柔性实验教学平台的建设探讨.doc

柔性实验教学平台的建设探讨戚桂杰 崔鲁光 杨海军摘要：实验教学平台建设发挥着越来越重要的作用，该文对实验教学平台进行了需求分析、系统设计、数据库设计和模块的实现，构建了一个柔性实验教学平台，使全体教师和学生共同参与实验项目的设计和建设，实现了教师动态组合实验大纲、学生动态制定实验培养方案。关键词：实验教学平台 柔性 动态组合1引言目前通识教育和自主学习已成为高校教学的热点，实验教学在其中发挥着越来越重要的作用。为了拓展实验空间，提高实验资源的共享度，山东大学管理学科示范中心根据需要开发出了基于B/S结构的实验教学平台，并成功应用于管理学科的实验教学，取得了良好的效果。根据使用过程中教师和学生的反馈，结合管理学科实验教学的特点，我们发现实验教学平台还有许多地方有待改进。为了提高学生的自主学习精神，鼓励学生和教师积极参与到实验教学的建设中来，本文对柔性实验教学平台的建设进行了一定的研究与探讨。2系统需求分析实验教学平台要为学生提供一个自主、交互、协作的空间，也为实验教学提供了丰富的软硬件资源，实现实验教学方式的多元化，使得实验教学为高校教学做出更好的服务1。本实验教学平台突出“柔性化”设计，用户可以根据自己的需要形成有自己特色的学习或教学方案。2.1 功能需求本实验教学平台的核心功能主要包括以下几个模块：（1）创建培养方案库，研究所所长根据教学计划和学期特点，调整每学期所开始的课程。（2）创建实验项目库，教师根据自己课程的要求和自己的授课特点，选择合适的实验项目，生成实验大纲。（3）创建开放实验项目库，实现开放实验的实验预约制，使学生自主设计开放实验的实验项目和实验指导书，不断丰富实验项目库。（4）学生除了完成必修的实验课程外，还可以根据兴趣选择开放实验，形成有自己特色的实验培养方案。2.2 性能需求实验教学平台涉及到全院所有的教师和学生，并发用户较多，安全性要求很严格，对应用程序性能的要求比较高。具体要求如下：（1）系统在校园网上运行，对全院师生提供实验教学和学习的服务，在使用过程中会产生访问量和信息量较大的情况。为保证给用户提供方便有效的服务，整个系统采用.NET框架设计，提高系统的响应速度。由于平均在线师生比较多，所以要求应用程序对内存有足够的优化，不允许出现程序系统死机或响应迟缓。搜索时间最大不超过5妙，平均时间在13秒内。（2）数据库容量：正常教学和学习活动所需业务数据不低于80G。（3）系统用户容量：教师容量静态在250以上，动态在150以上。（4）运行时间要求：该实验教学平台的持续运行时间不低于7*24小时。（5）并发用户在500以上。（6）为了保证数据处理速度，提供了历史数据备份处理功能，这样可以减轻数据处理量，提高响应速度3 系统设计3.1 体系结构设计实验教学平台采用MVC架构，如图1所示：将系统的业务应用分为表现层、业务逻辑层和数据访问层，将业务应用按照Model、View、Controller的方式分离。这样使得系统具有易用、以维护、可扩展等优点2。表示层Internet业务逻辑层数据访问层图1： MVC架构根据MVC架构图可知，实验教学平台是由数据库服务器、Web服务器及用户终端浏览器组成，它们之间通过Internet等网络设备连接。用户通过浏览器向业务逻辑层提出信息请求，Web Server根据请求类型决定是否需要访问数据层，若需要，则对数据访问层发出请求；数据访问层将处理后的数据请求返回给Web Server，然后有Web Server将结果返回给浏览器。MVC架构可以将数据同终端用户分离开来，满足了系统对数据安全性的要求。而且将业务逻辑层单独提取出来，有利于系统的扩展和维护3。3.2 功能模块设计：为满足实验教学的需要，本实验教学平台包括了实验教学所需的各个模块，功能模块图如下：图2：平台功能模块图其中的实验体系模块和实验预约管理模块集中体现了“柔性化”的思想。下面将对这两个模块做进一步的描述。为了实现实验体系的柔性和动态组合，我们将GBOM的思想引入实验体系的构建中。如图3所示，系统将所有的实验项目按照知识点单独保存，实验项目和课程没有直接的关联。任课老师可以根据自己的授课特点和课程的知识点从实验项目库中选择合适的实验项目，形成自己的实验大纲。这样，即使同一门课在同一个学期中也可能会存在多个版本的实验大纲。研究所所长根据培养方案选择本学期的课程，最终形成本专业的课程体系和实验体系，所有专业的实验体系构成了整个的实验体系。由于，研究所所长可以根据培养方案灵活的选择课程，任课教师可以根据自己的授课特点动态的组合实验项目，所以最终形成的实验体系也是动态的，整个系统体现出了柔性化设计。实验体系专业一实验体系专业二实验体系课程一课程二课程三课程N实验项目实验项目实验项目实验项目实验项目实验项目实验项目实验项目实验项目实验项目图3： 实验体系GBOM图示上述过程的整个数据流图可以如图4所示：信息员在系统中录入学院所有的实验课程以及每门课的任课候选教师。任课教师可以添加实验项目，学生自己设计的实验项目经审核后也可以进入实验项目库。每学期初，研究所所长选择本学期本专业的课程以及上课教师。任课教师从实验项目表中选择合适实验项目组成自己的实验大纲，形成一个新版本的实验大纲，供本学期实验教学使用。最终，所有教师的实验大纲组合成本学期的实验体系。项目实验大纲研究所所长选择课程、选择任课教师课程库课程-教师教学计划实验项目库任课教师选择实验项目实验体系录入实验项目学生审核实验项目实验项目图4： 制定实验体系数据流图实验预约模块：实验室主要对开放实验进行实验预约。实验室将开放的实验资源和实验室的时间占用情况在系统前台网站发布，学生根据实验室提供的实验资源和自己的兴趣设计实验项目并在实验教学平台上预约实验时间。实验管理老师对学生提交的实验项目和实验指导书进行审核，如果审核通过，则将实验项目添加到实验项目库，供以后实验教学使用。如果学生预约时间和实验室的时间没有冲突，则预约成功，实验室根据实验需要安排实验老师进行指导。实验预约的时序图如图5所示。教师学生系统展现层预约系统数据层查询时间预约时间保存预约信息返回成功信息检测是否空闲查询预约状态查询返回结果查询学生预约情况查询返回结果图5： 实验预约时序图4数据库设计4.1 数据库设计原则：数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求（信息要求和处理要求）。在软件系统开发中，数据库设计应遵循必要的数据库范式理论，以减少冗余、保证数据的完整性与正确性4。只有在合适的数据库产品上设计出合理的数据库模型，才能降低整个系统的编程和维护难度，提高系统的实际运行效率。在本系统数据库设计中，遵循以下原则：（1） 遵守三个规范式的设计要求，以达到数据库表设计的合理化。（2） 在适当考虑编程的方便性同时，尽量使数据库结构更加规范并减少冗余。（3） 为了保证数据的一致性和完整性，要为数据库表设计相应的关键字、识别和缺省等信息。（4） 为使用户录入规范、方便，所有标准化的内容都写入数据库，方便程序提取数据在客户端以列表形式显示，以供用户选择， （5） 并发控制。设计中应进行并发控制，即对于同一个库表，在同一时间只有一个人有控制权，其他人只能进行查询。 （6） 必要的讨论。数据库设计完成后，数据小组应与相关人员进行讨论，通过讨论来熟悉数据库，从而对设计中存在的问题进行控制或从中获取数据库设计的必要信息。 （7） 头文件处理。每次数据修改后，数据小组要对相应的头文件进行修改（可由管理软件自动完成），并通知相关的开发人员，以便进行相应的程序修改。4.2 数据库的表结构根据以上原则对数据库进行了设计，下面列举几个关键表的表结构：表1：实验项目字段名称字段变量类型是否允许为空备注实验项目编号ExpProjectIdnumeric(18, 0)否主键实验项目名称ExpProjectNamenvarchar(50)否项目内容ExpContentNtext否实验学时ExpTimesFloat是实验属性ExpPropertynvarchar(50)是是否开放IsOpenBit是表2：实验大纲字段名称字段变量类型是否允许为空备注实验大纲编号ExpOutlineIdnumeric(18, 0)否主键实验大纲名称ExpOutlineNamenvarchar(50)否大纲内容ExpOutlineContentNtext否审核状态IsCheckedBit否表3：大纲-项目表字段名称字段变量类型是否允许为空备注实验大纲编号ExpOutlineIdnumeric(18, 0)否主键实验项目编号ExpProjectIdnumeric(18, 0)否教师编号TeacherIdNvarchar（20）否审核状态IsCheckedBit否4.3 存储过程设计存储过程是TransactSQL语句的集合，可以用于降低网络流量，存储过程代码直接存储于数据库中，所以不会产生大量TransactSQL语句的代码流量；而且它的可维护性高，更新存储过程通常比更改、测试以及重新部署程序集需要较少的时间和精力5。因此，使用存储过程不仅可以极大地降低应用程序的实现难度，而且还可以极大地提高系统的运行速度、效率。存储过程的设计一定要符合逻辑业务规则和要求，根据实际，对一些常规、频繁使用的查询、插人数据操作使用存储过程来完成。本实验教学平台采用了许多存储过程，但由于篇幅所限，仅列出一个学生添加实验报告的存储过程为例。CREATE PROCEDURE AddReportStuNum Varchar(50)OldReportID intNewReportlD int，ReportContent stringASdelete from Report where SmNum=StuNum and ReprtId=+ OldReportIDupdate Report set ReportNums= ReportNums一1 where ID= OldReportIDinsert into Report values(StuNum，NewReportID , ReportContent)update Report set ReportNums = ReportNums +1 where ID= NewReportID5模块实现本文以教师选择实验项目组合成自己的实验大纲为例，阐述该模块的实现。教师登录系统后，可看到本学期所带的实验课程，界面如图6所示：图6： 实验课程列表点击【实验项目设置】，可以打开该课程所有的实验项目列表页，选中实验项目后点击【更新】按钮，即可完成实验大纲的制定。界面如图7所示： 图7： 选择实验项目 制定实验大纲页面关键代码如下：try DB.ExecuteNonQuery(Delete from ExpOutlinevsProject where ExpOutLineId = + RequestExpOutLineId + ); for (int i = 0; i this.CheckBoxList1.Items.Count; i+) if (this.CheckBoxList1.Itemsi.Selected) DB.ExecuteNonQuery(Insert into ExpOutlinevsProject values ( + RequestExpOutLineId + , + this.CheckBoxList1.Itemsi.Value + ); JScript.Alert(更新成功); catch (Exception err) OP.LogErr(err); JScript.Alert(操作出现异常 + err.Message); 6结束语：本文设计的柔性实验教学平台是对传统教学平台的进行改革的一次尝试，使全体学生和教师一起参与设计实验项目，教师可以根据自己的授课特点设计自己的实验大纲、学生可以根据兴趣和学科要求形成自己的实验培养方案，大大提高了学生的学习热情，提升了实验教学的教学质量。但由于本实验教学平台还处于摸索中，有些功能还不完善，这都有待以后做进一步的研究。参考文献：1 杨