高校開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、    高校開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)     摘要：本文以江西財(cái)經(jīng)大學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)為例，重點(diǎn)介紹了該項(xiàng)目的開發(fā)方法、設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)、需求分析、功能結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞：教學(xué)改革，開放式，實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)一、引言隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的不斷深入，高校實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)在擴(kuò)大和細(xì)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的同時(shí)，要求增加設(shè)計(jì)性、綜合性、創(chuàng)造性和選擇性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，以此滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需要，同時(shí)要求為實(shí)驗(yàn)室管理者以及用戶提供更好的技術(shù)支撐、便捷的服務(wù)以及高效的管理模式。顯然，采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)力不從心，開發(fā)基于web的開放

2、式高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)尤為重要。本文以江西財(cái)經(jīng)大學(xué)開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)開發(fā)項(xiàng)目為例，介紹了它的主要設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)思路、系統(tǒng)的架構(gòu)體系、需求分析、功能結(jié)構(gòu)以及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。該項(xiàng)目是基于.net技術(shù)環(huán)境下開發(fā)，由于.net技術(shù)不僅為開發(fā)web的b/s模式的分布式多層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用程序提供了高效的平臺(tái).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(jù)庫(kù)及操作系統(tǒng)。在這些系統(tǒng)的支持下運(yùn)行應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信快，兼容性好，運(yùn)行效率高，并且縮短了開發(fā)周期。二、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)與分析系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)遵循“統(tǒng)一規(guī)劃，分布實(shí)施”的原

3、則，使整個(gè)系統(tǒng)具有先進(jìn)性、開放性、經(jīng)濟(jì)性、界面友好、易于拓展和維護(hù)等特點(diǎn)。1.設(shè)計(jì)思想系統(tǒng)設(shè)計(jì)從實(shí)際教學(xué)需要出發(fā)，采用科學(xué)的管理思想和先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)室管理以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)互連，實(shí)現(xiàn)以實(shí)驗(yàn)室為核心的整體環(huán)境的全方位管理。即集教學(xué)管理、數(shù)據(jù)管理、設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)管理、成績(jī)管理、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、查詢與統(tǒng)計(jì)等諸多模塊為一體，組成一套比較完整的實(shí)驗(yàn)室綜合管理體系，實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理效率和教學(xué)資源效益的最大化。各專業(yè)的學(xué)生根據(jù)各自教學(xué)計(jì)劃及實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間安排，在網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約，形成預(yù)約記錄。通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)管理子系統(tǒng)安排好各位教師的實(shí)驗(yàn)課表。學(xué)生按預(yù)約記錄上課。在課程結(jié)束后，教師根據(jù)學(xué)生平時(shí)的學(xué)習(xí)

4、和實(shí)驗(yàn)情況綜合給出該生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)，同時(shí)打印出標(biāo)準(zhǔn)的成績(jī)單及分析單。將整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)安裝在一臺(tái)專用服務(wù)器上，采用www訪問的模式進(jìn)行訪問，并以校園“一卡通”的兼容方式進(jìn)行服務(wù)與管理。該訪問模式打破時(shí)間和空間的限制，只要有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生可在任何時(shí)候任何地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約、成績(jī)查詢、實(shí)驗(yàn)任務(wù)查詢；教師可在任何時(shí)間任何地點(diǎn)答疑、批閱，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況；教學(xué)管理部門可以在任何時(shí)間任何地點(diǎn)了解教學(xué)進(jìn)度，監(jiān)控教學(xué)情況，管理學(xué)生成績(jī)。2.系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)高校實(shí)驗(yàn)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(jié)構(gòu)，即由表示層、功能邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層組成。表示層主要完成向用戶展現(xiàn)數(shù)據(jù)，為用戶提供數(shù)據(jù)操

5、作界面。通過表示層，用戶可以完成系統(tǒng)配置、實(shí)驗(yàn)預(yù)約等操作。功能邏輯層起到了承上啟下的作用，當(dāng)用戶請(qǐng)求操作時(shí)，表示層通過調(diào)用功能邏輯層中的相應(yīng)方法，來完成對(duì)數(shù)據(jù)的操作。數(shù)據(jù)訪問層是動(dòng)作的發(fā)起者，由它來直接與數(shù)據(jù)訪問層通訊，最終將數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)展現(xiàn)、提交、返回給頁(yè)面邏輯層，數(shù)據(jù)訪問層位于最下層，主要完成數(shù)據(jù)庫(kù)的直接操作，如添加、刪除、插入和更新等。根據(jù)上述體系架構(gòu)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為學(xué)生用戶界面、教師用戶界面和管理員界面。三種界面對(duì)應(yīng)著體系架構(gòu)中的表示層。在公用類中包含了功能邏輯類和數(shù)據(jù)訪問類，對(duì)應(yīng)著功能邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層。3.需求分析該實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具備以下的功能：（1）對(duì)不同用戶人員進(jìn)行權(quán)限設(shè)置

6、以及賬戶管理。（2）管理人員能夠?qū)?shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用、維修及報(bào)廢等進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。（3）在校園內(nèi)任何一臺(tái)聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上，全校師生可以瀏覽全校各實(shí)驗(yàn)室的狀況，進(jìn)行相關(guān)信息的查詢以及個(gè)人信息的處理、實(shí)驗(yàn)預(yù)約等。（4）具有相關(guān)的安全保障，以避免相應(yīng)信息資料的丟失或破壞。（5）具備較強(qiáng)的統(tǒng)計(jì)及報(bào)表輸出功能。（6）能夠建立起有效的師生交流渠道。（7）學(xué)生能在網(wǎng)上提交作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師可以在網(wǎng)上評(píng)閱，也可以錄入成績(jī)。（8）根據(jù)現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行情況進(jìn)行相應(yīng)評(píng)估。4.系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)以上需求分析，將基于web的開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)劃分成四個(gè)子模塊：系統(tǒng)管理、設(shè)備管理、實(shí)驗(yàn)管理和查詢

7、與統(tǒng)計(jì)管理模塊。如圖所示是高校開放式實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)。 （1）系統(tǒng)管理模塊：由權(quán)限管理、口令管理、數(shù)據(jù)備份、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、用戶信息管理等功能模塊組成。其中權(quán)限管理完成權(quán)限角色的引入，通過對(duì)模塊的拒絕、添加、瀏覽、修改、刪除等級(jí)別的權(quán)限控制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的權(quán)限管理；口令管理模塊用于修改用戶口令；數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，該模塊能夠提高系統(tǒng)的可靠性；數(shù)據(jù)導(dǎo)出模塊可將本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)出為其他格式文件，例如由sql server到excel或access的轉(zhuǎn)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(tái)用戶管理（包括教師、學(xué)生和系部專業(yè)信息的添加、

8、刪除、修改）、教師任課表，后臺(tái)用戶管理（包括管理員的添加、刪除、修改）。（2）設(shè)備管理模塊：由設(shè)備賬目管理（包括添加、刪除、修改）、設(shè)備管理（包括添加、刪除、修改以及庫(kù)存低時(shí)自動(dòng)報(bào)警）、設(shè)備借用管理（包括添加、刪除、修改以及是否歸還）、設(shè)備損耗管理（包括添加、刪除、修改）、設(shè)備維護(hù)管理（包括添加、刪除、修改以及是否維護(hù)）、實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)管理等功能模塊組成，主要負(fù)責(zé)維護(hù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的基本情況，使用、維護(hù)、借調(diào)以及資產(chǎn)管理等方面的信息。（3）實(shí)驗(yàn)管理模塊：由實(shí)驗(yàn)信息管理（包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃管理等）、實(shí)驗(yàn)任務(wù)管理、實(shí)驗(yàn)預(yù)約管理、實(shí)驗(yàn)信息發(fā)布管理、預(yù)約實(shí)驗(yàn)成績(jī)管理和實(shí)驗(yàn)設(shè)備配套管理等功能模塊組成。（

9、4）查詢與統(tǒng)計(jì)：包括學(xué)生成績(jī)查詢、學(xué)生實(shí)驗(yàn)任務(wù)查詢、教師實(shí)驗(yàn)任務(wù)查詢、設(shè)備查詢與統(tǒng)計(jì)（包括設(shè)備的總數(shù)和損壞設(shè)備的總數(shù)以及它們的比例）、實(shí)驗(yàn)開出率統(tǒng)計(jì)（實(shí)驗(yàn)完成數(shù)和實(shí)驗(yàn)開出數(shù)以及它們的比例）、教師工作量統(tǒng)計(jì)（每個(gè)教師發(fā)布實(shí)驗(yàn)的總數(shù)以及它們的比例）。5.系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)訪問與查詢的核心，針對(duì)internet網(wǎng)絡(luò)上成千上萬的用戶訪問，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)在完成系統(tǒng)功能的前提下，力求邏輯關(guān)系簡(jiǎn)單。根據(jù)系統(tǒng)不同功能模塊的設(shè)計(jì)，需要建立不同的表來存儲(chǔ)信息，經(jīng)過優(yōu)化后建立以下主要相關(guān)數(shù)據(jù)表：權(quán)限表admin（用戶名用戶權(quán)限）、操作員管理表operator（用戶名、密碼）、實(shí)驗(yàn)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(hù)記錄表（qcweihu）、器材損耗記錄表（qcsunhao）、學(xué)生信息表（student）、教師信息表（teacher）、教師任課表（teacherrk）、學(xué)部分類表（xbfl）、實(shí)驗(yàn)計(jì)劃表（plan）、實(shí)驗(yàn)成績(jī)表（grade）、實(shí)驗(yàn)預(yù)約表（precontract）、實(shí)驗(yàn)記錄表（record）等。三、關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)1.用戶身份驗(yàn)證用戶登錄系統(tǒng)是系統(tǒng)管理員首要設(shè)計(jì)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(xué)生、管理員和超級(jí)管理員），不同的用戶擁有的操作權(quán)限不同。在

11、用戶登錄系統(tǒng)主頁(yè)時(shí)，只有admin用戶才有權(quán)限進(jìn)入，所以在進(jìn)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(jìn)入后臺(tái)，否則轉(zhuǎn)到login.asp，要求用戶重新核對(duì)用戶名和登錄密碼或驗(yàn)證碼。用戶登錄成功之后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)按照它所擁有的權(quán)限，加載對(duì)應(yīng)的功能模塊。在用戶身份驗(yàn)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(jù)庫(kù)中的用戶表中所存放的用戶名和口令進(jìn)行對(duì)比。如果是合法用戶，則查詢數(shù)據(jù)庫(kù)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(quán)限的所有模塊標(biāo)識(shí)存入一個(gè)

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(yè)面中用來判定用戶。系統(tǒng)進(jìn)入主頁(yè)面時(shí)會(huì)根據(jù)數(shù)組中的值，將具有訪問權(quán)限的模塊顯示到頁(yè)面上，并提供相應(yīng)鏈接，而沒有訪問權(quán)限的模塊則不會(huì)顯示出來。2.實(shí)驗(yàn)預(yù)約實(shí)驗(yàn)預(yù)約管理涉及多個(gè)數(shù)據(jù)表的操作，其中包括學(xué)生信息表，實(shí)驗(yàn)計(jì)劃表，實(shí)驗(yàn)記錄表，實(shí)驗(yàn)預(yù)約表，即從相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中分別提取其中的信息判斷該學(xué)生信息的真實(shí)性、申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)預(yù)約項(xiàng)目是否在實(shí)驗(yàn)計(jì)劃當(dāng)中、是否在指定的時(shí)間段可行等。當(dāng)管理人員對(duì)申請(qǐng)單進(jìn)行審查通過之后，表明預(yù)約實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)成功，申請(qǐng)結(jié)果將被記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中。3.實(shí)驗(yàn)信息管理實(shí)驗(yàn)信息管理包括對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置、對(duì)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的管理。超級(jí)用戶可以向數(shù)據(jù)庫(kù)中添

13、加、修改、刪除各種類型的數(shù)據(jù)信息。（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)置：主要負(fù)責(zé)各學(xué)院要開設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)置，包括開設(shè)實(shí)驗(yàn)的學(xué)院、類別、實(shí)驗(yàn)名稱、班級(jí)、日期、節(jié)次、完成狀態(tài)。（2）實(shí)驗(yàn)計(jì)劃管理：主要負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)計(jì)劃的實(shí)施和完成與否的狀態(tài)統(tǒng)計(jì)，具體包括以下基本子模塊：實(shí)驗(yàn)課程安排：負(fù)責(zé)管理每個(gè)學(xué)期實(shí)驗(yàn)室對(duì)外正常開放的安排。實(shí)踐項(xiàng)目（包括大作業(yè)、實(shí)訓(xùn)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等）安排：負(fù)責(zé)整理全校教學(xué)計(jì)劃中需要開設(shè)的實(shí)踐項(xiàng)目集合。實(shí)驗(yàn)計(jì)劃查詢：基于校園網(wǎng)b/s模式下的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃查詢。耗品使用計(jì)劃管理：對(duì)實(shí)驗(yàn)所需耗品進(jìn)行計(jì)劃管理。實(shí)驗(yàn)計(jì)劃管理的主要對(duì)象是由實(shí)驗(yàn)課程安排和實(shí)踐項(xiàng)目安排兩個(gè)子模塊生成的實(shí)驗(yàn)任務(wù)計(jì)劃。開課設(shè)備、耗材配套方案和大綱

14、計(jì)劃約束著各個(gè)子模塊。實(shí)驗(yàn)計(jì)劃和實(shí)驗(yàn)室開課任務(wù)是子系統(tǒng)的主要輸入。實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間安排，規(guī)定輸出到排課子系統(tǒng)中。4.查詢與統(tǒng)計(jì)查詢與統(tǒng)計(jì)功能在系統(tǒng)應(yīng)用中是最具價(jià)值，也是使用最為頻繁的功能之一。該模塊設(shè)計(jì)主要包括以下子模塊：（1）設(shè)備查詢：本模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶指定設(shè)備狀態(tài)（含運(yùn)行狀況，資產(chǎn)狀態(tài)等信息）的檢索。（2）設(shè)備清單查詢：本模塊實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室對(duì)現(xiàn)有資產(chǎn)的管理，用戶只需要指出要統(tǒng)計(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，系統(tǒng)即可提取出指定實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備清單。（3）設(shè)備故障統(tǒng)計(jì)分析：本模塊實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)指定類型設(shè)備的損耗狀況的檢索。（4）設(shè)備分組情況查詢：本模塊實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)指定實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備分組狀況的查詢。設(shè)備分組明細(xì)表包括組別、設(shè)備

15、名稱和設(shè)備編號(hào)等信息。（5）常規(guī)設(shè)備配套信息查詢：本模塊實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)指定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目所使用的主要儀器設(shè)備情況的查詢。（6）實(shí)驗(yàn)開出率統(tǒng)計(jì)：該模塊實(shí)現(xiàn)用戶在開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程之后對(duì)開出能力的統(tǒng)計(jì)分析，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室自由設(shè)備資源及其狀態(tài)統(tǒng)計(jì)得知實(shí)驗(yàn)的開出率，從而得出整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的開課能力。（7）實(shí)驗(yàn)計(jì)劃查詢：本模塊實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)各實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)的查詢。（8）學(xué)生成績(jī)查詢：本模塊實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的查詢。（9）教師工作量統(tǒng)計(jì)：本模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理者對(duì)教師工作量的統(tǒng)計(jì)查詢。在針對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)表的信息查詢時(shí)，可以在條件生成界面上設(shè)置幾個(gè)用來選擇數(shù)據(jù)表、字段、關(guān)系運(yùn)算符及字段值的文本框，當(dāng)指定數(shù)據(jù)表中的字段名和運(yùn)算符選

16、擇完后，輸入字段值。再對(duì)字段范圍和多表范圍限制選擇，然后生成sql語(yǔ)句，獲取查詢結(jié)果。從選擇查詢類別、動(dòng)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(shè)計(jì)的獨(dú)特性和創(chuàng)新性。四、結(jié)束語(yǔ)自從2007年9月以來，基于web的開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)一直在江西財(cái)經(jīng)大學(xué)信息學(xué)院的各個(gè)專業(yè)課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理中應(yīng)用，并取得了較好的教學(xué)效果。當(dāng)然，這只是應(yīng)用的一個(gè)開端，隨著教育工作者在實(shí)驗(yàn)教學(xué)的應(yīng)用方式及模式上經(jīng)驗(yàn)的積累，更多的教學(xué)成果將被引入到該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，該系統(tǒng)也將進(jìn)一步推廣到學(xué)校的其他各學(xué)科的實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)用中。參考文獻(xiàn)：1 王慶育等.軟件工程（第1版） m. 北京：清華大學(xué)出版社，2004.2 andrew filev，tonyloton. vs