古衛(wèi)濤，趙　鋒

(1.西安郵電大學(xué) 教務(wù)處，陜西 西安 710121；2.西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710121)

?

基于MVC模式的高校實(shí)驗(yàn)排課系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

古衛(wèi)濤1，趙鋒2

(1.西安郵電大學(xué) 教務(wù)處，陜西 西安 710121；2.西安郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710121)

為實(shí)現(xiàn)高校實(shí)驗(yàn)課程的在線排課管理，設(shè)計(jì)了一個(gè)高校實(shí)驗(yàn)排課系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于“模型-視圖-控制器”模式進(jìn)行開發(fā)，前端使用HTML5、CSS3.0、Javascript語言，后端腳本使用PHP語言，數(shù)據(jù)庫采用Mariadb10。系統(tǒng)運(yùn)用于教學(xué)，運(yùn)行表明，滿足教師、學(xué)生、教學(xué)管理人員等各類角色使用需求，實(shí)現(xiàn)高校各類實(shí)驗(yàn)課程排課的統(tǒng)一管理。

MVC；實(shí)驗(yàn)課；排課；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校本科教學(xué)的重要環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量影響著高校人才培養(yǎng)的水平和層次。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息化是保障教學(xué)運(yùn)行和實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控的基礎(chǔ)性條件。與理論教學(xué)相比，實(shí)驗(yàn)教學(xué)由于所需條件復(fù)雜、參與人員角色較多、學(xué)生人數(shù)不固定、開展方式靈活等原因，實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理的信息化困難較大[1-2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息化的基礎(chǔ)是實(shí)驗(yàn)排課的信息化。

目前，實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)的研究和應(yīng)用主要有3個(gè)方面：第一，實(shí)驗(yàn)室綜合管理，主要以提高實(shí)驗(yàn)資源利用率、促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室規(guī)范化管理為目標(biāo)，解決實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部管理的信息化問題，如實(shí)驗(yàn)資源開放共享管理、使用預(yù)約管理、實(shí)驗(yàn)耗材管理等[3-7]。第二，實(shí)驗(yàn)過程管理，主要研究實(shí)驗(yàn)室(中心)的實(shí)驗(yàn)課程管理和實(shí)驗(yàn)課過程管理，探討實(shí)驗(yàn)課程選課、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、學(xué)生考評、成績記錄、信息查詢等實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程管理問題[8-9]。第三，實(shí)驗(yàn)排課管理，主要研究實(shí)驗(yàn)室或?qū)W院實(shí)驗(yàn)排課或教學(xué)管理的信息化，如某個(gè)實(shí)驗(yàn)室或某類實(shí)驗(yàn)課程的排課管理，系統(tǒng)工作流程相對簡單、用戶角色較少，數(shù)據(jù)量也比較小[10-11]。模塊化的高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)的研究和應(yīng)用較多，對高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)統(tǒng)一管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)還有待進(jìn)一步研究。

本文擬采用“模型-視圖-控制器”模式(Model View Controller， MVC)設(shè)計(jì)開發(fā)一種高校實(shí)驗(yàn)排課管理系統(tǒng)，系統(tǒng)的主要功能是對高校各類實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐課程在線排課進(jìn)行統(tǒng)一管理，為學(xué)校教學(xué)管理部門、學(xué)院教務(wù)管理人員、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師、學(xué)生等各類用戶角色提供一個(gè)統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)和管理工作平臺。

1　系統(tǒng)功能

實(shí)驗(yàn)排課系統(tǒng)的核心對象是實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)課程一般包括課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)以及集中實(shí)踐環(huán)節(jié)：課內(nèi)實(shí)驗(yàn)是包含在理論課程中的實(shí)驗(yàn)；獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)是指完全的實(shí)驗(yàn)課程；集中實(shí)踐環(huán)節(jié)是安排在固定周次集中和連續(xù)進(jìn)行的實(shí)踐課程，參加學(xué)生在當(dāng)周暫停理論課，因此需要實(shí)驗(yàn)室在安排時(shí)優(yōu)先考慮。根據(jù)各類實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)排課的一般原則是首先安排集中實(shí)踐環(huán)節(jié)，其次安排獨(dú)立設(shè)課實(shí)驗(yàn)，最后安排課內(nèi)實(shí)驗(yàn)。

1.1用戶角色

用戶角色系統(tǒng)包括教師和學(xué)生。教師角色包含校長、督導(dǎo)、院長、教學(xué)院長、專業(yè)負(fù)責(zé)人、教務(wù)處、教務(wù)員、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)教師等9種角色。為方便登錄和使用，在系統(tǒng)登錄驗(yàn)證時(shí)，只顯示教師和學(xué)生。學(xué)生的角色是固定的，部分教師會有多重角色，在進(jìn)入系統(tǒng)后可進(jìn)行角色切換。

1.2主要功能模塊

系統(tǒng)主要功能模塊有：系統(tǒng)設(shè)置模塊、教學(xué)資源管理模塊和實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊。系統(tǒng)主要的功能模塊，如圖1所示。

(1)系統(tǒng)設(shè)置模塊

包括系統(tǒng)的操作時(shí)間設(shè)定、角色管理。操作時(shí)間設(shè)定是指各角色或各業(yè)務(wù)單元的操作時(shí)間期限，即開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。角色管理是對校長、督導(dǎo)、院長、教學(xué)院長、專業(yè)負(fù)責(zé)人、教務(wù)處、教務(wù)員、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)教師、學(xué)生10種用戶角色進(jìn)行賬號管理。

(2)教學(xué)資源管理模塊

教學(xué)資源管理模塊由學(xué)生管理、師資管理、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)機(jī)構(gòu)、教學(xué)場所5個(gè)子模塊構(gòu)成，學(xué)生管理、師資管理子模塊分別對學(xué)生、教師的信息進(jìn)行管理。教學(xué)內(nèi)容子模塊包含培養(yǎng)方案、課程大綱、實(shí)驗(yàn)教材等實(shí)驗(yàn)教學(xué)文檔。教學(xué)機(jī)構(gòu)管理對學(xué)校的院系、專業(yè)、實(shí)驗(yàn)室、房間相關(guān)信息進(jìn)行管理和維護(hù)。

(3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊

該模塊是系統(tǒng)的核心模塊，主要完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)下達(dá)、實(shí)驗(yàn)場地選定、實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排、課表生成等功能。

圖1　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1.3系統(tǒng)流程

首先，教師用戶分角色登錄系統(tǒng)，系統(tǒng)進(jìn)行角色和權(quán)限審查，出現(xiàn)相應(yīng)角色的操作界面。實(shí)驗(yàn)排課系統(tǒng)工作流程，如圖2所示。其具體操作步驟是：第一步，系統(tǒng)與教務(wù)管理主系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接，實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)排課系統(tǒng)；第二步，教務(wù)處根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的任務(wù)歸屬，同時(shí)考慮實(shí)驗(yàn)任務(wù)量的均衡，將實(shí)驗(yàn)課程分配到學(xué)院；第三步，學(xué)院教務(wù)人員根據(jù)各實(shí)驗(yàn)課程所需條件將實(shí)驗(yàn)課程安排到相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室；第四步，實(shí)驗(yàn)室安排集中實(shí)踐課程時(shí)間；第五步，實(shí)驗(yàn)教師確定獨(dú)立設(shè)課和課內(nèi)實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間。

圖2　系統(tǒng)流程圖

2　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

MVC模式是一種將系統(tǒng)應(yīng)用程序的輸入、處理和輸出分開的設(shè)計(jì)方法，適用于中大型數(shù)據(jù)庫開發(fā)，可以減少編碼的復(fù)雜性，具有耦合性低、復(fù)用性高、可擴(kuò)展以及可維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[12]。考慮到高校實(shí)驗(yàn)課程排課過程復(fù)雜，參與角色多，數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)排課管理系統(tǒng)基于CodeIgniter的 MVC設(shè)計(jì)模式進(jìn)行開發(fā)，前端使用HTML 5、CSS 3.0、Javascript語言，后端腳本使用PHP語言，數(shù)據(jù)庫采用Mariadb10。

2.1MVC設(shè)計(jì)模式

MVC設(shè)計(jì)模式采用將業(yè)務(wù)邏輯、數(shù)據(jù)、界面顯示分離的方法編寫代碼，在進(jìn)行系統(tǒng)改進(jìn)、個(gè)性化修改界面、以及用戶交互時(shí)，不需要重新構(gòu)造業(yè)務(wù)邏輯。MVC業(yè)務(wù)模型，如圖3所示。

圖3　MVC業(yè)務(wù)模型

(1)模型

數(shù)據(jù)模型包含可重用的對數(shù)據(jù)庫關(guān)系進(jìn)行增、刪、改、查的方法，系統(tǒng)主要有教師角色、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)課程、學(xué)院、實(shí)驗(yàn)室、房間、時(shí)段、學(xué)生班級等8個(gè)數(shù)據(jù)模型類，所有的模型類都繼承基類CI_Model的數(shù)據(jù)和方法。

(2)視圖

系統(tǒng)主要有登錄、個(gè)人設(shè)置、師資管理、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)機(jī)構(gòu)、教學(xué)場所、學(xué)生管理、時(shí)間設(shè)置、權(quán)限管理、教學(xué)任務(wù)、課程查詢、實(shí)驗(yàn)排課、實(shí)驗(yàn)課表等13個(gè)主要的頁面。

(3)控制器

系統(tǒng)主要包含用戶角色審查、課程歸屬、實(shí)驗(yàn)室歸屬、實(shí)驗(yàn)室房間歸屬、學(xué)生專業(yè)班級、實(shí)驗(yàn)任務(wù)管理、實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配、實(shí)驗(yàn)場所選擇、實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排、課表查詢等11個(gè)程序邏輯控制器，所有的控制器類均繼承基類CI_Controller。

2.2業(yè)務(wù)流程的安全性

前端控制器是系統(tǒng)的入口，完成用戶權(quán)限驗(yàn)證、URL地址重寫以及資源文件加載，用戶請求路由器對HTTP 請求進(jìn)行分發(fā)，安全組件對 HTTP 請求進(jìn)行安全處理，應(yīng)用程序控制器加載模型、核心類庫、輔助函數(shù)以及其他所有處理請求所需的資源，最后渲染視圖并發(fā)送至瀏覽器 。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

面對的角色眾多，業(yè)務(wù)處理過程繁雜。不同實(shí)驗(yàn)課程類型對應(yīng)不同的流程與過程管理文檔?；谙到y(tǒng)的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少數(shù)據(jù)冗余，避免數(shù)據(jù)的不一致。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)按照BCNF范式的要求，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)增刪改的異常。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的實(shí)體都滿足[13]：

(1)所有非主屬性對每個(gè)碼都是完全函數(shù)依賴。

(2)所有的主屬性對每一個(gè)不包含它的碼,是完全函數(shù)依賴。

(3)沒有任何屬性完全函數(shù)依賴于非碼的任何一組屬性。

圖4　系統(tǒng)ER圖

2.4關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是MVC模式下的控制器設(shè)計(jì)，控制器定義和實(shí)現(xiàn)了各種業(yè)務(wù)邏輯的處理。以教師選擇實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)的操作為例，部分腳本代碼如下：

class Exp_arr_do extends CI_Model

{

/**

* 通過教師工號查詢課程任務(wù)

* @param $teacher_number 教師工號

* @return $teacher_course 教師對應(yīng)的課程數(shù)組

*/

function t_to_c($teacher_number)

{

// $sql = "SELECT col_task_id,col_course_name FROM tmp_arr1 WHERE col_teacher_number = ?";

$sql = "SELECT col_id,col_coursename FROM course_task WHERE col_teacher_code = ?";

$teacher_course = $this->db->query($sql,array($teacher_number))->result_array();

return $teacher_course;

}

*通過課程任務(wù)id查詢實(shí)驗(yàn)室

* @param $task_id 課程任務(wù)id

* @return $course_lab 課程對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室數(shù)組

*/

function c_to_l($task_id)

{

// $sql = "SELECT col_lab_name,col_student_num,col_course_hour FROM tmp_arr1 WHERE col_task_id = ?";

$sql = "SELECT col_lab,col_stu_num,col_labhour FROM course_task WHERE col_id = ?";

$course_lab = $this->db->query($sql,array($task_id))->result_array();

return $course_lab;

}

/**

* 通過實(shí)驗(yàn)室名稱查詢下設(shè)房間

* @param $lab_name 實(shí)驗(yàn)室名稱

* @return $lab_room 實(shí)驗(yàn)室下設(shè)房間

*/

function l_to_r($lab_name)

{

// $sql = "SELECT col_room_code FROM tmp_arr2 WHERE col_lab_name = ?";

$sql = "SELECT col_room_code FROM view_lab_room WHERE col_lab_name = ?";

$lab_room = $this->db->query($sql,array($lab_name))->result_array();

return $lab_room;

}

/**

* 房間電腦數(shù)量查詢

* @param $room_code 房間號

* @return $computer_num 電腦數(shù)量

*/

function get_computer_num($room_code)

{

// $sql = "SELECT col_computer_num FROM tmp_arr2 WHERE col_room_code = ?";

$sql = "SELECT col_computer_num FROM view_lab_room WHERE col_room_code = ?";

foreach ($room_code as $row) {

$computer_num[] = $this->db->query($sql,array($row))->result_array();

}

return $computer_num;

}

3　系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1實(shí)驗(yàn)任務(wù)管理

系統(tǒng)通過與教務(wù)管理主系統(tǒng)對接導(dǎo)入每個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，系統(tǒng)提供實(shí)驗(yàn)任務(wù)管理功能，可以根據(jù)需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)任務(wù)的增加、刪除、修改操作。如圖5所示。

在分配實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)會默認(rèn)按照開課學(xué)院的原則將實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配， 如果是普通上機(jī)類實(shí)驗(yàn)，由于相當(dāng)多的實(shí)驗(yàn)室都配置有一定數(shù)量的計(jì)算機(jī)，因此，需要根據(jù)各實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)的利用情況，做到全校范圍內(nèi)計(jì)算機(jī)利用率的大體均衡。如圖6所示。

圖5　實(shí)驗(yàn)任務(wù)管理

圖6　實(shí)驗(yàn)任務(wù)分配

3.2選擇實(shí)驗(yàn)場所

學(xué)院接到實(shí)驗(yàn)任務(wù)后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程所需條件和要求，將實(shí)驗(yàn)任務(wù)安排到各實(shí)驗(yàn)室，如果該實(shí)驗(yàn)室有多個(gè)房間，實(shí)驗(yàn)課程指導(dǎo)教師再根據(jù)所承擔(dān)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生數(shù)、實(shí)驗(yàn)分組情況，選擇實(shí)驗(yàn)室的房間號。如圖7所示。

3.3確定實(shí)驗(yàn)課程時(shí)間

集中實(shí)踐課程，如課程設(shè)計(jì)和科研訓(xùn)練，一般安排在固定的周次，連續(xù)上課中途不間斷，故需優(yōu)先進(jìn)行排課，集中實(shí)踐課程排完后，實(shí)驗(yàn)教師再進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)課程的排課，在進(jìn)行排課操作時(shí)只需要在對應(yīng)時(shí)間的位置上選擇即可。如圖8所示。

3.4生成實(shí)驗(yàn)課表

當(dāng)各類實(shí)驗(yàn)課程完成排課后，系統(tǒng)可自動生成實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)課表，還可根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的相關(guān)信息，如教師姓名、學(xué)生班級、課程名稱等信息進(jìn)行查詢，為教務(wù)處、督導(dǎo)組、學(xué)院及時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)課程情況和實(shí)施教學(xué)質(zhì)量監(jiān)控提供支持。如圖9所示。

圖7　選擇實(shí)驗(yàn)場地

圖8　實(shí)驗(yàn)排課

4　結(jié)語

采用MVC模式設(shè)計(jì)和開發(fā)了一個(gè)高校在線實(shí)驗(yàn)排課系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課程管理、實(shí)驗(yàn)資源管理、實(shí)驗(yàn)排課、實(shí)驗(yàn)課表生成、實(shí)驗(yàn)課程查詢等功能，滿足了學(xué)校教務(wù)處、督導(dǎo)處、學(xué)院教務(wù)辦、實(shí)驗(yàn)管理人員、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師、學(xué)生等各類用戶的使用需求。

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[9]張乃龍.基于過程管理的實(shí)驗(yàn)課程管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J/OL].實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2014, 33(9):265-267[2016-06-12]. http://www.cnki.net/kcms/detail/detailall.aspx?filename=sysy201409065&dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2014. DOI: 10.3969/j.issn.1006-7167.2014.09.063.

[10]張超.基于Ajax技術(shù)的機(jī)房排課系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J/OL].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化, 2014 (2):90-91[2016-06-12]. http://www.cnki.net/kcms/detail/detailall.aspx?filename=xdgy2014 02031&dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2014. DOI: 10.3969/j.issn.2095-0748.2014.02.030.

[11]李麗，郭蕓俊，實(shí)驗(yàn)實(shí)踐課輔助排課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J/OL].電腦知識與技術(shù)，2014 (5):965-969[2016-06-12]. http://www.cnki.net/kcms/detail/detailall.aspx?filename=dnzs 201405031&dbcode=CJFQ&dbname=CJFD2014

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[責(zé)任編輯：汪湘]

Design and realization of university experimental course scheduling system based on MVC

GU Weitao1，ZHAO Feng2

(1. Office of Educational Administration， Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China;2. School of Communication and Information，Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China)

In order to achieve online scheduling management of the experimental courses in university, an experiment course scheduling system is designed and implemented. The system is based on the “Model-View-Controller” model with front end of system using HTML5, CSS3.0 and Javascript language, backend script of system using PHP language，and database system using Mariadb10. The system is unified for the management of various types of experiment courses scheduling，and it meets usage requirements from teachers, students, education managers and other all kinds of roles. The system is put into use successfully.

MVC, experiment course, scheduling, system design

10.13682/j.issn.2095-6533.2016.05.014

2016-07-18

陜西省高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目(15BZ47)

古衛(wèi)濤(1980-)，男，碩士，工程師，從事管理科學(xué)與工程、高教管理研究。E-mail:124403878@qq.com

趙鋒(1979-)，男，碩士，講師，從事管理信息系統(tǒng)、信息安全研究。E-mail: peakzhao@gmail.com

G434

A

2095-6533(2016)05-0069-07