基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統(tǒng)設計

任靖娟，曹 莉

（河南中醫(yī)藥大學信息技術學院 河南 鄭州 450000）

0 引言

SSH框架是現(xiàn)在大多數(shù)軟件設計過程中都會使用的一種框架集。而這種框架是基于MVC的開發(fā)，且MVC模式已經(jīng)成為現(xiàn)代J2EE開發(fā)中的一種常用模式[1]。本文基于SSH架構設計一種計算機課程實驗教學輔助系統(tǒng)，以便于學生對于計算機課程的學習。SSH架構具有技術優(yōu)勢，可以提高系統(tǒng)的功能性，擴展應用空間[2]。SSH框架在業(yè)務對象的平臺專用性上沒有特殊的限定要求，在SSH框架中業(yè)務邏輯的實現(xiàn)通過普通的Java對象即可完成，為計算機實際操作提供一個堪比現(xiàn)實環(huán)境的仿真場景，達到提升使用效果的目的。

1 基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統(tǒng)

1.1 硬件設計

計算機課程實驗教學輔助系統(tǒng)流程，見圖1。

基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統(tǒng)的設計，將實驗教學的應用場景從課堂延展到分布式的教學網(wǎng)點，通過靈活的網(wǎng)絡架構將各種教學資源匯集在一起，為教師提供更為豐富和靈活的教學手段，為學生展現(xiàn)一個接近于實戰(zhàn)的演練環(huán)境，實現(xiàn)對計算機課程的立體化呈現(xiàn)[3]。為了滿足系統(tǒng)運行的流暢度要求，在設計中兼顧性價比，硬件部分選用kingston 8 GB×2內(nèi)存的普通PC機，硬盤大于500 G，操作系統(tǒng)選擇使用Win10系統(tǒng)，一般連接外置打印機協(xié)助操作。硬件環(huán)境可選擇Internet網(wǎng)絡或局域網(wǎng)，服務器CPU選擇3.2 G以上，內(nèi)存1 G?？蛻舳嗽O計采用“瘦身化”設計理念，可以是任意連入互聯(lián)網(wǎng)的智能終端，考慮到輔助教學系統(tǒng)的應用對象和使用場景，優(yōu)先考慮臺式計算機。通過普遍配置的瀏覽器軟件，實現(xiàn)教學內(nèi)容的上傳下載和顯示。由于將運算功能設置在服務端，因此客戶終端的運算處理能力不做要求，其功能主要為在實驗操作中的必要動作和模擬顯示結果，因此客戶端的硬件環(huán)境要求設定在輸入操控能力和細膩的顯示效果展示方面，依托臺式計算機必備的鍵盤鼠標以及系統(tǒng)內(nèi)置的瀏覽器，完成教學輔助系統(tǒng)的應用所需[4-6]。

網(wǎng)絡關系鏈一般可以分成3種，內(nèi)、外部網(wǎng)絡以及DMZ網(wǎng)絡。外部網(wǎng)絡學校網(wǎng)絡連接Internet的重要端口，通常需要防火墻級別的設備來分隔Internet、Intranet和DMZ網(wǎng)絡。進出的網(wǎng)絡流量根據(jù)防火墻的訪問規(guī)則進行控制，用來保證各項系統(tǒng)模塊的安全。遠程用戶通過瀏覽器提供的交互界面設置程序參數(shù)，作為系統(tǒng)運行的參數(shù)傳輸?shù)椒掌鞫?，在服務器端由Matlab Builder JA構建的Java組件中進行運算。內(nèi)部網(wǎng)絡根據(jù)學校的組織結構和規(guī)模，根據(jù)下屬單位和業(yè)務性質(zhì)來控制對內(nèi)部資源的訪問，規(guī)劃不同的內(nèi)部功能網(wǎng)段，學生可以通過內(nèi)部網(wǎng)絡，快速傳輸網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，獲取學校內(nèi)部資源，達到資源共享的目的。通過對3個物理區(qū)域的劃分，每個網(wǎng)絡區(qū)域根據(jù)不同的功能和服務對象保留自己的特點和功能。

1.2 軟件設計

1.2.1 實驗教學資源整合模塊

系統(tǒng)軟件為SSH框架，采用B/S設計和開發(fā)，其架構維護起來較為簡單。由于程序數(shù)據(jù)的存儲和操作都體現(xiàn)在服務器本身，若要更加方便地管理系統(tǒng)，提高執(zhí)行的效率和速度，就必須將操作執(zhí)行分配給各個不同的計算機。根據(jù)需求，系統(tǒng)軟件設計結構見圖2。

創(chuàng)建一個通用數(shù)據(jù)庫，名稱設置為studentDB，并選擇最常用的服務器。數(shù)據(jù)庫服務器主要由高性能的Hibernate機組成。Hibernate可以自動生成SQL語句，自動執(zhí)行，使得Java程序員可以隨心所欲地使用對象編程思維來操縱數(shù)據(jù)庫。 Hibernate可以應用在任何使用JDBC的場合，既可以在Java的客戶端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web應用中使用。在SSH架構應用程序中，可以使用DAO在Hibernate的O/R映射管理環(huán)境中模擬SSH架構頁面中的圖形，對圖形進行優(yōu)化設置，分級呈現(xiàn)圖形細節(jié)在保證數(shù)據(jù)庫通信流暢的前提下，保證使用者對圖像細節(jié)的表現(xiàn)要求[7-9]。Hibernate用反射機制實現(xiàn)持久化對象操作，實現(xiàn)與IDE(integrated development environment）的耦合度。Hibernate使用數(shù)據(jù)庫和配置信息為應用程序提供持久化服務。從配置文件中讀取數(shù)據(jù)庫相關參數(shù)，將持久化類和數(shù)據(jù)表對應使用。用Hibernate API對象持久化，利用映像信息將持久化操作翻譯為SQL語句進行查詢。使用SSH架構需要一個Java對象作為函數(shù)的返回值，作為接入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理的接口，該返回值還可作為交互數(shù)據(jù)信息的備份，確保系統(tǒng)在發(fā)生事故后能夠快速恢復[10]。

1.2.2 用戶登錄及權限管理模塊

在典型的三層架構中，具有圖形界面的程序安裝在單個客戶的計算機上。這些程序允許用戶通過特定格式的表單輸入適當?shù)男畔?，以便與服務器進行交互。整合教學資源后，對學生及教師等不同使用者設置不同權限。子體主要是針對大多數(shù)和學生自身一樣的同級用戶，母體主要是針對學校，輔助主要是針對老師等人員。根據(jù)使用者不同的身份設置不同的權限，在登錄時完成角色識別和權限分配，登錄流程見圖3。

母體是輔助系統(tǒng)的底層管理職能，對系統(tǒng)的運行參數(shù)、運行狀態(tài)、用戶管理、權限設定具有最高的控制權；輔助面向教輔人員，具有班級管理、人員增刪、課件導入、情景設定、教學模型選擇等權限，是作為計算機課程實驗的組織者和指導者；子體的用戶是學生，通過用戶創(chuàng)建過程中對學號、姓名、專業(yè)、課程體系等信息的標簽化管理，建立學生使用權限和內(nèi)容訪問權限。它的功能是接受使用者數(shù)據(jù)輸入以創(chuàng)建用戶，并作出結果輸出。本系統(tǒng)采用帶有進入權限的預約系統(tǒng)，由管理員設置教師建立課堂的權限，教師邀請學生憑密碼進入課堂，實驗過程管理模塊會自行在培訓后臺進行操作。系統(tǒng)會自動記錄學生的登錄時間和退出時間記錄實驗課程的選擇，學生還可以使用課程表功能查看過去的課程，對以往課程的知識點進行回顧溫習，也可以查看尚未開始的課程，提前做好課程預習，并有選擇地準備課件作業(yè)。

計算機實驗教學內(nèi)容創(chuàng)建基于SSH架構的用戶登錄及權限管理，在建立系統(tǒng)時，應根據(jù)基本的邏輯推理使用系統(tǒng)模式，創(chuàng)建SSH架構用戶功能。在系統(tǒng)中需要首先建立用戶信息，通過注冊頁面，分類確定使用者的角色，并根據(jù)分支進入管理者、教師、學生3個不同架構中注冊新用戶，對應不同權限和信息，在輸入時顯示密碼以便下次登錄。對于網(wǎng)站管理員來說，可以將分類信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，方便信息傳輸和終端顯示。系統(tǒng)內(nèi)置管理和維護功能，可以通過Internet Explorer的遠端控制端口進行內(nèi)容更新以及系統(tǒng)維護。權限管理界面見圖4。

1.2.3 教學輔助系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫服務器推薦使用Ts300-e5。它是一款內(nèi)置P5BP-E/4L高性能主板和Intel LGA775 Xeon 7100系列中央處理器的立式/機架式5U服務器。系統(tǒng)的主要功能設定是實驗教學，因此以數(shù)據(jù)庫作為開發(fā)的基礎，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫需要設計冗余，并具備備份功能，從而保證數(shù)據(jù)源的穩(wěn)定性。利用工具可以導出指定的教學計劃表，共享給用戶，并添加定時提醒功能，便于教師和學生實現(xiàn)同步操作。在數(shù)據(jù)服務層，數(shù)據(jù)庫負責將數(shù)據(jù)提供給操作邏輯層，傳輸給用戶界面層。用戶在使用中僅接觸到操作邏輯層，不會對數(shù)據(jù)服務層的數(shù)據(jù)進行改動，從而提高系統(tǒng)安全性。系統(tǒng)中架構采用不同的操作模式，每一層都可以由不同的團隊使用不同的編程語言和工具進行開發(fā)，具體見表1。

2 對比實驗

2.1 實驗準備

通過用戶管理功能添加某信息技術學院的在職教師和大二學生，以驗證基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統(tǒng)的大用戶量訪問管理能力；通過一個時間段的實際應用，對比同等條件下系統(tǒng)性能的實用性。根據(jù)軟件功能設定，要求管理員、任課教師和學生登錄系統(tǒng)，在系統(tǒng)中注冊自己的信息，觀察幾百人規(guī)模下系統(tǒng)在身份識別、權限分配、運行流暢度等指標的運行穩(wěn)定性。確認全員登錄系統(tǒng)后，選取實際教學中的實訓內(nèi)容設定為實驗教學課程，教師在系統(tǒng)中設定實驗目標，明確實驗要求，指導實驗路徑，并檢查學生的實驗作業(yè)，在系統(tǒng)中批改。學生在系統(tǒng)中參與實驗課程，根據(jù)教師要求，完成實驗操作，并獨立完成實驗作業(yè)，提交教師審查。經(jīng)過半個學期的使用，對比傳統(tǒng)的教學輔助系統(tǒng)與本文設計系統(tǒng)的資源整合完整度。

2.2 實驗結果

在大二年級6個班級實施了實驗教學輔助系統(tǒng)后，記錄傳統(tǒng)系統(tǒng)與本文設計系統(tǒng)的資源整合完整度，見表2。

由表2可知，使用基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統(tǒng)經(jīng)過長時間的正常教學使用，其資源整合完整度依然很高，系統(tǒng)運轉良好，傳統(tǒng)教學輔助系統(tǒng)雖然完整度也較高，但略遜于本文設計系統(tǒng)，由此證明本文設計的基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統(tǒng)能夠滿足日常教學需求，且系統(tǒng)功能較為完善。

3 結語

網(wǎng)絡信息技術的進步加快了信息的流通，提高了網(wǎng)絡教學流通的效率。傳統(tǒng)的教學方式雖然有其優(yōu)勢所在，但為了適應教育行業(yè)發(fā)展以及一些特殊情況下的學習方式，網(wǎng)絡教學逐漸被人們所接受，對于整個教學過程進行電子化，減少了資源的浪費，也可以提高教學質(zhì)量和效率?；赟SH架構的計算機實驗教學輔助系統(tǒng)，以實踐教學為核心，利用SSH架構和數(shù)據(jù)庫技術實現(xiàn)實驗資源與教學組織的整合，以豐富教學資源，實現(xiàn)交互式學習，不受時間地點限制，提供給學生一個自主學習的平臺。