梅孝安 蘇卡林 周菊林 李 蓓 周華林 曾業(yè)戰(zhàn)

（湖南理工學(xué)院物理與電子學(xué)院，湖南 岳陽 414000）

大學(xué)物理實驗預(yù)約系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

梅孝安 蘇卡林 周菊林 李 蓓 周華林 曾業(yè)戰(zhàn)

（湖南理工學(xué)院物理與電子學(xué)院，湖南 岳陽 414000）

文章介紹了湖南理工學(xué)院大學(xué)物理實驗室大學(xué)物理實驗網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng)的實現(xiàn)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、安全性設(shè)計、界面設(shè)計等，實現(xiàn)了大學(xué)物理實驗課程教學(xué)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化，取得了較好的效果。

物理實驗；信息平臺；ASP.NET；SQL2005

湖南理工學(xué)院每年的大學(xué)物理實驗課程教學(xué)工作量都非常大，2011年此門課程的教學(xué)工作量就超過了10萬人時數(shù)。傳統(tǒng)的教學(xué)組織方式是實驗室老師手工排課，由于涉及的實驗指導(dǎo)老師多，學(xué)生人數(shù)多，專業(yè)多，所以實驗課表的安排非常復(fù)雜與困難，且容易出錯。傳統(tǒng)的手工安排課表方式不能讓學(xué)生根據(jù)自己的興趣特長來選擇實驗項目，從而限制了學(xué)生個性的發(fā)展。為此，實施了網(wǎng)絡(luò)預(yù)約開放式實驗教學(xué)這一新的教學(xué)模式，能吸引學(xué)生主動參與實踐活動，培養(yǎng)學(xué)生對提出問題、研究問題、解決問題的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的思索能力、辨析能力和探索求知精神，發(fā)展學(xué)生的個性和潛質(zhì)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，達到提高學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新素質(zhì)的目的。為此設(shè)計與開發(fā)了一套大學(xué)物理實驗預(yù)約選課系統(tǒng)，針對原有手工管理效率低下，缺乏安全性、可控性等缺點，以校園網(wǎng)為依托，采用科學(xué)、高效的教學(xué)管理方式，使大學(xué)物理實驗教學(xué)比原來更加方便快捷，并取得了較好的效果。

（一）系統(tǒng)實現(xiàn)基礎(chǔ)

系統(tǒng)工作在B/S模式下，實際上是一種3層模型，包括前臺用戶窗口、后臺數(shù)據(jù)庫和中間應(yīng)用程序。用戶窗口圍繞網(wǎng)站主頁展開，主頁設(shè)計采取自頂向下的規(guī)則，逐級分解各功能鏈接點的子功能。系統(tǒng)開發(fā)平臺為 Microsoft Windows 2003 server + SP3 + IIS 6.0 + IE 8.0； Microsoft SQL Server 2005 Enterprise Edition ；Microsoft .NET Framework SDK4.0+ MDAC 2.7。系統(tǒng)開發(fā)工具為 Macromedia Dreamweaver MX；Microsoft SQL Server 2005 Enterprise Edition；Microsoft Visual Studio.NET Enterprise Architect 2008。服務(wù)器端要求運行于安裝了IIS服務(wù)器組件的Windows 2000 Server及以上版本的Windows平臺。為了提供對.NET應(yīng)用和ASP.NET數(shù)據(jù)庫通信的支持，系統(tǒng)還必須下載安裝Microsoft .NET Framework（.NET框架）和Microsoft Data Access Components (MDAC)2.7。同時還應(yīng)當安裝7.0版本以上的Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供后臺的數(shù)據(jù)庫服務(wù)。系統(tǒng)對客戶機基本沒有要求，凡是安裝有 Web瀏覽器并能對校園網(wǎng)進行訪問的計算機都可以作為客戶端使用。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

（二）數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是管理信息系統(tǒng)的核心，一個良好的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)既具有數(shù)據(jù)冗余少、操作處理過程簡單等特點，同時也應(yīng)具有信息查找比較容易、系統(tǒng)開銷低等特點。系統(tǒng)選擇了 SQL Server 2005作為系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)將大量數(shù)據(jù)庫操作都要用到的數(shù)據(jù)庫連接字寫入ASP.NET提供的web.config配置文件中進行統(tǒng)一的調(diào)用管理。當數(shù)據(jù)庫的路徑名稱等發(fā)生改變時，無需進入每個頁面進行相應(yīng)字段的代碼更改，只需對web.config中的連接字進行修改，即可完成全部頁面相應(yīng)數(shù)據(jù)的修改，從而減少了系統(tǒng)變更的代碼編寫量。本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的名稱為HNIST_CPLAB_PECDB，根據(jù)系統(tǒng)的各個功能模塊的需要，在數(shù)據(jù)庫中建立了若干張表，下面列出一些主要表的相關(guān)信息：實驗基本信息表 [ExperInfo],記錄實驗的基本信息（實驗號、實驗項目、實驗組號、實驗房間號、已預(yù)約人數(shù)、最大預(yù)約數(shù)）；學(xué)生預(yù)約信息表 [SbookingInfo]，記錄學(xué)生的實驗預(yù)約信息（實驗組號、實驗時間、已預(yù)約人數(shù)、最大預(yù)約數(shù)等）； 學(xué)生登錄信息表 [SregInfo],記錄學(xué)生的相關(guān)信息（學(xué)號、姓名、登錄密碼）。

（三）安全性設(shè)計

系統(tǒng)是一個基于 Web網(wǎng)絡(luò)的開放式系統(tǒng)，可以被校園網(wǎng)中甚至因特網(wǎng)中的任何一臺計算機訪問，同時又包含了一些比較敏感的數(shù)據(jù)，不允許隨意地被更改或刪除，因此維護站點的安全性就顯得尤為重要。ASP.NET提供了多種強大的身份驗證機制，考慮到系統(tǒng)運行的實際情況，系統(tǒng)采用了基于表單的身份驗證方式，建立在cookie的基礎(chǔ)上，當用戶登錄到ASP.NET應(yīng)用程序上時，ASP.NET會發(fā)出一個用于身份驗證的cookie，在以后的Web請求中，該cookie會在服務(wù)器和客戶機之間來回傳送，用于驗證用戶請求的合法性。系統(tǒng)根目錄中放置一個名為web.config的XML文件，就可以實現(xiàn)對文件夾中的所有頁面的保護。該文件中的相關(guān)內(nèi)容如下：

＜authentication mode="Forms"＞

＜forms name=".booking" loginUrl="login.aspx"

protection="All" timeout="60" /＞

＜deny users="?" /＞

＜/authorization＞

當客戶端請求該文件夾中的頁面時，web.config文件會對收到的請求進行驗證，如果請求中包含所需的cookie文件，則可順利提供響應(yīng)；如果請求中不含有所需的驗證信息，則ASP.NET會強行將頁面定位到login.aspx文件要求用戶進行驗證，通過后在客戶端系統(tǒng)的臨時文件夾中生成登錄的cookie供以后的請求使用。當客戶端退出系統(tǒng)或關(guān)閉對應(yīng)的瀏覽器窗口時，該cookie將從客戶機系統(tǒng)中自動刪除，以保護系統(tǒng)的安全。另外，用戶不能直接訪問數(shù)據(jù)層，必須通過應(yīng)用層才能得到所需的數(shù)據(jù)，確保了數(shù)據(jù)庫的安全。

（四）系統(tǒng)功能及界面設(shè)計

系統(tǒng)主要由三部分組成：學(xué)生系統(tǒng)模塊、教師系統(tǒng)模塊、系統(tǒng)管理員模塊。系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能圖

學(xué)生登錄系統(tǒng)后，可以實現(xiàn)預(yù)約選課、修改個人信息、上傳實驗報告、查詢實驗成績、教學(xué)評估和師生交流等功能；教師登錄系統(tǒng)后，可以實驗課表查詢、批閱實驗報告和師生交流等功能；管理員登錄后，可以實現(xiàn)學(xué)期信息配置、實驗課表設(shè)置、教學(xué)評估、成績管理和實驗課程資源管理等功能。一個優(yōu)秀的系統(tǒng)必然是一個構(gòu)思巧妙的系統(tǒng)，它應(yīng)當能夠在后臺為用戶處理大量的事務(wù)并提供簡單、明晰的操作界面。系統(tǒng)的開發(fā)力求做到使用戶承擔最少的工作量，從而使對系統(tǒng)的操作成為一件輕松簡單的事情。系統(tǒng)在操作界面上大量采用下拉式菜單，不管是學(xué)生、教師，還是管理員，登錄系統(tǒng)后，所有的操作基本上只需采用鼠標點擊即可，所有的操作都是一種所見即所得的方式，大大提高了用戶的操作性和效率。

系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)與實施依托于湖南理工學(xué)院大學(xué)物理實驗室的建設(shè)，受到了湖南省高等學(xué)校示范實驗室建設(shè)項目和湖南省教育廳教學(xué)改革項目的資助（項目編號2009257）。本系統(tǒng)從 2007年開始籌劃，經(jīng)過一年多的設(shè)計與開發(fā)，在2008年正式實施，3年來運行情況非常好，極大優(yōu)化了學(xué)校大學(xué)物理實驗教學(xué)。系統(tǒng)能實現(xiàn)實驗預(yù)約選課、網(wǎng)上批閱實驗報告、實驗教學(xué)評估、實驗教學(xué)資源管理和師生在線答疑等功能，滿足了學(xué)生進行實驗預(yù)約、老師進行管理等各個方面的需求，具有網(wǎng)絡(luò)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(shè)計的初衷，穩(wěn)定、安全、快速地運行于校園網(wǎng)之上，后來擴充到了 Internet，實現(xiàn)了 Internet網(wǎng)上的任意計算機都能進行大學(xué)物理實驗信息的查詢、打印，進行實驗預(yù)約操作，訪問相關(guān)信息。

[1] 賈德良,劉捷,張安定,等.基于校園網(wǎng)實驗室在線預(yù)約系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代計算機,2009(6).

[2] 李娟,胡再國,劉石丹,等.物理實驗預(yù)約系統(tǒng)[J].實驗科學(xué)與技術(shù),2009(1).

TP393

A

1008-1151(2011)06-0154-01

2011-04-13

湖南省教育廳教改項目（2009257）

梅孝安（1973- ），男，湖南理工學(xué)院物理與電子學(xué)院副教授，從事功能材料及物理實驗教學(xué)管理研究。