學生可以通過該系統(tǒng)進行網(wǎng)上預約實驗，按照相同預約時間，系統(tǒng)自動生成實驗課班級和學生名單；教師可以發(fā)布實驗內容、實驗時間、實驗地點、實驗教師等相關教學信息；對預約信息進行瀏覽，并打印學生名單.

(5)實驗論壇：可實現(xiàn)教師與學生的互動，學生可以通過系統(tǒng)提問與教師進行交流；教師可以就學生提出的相關問題進行解答和討論.

4 系統(tǒng)網(wǎng)頁設計

一個優(yōu)秀的系統(tǒng)必然是一個構思巧妙的系統(tǒng)，它應當能夠在后臺為用戶處理大量的事務并提供簡單、明晰的操作界面.本系統(tǒng)的開發(fā)力求做到使用戶承擔最少的工作量，對系統(tǒng)的操作成為一件輕松簡單的事情.

北京科技大學天津學院大學物理實驗教學管理系統(tǒng)登錄主界面如圖3所示.主界面上方為一級主菜單項，主菜單下拉二級菜單；按照操作需要進入下一級菜單進行操作，就可完成相應的操作和學習.

圖3 系統(tǒng)主操作界面

大學物理實驗教學管理系統(tǒng)主菜單及二級菜單詳情如表1所示.

表1 系統(tǒng)主菜單設計

教師和學生可依據(jù)自己的教學管理需求，在系統(tǒng)平臺上進行相應的操作.

例如：普物實驗教學系統(tǒng)提供大學物理基礎實驗、設計性實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗等實驗內容的學習資料，學生可以自行選擇感興趣的實驗內容進行學習.學生首先找到普物實驗主菜單項，進入普物實驗教學系統(tǒng)主操作界面(如圖4所示)后，選中所要學習的實驗內容，打開網(wǎng)頁即可進行電子教案、PPT課件、教學視頻等資料的查看、下載、在線學習等操作.

圖4 普物實驗操作界面

大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)為教學資源共享提供了平臺，為學生的學習提供了方便.學生可以不受上課時間和空間的限制，通過系統(tǒng)平臺查看、下載電子教案、PPT課件、實驗儀器的操作說明和教學視頻等相關教學資料進行課下的預習和復習，學生的預習和復習更方便、更具有針對性.圖5所示是北京科技大學天津學院物理實驗室教師自主開發(fā)的實驗內容與儀器設備操作的多媒體課件示例.

圖5 多媒體教學課件示例圖

5 結束語

本文介紹了北京科技大學天津學院大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的設計需求、總體結構設計、模塊和功能設計、網(wǎng)頁設計等.該系統(tǒng)從2014年9月份開始籌劃，經(jīng)過一年多的設計研究，現(xiàn)在已基本開發(fā)完成，并進入了實際的測試運行階段.系統(tǒng)共設有普物實驗教學系統(tǒng)、演示實驗教學系統(tǒng)、實驗成績管理系統(tǒng)、開放預約系統(tǒng)、實驗論壇等5個主要的功能模塊，基本滿足了學生進行預習、復習、預約實驗、查詢信息、下載資料,教師進行成績管理、答疑、發(fā)布信息等各用戶的需求.它具有網(wǎng)絡化、智能化、高性能、低維護、界面友好、操作簡單、功能強大、管理方便、平臺優(yōu)秀等一系列的優(yōu)點，能夠完全按照開發(fā)設計的初衷，穩(wěn)定、安全、快速地運行于校園局域網(wǎng)之上，實現(xiàn)了校園網(wǎng)內的任意計算機都能進行物理實驗信息的查詢、下載、打印，實驗預約、成績管理、師生互動等操作，訪問相關信息.

大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的設計開發(fā)實現(xiàn)了以下功能：(1)通過系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了教學資源共享，有效緩解了儀器設備有限和學生學習需求之間的矛盾；使更多的學生不受時間和空間的限制進行學習，有效擴大學生的受益面，實現(xiàn)教學內容、空間、時間、人員、設備等的高效利用.(2)解決了教學過程中學生預習難、復習難、教師成績管理難等問題.(3)實現(xiàn)了教學管理的信息化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，達到了改善實驗教學效果和提高管理效率的目的，更好地滿足了開放式實驗教學的需求.

1 譚佐軍，盧軍，謝靜,等.中心開放式大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的設計.大學物理實驗，2013，26(5)：118～121

2 王墨林，羅樂.“大學物理實驗”網(wǎng)絡教學系統(tǒng)的設計，實驗室研究與探索.2012，31(12)：140～144

3 趙龍.大學物理實驗教學與管理系統(tǒng)的研究.信息系統(tǒng)工程，2012(1):145～146

4 譚司庭，何毅，徐富新.大學物理實驗教學輔導系統(tǒng)的開發(fā)設計.物理實驗，2012，32(9)：18～21

5 莊發(fā)文.實驗教學管理系統(tǒng)的主要功能及實現(xiàn).長春理工大學學報，2012(8)：137～139

6 何玉潔.數(shù)據(jù)庫原理與應用.北京：機械工業(yè)出版社，2003.120～138

Development and Design on the Teaching Management System of University Physics Experiment

Bi Huiying Xu Meilin Xu Yishuang Cai Guishuang Zhang Xin Zhang Sujie Li Hui

(Tianjin College, University of Science and Technology Beijing, Tianjin 301830)

The research on the teaching management system of college physics experiment is based on the physics experiment teaching management needs of Tianjin college, university of science and technology Beijing.The purpose is that sharing teaching resource and achieving information management. With the establishment of the system platform, the difficult problem of preview,review and management in the experimental teaching process are resolved.Consequently, teaching effect and management efficiency are improved. In this paper,the author conclude the results on system design requirements, overall structure design,function design and web design.

college physics experiment; teaching management; system design; research

*北京科技大學天津學院基金項目“大學物理實驗教學管理系統(tǒng)的開發(fā)與研究”，項目編號：201403

畢會英(1967- )，女，碩士，高級實驗師，研究方向為物理實驗.