（教育技术学专业论文）开放式实验教学管理系统设计与开发.pdf

t h e d e s i g na n dd e v e l o p m e n t o ft h e o p e n e x p e r i m e n t a lt e a c h i n gm a n a g e m e n t s y s t e m at h e s i s s u b m i t t e di np a r t a i lf u l f i l l m e n to f t h er e q u i r e m e n t f o rt h em s d e g r e ei ne d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y b y s h e nz h e n p o s t g r a d u a t ep r o g r a m d e p a r t m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y c e n t r a lc h i n an o r m a lu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r ：y a n gj i u m i n a c a d e m i ct i t l e ：p r o f e s s o r j s i g n a t u r e显 a p p r o v e d m a y ，2 0 1 1 ：o 硕士学位论交 m a s t e r st h e s l s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作 所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名： 邙振 日期：2 。r # - 了月2 莎日 学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解华中师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研 究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华中师范大学。学校有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅和借阅； 学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 非保密论文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 作者签名： 审歌 日期：细j 1 年s 月2 x 日 导师签名： 私纸 日期：乃，f 年r 月三厂日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程，同意将本人的 学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库 中全文发布，并可按“章程”中的 规定享受相关权益o 回意途塞握童后澄卮! 旦坐生；旦二生；旦三生筮查! 作者签名： 审振 日期：刀j 1 年j 月多汨 导师签名：茅乙仇 日期：力，1 年y 月群日 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 摘要 培养高素质的人才，既是国家发展战略的重要组成部分，也是高等教育的重 要使命。培养更多的具有实践能力、创新能力的人才是社会对高校提出的急迫要 求。实验教学在人才实践和创新能力培养中更是发挥了重要作用，在实验教学改 革中，必须坚持开放式的教学理念，突出学生的个性化学习，提升学生的探索和 创新能力。为了适应实验教学改革的需要，最大限度的利用和调配实验资源，建 立一个基于网络的开放式的实验教学管理系统是十分必要的。 本文在对国内外实验教学管理的现状分析的基础上，结合实验教学改革的需 要，设计和开发一个既灵活又高效的实验教学管理系统，其核心是建立一个突出 学生主体地位的实验预约系统子系统。 本文第一部分，综述了研究背景、国内外研究现状分析，还介绍了本系统的 研究目标、内容和方法。最后是本文主要完成的工作。 第二部分介绍实验教学管理系统需求分析。对开放式实验教学管理系统和系 统的目标进行了论述。按照功能性需求和非功能性需求两个方面对系统的需求分 析进行阐述。 第三部分阐述了实验教学管理系统架构设计。主要从实验教学管理系统软件 架构、实验教学管理系统技术架构、数据库设计和硬件架构设计四个方便阐述整 个系统的架构设计。 第四部分描述了实验教学管理系统功能设计。描述了实验教学管理系统功能 模块。主要对实验教学管理系统的实验预约功能的设计进行了详细论述。 第五部分介绍实验预约子系统实现。详细介绍课程实验、开放实验和创新实 验的实现。最后对实验预约子系统总体进行小结。 第六部分是总结与展望。对开放式实验教学管理系统的设计与开发进行总 结。同时对后期的修改进行展望。 关键词：实验教学，开放式教学，实验预约，以生为本 硕士学位论文 n l a s t e r st h e s i s a b s t r a c t c u l t i v a t et h eh i g h - q u a l i t yt a l e n t s ，t h en a t i o n a ld e v e l o p m e n ts t r a t e g yi sa l l i m p o r t a n tp a r to fh i g h e re d u c a t i o n , b u ta l s oa l li m p o r t a n tm i s s i o n s o c i e t yt ot a l e n t e d p e r s o n sd e m a n dt od r a m a t i c a l l yi n c r e a s ea tt h es a m et i m e ，t h eq u a l i t yo ft a l e n t s r e q u i r e m e n ti sc o n s t a n t l yi m p r o v e ，c u l t i v a t em o r ep r a c t i c a la b i l i t ya n di n n o v a t i v e a b i l i t yo fh u m a n i t i e ss o c i a ls c i e n c e st a l e n ti st h eu r g e n tc o l l e g ep u t sf o r w a r ds o c i a l d e m a n d s t h ee x p e r i m e n t a lt e a c h i n gi sv e r yi m p o r t a n tf o rc u l t i v a t i n go fs t u d e n t s a b i l i t y s ot h ee x p e r i m e n tt e a c h i n go ft h er e q u e s ta l s om o r ea n dm o r eh i g h , t h e e x p e r i m e n t a lt e a c h i n gr e f o r mi si m p e r a t i v e i ne x p e r i m e n tt e a c h i n gr e f o r m , w em u s t i n s i s to no p e nt e a c h i n gi d e a , h i g h l i g h tt h es t u d e n t s i n d i v i d u a ll e a r n i n g , i m p r o v e s t u d e n t s e x p l o r a t i o na n di n n o v a t i o na b i l i t y i n o r d e rt o a d a p tt ot h en e e d o f e x p e r i m e n t a lt e a c h i n gr e f o r m , m a x i i n u l nu t i l i z a t i o na n da l l o c a t ee x p e r i m e n tr e s o u r c e s ， a n dr e d u c et h et i m ea p p o i n t m e n tp r o c e s sl a b o r a t o r y t h e s ep a p e r si s m a i n l ya c c o r d i n gt ot h ed o m e s t i ca n df o r e i g ne x p e r i m e n t t e a c h i n gm a n a g e m e n tb a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ep r e s e n ts i t u a t i o n , c o m b i n i n gt h e n e e do fe x p e r i m e n t a lt e a c h i n gr e f o r m , d e s i g na n dd e v e l o paf l e x i b l ea n de f f e c t i v e e x p e r i m e n t a l t e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e m t h ek e y i st oe s t a b l i s ha s t u d e n t - o r i e n t a t i o na se x p e r i m e n t a lb o o k i n gs y s t e ms u b s y s t e m t h ef i r s tp a r to ft h i sp a p e r , f i r s t l ys u m m a r i z e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n d , r e s e a r c h s i t u a t i o na n a l y s i s s e c o n d l yi st h es y s t e mo ft h er e s e a r c ho b j e c t i v e ，c o n t e n ta n d m e t h o d t h es e c o n ds e c t i o nd e s c r i b e st h ee x p e r i m e n tt e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e m r e q u i r e m e n ta n a l y s i s f i r s t l ye x p e r i m e n t a lt e a c h i n gb a s i cd i s c u s s i o no fm a n a g e m e n t s y s t e m s e c o n d l yi n t r o d u c e st h es y s t e mg o a l s f i n a l l y , i na c c o r d a n c ew i t ht h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sa n dn e e d so fb o t hn o n - f u n e d o n a lr e q u i r e m e n t sa n a l y s i sf o rt h e s y s t e md e s c r i b e d t h et h i r dp a r tp u t sf o r w a r de x p e r i m e n tt e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e ma r c h i t e c t u r e d e s i g n m a i n l y f r o mt h e e x p e r i m e n tt e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e m s o f t w a r e a r c h i t e c t u r e ，e x p e r i m e n tt e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e mt e c h n i c a la r c h i t e c t u r e ，d a t a b a s e d e s i g na n dh a r d w a r ea r c h i t e c t u r ed e s i g nf o u rc o n v e n i e n to ft h ew h o l es y s t e m a r c h i t e c t u r ed e s i g np a p e r t h ef o u r t hp a r td e s c r i b e st h ee x p e r i m e n tt e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e mf u n c t i o n d e s i g n f i r s t l yi n t r o d u c e se x p e r i m e n t a lt e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e mf u n c t i o nm o d u l e t h e nd e t a i l e dd i s c u s s i o no ne x p e r i m e n t a lt e a c h i n gm a n a g e m e n ts y s t e ma n dt h ed e s i g n o f t h ee x p e r i m e n tb o o k i n gf u n c t i o m 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s t h ef i f t h p a r t i n t r o d u c t i o ne x p e r i m e n tb o o k i n g s u b s y s t e mr e a l i z e d d e t a i l e d i n t r o d u c t i o n e x p e r i m e n tc o u r s e s , o p e ne x p e r i m e n ta n di n n o v a t i v ee x p e r i m e n t r e a l i z a t i o n i nt h ee n dg e n e r a ls u m m a r i e s e x p e r i m e n t a lb o o k i n gs u b s y s t e m t h es i x t hs u m m a r i z ea n dp r o s p e c t sp r o p o s e d f i r s to p e n i n ge x p e r i m e n tt e a c h i n g m a n a g e m e n ts y s t e mf o r t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to fl a t es u m m a r yo nt h e a m e n d m e n tw a sd i s c u s s e d 1 1 1 em o d i f i c a t i o no fl a t el a s tw a sd i s c u s s e d k e yw o r d s ：e x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ，o p e nt e a c h i n g ，e x p e r i m e n tb o o k i n g ， s t u d e n t s - o r i e n t e d 摘要 a b s t r a c t 目录 第一章绪论 i 1 1 1 研究背景1 1 2 国内外现状分析2 1 2 1 国外研究现状2 1 2 2 国内研究现状”3 1 3 研究目标、内容和方法”4 1 3 1 研究目标4 1 3 2 研究内容5 1 3 3 研究方法”5 1 4 本文主要工作”6 1 4 1 技术路线6 1 4 2 具体工作6 第二章实验教学管理系统需求分析8 2 1 实验教学管理系统概述8 2 2 实验教学管理系统需求分析9 2 2 1 实验教学管理系统功能性需求分析9 2 2 2 实验教学管理系统非功能性需求分析15 2 2 3 性能需求分析1 5 2 2 4 其它非性能需求分析一1 6 2 3 实验教学管理系统目标一1 7 第三章实验教学管理系统架构设计 1 8 3 1 实验教学管理系统软件架构1 8 3 1 1 实验教学管理系统软件架构设计”1 8 3 1 2 实验教学管理系统软件架构分析1 9 3 2 实验教学管理系统技术架构一2 0 3 3 数据库设计”2 1 3 4 硬件架构设计”2 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 4 1 网络架构设计2 3 3 4 2 硬件配置设计2 3 第四章实验教学管理系统功能设计 4 1 实验教学管理系统功能模块介绍2 5 4 2 实验教学管理系统的实验预约功能设计一2 6 4 2 1 课程实验2 7 4 2 2 开放型实验3 0 4 2 3 创新型实验”3 1 第五章实验预约子系统实现3 5 5 1 课程预约实现3 5 5 1 1 教师课程实验预约一3 5 5 1 2 学生课程实验预约3 8 5 2 开放实验预约实现4 2 5 3 创新实验预约实现4 3 5 3 1 教师创新实验预约4 3 5 3 2 学生创新实验预约“4 6 5 4 实验预约子系统总体小结4 6 第六章总结展望4 7 6 1 总结4 7 6 2 展望4 7 参考文献 在校期间发表的论文、科研成果 致谢 4 8 5 0 5 1 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第一章绪论 1 1 研究背景 社会在不断进步和发展、对高校的要求也在不断加强。高等学校想要持续发 展、不断提高人才培养质量，必须把专业建设、学科建设作为工作中的重中之重 来对待。而实验实践环境建设、实验教学改革与创新，是学科专业建设的核心组 成部分。只有不断加强和改革实验教学，才能真正打通人才培养、科学研究、行 业与产业应用这几个环节，推动学科的交叉与融合，学科建设、专业建设的良好 愿景才能变为现实，学生才能真正受益，学校才能获得发展并得到社会认可，高 等教育服务社会的功能才能真正实现，才能充分发挥实验教学对学科专业建设的 支撑和推动作用，为学科专业建设打下坚实的基础。 实验教学应当脱离对理论教学的依附状态，改变传统实验教学偏重于单一技 能培养的不足，着眼于培养学生解决实际问题的能力、综合设计能力、创新意识 与能力，使实验教学成为培养应用型、创新型、复合型人才的有效途径。但是传 统的实验教学管理模式和工作效率已经无法适应当前实验教学的需要，无法实现 实验教学资源有效利用与共享开放，无法及时提供实验教学资源配置利用的反馈 信息。 特别是针对作者所在的华中师范大学成立的文科综合实验教学中心，中心有 社会与心理、文化与传播、教师教育、信息技术四个实验平台，下设2 9 个实验 室，拥有教学设备2 8 2 4 台( 件) ，面向社会学院、心理学院、文学院、历史文化 学院、城市与环境科学学院、教育学院、政法学院、美术学院、音乐学院、信息 技术系等1 0 个院系，面向全校师范专业本科生和社会学、社会工作、心理学、 应用心理学、汉语言文学、对外汉语、新闻学、广播电视新闻学、影视戏剧文学、 历史学、文化管理、文化遗产与文化产业、旅游管理、教育学、学前教育学、思 想政治教育、动画、艺术设计、音乐学、数字媒体技术、教育技术学、新闻传播 一信息技术交叉试验班等2 2 个本科专业。由于中心的实验课程和实验项目覆盖面 广，同时学生也不再仅仅只满足于所学专业的实验课程，而是希望根据自己的实 际需要，参与到更多样的实验项目中去，得到更多的实践机会。这样必然带来实 验课程安排，实验教室，实验机器和相关实验资源分配等一系列问题。 因此，为了解决当前所面临问题，顺应实验教学的改革。实验教学管理应当 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 进一步突出学生的主体地位，加快网络化改革。设计开发具有一种基于i n t e r n e t 的，具有开放式教学理念的实验教学管理系统。 开放式教学是实验教学发展的方向和目标，同时也是实验教学管理的改革的 目的。当然也是实验教学管理系统设计的理论基础。开放式实验教学有两个突出 特点。 ( 1 )时间和空间的开放，也就是教师和学生，可以按照相对自由的方式， 根据自身需要选择实验器材和进入实验室的时间。 ( 2 )实验项目、手段和方式的开放，即学生在符合相关的实验管理规定的 前提下，允许学生按照自身需求选择的实验项目和实验方法。实验教学的内容、 实验教学的方法、实验教学的方式上的开放，以及教学观念，教学意识上的开放， 才是开放式实验教学的最终目标和根本要求。 在实验教学管理系统的设计开发过程中应用开放式教学的理论，可以明确了 学习者的主体地位，并为学习者的探究式学习创造便利的学习环境。这样的实验 教学管理系统将有效的提高实验教学的质量。 1 2 国内外现状分析 1 ：2 1 国外研究现状 国外大多数实验教学管理都是基于网络的开放式实验教学管理方式。把学生 和教师从传统的“三中心( 即以教师为中心、课堂为中心、教本为中心) 中解 放出来【2 9 】。它们其具有以下三个基本特点： ( 1 ) 对学习者的开放性 美国的大学实验室，不仅仅只对相关专业的学生开放，而且凡是对该实验室 进行的实验项目有兴趣的非本专业学生都可以选择参与进来。只要成功参与完成 实验项目，都可以获得相应的学分。甚至学校所在社区的其他有兴趣的学习者也 都可以申请使用该大学的实验室。 美国南加州大学向文科学生开放了理科和工科实验选修课，例如“p h y s i c s f o ra p p l i c a t i o n 劳( 应用物理课) 【2 】。麻省理工学院的物理实验室可以接受其社 区的中学生通过网络提交的使用实验室的使用申请，该学院主动邀请其中一些中 学生参加部分研究性实验。亲身体验科学的探索过程，从而达到服务社会和充分 利用实验资源的目的。 ( 2 ) 实验教学内容、手段和方法的多样性 国外的实验教学更加强调创造性。让学习者在自主的探索过程中获得知识。 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 例如，哈佛大学的h o m el a b ( 自主实验室) 。给学生提供相关的教材或者书 籍目录，学生根据需要申请实验室和实验器材。学校设立有“h e l pl a b ( 实验 帮助中心) ，有专人通过网络，或者面对面的帮助学生解决实验中遇到的问题。 欧美、日本等发达国家十分重视在实验过程中的讨论，鼓励学生在实验过程中随 时发表自己的意见、分享遇到的问题和发现。所以计算机和网络在实验中被大量 使用，学生和指导教师利用网络随时随地的进行交互，使实验的空间和时间得到 最大延伸。同时实验中得到的数据和信息，完整的被计算机记录，有些实验报告 可以在直接计算机上完成，并提交给指导教师，或者在网络上分享。 ( 3 ) 突出实验教学的设计性、探究性和研究性 国外的一些实验课程，不再对实验结果和实验时间做出硬性规定。学生可 以根据自身的研究方向，兴趣爱好自由地安排实验项目。 例如，麻省理工学院和哥伦比亚大学的u p p e rd i v i s i o n 实验课程。哈佛大 学和斯坦福大学的p r o j e c t 实验课程1 2 1 。都是提供学生足够的实验资源，让学生 自主选择。因此学生可以选择自己的实验项目，制定实验方案，配置实验资源， 测算实验数据，分析实验结果。 1 2 2 国内研究现状 近年来我国高校对实验教学的重视程度越来越高，并且逐步加大了对实验教 学的投入，实验教学的硬件和软件条件都有了明显的提高。同时也更加注重网络 在实验教学中的应用。 例如，华中科技大学基础医学院的“实验预约系统 ，浙江大学的“开放性 实验室管理系统 眨6 】，广西工学院的基于w e b 的“开放物理实验预约管理系统 【2 7 】， 湖南文理学院的网上“开放实验教学管理系统 ，南京航天航空大学的基础力“学 校园网实验教学管理系统，西南交通大学的基于w e b 的“实验教学及管理系统 ， 长春大学理学院的“物理实验开放教学管理系统 网，华南师范大学的“网上预 约系统和考试安排系统 等嘲。这些实验管理系统都是利用网络环境作为支撑， 实现了网上“预约实验 ，“实验课程发布，“实验信息发布 等功能。 但是上述的实验系统也大都存在一些问题，设计与开发都有待完善。 首先，随着学生人数的增加，实验项目的多样性和复杂性增加，实验室和实 验器材的数量增多。传统的实验管理系统对实验项目开设，实验室使用情况，实 验器材利用率的查询操作就变得十分繁琐。甚至有些实验系统并没有开发这样的 功能。那么如果实验资源的使用信息，学生、教师和管理人员无法在第一时间获 得，将会导致一些实验课程无法按正常的进度开展，在一定程度上必定会影响教 3 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 学效果。因此传统的实验管理系统已经不能适应当前教学的需要，从而影响了学 习和工作效率。 其次，传统的实验教学管理系统都是以教师和课本为中心，教师根据课本要 求选择实验项目，实验地点和实验时间，学生只能被动接受。不能突出学习者的 主体地位，更无法激发学习者的创造性。此外，除了正常的实验课程之外，学生 也没有条件安排自己的课余实验时间，无法满足自身学习的兴趣和爱好，更谈不 上研究性、探索性学习了。 1 3 研究目标、内容和方法 1 3 1 研究目标 为了满足实验教学改革的要求和达到学生个性化学习的目的，我们需要用先 进的实验教学管理理念来提高和完善实验教学管理系统。同时将网络和计算机等 先进技术合理的应用于实验教学管理。我们力图在提高和完善的以后的实验教学 管理系统的基础上，结合我校的需要，建立一个网络化的开放式的实验教学管理 系统。建成的开放式的实验教学管理系统应该具有以下几个优势： ( 1 ) 先进的教学管理思想 该系统依据本校的教学特色和需求，融合国内外知名院校的实验教学管理经 验。同时本系统运用了开放式实验教学管理模式，开放层次由二维( 时间和空间 的开放) 向多维( 实验项目、手段、方式和观念意识的开放) 发展。突出了学习 者在实验过程中的主体地位。 ( 2 ) 实验教学管理的网络化和信息化 实验教学管理中存在大量而繁琐的信息，如教师信息、学生信息、实验室信 息、实验设备信息、实验报告信息等等。这些信息通过网络采集和存储。不仅可 以节约成本，增强信息安全性。而且更增强信息的交流的便捷和共享的可操作性。 ( 3 ) 提高管理效率 利用计算机技术和网络技术，有效减轻了实验管理工作人员的工作量。实验 管理人员从重复、机械和繁琐的手工劳动中抽离出来。转为通过更为高效和稳定 的计算机技术，和方便快捷的网络技术，这样不仅提高实验教学管理的工作效率， 而且使得实验教学管理更加科学和规范化【l 】。 ( 4 ) 创造互动平台，提高教学质量 随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，高速的计算机网络可以为学生之 间、师生之间的沟通交流搭建了一座便利的桥梁，相互间进行交流的实验信息的 4 硕士学位论文 l 沮a s t e r st h e s i s 数量和种类显著增加。网络技术、多媒体技术等现代教育技术的充分利用，方便 学生自学和复习，给予学生更多的机会提出问题，并及时得到解答。这样就为学 生与老师之间创造了一个互动的平台，从而提高了实验教学质量。 1 3 2 研究内容 根据实验教学改革的发展和学生个性化学习的需要，我们研究，设计并开发 一个开放式实验教学管理系统。该系统主要从学生对实验资源的预约使用为研究 的主体对象，并按照这个主体进行设计和开发，同时帮助辅助教师和管理员获得 相关实验信息。 我们从以下几个方面展开研究： ( 1 ) 分析现阶段实验教学管理中所存在的问题； ( 2 ) 如何通过实验教学管理系统的功能设计，突出学生的主体地位； ( 3 ) 如何通过实验教学管理系统的功能设计，减少手工操作。其中关键是 设计合理的实验预约功能； ( 4 ) 实验教学管理系统的三大功能的具体实现。 1 3 3 研究方法 实验教学管理系统不是一个简单的线性开发过程，而是一个不断循环的调查 研究，设计开发和实施的过程。它需要坚实的理论基础和科学的开发方法作指导。 因此，我们在整个设计开发过程中，采用理论和实践相结合的研究方式，具体研 究方法如下： 调查法：其中包括问卷调查、访谈法、会议记录、观察法 ( 1 ) 开发前期：深入了解实验教学管现状，发现其中问题。与学生、教师 和实验管理人员以访谈的方式进行沟通交流，了解他们对实验教学管理的看法， 意见和建议。 ( 2 ) 开发后期：同样与已经使用过该管理系统的学生们、教师们和实验管 理工作人员以访谈的方式得到一个反馈，及时了解他们对实验教学管理系统的使 用情况。 文献研究法：通过大量阅读和浏览相关管理系统，来了解实验教学理论和实 验教学管理内涵，国内国研究现状，系统框架，基本功能，设计方法等等，为实 际开发提供一个坚实的理论支柱。 系统开发方法：在设计过程中采用m v c 设计模式。将程序输入、处理和输出 分开。建立模型层、视图层和控制层，他们分别担任不同任务。 5 硕士学位论文 h t a s t e r st h e s i s 1 4 本文主要工作 1 4 1 技术路线 整个开发过程是一个循序渐进，循环反复的过程。系统的开发关键在于系统 的需求分析，其次是相应的技术实现，然后通过测试应用，找出系统存在的不足 和缺陷，再对系统的相应功能做出修改或者重新开发。 图卜1 实验教学管理系统技术路线 1 4 2 具体工作 本系统是基于j 2 e e 编程语言设计开发的，目的是为华中师范大学文科综合 实验中心服务的实验教学管理系统。从前期准备到开发完成，我们主要完成以下 几个方面的工作。 ( 1 ) 完成整个系统的需求分析，设计。参与开发实现、测试和后期调试、 修改工作。 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s ( 2 ) 首先尽可能地对国内外高等院校实验教学管理系统现状进行了调查研 究和分析，掌握现有的管理系统存在的优点和弊端。然后针对我校文科综合实验 中心的任务需要，对我校学生、教师和实验管理人员进行访谈，了解他们对实验 教学管理的看法和意见。通过详细的用户需求调研和分析，做出真实准确的调研 分析报告。采用符合软件工程原理的方法做出功能性和非功能性需求规格说明 书。 ( 3 ) 运用e c li p s e 、d r e a m w e a v e r 等编程工具，遵循j 2 e e 编程语言规范进 行系统架构设计。 ( 4 ) 完成系统的功能模块设计，参与相应算法和数据库字典的设计。 ( 5 ) 协调整个开发团队的工作，分析所遇到的技术难点问题，并做出有效 的解决方案。 总之，作为开发团队成员之一，我参与了整个系统的前期准备，需求分析， 算法设计，数据库设计，程序开发，编码测试以及后期调整各项阶段的工作，并 协助分析、解决在开发过程中所遇到的疑难问题。一 7 硕士学位论文 l 江a s t e r st h e s i s 第二章实验教学管理系统需求分析 2 1 实验教学管理系统概述 学生和教师们的创新意识不断在增强，因此对实验教学的要求也越来越高。 他们的需求不再仅仅停留在完成教学大纲安排的课程实验。特别是学生更希望获 得自主创新的机会。如果想要实现这种有创新理念实验教学方式，那么实验资源 的利用率和管理人员的工作量必然会提高。传统的实验教学方式的矛盾已经有所 突显，纯人工的记录式的管理方式已经完全不能满足当前教学的需要。所以，建 立一个基于网络的，能够随时随地使用实验教学管理系统就必不可少了。 我们设计开发的实验教学管理系统相比其它的相关管理系统应当具有两个 方面的特点： ( 1 ) 以学生为主体的实验预约功能 学生为主体的实验预约功能，实验课的时间可在允许的时间内自由选择。同 时增设了开放实验和创新型实验，学生可以根据需要选择实验室和实验时间。 ( 2 ) 实验室资源利用率提高，节约了资源和开支 使用本系统，对实验室的预约周期明显缩短，本来需要数小时、数次的预约 在几分钟内就可以实现，不仅提高了工作效率，还极大地增加了实验室的利用率。 为了完成上述的两个特色，新的实验教学管理系统被设计分为了三大主要功 能，分别为实验课程预约管理、实验指导和实验信息统计三大功能。三大功能之 间存在密不可分的关系。 。 实验课程预约管理：系统根据理论课程安排、教师请求、实验室当前的使用 状况，自动安排出整个学校的文科实验课程的上课地点，即实验教室和上课时间， 同时保存到数据库中，并且能够根据数据库中的数据生成实验课课表表。学生可 以通过生成课表了解实验安排、实验要求，实验教室使用情况，选择实验课程。 同时实验室在满足教学大纲内的实验基础上，根据学生和教师的需要，进行更多、 更灵活的开放。学生和教师可以根据自身需要，申请相应的实验资源，完成自己 的创新型实验。并通过网络提交实验报告，教师也可以在网上给学生评定实验课 成绩。 实验指导：管理员、教师和学生通过交互，了解实验情况，就实验中遇到的 疑问进行答疑和讨论。同时可以发布相关的实验通知。 实验信息统计：系统根据教师和管理员的需求统计实验课程、实验教室和实 s 硕士学位论文 h d a s t e r st h e s i s 验设备的相关数据。形成数据库并且能够打印数据。为实验教学资源建设和实验 教学管理提供了科学的数据【l 】。 2 2 实验教学管理系统需求分析 2 2 1 实验教学管理系统功能性需求分析 系统开发最重要的环节是需求分析。需求分析指导着整个开发过程。需求分 析是否成功，直接关系到系统开发的成败。无论编程语言再严谨，程序代码再完 善，但是需求分析错误，系统仍然无法投入正常运行。 本实验教学管理系统是针对华中师范大学的文科综合实验教学中心，中心按 “课程实验 、。开放实验 和膏创新型实验 三个层次组织实验项目，按照课程 实验、开放实验和创新型实验三个层次来开展实验教学。 课程实验侧重于基本技能培养，以单项实验和系列实验为主，来源于各专业 的实验教学课程。此类实验项目来源于实验教学大纲。 开放实验侧重综合能力培养，以项目实验和项目实践为主，来源于实验教学 课程、开放实验项目、社会实践项目或科研课题。研究创新型实验项目侧重创新 能力培养，来源于各类系列大赛、科研项目的产品开发与设计、各级创新型科学 项目等等。 创新型实验以立项的方式来建设，并有严格的申请、审批、验收过程。学校 和中心鼓励教师、学生主动参与此类项目的建设。如图2 - 1 所示： 9 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 基本型实验il 综合型设计实验项目 结题鉴定 研究创新型实验项目 图2 - 1 实验项目建设管理流程 对上述三层次的实验项目采用不同层次的运行开放机制。其具体的开放办法 如下。课程实验主要实行“教师预约开放方式，有预约教师指导，当学生需自 己增加此类实验时，实行“学生预约 方式，根据学生预约安排指导教师；开放 实验实行“双向预约 方式，即实行教师和学生双向预约，由此确定实验安排及 相关实验资源和实验指导教师；创新型实验则实行“学生预约开放力方式，实验 指导教师将根据学生预约需要由中心统一安排。 因此本实验教学管理系统作将为实验信息资源存储和传播的主要场所。以此 满足文科综合实验教学中心教学管理工作的信息化、数字化和规范化。从而提高 实验信息的统计、汇总的准确性和高效性，加快实验信息的传播速度。 为了达到上述实验教学目标，提高实验教学效果，提高学生的社会适应能力， 实验教学管理系统必须建立一套开放的实验项目建设管理机制。同时作为一个桥 l o 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 梁和平台，将学生、教师、实验管理人员和实验资源通过网络联系起来。 本系统按照使用者的使用权限本分为三个主要模块“学生模块、教师模块、 实验管理人员模块和系统管理员模块 和一个“系统管理员模块 。如图2 2 所 示： p 图2 - 2 实验教学管理系统模块 1 学生模块 在学生模块设计中突出学生的主体地位，充分满足学生的自我表现欲，鼓励 和培养学生的探索精神。并着眼于培养学生解决实际问题的能力、综合设计能力、 创新意识与能力，使实验教学成为培养应用型、创新型、复合型人才的有效途径。 因此在学生模块功能设计中，本系统有别于其他传统的实验教学管理系统的 突出特点是赋予了学生更多的权利。学生可以根据自身特点和需求预约实验课 程、实验项目和实验室。 在学生模块中，分为查看实验、查看课表、查看实验室、预约实验、研究创 新型实验、提交实验报告、查看实验报告和在线交流八大功能。如图所示： 学生模块p 杏 查查预提 喜 在 班 究 蠢 创 看 蓁 看 契 交 馨 t i 踅 实实实 警 验验验 t it i 室 撂 室 t 育 歪 乞 t i 图2 - 3 学生模块功能 i l 硕士学位论丈 m a s t e r st h e s i s 查看实验：查看现有实验课程和实验项目，支持搜索和查询功能。 查看课表：学生查看自己所需要上的实验课程和理论课程。 查看实验室：查看实验室的功能和实验情况。实现按实验室名称或编号查询 实验室。 预约实验：在预约实验中又分为“课程实验预约 和“开放实验预约 。 课程实验预约，学生根据教师发布的实验课程时间，结合自身的实际情况选 择合适的实验课程，提交给管理员，等待审核。 开放实验预约，学生选择合适的实验时间和实验教室，提交申请给管理员， 等待管理员审批。 创新性实验：在创新性实验中又分为“申请加入项目刀、“申报新项目 和“实 验室预约。 申请加入项目，学生通过查询教师发布的创新型实验项目，结合自身情况申 请加入项目，提交给教师，等待教师审核。 申报新项目，学生申报创新性实验项目，提交给管理员，等待管理员审批。 实验室预约，学生根据项目需要，选择合适的实验室，结合实验室利用情况， 选择合适的实验时间，提交申请给管理员，等待管理员审核。 提交实验报告：实现学生在线完成实验报告，并可以提交给教师。同时支持 学生上传文本、图片、动画和视频，供教师下载批阅。 查看实验报告：查看教师对实验报告和实验作品的批改意见。 在线交流：通过系统的在线留言功能，使教师和学生，学生和学生之间可以 进行交互。同时接受教师和管理员的反馈信息。 2 教师模块 在教师模块设计中突出教师的主导地位，教师是学生的合作者、引导者和 促进者。，教师的职责在于帮助学生制定适当的学习目标，并确认和协调达到目标 的最佳途径：主导学生掌握学习策略和发展多元认知能力；激发学生的学习动机， 培养学习的兴趣，充分调动学生的积极性。协助学生分析、解决在实验过程中遇 到的问题。 在教师模块中，分为查看实验、添加实验、查看实验室、查看课表、预约实 验、添加资源、批阅实验报告、研究创新性实验和在线交流九大功能。如图所示： 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 教师模块p 在 杳 需 杳杏 预 霉 批 究线 囊 创 衮 藿 褫 乞 蓁 实 重 看约 t i 亩 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