【毕业学位论文】（Word原稿）基于WEB开放实验室管理信息系统的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 基于 放实验室管理信息系统的设计与实现 姓 名： 学 号： 所在院系：软件学院 职业类型： 专业领域：软件工程 指导教师： 副指导教师： 二 一三年八月 A in 2010 2013n 基于同济大学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保 存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 经指导教师同意， 本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。 指导教师签名： 学位论文作者签名： 年 月 日 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学 位论文作者签名： 年 月 日 同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 随着教育教学不断的改革，为了进一步加强培养创新型人才，提高学生动手能力与创新能力，增强学生综合素质，为此近几年各高校纷纷改革传统的实验室管理模式，加大对实验室开放性，实现对实验室开放信息化管理，充分利用现有实验室资源来提高学生动手能力和创新能力，推动实验室建设和提高实验室管理水平。 本文通过详细查阅和分析目前国内外高校开放实验室管理相关文献和案例的基础上，针对实验室传统管理模式存在弊端 ，和对实验室开放详细的功能分析，并结合信息化技术，提出“实验室开放管理信息系统”的任务。该课题来源于学院实验室改革研究项目，以实验室开放为目标、并对学院实验室实际管理情况进行了深入调研和需求分析的基础上，提出实验室开放管理系统设计的建设方案，对实验室开放管理系统体系结构、功能模块划分、数据库设计等方面提出系统设计思路，并从技术和实现两个方面进行阐述了系统设计过程。课题从技术实现上借助了 发环境的 台，采用 态网页技术和 用 005为后台数据库设计，给出实现开发实验室管理系统具体解决方案和实现关键技术。 通过实验室开发管理信息系统，实现对实验室开放各个环节信息化的管理平台、提高实验室信息时效性，减轻了实验室管理人员的工作量，提高了工作效率，促进学院实验室资源的共享和整合，提高师生开展实验教学的积极性，在一定程度上增强了学生的动手能力和创新能力。 关键词： 实验室开放，实验教学， I of in to of in to to of of of to of of of of to as of of of of 005 as to of of of of of of of of to to a , 济大学 硕士学位论文 目录 录 第 1 章 绪论 . 1 题背景及意义 . 1 题来源 . 2 内外研究现状 . 3 题研究主要工作 . 3 文组织结构 . 4 第 2 章 系统相关技术研究 . 5 架介绍 . 5 术 . 6 术 . 8 QL 术 . 9 术 . 10 第 3 章 系统分析 . 13 统背景介绍 . 13 统功能需求分析 . 13 统非功能需求分析 . 14 统用户需求分析 . 15 统管理员分析 . 15 验中心负责人分析 . 16 家分析 . 16 生分析 . 17 目负责人 (教师 )分析 . 17 第 4 章 系统设计 . 19 统设计原则 . 19 统总体框架设计 . 19 统框架模型选择 . 19 统框架设计 . 22 统总体功能模块设计 . 23 统功能模块划分设计 . 23 目负责人申请与管理子系统设计 . 24 心负责人申请与管理子系统设计 . 28 生申请子系统设计 . 31 台管理子系统设计 . 32 据库设计 . 34 同济大学 硕士学位论文 目录 数据库设计周期 . 35 据库需求分析 . 35 据库概念设计 . 36 据库逻辑设计 . 38 第 5 章 系统实现 . 43 统实现环境 . 43 发工具 . 43 行环境 . 43 统主要功能模块的实现 . 44 户管理模块实现 . 44 户主控模块实现 . 46 放实验项 目管理模块实现 . 48 据上报管理模块实现 . 54 第 6 章 系统测试 . 57 试方法 . 57 能测试 . 57 块测试 . 59 第 7 章 结论与展望 . 61 论 . 61 望 . 61 致谢 . 63 参考文献 . 64 个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果 . 65 第 1章 绪论 1 第 1 章 绪论 随着 21 世纪的步入，全世界迈入了信息高速发展的时代，随着信息技术快速地发展，它不断被广泛地应用到社会各个领域。在各个高校，实验室是专业学科建设、教育科研研究的坚实基础 1，是培养高素质人才的实践基地，是高校整体建设和发展的一个重要组成部分。教育部在 2006 年曾明确提出： “ 大力推进高校自主创新，进一步 提高高等教育质量 ” 的精神和深入推进“高等学校教学质量与教学改革工程” 3。随着高校教育改革不断的深化，实践教学和实践环节作为培养学生动手能力和创新能力一种教学方式，它正逐步从原有理论课程“附属品”变成独立教学环节，实验室自然就成为了实践教学环节的一个重要场所。 题背景及意义 实验室作为实践教学、教育教研的基地，是培养学生动手能力和创新能力的重要场所，也是学院教学投入重要资产之一，它在一定程度上反映一个学校办学质量和科研能力水平，如何高效利用实验室，充分发挥基地的作用，不仅是实验室管理者需要面对的 重要课题，更是学校如何提高实践教学需要面对的重要课题。 近些年来，随着教育部对加强高等学校实验教学改革和建设工作的逐步深入3，各个高校纷纷加大了对实验室基础建设的投入，并逐步加强对实验室建设的要求和实践教学的规范化、细致化。实验室管理不仅包括对实践教学管理和实验设备管理，还包括对实验室建设、实验资源共享管理、实验室开放等方面的管理2。随着实验室规模扩大，对实验室管理事务也越来越繁重，由此反映出在实验室管理上存在一些问题： （ 1）信息交互平台缺乏。学生、教师和实验室管理员三者之间在实践教学上只能通过教 学时间这一单一时间段进行沟通，不能及时反馈对实验室管理的意见，缺少对信息及时交流，对实验项目的开发和更新不能起到推动作用。 (2)管理手段滞后，管理工作效率较低。目前一些高校对于实验室管理仍然停留于传统的管理模式，通过 备、使用等方面进行数据统计和处理。 (3)数据资源共享不及时。由于目前一些高校仍然采用电子表格方式对实验室管理数据进行统计和处理，在数据格式和存储上存在不统一，存放杂乱等现象，不能实现数据信息的共享，不能及时反映出实验室现有使用情况和管理情况。 同济大学 硕士学位论文 基于 2 (4)实践教学安排缺乏灵活性。由于目前各高校在实践教学上安排都是以班级为单位进行实践教学，这种方式缺乏实践教学的灵活性，不符合“学分制”改革的需要，学生无法自由选择进行实践，更别提开展开放性实验教学。 (5)实验资源缺乏有效管理。实验室的仪器设备是实验室必备的资源，也是学校重要固定资产之一，对该资源没有建立统一可查询的数据库，无法及时了解设备使用状态，维修状态等信息，从而使得实验资源利用不高，实验耗材浪费，贵精密仪器设备无法充分发挥其作用，缺乏有效地管理。 针对实验室管理中存在的各种问题，通过对实验室深入的调研 和分析，要管理好实验室，充分发挥其效益，让实验室真正变成培养学生自主创新能力重要场所之一，有效的实施实验室开放管理，就必须对实验室建立科学管理，通过融合实验室管理工作实际业务，利用信息技术对实验室建立管理信息系统，不仅实现实验室管理的信息化和网络化，实现实验室开放，而且解决了实验室管理中存在的一些问题。 随着高校实践教学不断的改革和实验室规模的扩大，传统的实验室管理模式已经无法满足不断改革的实践教学模式和实验室管理的要求。而随着日渐成熟的高校校园的快速发展，教师、学生都可以通过远程方式使用网络，在这种网络结构方式下也为实验室提供新的管理模式开辟了一条新路。开发实验室管理这种新型的实验室管理模式融入校园网后，可以为所有使用实验室的人员提供便捷，用户可通过登录浏览器来预约实验室，查看实验室开设的实验，实验室开放的设备，实验室教师信息，申请实验室信息，实验室公告信息等情况，这将进一步推动实验室建设，实现实验室信息化、开放化。 因此设计开放一套符合实验室实际条件和需求的实验室管理信息系统，利用该系统对实验室信息化管理，提高开放型实验的效率和教学水平，推进实践教学内容、方法、手段的改革与创新，为教师学生提供最大限度创新 空间，培养学生的实践动手能力、独立思考能力和创造能力，使得实验室资源达到最大使用效率，从而推动实验室信息化、开放化，以致整个学校的信息化建设，提高教育质量。 题来源 本课题研究来源于学院教育教研基金项目“开放性实验室管理信息系统建设”。该课题主要是根据学院对实验室实际管理的需要，提高实验室管理效率，减少实验室工作人员的工作压力，整合实验室资源并提高实验室利用率，为学生搭建一个开放性实验平台，更好满足学院实践教学环节的需要。 第 1章 绪论 3 内外研究现状 教育的目的除了是让学生掌握书本上理论知识外，还需要 培养学生实际动手能力，独立思考能力和创新意识。知识是能力的基础，能力只有在科学研究和生产实际中才能体现 3。国外高校在很早就意识了这一点，用综合性、探索性实验取代单纯验证性实验，通过开放实验室来充分调动学生学习兴趣，积极性和主动性。例如 3麻省理工学院将一些简单的物理实验放置到走廊，以便学生随时可以进行去做实验；香港教育学院通过教育科技处为教师、学生乃至行政管理人员提供实验设备、技术支持及专业意见来进行科研活动，提供良好开放学习环境；在日本一些高等学校规定实践教学学时不能超过 4 6学时，学生一般只需 2 3学时完成学校规定的实践教学，其余的时间大力鼓励学生去改进实验方法，进行创新活动。 现阶段国内各高校为了积极开展实践教学改革，都在对实验室进行信息化的管理，并借助系统化管理软件来对实验室设备、实验项目、实验人员等方面进行管理。例如 6，中南工业大学和清华大学开发设计的开放设备网络化管理系统；大连理工大学设计的开放实验室学生预约实验设备软件管理系统；其他大多数院校采用北京化工大学 对于开展开放性实践教学，这些实验室管理信息系统只仅对实验室项目、人员、仪器设备、上报等方面 管理，即便有些高校也自行设计开放性实验室管理也仅是对实验室设备资源共享单方面进行，而对完全开展开放性实验项目和开放基金等方面还欠缺规范，如清华大学和山东大学的开放性实验室管理在实验室申请和实验室项目申请等方面互动功能方面欠缺，不利于对实验室开放的相关信息进行修改等方面。因此，在借鉴其他国内高校开放性实验室管理系统的经验基础上，为本文研究提供参考依据。 题研究主要工作 本课题研究以学院实验室的管理工作状况为研究对象，开发设计一个开放性实验室管理信息系统应用平台，这个平台不仅实现了学生、教师和实验室管 理人员的及时沟通，而且使得实验室管理者更方便高效的管理，提高实验室管理质量和水平，实现实验室开放化，信息化。主要内容包括 : (l)研究分析实验室开放性管理环节和相关问题，并结合学校目前实验室管理现状进行深入详细分析，了解实验室管理存在问题，并提出解决问题的措施。 (2)在详细调研分析的基础上，分析实验室管理业务流程，提出实验室开放同济大学 硕士学位论文 基于 4 管理系统的设计原则，并依据该原则进行设计实验室各个功能模块。 (3)利用 术开发设计开放性实验室管理信息系统，解决系统在实施中的具体问题。 课题研究方法首先以文献研读法为基 础，通过阅读大量国内外参考文献来把握课题研究的前沿方向，熟悉选题背景，正确选用研究方法；其次调查研究法，从学校对实验室管理的实际出发，清楚地了解研究对象的现状，并针对研究课题背景进行实地调查研究，掌握现有实验室管理中存在的不足，确定该课题的目标和课题实现功能；最后是验证法，通过验证的方法对开放性实验室管理信息系统测试和实际应用过程进行分析 , 以满足实验室管理需求。 文组织结构 本文根据课题研究要求共由六章组成，其章节安排如下 : 第 1章绪论：对论文所研究的背景和意义、国内外研究现状、本文研究主要工作 灯等内容进行介绍。 第 2章系统相关技术研究：对系统采用技术进行介绍和研究，详细分析 术要点。 第 3章系统分析：结合学校实际情况，对开放实验室管理信息系统进行深入调研和详细分析，给出系统功能需求、系统用户需求、系统性能需求等方面的要求，以便提出系统设计思路和方案。 第 4章系统设计：从开放实验室系统实际出发，遵循系统设计原则，给出该系统的系统框架设计、系统总体设计、系统功能模块划分以及数据库设计。 第 5章系统实现：从信息系统开发平台与工具技术选择开始，给出开放实验室管理信息系统实现过 程，介绍界面实现过程、用户管理实现、数据上报和导出技术实现。 第 6章系统测试：利用测试工具，对系统进行性能测试、 能测试，以发现系统存在不足之处。 第 7章总结与展望：对本课题的研究作一个结论，总结本研究工作内容，并提出存在的不足和今后努力的方向。 第 2章 系统相关技术研究 5 第 2 章 系统相关技术研究 架介绍 自 2000年 6月 就意味着针对第三代为了在将来 为 其 他框架结构相比， 优势在于可以独立于特定的语言或平台，在一个开发项目中，不同程序开发人员可以使用 + C#等多种兼容语言进行组合进行编写创建一个 用程序，不再只能使用一种特定的开发语言进行创建 用程序。从技术角度看， 一个全新的应用设计平台，其主要特点有 8： 扩展性、可重用性等功能。 供应用平台，提高网络 利用率，实现企业级的系统集成和资源优化。 全的、一致的模型和环境，从而提高应用程序的开发效率，降低开发的难度和复杂性。 由此可见， 架是生成、部署和运行 务及应用程序的平台，为程序开发提供了基于标准的多语言环境的一个应用平台，并且解决 模应用程序的部署和操作难题的灵活性。其最终的目的是使得用户在 任何地方、任何时间，任何设备 上 都能访问他们所需要的信息、文件和程序 ，从而大大提高网络利用效率。 架是由公共语言运行时（ 统一类库的分层集合和称为 件化版本三个部分组成，如图 同济大学 硕士学位论文 基于 6 图 术 说到 术，要首先了解 软公司发布的 过这个开发环境可以形成交互、动态、高性能的 19，方便用户控制和管理数据 16。由于 在 档中嵌入脚本语言，网页服务器将激活编译程序引擎对其进行编译，当客户端浏览 网页时，生成标准的 以 利用客户机 /服务器模式进行分工，服务器端负责解释脚本语言，客户端负责画面的显示与输入是 次当客户端对 于 以编译在服务器端都要重新被执行一次，如果有多个客户端及请求较多时，服务器的效率 19就会受到影响，受到本语言自身条件的限制， 发效率低，程序使用 行编写的时候想要完成一些功能需调用 开发大规模的应用程 序有所困难，由此微软推出了新一代 仅只是 一个简单升级，更是提供了一个全新而强大的服务器控件结构。 从本质上是完全不同的。全是基于模块和组件，每一个页、对象和 素都是一个运行的组件对象，具有良好的定制性和可扩展性，在数据处理方面也引入了新技术，包括： (l)事件驱动 传统的 素允许用服务器端控件来取代，客户端和服务器端分别进行事件的触发和处理。浏览器端的信息可以在服务器端直接读取 。 (2)代码隐藏技术 代码隐藏技术是分别创建以 #为后缀名程序设计和以 将内容和代码进行分开。 且提高代码重复利用率，同时程序调试维护都是十分有利的。这是 著特点。它使得在系统开发时良好区分程序人员和设计人员各自的工作，并且使用数据绑定技术在发布网站时可以很好的保护系统，提高系统的安全性。 (3)数据绑定技术 ( 第 2章 系统相关技术研究 7 在 用 (4)多语言支持 仅仅支持 C#，还支持其他多种语言，例如 C、 等。它采用的编程框架是一种编译式的，基于脚本语言并不是其核心，这是与 可以不必借助于脚本语言而进行更多底层的操作，从而 (5)面向对象 入了面向对象的事件、属性以及方法的新特性，从而组件的相互共享和重复利用得到促进。 (6)数据访问技术 使用 以使得访问数据库更高效，可以在 数据库中需要访问的目标数据。 (7)大型站点应用 企业级的大型站点应用更适合 框架。 经过编译的基于 境，可以与任何 架兼容的语言，它是支持面向对象编程 10，具有五个优点 10：第一，使用开发式二，能够支持企业级的服务，如对象池、消息传递、安全性和事务；第三，能够简化可重用的跨语言兼容组件的开发工作的基础设施；第四，使用开放标准的简化的 五，完全的语言集成，使得在不同语言间继承类、 捕获异常和调试成为可能。 用逻辑层和数据层三个体系结构 10，其中与用户交互表在示层万完成，用户在表示层可以输入数据并能查看服务器端传来的数据；接收浏览器传来的请求并将请求传给数据层是在应用逻辑层完成，同时应用逻辑层可以将请求处理结果发送给浏览器，应用逻辑层是由 单和组件服务组成；数据层为业务逻辑层提供数据服务是通过 存储数据操作结果，返回数据检索结果等。 由此可见， 有的三层体系结构和强大功能弥补 结构上的不足之处，其整个结构体系使开发结构化的应用程序改变为直接和易使用的 (1)在服务器控件上提供了公共功能能力 ; (2)数据捆绑方式使得数据创建更为简单。这一切不仅具有新的功能，而且还实现了 因此， 术取代 为互联网的发展带同济大学 硕士学位论文 基于 8 来一次新的变革。 术 被称为异步 并不是一种新产生的技术，而是一种现 有标准技术组合，其核心是异步，它是利用现有的技术为客户端用户提供更为自然的 服务器之间进行异步通信的方式，从而使用户从请求 /响应的应用程序方式中摆脱出来 25。因此，可以为用户提供服务器异步通信能力的一种新的标准，让可以方便地通过点击按钮就可以使用 术来立即更新和响应 通过此向服务器发出异步请求来完成对数据库的更新或查询。当服务器响应之后并将请求返回时，则利用 术进行更新用户界面，为用户提供更为舒适的浏览器，好像是 达到最好的 如图 图 由图可见，利用 术实现 览界面的更新，与传统 面相比具有优势在于： 第 2章 系统相关技术研究 9 (1)实现异步通信模式 术是通过异步通信方式向 务器提出请求，利用该种方式可以为客户端用户提供持续对浏览器操作界面，而不必等待服务器响应后再进行执行。 (2)提供最少的数据传送量 当客户端向服务器进行提出请求时，仅将必要请求发送给 服务器接收到请求后，也是仅将必要的必要信息返回给客 户端，用以更新客户端状态。与传统服务器端响应方式相比，它减少了网页数据量，提高网页的响应速度。 (3)减少服务器的负载 由于 术仅是将向服务器响应和客户端请求的信息传送，以减少了网页数据传送量，提高网页响应速度，这样不仅省略不必要 单，而且服务器仅需要处理必要的信息数据，从而减少了服务器的负载。 (4)用户体验的连贯性 由于 以当用户利用 户不会因为 是一直会感觉页面在工作，没有停止响应的时候。 (5)整 合不同来源的服务 在 联网上，由于 式的多种多样的服务会提供给应用程序人员和用户进行使用，越来越多的 用程序需要整合不同 此， 而会将不同来源的数据粘合在一起，形成一种新的应用。 QL 术 司在 用平台上开发大型关系数据库管理系统，能满足大型系统的数据库处理要求 。由于它简单易学、非过程化、兼容性好、稳定可靠等特点备受用户青睐，具体描述如下： (1)具有良好的兼容性 作系统应用平台随着互联网发展占领着主导地位，由于 系数据系统也是微软一个产品，在系统性能兼容性方面不存在任何问题，而且还具有可靠性、扩展性、迅速开发新的因特网系统的功能等 12。