張立杰， 朱新杰， 高建明(新疆大學 經(jīng)濟與管理學院，新疆 烏魯木齊 830047)

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基于Web的經(jīng)管類開放實驗室管理系統(tǒng)設計

張立杰， 朱新杰， 高建明
(新疆大學 經(jīng)濟與管理學院，新疆 烏魯木齊 830047)

開放式實驗室與傳統(tǒng)實驗室在管理目標、服務對象及管理方式上存在差異，經(jīng)管類實驗室實驗設備主要是計算機及模擬軟件，實驗內(nèi)容多為模擬仿真、數(shù)據(jù)處理及小規(guī)模計算，實物耗材較少，宜采用開放式實驗室管理模式。采用UML工具分析了的經(jīng)管類開放式實驗室管理系統(tǒng)的用例模型、靜態(tài)模型與動態(tài)模型，并采用.Net與MySQL技術開發(fā)了基于Web的經(jīng)管類開放式實驗室管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了實驗內(nèi)容、實驗設備、實驗管理的全面開放，滿足了學生的個性化發(fā)展需要，為開放式實驗室建設提供參考。

經(jīng)管類開放式實驗室； 管理系統(tǒng)； 分析與設計； UML

0 引 言

開放式實驗室建設是高校在改變?nèi)瞬排囵B(yǎng)模式，加強學生實驗實踐能力培養(yǎng)上的一種探索。開放式實驗室的特點在于“開放”，與傳統(tǒng)實驗室相比，具有以下幾方面的差異:①目標不同，傳統(tǒng)實驗室主要為課堂教學服務，目的是讓學生更好地理解教學內(nèi)容；開放式實驗室雖然有科學實驗模式、自主學習模式、創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)模式、職業(yè)技能培養(yǎng)模式等各種模式[1]，但建設目標都是為了在優(yōu)化實驗教學，培養(yǎng)學生科學興趣及動手能力，提高學生的創(chuàng)新意識、開拓精神及團隊合作等綜合素質(zhì)。②服務對象不同，傳統(tǒng)實驗室以課程為服務對象，圍繞教學內(nèi)容開設各種實驗；開放式實驗室以畢業(yè)設計、學科競賽或研究項目為服務對象，開展個性化服務，以學生為主體，以教師輔導為補充的服務學生個人興趣發(fā)展的服務模式[2]。③管理方式不同，傳統(tǒng)實驗室主要由任課教師或課程組在論證的基礎上提出實驗內(nèi)容，學生在指定的時間完成實驗內(nèi)容，分析實驗結果并完成實驗報告，實驗作為一門課程或課程的一部分進行管理；開放式實驗室采用時間、實驗內(nèi)容、實驗方法、實驗手段、管理手段、評價等開放管理方式[3]，充分發(fā)揮學生的主體地位，實驗管理以項目管理方式為主，學生針對某一項目提出實驗目標及實驗內(nèi)容，實驗室管理員與專業(yè)教師對實驗進行評估，專業(yè)教師在實驗時進行部分指導，項目結束后，對項目進行評價。由于開放式實驗室在培養(yǎng)學生科學精神及動手實踐能力上已經(jīng)被證明有顯著效果[1-5],開放式實驗室建設已成為很多高校教學改革的一部分。開放式實驗室建設與管理過程中也存在一些問題，如實驗成本、教師工作量大幅度增加、學生的積極性不高、實驗室安全等[6-7]，一些學校采用制度建設、經(jīng)費支持、設備保障、人員保障和監(jiān)督機制等手段保障開放式實驗室的運行及管理[8-10]。由于實驗內(nèi)容、實驗手段的差異，實驗室的管理存在較大差異，經(jīng)管類實驗室實驗儀器主要是計算機及相關軟件平臺，實驗內(nèi)容以模擬仿真、數(shù)據(jù)處理及小規(guī)模計算為主；實驗過程中實物耗材較少；模擬仿真實驗在時間上不要求連續(xù)性，可以有一些時間跨度及間隔；實驗中的每個實驗相對獨立，不同實驗可以同時進行；基本不接觸危險物品，實驗室安全主要以用電安全及網(wǎng)絡安全為主。以上分析可看出，經(jīng)管類開放式實驗室建設及運營成本增加相對較小，教師工作量增加幅度相對不大，實驗室安全基本可控。因此，經(jīng)管類開放式實驗室的建設及運營難度低于理工類開放式實驗室。除了制度建設、經(jīng)費支持、設備保障、人員保障和監(jiān)督機制，現(xiàn)代信息技術的利用也是實現(xiàn)實驗室規(guī)范管理、提高實驗室開放度的有效手段之一，部分學校采用了視頻監(jiān)控和指紋門禁的教學開放實驗室信息管理系統(tǒng)[11]，或通過網(wǎng)絡電源控制器對有源儀器設備實行監(jiān)管，與預約、門禁刷卡連用進行身份識別，并使用高清晰視頻監(jiān)控系統(tǒng)對實驗過程進行監(jiān)控[12-13]，一些學校開發(fā)并使用了實驗室設備管理系統(tǒng)及實驗室預約管理系統(tǒng)[14-16]，取得較好的效果。

在開放式實驗室的創(chuàng)建及運行過程中，分析了經(jīng)管類開放式實驗室的管理特點，有針對性的開發(fā)了基于Web的經(jīng)管類開放實驗室管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含項目發(fā)布、申請及審批、實驗室預約、實驗室日常管理四個主要模塊。系統(tǒng)分析和設計采用面向?qū)ο蟮姆治鲈O計方法，整體采用B/S構架，系統(tǒng)開發(fā)完成并投入運行后效果較好。以下是本系統(tǒng)的主要分析和設計，可以為其它經(jīng)管類開放式實驗室的制度建設及信息化建設提供參考。

1 系統(tǒng)的分析與設計

1.1 統(tǒng)一建模語言UML

統(tǒng)一建模語言UML(Unified Modeling Language)是面向?qū)ο蟮能浖ＵZ言，由Booch等軟件工程專家共同制定，融合了Booch、OMT、OOSE等軟件建模方法的可視化建模語言工業(yè)標準，是目前比較完善的建模語言，UML應用越來越受到軟件開發(fā)人員的重視，是軟件分析和設計過程中的主要工具。對于信息系統(tǒng)的開發(fā)，在系統(tǒng)的需求分析階段，運用UML的用例圖捕捉用戶需求，通過用例建模，對系統(tǒng)感興趣的相關外部角色及該角色對系統(tǒng)的功能要求進行描述，可以使得需求分析人員與用戶在系統(tǒng)邊界、系統(tǒng)功能上較容易的達成一致；在系統(tǒng)的分析階段，通過對問題域的對象建模，可以識別系統(tǒng)的主要類及類之間的關系，也可以進一步得到類的實例對象和對象間的關系；在系統(tǒng)設計階段，通過對活動對象建模，可以描述對象之間的動態(tài)合作關系及合作過程中的行為次序以及對象的各種活動狀態(tài)，在設計階段通過技術細節(jié)的引入，為構造階段(編程階段)提供了更為詳細的規(guī)格說明，由此可見，UML建模適應于信息系統(tǒng)開發(fā)中的大部分過程，不同UML模型圖及建模語言的使用，使得基于面向?qū)ο蟮某绦蛟O計過程有了一個統(tǒng)一的標準。UML提供的基本模型圖包括以下幾種類型的模型圖：①用例圖(Use Case Diagram),用來描述系統(tǒng)功能，尤其是從用戶角度看到的或需要的系統(tǒng)功能。②類圖(Class Diagram),展示系統(tǒng)中類的靜態(tài)結構。③對象圖(Object Diagram),根據(jù)類圖進行實例化的圖，也可以說是某一時刻的靜態(tài)結構。④狀態(tài)圖(State Diagram),描述一類對象具有的所有元素可能的狀態(tài)及響應。⑤順序圖(Sequence Diagram),按時間順序展示對象之間的動態(tài)協(xié)作關系。⑥合作圖(Collaboration Diagram),展示對象之間的動態(tài)協(xié)作關系，但角度與順序圖不同,側(cè)重于時間和空間順序。⑦活動圖(Activity Diagram),展示系統(tǒng)中各個活動的執(zhí)行流程。⑧構件圖(Component Diagram),展示程序代碼的結構。⑨配置圖(Deployment Diagram),展示硬件結構的配置。

1.2 基于Web的經(jīng)管類開放實驗室管理系統(tǒng)的UML模型

(1) 用例模型。經(jīng)過實際調(diào)研與分析，在本系統(tǒng)中主要完成項目發(fā)布、項目申請與審批、實驗室預約、實驗考勤、實驗評價等功能，對這些功能進一步分析后得到系統(tǒng)的用例模型，如圖1所示。

圖1描述了開放式實驗室管理系統(tǒng)的主用例，該用例可以進一步分解，以實驗預約及預約確認為例，該用例可以進一步分解如圖2所示。

(2) 靜態(tài)模型。UML中靜態(tài)模型主要由類圖、對象圖、構件圖和裝配圖等圖構成，以類分析及對象分析為例，經(jīng)過分析，系統(tǒng)的主要類為學生類、教師類、項目類、實驗類等。進一步對各類進行分析后，進行類設計及對象設計。系統(tǒng)中項目類及實驗類設計如圖3所示。

圖1 開放式實驗室管理系統(tǒng)用例

圖2 實驗室預約及確認

圖3 項目類圖及實驗類圖

(3) 動態(tài)模型。動態(tài)模型主要由狀態(tài)圖、時序圖、協(xié)作圖、活動圖等視圖描述，主要描述系統(tǒng)中對象在執(zhí)行期間不同的時間點是如何交互的。在動態(tài)建模中，主要以消息來完成對象之間的交互的。時序圖是動態(tài)模型的描述工具之一，描述重點在于完成每個行為的對象類及這些類之間傳遞消息的時間順序，時序圖是一個二維圖，縱坐標是時間軸，時間沿豎線向下延伸，橫坐標軸代表了類角色，用生命線表示。以系統(tǒng)中實驗審批及預約功能為例，系統(tǒng)時序圖中包括學生與實驗室管理員兩個角色，學生調(diào)用系統(tǒng)后進行身份驗證，登錄系統(tǒng)后提出實驗室使用申請，實驗室管理員根據(jù)申請及實驗室使用現(xiàn)狀分配計算機等實驗資源，根據(jù)實驗室管理員的分配，學生在一段時間內(nèi)可以固定使用某一計算機，每次使用該計算機時登錄系統(tǒng)，進行考勤。系統(tǒng)的實驗審批及預約模塊的時序圖見圖4。

圖4 實驗審批及預約時序圖

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

系統(tǒng)采用.NET為開發(fā)工具，后臺數(shù)據(jù)庫采用MySQL，學生可以通過學號采用瀏覽器在校園網(wǎng)中進行項目申請、實驗申請、實驗報告提交，指導教師可以隨時查看學生項目及實驗進行情況，實現(xiàn)了開放式實驗室的有效管理，效果良好。下一步將完善該系統(tǒng)，完善項目評價，增加學生科研誠信評判等模塊，促進開放式實驗室的進一步規(guī)范管理。

3 結 語

基于Web的實驗經(jīng)管類開放實驗室管理系統(tǒng)的運行真正體現(xiàn)了以學生為中心的教學理念,滿足了學生個性發(fā)展的需要,學生或教師可以自由進行項目申請，批準后可以依托實驗室資源開展各級各類創(chuàng)新性實驗，促進了學生的學習熱情,實現(xiàn)了實驗開放教學模式。未來將在此基礎上，不斷改革嘗試，逐步提高實驗教學的規(guī)范化、管理科學化水平，為經(jīng)管類開放式實驗室建設積累更多經(jīng)驗。

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Design of Web-based Open Laboratory Management System in Economy and Management Schools

ZHANGLi-jie,ZHUXin-jie,GAOJian-ming
(Economy and Management School, Xinjiang University, Urumqi 830047, China)

There exist differences in management objectives, service object and management tools between open laboratory and traditional laboratory in a university. Most of equipment in the laboratory of economy and management schools are computers and modeling software; Contents of experiments in some economy and management schools are modeling and simulation, data processing and numeric computing. It is easy to establish an open laboratory management system in economy and management school because of less physical consumption. We analyze use-case model, statistic model and dynamic model in designing an open laboratory management system by UML tools and develop a web-based open laboratory management system by .Net and MySQL. The system achieves totally open in laboratory contents, equipment and management, meets personality development for students, and brings some references for other open laboratories.

open laboratories in economy and management schools; management system; analysis and design; UML

2014-05-25

張立杰(1971-)，男，新疆烏魯木齊人，博士，副教授，研究方向：信息管理，預測與決策。

Tel.：13079924301;E-mail:xjzlj@163.com

G 642.3

A

1006-7167(2015)02-0269-03