高校開放式實驗室管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

1、    高校開放式實驗室管理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)     摘要：本文以江西財經大學實驗室管理系統(tǒng)項目開發(fā)為例，重點介紹了該項目的開發(fā)方法、設計思路、系統(tǒng)體系結構、需求分析、功能結構以及關鍵技術的實現(xiàn)。關鍵詞：教學改革，開放式，實驗室管理系統(tǒng)，系統(tǒng)體系結構一、引言隨著實驗教學改革的不斷深入，高校實驗課程教學在擴大和細化實驗內容的同時，要求增加設計性、綜合性、創(chuàng)造性和選擇性實驗項目，以此滿足學生個性化發(fā)展的需要，同時要求為實驗室管理者以及用戶提供更好的技術支撐、便捷的服務以及高效的管理模式。顯然，采用傳統(tǒng)的實驗教學模式已經力不從心，開發(fā)基于web的開放

2、式高校實驗室管理系統(tǒng)尤為重要。本文以江西財經大學開放式實驗室管理系統(tǒng)開發(fā)項目為例，介紹了它的主要設計方法、設計思路、系統(tǒng)的架構體系、需求分析、功能結構以及關鍵技術的實現(xiàn)。該項目是基于.net技術環(huán)境下開發(fā)，由于.net技術不僅為開發(fā)web的b/s模式的分布式多層結構的應用程序提供了高效的平臺.net framework，而且還為用戶提供了高效的開發(fā)工具vs.net2008和uml建模工具visio2005，sql server數(shù)據庫及操作系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)的支持下運行應用系統(tǒng)數(shù)據通信快，兼容性好，運行效率高，并且縮短了開發(fā)周期。二、系統(tǒng)的總體設計與分析系統(tǒng)的總體設計遵循“統(tǒng)一規(guī)劃，分布實施”的原

3、則，使整個系統(tǒng)具有先進性、開放性、經濟性、界面友好、易于拓展和維護等特點。1.設計思想系統(tǒng)設計從實際教學需要出發(fā)，采用科學的管理思想和先進的開發(fā)技術，將實驗室管理以及實驗數(shù)據通過計算機網絡互連，實現(xiàn)以實驗室為核心的整體環(huán)境的全方位管理。即集教學管理、數(shù)據管理、設備管理、實驗管理、成績管理、實驗預約、查詢與統(tǒng)計等諸多模塊為一體，組成一套比較完整的實驗室綜合管理體系，實現(xiàn)教學管理效率和教學資源效益的最大化。各專業(yè)的學生根據各自教學計劃及實驗室開放時間安排，在網上進行實驗預約，形成預約記錄。通過系統(tǒng)的實驗任務管理子系統(tǒng)安排好各位教師的實驗課表。學生按預約記錄上課。在課程結束后，教師根據學生平時的學習

4、和實驗情況綜合給出該生的實驗成績，同時打印出標準的成績單及分析單。將整個設計系統(tǒng)安裝在一臺專用服務器上，采用www訪問的模式進行訪問，并以校園“一卡通”的兼容方式進行服務與管理。該訪問模式打破時間和空間的限制，只要有計算機網絡，學生可在任何時候任何地點進行實驗預約、成績查詢、實驗任務查詢；教師可在任何時間任何地點答疑、批閱，了解學生的學習情況；教學管理部門可以在任何時間任何地點了解教學進度，監(jiān)控教學情況，管理學生成績。2.系統(tǒng)體系結構高校實驗室管理系統(tǒng)是基于分布式環(huán)境的系統(tǒng)，采用基于b/s模式的系統(tǒng)三層結構，即由表示層、功能邏輯層和數(shù)據訪問層組成。表示層主要完成向用戶展現(xiàn)數(shù)據，為用戶提供數(shù)據操

5、作界面。通過表示層，用戶可以完成系統(tǒng)配置、實驗預約等操作。功能邏輯層起到了承上啟下的作用，當用戶請求操作時，表示層通過調用功能邏輯層中的相應方法，來完成對數(shù)據的操作。數(shù)據訪問層是動作的發(fā)起者，由它來直接與數(shù)據訪問層通訊，最終將數(shù)據庫的數(shù)據展現(xiàn)、提交、返回給頁面邏輯層，數(shù)據訪問層位于最下層，主要完成數(shù)據庫的直接操作，如添加、刪除、插入和更新等。根據上述體系架構，系統(tǒng)設計分為學生用戶界面、教師用戶界面和管理員界面。三種界面對應著體系架構中的表示層。在公用類中包含了功能邏輯類和數(shù)據訪問類，對應著功能邏輯層和數(shù)據訪問層。3.需求分析該實驗室管理系統(tǒng)的設計具備以下的功能：（1）對不同用戶人員進行權限設置

6、以及賬戶管理。（2）管理人員能夠對實驗室設備的使用、維修及報廢等進行動態(tài)管理。（3）在校園內任何一臺聯(lián)網的計算機上，全校師生可以瀏覽全校各實驗室的狀況，進行相關信息的查詢以及個人信息的處理、實驗預約等。（4）具有相關的安全保障，以避免相應信息資料的丟失或破壞。（5）具備較強的統(tǒng)計及報表輸出功能。（6）能夠建立起有效的師生交流渠道。（7）學生能在網上提交作業(yè)、實驗報告，教師可以在網上評閱，也可以錄入成績。（8）根據現(xiàn)有的實驗室數(shù)據對整個實驗室運行情況進行相應評估。4.系統(tǒng)功能結構設計根據以上需求分析，將基于web的開放式實驗室管理系統(tǒng)的功能設計劃分成四個子模塊：系統(tǒng)管理、設備管理、實驗管理和查詢

7、與統(tǒng)計管理模塊。如圖所示是高校開放式實驗管理系統(tǒng)的功能結構。 （1）系統(tǒng)管理模塊：由權限管理、口令管理、數(shù)據備份、數(shù)據導出、用戶信息管理等功能模塊組成。其中權限管理完成權限角色的引入，通過對模塊的拒絕、添加、瀏覽、修改、刪除等級別的權限控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的權限管理；口令管理模塊用于修改用戶口令；數(shù)據備份模塊能夠協(xié)助系統(tǒng)管理員備份系統(tǒng)所使用的網絡數(shù)據庫，該模塊能夠提高系統(tǒng)的可靠性；數(shù)據導出模塊可將本系統(tǒng)的數(shù)據庫導出為其他格式文件，例如由sql server到excel或access的轉換；用戶信息管理主要用于用戶的基本信息錄入與修改等，例如前臺用戶管理（包括教師、學生和系部專業(yè)信息的添加、

8、刪除、修改）、教師任課表，后臺用戶管理（包括管理員的添加、刪除、修改）。（2）設備管理模塊：由設備賬目管理（包括添加、刪除、修改）、設備管理（包括添加、刪除、修改以及庫存低時自動報警）、設備借用管理（包括添加、刪除、修改以及是否歸還）、設備損耗管理（包括添加、刪除、修改）、設備維護管理（包括添加、刪除、修改以及是否維護）、實驗經費管理等功能模塊組成，主要負責維護實驗室設備的基本情況，使用、維護、借調以及資產管理等方面的信息。（3）實驗管理模塊：由實驗信息管理（包括實驗項目的設置、實驗計劃管理等）、實驗任務管理、實驗預約管理、實驗信息發(fā)布管理、預約實驗成績管理和實驗設備配套管理等功能模塊組成。（

9、4）查詢與統(tǒng)計：包括學生成績查詢、學生實驗任務查詢、教師實驗任務查詢、設備查詢與統(tǒng)計（包括設備的總數(shù)和損壞設備的總數(shù)以及它們的比例）、實驗開出率統(tǒng)計（實驗完成數(shù)和實驗開出數(shù)以及它們的比例）、教師工作量統(tǒng)計（每個教師發(fā)布實驗的總數(shù)以及它們的比例）。5.系統(tǒng)的數(shù)據庫設計數(shù)據庫的數(shù)據信息是整個網絡訪問與查詢的核心，針對internet網絡上成千上萬的用戶訪問，數(shù)據庫系統(tǒng)的設計應在完成系統(tǒng)功能的前提下，力求邏輯關系簡單。根據系統(tǒng)不同功能模塊的設計，需要建立不同的表來存儲信息，經過優(yōu)化后建立以下主要相關數(shù)據表：權限表admin（用戶名用戶權限）、操作員管理表operator（用戶名、密碼）、實驗信息表（

10、lab）、器材信息表（qicai）、器材分類表（qicaifl）、器材借用記錄表（qcjieyong）、器材維護記錄表（qcweihu）、器材損耗記錄表（qcsunhao）、學生信息表（student）、教師信息表（teacher）、教師任課表（teacherrk）、學部分類表（xbfl）、實驗計劃表（plan）、實驗成績表（grade）、實驗預約表（precontract）、實驗記錄表（record）等。三、關鍵技術的實現(xiàn)1.用戶身份驗證用戶登錄系統(tǒng)是系統(tǒng)管理員首要設計的模塊。為了系統(tǒng)的安全和可靠，我們將系統(tǒng)中的用戶分為四類（教師、學生、管理員和超級管理員），不同的用戶擁有的操作權限不同。在

11、用戶登錄系統(tǒng)主頁時，只有admin用戶才有權限進入，所以在進入系統(tǒng)之前，需要判斷該用戶是否為管理員（保存在admin中的用戶），若是則直接進入后臺，否則轉到login.asp，要求用戶重新核對用戶名和登錄密碼或驗證碼。用戶登錄成功之后，系統(tǒng)會自動按照它所擁有的權限，加載對應的功能模塊。在用戶身份驗證過程中，首先通過html文件獲取用戶輸入的用戶名和口令，再通過asp文件將用戶輸入的名稱和口令與數(shù)據庫中的用戶表中所存放的用戶名和口令進行對比。如果是合法用戶，則查詢數(shù)據庫中的user class（用戶類）表、ciass module（用戶類能夠訪問的模塊）表，將用戶有訪問權限的所有模塊標識存入一個

12、數(shù)組中，并由cookie文件記錄下用戶的各種信息，以便后續(xù)頁面中用來判定用戶。系統(tǒng)進入主頁面時會根據數(shù)組中的值，將具有訪問權限的模塊顯示到頁面上，并提供相應鏈接，而沒有訪問權限的模塊則不會顯示出來。2.實驗預約實驗預約管理涉及多個數(shù)據表的操作，其中包括學生信息表，實驗計劃表，實驗記錄表，實驗預約表，即從相應的數(shù)據表中分別提取其中的信息判斷該學生信息的真實性、申請實驗預約項目是否在實驗計劃當中、是否在指定的時間段可行等。當管理人員對申請單進行審查通過之后，表明預約實驗申請成功，申請結果將被記錄到數(shù)據庫中。3.實驗信息管理實驗信息管理包括對實驗項目的設置、對實驗計劃的管理。超級用戶可以向數(shù)據庫中添

13、加、修改、刪除各種類型的數(shù)據信息。（1）實驗設置：主要負責各學院要開設實驗項目的設置，包括開設實驗的學院、類別、實驗名稱、班級、日期、節(jié)次、完成狀態(tài)。（2）實驗計劃管理：主要負責對實驗任務計劃的實施和完成與否的狀態(tài)統(tǒng)計，具體包括以下基本子模塊：實驗課程安排：負責管理每個學期實驗室對外正常開放的安排。實踐項目（包括大作業(yè)、實訓、畢業(yè)設計等）安排：負責整理全校教學計劃中需要開設的實踐項目集合。實驗計劃查詢：基于校園網b/s模式下的實驗計劃查詢。耗品使用計劃管理：對實驗所需耗品進行計劃管理。實驗計劃管理的主要對象是由實驗課程安排和實踐項目安排兩個子模塊生成的實驗任務計劃。開課設備、耗材配套方案和大綱

14、計劃約束著各個子模塊。實驗計劃和實驗室開課任務是子系統(tǒng)的主要輸入。實驗室開放時間安排，規(guī)定輸出到排課子系統(tǒng)中。4.查詢與統(tǒng)計查詢與統(tǒng)計功能在系統(tǒng)應用中是最具價值，也是使用最為頻繁的功能之一。該模塊設計主要包括以下子模塊：（1）設備查詢：本模塊實現(xiàn)對用戶指定設備狀態(tài)（含運行狀況，資產狀態(tài)等信息）的檢索。（2）設備清單查詢：本模塊實現(xiàn)不同實驗室對現(xiàn)有資產的管理，用戶只需要指出要統(tǒng)計的實驗設備，系統(tǒng)即可提取出指定實驗室的設備清單。（3）設備故障統(tǒng)計分析：本模塊實現(xiàn)用戶對指定類型設備的損耗狀況的檢索。（4）設備分組情況查詢：本模塊實現(xiàn)用戶對指定實驗室儀器設備分組狀況的查詢。設備分組明細表包括組別、設備

15、名稱和設備編號等信息。（5）常規(guī)設備配套信息查詢：本模塊實現(xiàn)用戶對指定實驗項目所使用的主要儀器設備情況的查詢。（6）實驗開出率統(tǒng)計：該模塊實現(xiàn)用戶在開設實驗課程之后對開出能力的統(tǒng)計分析，系統(tǒng)可根據實驗室自由設備資源及其狀態(tài)統(tǒng)計得知實驗的開出率，從而得出整個實驗室的開課能力。（7）實驗計劃查詢：本模塊實現(xiàn)用戶對各實驗室承擔的實驗任務的查詢。（8）學生成績查詢：本模塊實現(xiàn)學生對實驗成績的查詢。（9）教師工作量統(tǒng)計：本模塊實現(xiàn)實驗室管理者對教師工作量的統(tǒng)計查詢。在針對多個數(shù)據表的信息查詢時，可以在條件生成界面上設置幾個用來選擇數(shù)據表、字段、關系運算符及字段值的文本框，當指定數(shù)據表中的字段名和運算符選

16、擇完后，輸入字段值。再對字段范圍和多表范圍限制選擇，然后生成sql語句，獲取查詢結果。從選擇查詢類別、動態(tài)生成查詢界面，再到查詢條件字符串的生成，都體現(xiàn)出本模塊設計的獨特性和創(chuàng)新性。四、結束語自從2007年9月以來，基于web的開放式實驗室管理系統(tǒng)一直在江西財經大學信息學院的各個專業(yè)課程的實驗教學和管理中應用，并取得了較好的教學效果。當然，這只是應用的一個開端，隨著教育工作者在實驗教學的應用方式及模式上經驗的積累，更多的教學成果將被引入到該系統(tǒng)的設計中，該系統(tǒng)也將進一步推廣到學校的其他各學科的實驗教學應用中。參考文獻：1 王慶育等.軟件工程（第1版） m. 北京：清華大學出版社，2004.2 andrew filev，tonyloton. vs