范開濤，甕 南

(昆明理工大學 計算中心，昆明 650500)

基于Web技術的實驗教學管理系統(tǒng)設計

范開濤，甕 南

(昆明理工大學 計算中心，昆明 650500)

文中提出了新型計算機實驗教學組織與資源管理模式，利用Web技術開發(fā)了計算機實驗教學管理信息系統(tǒng),把計算機實驗教學資源與活動組織有機連接起來，實現(xiàn)了計算機實驗教學的柔性化管理。該系統(tǒng)對于提高儀器設備利用率，提高計算機實驗教學的組織能力，促進計算機實驗教學資源優(yōu)化配置與共享有一定的借鑒意義。

計算機實踐；實驗教學；資源；柔性管理

目前，昆明理工大學計算中心存在實驗教學的組織和管理水平相對較低，實驗教學資源沒有得到高效利用的問題。如何提高實驗室教學組織能力及資源整合能力，使實驗室能最大限度地支撐學校高等教育的改革與發(fā)展，構建信息化的公共信息服務體系，使其成為師生進行科學研究、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的基地，已逐漸成為其建設過程中迫切需要解決的問題。隨著計算機技術的迅猛發(fā)展和學校硬件支撐體系的完善，通過校園網(wǎng)絡進行科學管理，提供更為有效的公共信息服務逐漸得以實現(xiàn)。

1 系統(tǒng)的研發(fā)意義

基于Web技術的實驗教學及資源信息化管理系統(tǒng)，能夠有效解決因地域跨度大等客觀原因帶來的不便，使實驗教學管理及資源管理具有柔性化的優(yōu)點，能提供更加規(guī)范的組織管理。該系統(tǒng)的建設具有如下意義[1-7]:

1)推行基于教育網(wǎng)的實驗教學管理手段與方法，改變傳統(tǒng)實驗教學組織方式，根據(jù)實驗教學計劃，提供柔性化的實驗教學組織管理，提高管理效率，推進實驗教學的深化改革；

2)借助基于教育網(wǎng)的實驗資源管理手段與方法，將實驗設備納入統(tǒng)一管理，通過規(guī)范化的過程管理，提供有效的實驗設備信息，共享和優(yōu)化配置實驗資源，提高實驗設備利用率，為設備采購、報廢、教學管理等活動提供決策支持；

3)有機地將實驗教學活動與實驗教學資源連接起來，提高實驗教學組織管理效率，為教師和學生開展科學研究、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)等活動創(chuàng)造有效途徑和良好環(huán)境。

2 系統(tǒng)分析

計算機實踐教學信息化管理的主要目標是實現(xiàn)以計算機軟硬件教學資源為基礎、以實踐活動為核心的綜合管理，向全校師生提供優(yōu)質的教學資源和教學環(huán)境，提高教學服務能力。其主要內容是進一步精細化、科學化管理計算中心的實驗室軟硬件教學資源及服務能力；對外提供人性化的、靈活的、全開放的教學服務。

通過詳細調查實驗教學所涉及的對象，采用結構化分析的方法，從實驗教學、設備、組織機構入手，采用自頂向下、逐層分解的方法，分析了實驗教學活動的開展和設備管理等業(yè)務，建立了實驗教學管理系統(tǒng)的E-R模型。E-R模型體現(xiàn)了實驗教學活動中各實體及實體之間的聯(lián)系，同時也揭示了實驗教學活動的開展與實驗教學設備管理之間相互影響、相互制約的關系。根據(jù)模型分析的結果，確定了實驗教學管理系統(tǒng)的主要功能結構。

3 系統(tǒng)設計

我們采用自頂向下的結構化分析方法，確定了實驗教學設備、實驗教學課程、實驗課程教師三個核心業(yè)務對象和實驗教學管理一個核心流程。系統(tǒng)以實驗教學管理核心流程為中心，用協(xié)同方法集成核心業(yè)務對象。這種結構體現(xiàn)出實驗教學資源配置與實驗教學活動之間相互影響、相互制約的關系，并實現(xiàn)了實驗教學的管理任務及實驗教學資源配置任務。系統(tǒng)功能模塊結構如圖1所示。

圖1 實驗教學管理系統(tǒng)功能結構圖

3.1 實驗教學設備管理

實驗教學設備管理實現(xiàn)以實驗室為單位的管理模式，能夠描述出實驗室的功能、場所、設備的教學科研服務能力(軟硬件配置等)、設備數(shù)量、可承擔學生人數(shù)等信息。參與實驗教學的師生可通過系統(tǒng)隨時了解設備的配置情況，實驗室專業(yè)技術人員、實驗室管理人員可根據(jù)教學要求調配實驗教學設備，實現(xiàn)全動態(tài)的管理。

3.2 實驗教學課程管理

實驗教學課程管理實現(xiàn)對實驗教學課程的數(shù)字化管理，聯(lián)機進行課程信息設置或與教務系統(tǒng)進行同步。實驗課程的關鍵信息包括課程編號、課程名稱、開課單位、學生人數(shù)、學分、任課教師信息。課程信息可以由任課教師進行維護，也可以從教務系統(tǒng)導入。用戶通過身份認證進入該模塊，可根據(jù)教學計劃添加、刪除、修改實驗課程及相關信息，達到統(tǒng)一管理實驗課程的目的。根據(jù)職責分工，用戶可根據(jù)實驗課程名稱、實驗類型、開課的學期及周次等條件單獨或組合查詢實驗課程信息，并導出包括課程名稱、學時、學生數(shù)、專業(yè)等信息的實驗課程開設表。

3.3 實驗課程教師管理

實驗課程教師管理采用以本地化管理為主，結合學校教網(wǎng)中心單點登錄系統(tǒng)的管理模式。在常規(guī)的用戶管理基礎上，系統(tǒng)能夠通過調用api(例如，Web service等)獲取學校單點登錄信息并存放到本地。任課教師信息中的主要管理信息有姓名、性別、職稱、聯(lián)系電話、電子郵箱以及即時通訊號碼。通過網(wǎng)絡在實驗室內部共享這些信息，實驗室管理人員可以方便地與任課教師取得聯(lián)系，提供更為人性化的服務。

3.4 實驗教學組織管理

實驗教學管理流程覆蓋的范圍包括教學前準備環(huán)節(jié)、教學中的組織與管理環(huán)節(jié)。正式開展實驗教學任務前，任課教師按照教務處審核備案的實驗教學計劃，通過系統(tǒng)查詢是否有滿足實驗物理條件要求(主要考慮設備硬件配置和設備臺數(shù)兩個指標)的實驗室，如果有符合條件的實驗室，則需要根據(jù)查詢結果提交“教學軟件清單”，到現(xiàn)場進行安裝指導，確認實驗室的軟硬件條件均已滿足教學要求。通過確認后，教學秘書根據(jù)雙方達成的一致信息，在本系統(tǒng)中編制“實踐教學任務安排表”，實驗管理工程師根據(jù)“實踐教學任務安排表”在“專用設備控制管理系統(tǒng)”中設置控制信息，完成實驗室的自動化開放。在教學周內，如果出現(xiàn)實驗室強電、網(wǎng)絡等短時無法修復的故障情況，或因教學任務變更帶來的臨時調整情況，實驗管理工程師查詢滿足實驗條件的其他實驗室，并在“專用設備控制管理系統(tǒng)”中設置控制信息，完成實驗室的臨時開放任務。對于無法調換實驗室，或調換時間超過2周的情況，則由實驗管理工程師把問題交接給教學秘書進行處理。

為了提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、實用性、易用性，實驗教學組織管理模塊需要具備一些附加功能與特性。1)雙工作區(qū)管理模式。教學秘書可以在“臨時工作區(qū)”進行實驗教學安排與調整，并切換到“正式工作區(qū)”進行實驗教學安排、調整與復核工作。其他管理人員只能夠按照權限設定，在“正式工作區(qū)”進行查詢等管理工作。2)自動檢測功能。系統(tǒng)能夠自動檢測實驗室參數(shù)(儀器設備的數(shù)量、技術參數(shù)等)與實驗課程對這些參數(shù)要求的匹配關系,并自動做出操作提醒。3)信息互通。任課教師與實驗教學管理人員通過系統(tǒng)共享電話、電子郵箱、即時通訊號碼等聯(lián)系信息,既方便任課教師進行教學咨詢，又方便實驗教學管理人員提供更為有效的服務。

3.5 實驗教學數(shù)據(jù)查詢

系統(tǒng)用戶可以通過該功能模塊獲取所需要的教學安排與調度信息，如任課教師、學生可以按照課程班級查詢整個學期的“實踐教學安排表”，按照課程班級查詢當天的“時間教學安排表”；實驗管理人員可以查詢某天選定實驗室的“實踐教學安排表”，可以查詢某天某節(jié)次選定實驗室的“實踐教學安排表”等。

3.6 實驗教學數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析是軟件系統(tǒng)輸出工作數(shù)據(jù)的功能模塊，系統(tǒng)用戶可以從中獲取到用于管理、決策等方面的數(shù)據(jù)信息。結合學校實際情況，按照教務處和實驗管理處的要求，統(tǒng)計并輸出報表是本功能中的重點。同時，中心管理人員可以獲取到設備完好率、利用率等關鍵數(shù)據(jù)。

3.7 系統(tǒng)具備的其他功能

1)系統(tǒng)配置管理。系統(tǒng)配置包括系統(tǒng)字典、系統(tǒng)用戶、系統(tǒng)權限等管理模塊，完成系統(tǒng)參數(shù)配置功能，使系統(tǒng)能夠按照管理規(guī)章制度的要求運行。系統(tǒng)的角色包括系統(tǒng)管理員、中心領導、室主任、教學秘書、實驗管理工程師、任課教師、學生等。系統(tǒng)權限管理實現(xiàn)按照角色劃分具體的使用功能，使用功能粒度細分到單個http會話，系統(tǒng)按照權限呈現(xiàn)能夠使用的功能模塊，提供人性化的導航功能，讓用戶使用更加簡便、快捷。

2)系統(tǒng)公告管理。管理人員使用該功能模塊，通過增加、刪除、修改等操作，管理發(fā)布需要告之的信息，讓師生即時獲取到教學安排、調整等信息，提高服務質量。

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)結構采用 B/S (Browser/Server) 軟件體系結構作為基本架構框架，選用Java平臺作為開發(fā)運行平臺，基于J2EE的SSH(struts spring hibernate)作為開發(fā)框架, Tomcat作為應用服務，Apache Http Server作為Http服務。系統(tǒng)的分層模型從底層向頂層依次為數(shù)據(jù)庫層、數(shù)據(jù)存取層、業(yè)務邏輯層、表現(xiàn)層。數(shù)據(jù)庫層采用開源免費的PostgreSQL關系型數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)存取層結合Hibernate開發(fā)框架，利用JDBC技術連接、訪問數(shù)據(jù)庫；業(yè)務邏輯層利用接口技術實現(xiàn)；表現(xiàn)層結合Struts和Extjs技術實現(xiàn)。

該系統(tǒng)充分考慮了學校實踐教學管理的實際工作情況，適應了廣大師生希望利用教育科研網(wǎng)通過瀏覽器跨校區(qū)訪問系統(tǒng)的客觀要求。采用基于Java的開源免費框架，發(fā)布在CentOS Linux操作系統(tǒng)中，實現(xiàn)了類似于C/S應用的操作界面，操作簡便。該系統(tǒng)具備良好的適用性、可移植性、安全性、穩(wěn)定性、易用性、實時性。

5 結束語

基于Web技術的實驗教學管理系統(tǒng)以實驗設備管理、實驗課程管理、任課教師管理為基礎，以實踐教學組織管理為核心，通過應用Web技術、數(shù)據(jù)庫技術實現(xiàn)了實驗資源與教學組織的柔性化管理。本系統(tǒng)將實驗教學活動的組織管理與實驗教學資源的配置有機地連接在一起，提高了實驗教學及資源管理的水平和效率，在學校信息化公共服務平臺的建設工作中發(fā)揮了明顯的作用。實踐證明，本系統(tǒng)能夠提高實驗室的管理水平與公共服務能力，促進學校實驗資源的整合，提高設備利用率，為學校實驗室建設決策提供寶貴的參考依據(jù)，也對高等學校各級實驗教學中心、基地的信息化工作具有一定的借鑒作用。

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[3]張勇,肖利.基于WEB的實驗教學管理系統(tǒng)的設計[J].吉林師范大學學報(自然科學版),2009(4):112-115.

[4]葛耀崢,劉昊,陶國良.基于網(wǎng)絡技術的實驗教學管理系統(tǒng)研究[J].實驗技術與管理,2008,25(11):93-97.

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[6]王嫻,劉暢,牛驍.實驗教學及資源信息化管理平臺的研究與實現(xiàn)[J].實驗室研究與探索,2012,31(3):201-204.

[7]熊夢輝,夏瓊,俞守義,等.實驗室資源開放管理系統(tǒng)在示范中心建設中的應用[J].實驗技術與管理,2011,28(5):210-212.

Design and Implementation of the Web-based Experimental Teaching Management Information System

FAN Kaitao, WENG Nan

(Computer Center, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China)

In our platform foundation construction of computer practice, combined with the direction of the reform of higher education, we put forward a new pattern of computer experiment teaching and resource management, research and develop a computer experiment teaching management information system with web technology, connect the resources and organization activities of the computer experiment teaching organically, realize the flexible management.The system can improve the utilization rate of equipment, improve the computer experiment teaching organization ability, promote the computer experiment teaching resource allocation and sharing.

computer practice; experiment teaching; resource; flexible management

2014-06-29；修改日期:2014-08-19

昆明理工大學2013-2014學年教育技術理論與應用研究項目。

范開濤(1977-)，男，碩士，實驗師，主要從事實驗室建設與管理、軟件工程、數(shù)字圖像處理等方面的研究。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.017