開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案比較及探究

李婉芬

西安交通工程學(xué)院，陜西 西安 710300

近年來(lái)，高校招生人數(shù)越來(lái)越多，傳統(tǒng)主要依靠人工的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，已無(wú)法滿足當(dāng)前師生日益增長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)需求。因此，如何利用現(xiàn)代化技術(shù)將現(xiàn)有的教學(xué)資源進(jìn)行有效利用，成為各大高校目前亟待解決的問(wèn)題。下文便將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)與本文基于J2EE 技術(shù)所開(kāi)發(fā)的管理系統(tǒng)進(jìn)行比較分析。

一、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的比較

（一）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的弊端

高校實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)中的重要功能便是教師端與學(xué)生端的管理系統(tǒng)。而在傳統(tǒng)學(xué)生端的管理系統(tǒng)中，普遍存在的問(wèn)題便是對(duì)于實(shí)驗(yàn)室資源的利用率不高，而造成此現(xiàn)象的原因可分為兩方面說(shuō)明，具體如下。

一是流程繁瑣。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中，學(xué)生申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室使用權(quán)的流程比較繁瑣，通常需要學(xué)生填寫紙質(zhì)申請(qǐng)表，并遞交給相關(guān)教師，通過(guò)教師審核后才能獲取實(shí)驗(yàn)室的使用權(quán)。甚至部分高校所使用的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，需要教師收到學(xué)生的手寫申請(qǐng)表后錄入系統(tǒng)，再進(jìn)行人工審批，此種方式無(wú)疑增加了教師的工作量。同時(shí)，學(xué)生在使用實(shí)驗(yàn)室過(guò)程中也需要教師進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)值守，對(duì)實(shí)驗(yàn)器材進(jìn)行分配與管理，這便使得整個(gè)實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)、使用過(guò)程效率極為低下。

二是信息透明度較差。由于信息不透明，學(xué)生對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室的使用情況難以判斷，極易出現(xiàn)扎堆申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室使用的情況，而實(shí)驗(yàn)室與器材的數(shù)量是有限的，同一時(shí)刻只能滿足少數(shù)人的實(shí)驗(yàn)需求。此外，對(duì)于器材儀器占用情況也缺乏實(shí)時(shí)查看渠道，這便使得學(xué)生在使用某些實(shí)驗(yàn)器材與儀器時(shí)發(fā)生沖突，出現(xiàn)器材儀器集中使用或無(wú)人使用的情況，這便產(chǎn)生了資源浪費(fèi)。

在上述流程中可發(fā)現(xiàn)，此種傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，流程較為冗雜，不論是學(xué)生還是教師，在操作過(guò)程中極易出現(xiàn)錯(cuò)誤。而上述流程卻僅僅是一個(gè)學(xué)院的一個(gè)專業(yè)，若出現(xiàn)跨專業(yè)甚至跨院系的學(xué)生同時(shí)選修、必修多門課程時(shí)，此流程的復(fù)雜程度將會(huì)呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。

（二）開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

基于上述分析可以發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)在時(shí)間、空間以及內(nèi)容方面均存在局限，這便限制了學(xué)生自主能力以及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ奶岣撸档土似鋵W(xué)習(xí)效率，難以為學(xué)生提供創(chuàng)新發(fā)展的平臺(tái)。針對(duì)此問(wèn)題，如何對(duì)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行整合，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放程度與共享程度是目前亟待解決的問(wèn)題。而基于J2RR 技術(shù)開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)便可增加實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放程度，能夠滿足學(xué)生當(dāng)前日益增長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)需求。相較于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)，該開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)可分三方面說(shuō)明。

一是該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室資源申請(qǐng)的無(wú)紙化流程。學(xué)生在申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室的過(guò)程中能夠完全摒棄填寫申請(qǐng)單的形式，簡(jiǎn)化了申請(qǐng)程序。對(duì)于主管教師而言，可避免數(shù)量較多的紙質(zhì)文檔出現(xiàn)，簡(jiǎn)化了教學(xué)流程，只需對(duì)學(xué)生線上所提交的電子文檔進(jìn)行審批即可。

二是大幅度減少了教師管理實(shí)驗(yàn)室時(shí)的工作量。學(xué)生們可通過(guò)線上查看實(shí)驗(yàn)室器材的占用情況，并利用線上提交申請(qǐng)，教師也在線上進(jìn)行批復(fù)。此舉極大程度上為師生的實(shí)驗(yàn)室使用提供了便利條件。

三是對(duì)高?，F(xiàn)有的教學(xué)資源進(jìn)行了優(yōu)化，為教師與學(xué)生提供了互相溝通交流的平臺(tái)，如此便避免了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式中需要線下通知、匯總的缺陷，學(xué)生可以利用此平臺(tái)與教師進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，教師可利用此平臺(tái)對(duì)學(xué)生進(jìn)行答疑解惑。

基于上述對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，此基于J2EE 技術(shù)所開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)室管理流程，大幅度縮減教師的工作量，學(xué)生也可通過(guò)線上平臺(tái)查看實(shí)驗(yàn)室、器材儀器的占用狀態(tài)，整合了高?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室資源。下文便對(duì)此實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探究。

二、基于J2RR 技術(shù)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案探究

基于該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，下文便從整體技術(shù)架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)兩個(gè)角度對(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探究。

（一）整體技術(shù)架構(gòu)

該系統(tǒng)是基于J2EE 技術(shù)開(kāi)發(fā)而成，其開(kāi)發(fā)框架采用了當(dāng)前主流的后端開(kāi)發(fā)框架，Spring、MVC、MyBatis，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方面采用了MySQL技術(shù)，并將Log4j 當(dāng)作日志框架。在前端開(kāi)發(fā)技術(shù)的選擇方面，采用Jquery，結(jié)合FreeMarker 模板技術(shù)，此種組合方式能夠最大限度降低開(kāi)發(fā)難度?；谏鲜隹蚣芘c網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議，能夠?qū)⒃撓到y(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)劃分為四層，分別為前端、業(yè)務(wù)、持久以及數(shù)據(jù)。具體如圖1。

前端層主要功能是處理用戶請(qǐng)求并響應(yīng)，此層面與用戶使用該系統(tǒng)的感受密切相關(guān)。該部分可分為兩種，前端頁(yè)面構(gòu)建與SpringMVC。頁(yè)面構(gòu)建需要采用HTML 以及Java 技術(shù)。而Spring MAC 則是對(duì)用戶的請(qǐng)求進(jìn)行處理。當(dāng)教師或?qū)W生發(fā)出申請(qǐng)后，服務(wù)器接受此指令，將指令發(fā)送至SpringMAC，再根據(jù)具體請(qǐng)求信息，進(jìn)行查找，找到可以處理該請(qǐng)求的service 方法。此過(guò)程中的Controller 會(huì)按照請(qǐng)求內(nèi)容在業(yè)務(wù)層以及持力層中調(diào)用方法處理，并返回模型。最后，由圖像解析器利用FreeMarker 技術(shù)找到相應(yīng)的模板，渲染后返回用戶，如此完成用戶的查詢、申請(qǐng)過(guò)程。

業(yè)務(wù)層的主要功能是邏輯實(shí)現(xiàn)，所以該系統(tǒng)的大部分業(yè)務(wù)邏輯處于該層面。具體是通過(guò)一系列方法實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告以及評(píng)分流程業(yè)務(wù)的處理。此層結(jié)構(gòu)主要是對(duì)前端層請(qǐng)求進(jìn)行接收，以接口的形式，實(shí)現(xiàn)自身的調(diào)用。此外，該層面在處理業(yè)務(wù)時(shí)候還向下進(jìn)行調(diào)用對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫。此層結(jié)構(gòu)所包含的具體功能有學(xué)生方面的信息管理，教育資源管理，實(shí)驗(yàn)所產(chǎn)生的報(bào)告管理，預(yù)約管理以及答疑通道。

持力層主要功能是連接程序以及數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)業(yè)務(wù)層讀寫數(shù)據(jù)時(shí)，提供接口對(duì)上層進(jìn)行調(diào)用，保證相應(yīng)功能的實(shí)現(xiàn)。此部分所采用的框架為

MyBatis。

數(shù)據(jù)層主要是存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以及其他緩存信息，并與持力層、業(yè)務(wù)層進(jìn)行連接，接受前端層的調(diào)用。

除上述外，該系統(tǒng)采用的Log4j 日志更方便開(kāi)發(fā)人員的錯(cuò)誤查詢以及系統(tǒng)維護(hù)，使得開(kāi)發(fā)速度更快，維護(hù)難度更低。

（二）系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)上文業(yè)務(wù)層中的功能，該系統(tǒng)關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)為權(quán)限管理、教學(xué)資源管理、實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理、預(yù)約管理以及師生答疑模塊，具體如下。

1.權(quán)限管理模塊

系統(tǒng)最終需要交付予用戶使用，而該開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)作為多用戶共同使用的系統(tǒng)，如何對(duì)權(quán)限進(jìn)行分配是重點(diǎn)。首先需要明確，對(duì)于系統(tǒng)整體，權(quán)限管理模塊的作用是進(jìn)行選線攔截，當(dāng)用戶訪問(wèn)相關(guān)數(shù)據(jù)時(shí)，需要對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行檢查，檢查其是否具備訪問(wèn)權(quán)限，以此作為該系統(tǒng)的第一道安全防線。

為降低該系統(tǒng)的使用難度，可將該系統(tǒng)接觸學(xué)校的認(rèn)證系統(tǒng)，教師、學(xué)生只需要通過(guò)學(xué)校認(rèn)證便可使用該系統(tǒng)，不需要進(jìn)行再次注冊(cè)。為實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的權(quán)限分離，該系統(tǒng)采用了二次驗(yàn)證信息的方式，以此對(duì)其權(quán)限進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)用戶進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)跳轉(zhuǎn)至學(xué)校的認(rèn)證界面，通過(guò)認(rèn)證后跳轉(zhuǎn)至該系統(tǒng)進(jìn)行二次驗(yàn)證，與系統(tǒng)內(nèi)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息進(jìn)行匹配。為使得數(shù)據(jù)庫(kù)能夠順利匹配信息數(shù)據(jù)，需要在其中存儲(chǔ)教師與學(xué)生的基本信息，并以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)教師對(duì)學(xué)生信息的管理。該系統(tǒng)將學(xué)生信息的數(shù)據(jù)庫(kù)與教師端進(jìn)行直接連接，教師可對(duì)該部分信息進(jìn)行自由添加、修改、刪除。例如學(xué)生違紀(jì)后，教師可通過(guò)修改其信息限制其權(quán)限。同時(shí)，考慮到學(xué)生人數(shù)較多，該系統(tǒng)在學(xué)生信息管理部分采用分頁(yè)設(shè)計(jì)，以此減少同時(shí)顯示的信息數(shù)量，減輕客戶端的運(yùn)行壓力。在分頁(yè)數(shù)據(jù)的獲取方面則是采用AJAX 異步通信進(jìn)行獲取，當(dāng)用戶點(diǎn)擊翻頁(yè)時(shí)，會(huì)將其具體請(qǐng)求信息封裝，由服務(wù)器進(jìn)行解析，轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫(kù)查詢語(yǔ)句，最終返回用戶［1］。

2.預(yù)約管理模塊

此部分同時(shí)涉及教師與學(xué)生，因此該模塊可分為實(shí)驗(yàn)室預(yù)約功能與設(shè)備管理功能，具體如下。

一是實(shí)驗(yàn)室預(yù)約功能。該部分功能可實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室的使用情況進(jìn)行查看，并進(jìn)行預(yù)約申請(qǐng)，接收教師的審批結(jié)果等。學(xué)生在客戶端中發(fā)出請(qǐng)求查看預(yù)約情況的信息，并填寫相關(guān)信息，通過(guò)HTTP POST 與數(shù)據(jù)連接，教師端再?gòu)臄?shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用申請(qǐng)信息，審批后通過(guò)AJAX 返回學(xué)生客戶端，同時(shí)教師端與數(shù)據(jù)庫(kù)的信息傳輸也需要通過(guò)AJAX 進(jìn)行。采用AJAX 的原因是避免短時(shí)間內(nèi)大量數(shù)據(jù)同時(shí)訪問(wèn)使得客戶端卡頓，實(shí)現(xiàn)信息的分流，以分頁(yè)式形式展現(xiàn)預(yù)約信息。

二是設(shè)備管理功能。此功能與預(yù)約功能類似，學(xué)生僅需要填寫所需器材設(shè)備的名稱、使用時(shí)間、結(jié)束使用時(shí)間與申請(qǐng)用途便可。后續(xù)流程與預(yù)約功能相同。但不同之處為該項(xiàng)功能會(huì)多出一項(xiàng)可申請(qǐng)數(shù)量，該系統(tǒng)將此處設(shè)計(jì)為下拉形式，在此處顯示實(shí)驗(yàn)室器材儀器的剩余數(shù)量。

雖然兩者功能相近，但考慮到可能存在僅需器材儀器的需求，故將其分為兩個(gè)子功能［2］。

3.教學(xué)資源管理模塊

此部分包括規(guī)章制度管理與教育資源管理兩部分功能。

一是規(guī)章制度管理。此部分屬于通用內(nèi)容，所以該系統(tǒng)將此作為用戶登錄后的背景界面。學(xué)生端僅具備查看權(quán)限，教師端可對(duì)其進(jìn)行修改。由于信息量較少，功能簡(jiǎn)單，因此該系統(tǒng)使用HTTP GET 的方式進(jìn)行請(qǐng)求。

二是教育資源管理。此部分功能是根據(jù)課程的區(qū)別，將高校內(nèi)部的實(shí)驗(yàn)教育資源劃分，其中教師具有添加章節(jié)、課程的權(quán)限，可上傳相關(guān)視頻、課件資源以及課后作業(yè)。當(dāng)學(xué)生對(duì)相關(guān)資源進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，僅具有播放視頻權(quán)限，其他課件資源與作業(yè)具有下載權(quán)限。其中教育資源的上傳功能通過(guò)HTTP 實(shí)現(xiàn)，教師創(chuàng)建課程后會(huì)以HTTP 形式發(fā)送至該系統(tǒng)的服務(wù)器中，當(dāng)服務(wù)器接收到該請(qǐng)求后，會(huì)對(duì)相關(guān)程序進(jìn)行調(diào)用，利用SpringMVC進(jìn)行解析，最終將其存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中。而學(xué)生的視頻播放功能則是通過(guò)調(diào)用Ckplayer 軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，該軟件會(huì)將數(shù)據(jù)庫(kù)中的視頻資源轉(zhuǎn)換為流媒體數(shù)據(jù)，返回至學(xué)生端。此外，考慮到教師所上傳的課件資源與課后作業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)的規(guī)?？赡軙?huì)較大，所以此部分會(huì)采用AJAX 進(jìn)行分頁(yè)顯示，減輕客戶端的處理壓力。

4.實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理模塊

此部分功能的實(shí)現(xiàn)步驟分為三步，具體如下。

一是實(shí)驗(yàn)報(bào)告的上傳，由學(xué)生填寫相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)名稱，提交報(bào)告文件。此過(guò)程可采用HTTP 技術(shù)，當(dāng)服務(wù)器接收到請(qǐng)求后，便會(huì)將其存入存儲(chǔ)器中，同時(shí)該系統(tǒng)會(huì)更新文件記錄。

二是教師下載學(xué)生所上傳的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并在審批后上傳成績(jī)。教師可通過(guò)瀏覽實(shí)驗(yàn)報(bào)告列表，發(fā)送下載請(qǐng)求，此時(shí)服務(wù)器會(huì)對(duì)系統(tǒng)所更新的文件記錄進(jìn)行查詢，為教師提供下載鏈接。教師審批后，可通過(guò)HTTP 進(jìn)行成績(jī)上傳，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中［3］。

三是成績(jī)查看。教師將審批結(jié)果上傳完畢后，學(xué)生可通過(guò)AJAX 向服務(wù)器發(fā)送HTTP 請(qǐng)求，此時(shí)服務(wù)器會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查詢，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)成績(jī)查看功能。

5.師生答疑模塊

該系統(tǒng)在師生答疑模塊增設(shè)了歷史問(wèn)題保存功能，并通過(guò)AJAX 進(jìn)行分頁(yè)。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

首先，當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生問(wèn)題后，可到歷史問(wèn)題中查詢，以此提高教師答疑的效率。對(duì)于此部分功能，系統(tǒng)基于SQL 查詢技術(shù)為學(xué)生提供了搜索功能，學(xué)生可發(fā)送HTTP 請(qǐng)求進(jìn)行查看。服務(wù)器在接收請(qǐng)求后會(huì)將請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為SQL 查詢語(yǔ)句，自動(dòng)在數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢，并將結(jié)果返回至學(xué)生端。

其次，當(dāng)學(xué)生無(wú)法在歷史問(wèn)題中得到答案的時(shí)候，可發(fā)出HTTP 請(qǐng)求，在系統(tǒng)中上傳問(wèn)題，并填寫聯(lián)系方式。服務(wù)器會(huì)對(duì)此請(qǐng)求進(jìn)行解析，存放至數(shù)據(jù)庫(kù)中。

最后，教師訪問(wèn)本模塊后，可直接看到學(xué)生最近提出的問(wèn)題，此時(shí)便可通過(guò)HTTP 發(fā)送請(qǐng)求，將答案上傳至系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中［4］。

根據(jù)上述發(fā)現(xiàn)，此部分功能極大程度上提升了教學(xué)效率。

三、結(jié)語(yǔ)

本文將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)與基于J2EE 技術(shù)開(kāi)發(fā)的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)進(jìn)行了比較，并從整體技術(shù)架構(gòu)與功能設(shè)計(jì)兩個(gè)角度對(duì)其設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)室管理流程，學(xué)生也可通過(guò)線上平臺(tái)查看實(shí)驗(yàn)室、器材儀器的占用狀態(tài)，相關(guān)人員可以此作為參考對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用或研發(fā)。