高校开放式实验室管理系统的设计与实现

1、    高校开放式实验室管理系统的设计与实现     摘要：本文以江西财经大学实验室管理系统项目开发为例，重点介绍了该项目的开发方法、设计思路、系统体系结构、需求分析、功能结构以及关键技术的实现。关键词：教学改革，开放式，实验室管理系统，系统体系结构一、引言随着实验教学改革的不断深入，高校实验课程教学在扩大和细化实验内容的同时，要求增加设计性、综合性、创造性和选择性实验项目，以此满足学生个性化发展的需要，同时要求为实验室管理者以及用户提供更好的技术支撑、便捷的服务以及高效的管理模式。显然，采用传统的实验教学模式已经力不从心，开发基于web的开放

2、式高校实验室管理系统尤为重要。本文以江西财经大学开放式实验室管理系统开发项目为例，介绍了它的主要设计方法、设计思路、系统的架构体系、需求分析、功能结构以及关键技术的实现。该项目是基于.net技术环境下开发，由于.net技术不仅为开发web的b/s模式的分布式多层结构的应用程序提供了高效的平台.net framework，而且还为用户提供了高效的开发工具vs.net2008和uml建模工具visio2005，sql server数据库及操作系统。在这些系统的支持下运行应用系统数据通信快，兼容性好，运行效率高，并且缩短了开发周期。二、系统的总体设计与分析系统的总体设计遵循“统一规划，分布实施”的原

3、则，使整个系统具有先进性、开放性、经济性、界面友好、易于拓展和维护等特点。1.设计思想系统设计从实际教学需要出发，采用科学的管理思想和先进的开发技术，将实验室管理以及实验数据通过计算机网络互连，实现以实验室为核心的整体环境的全方位管理。即集教学管理、数据管理、设备管理、实验管理、成绩管理、实验预约、查询与统计等诸多模块为一体，组成一套比较完整的实验室综合管理体系，实现教学管理效率和教学资源效益的最大化。各专业的学生根据各自教学计划及实验室开放时间安排，在网上进行实验预约，形成预约记录。通过系统的实验任务管理子系统安排好各位教师的实验课表。学生按预约记录上课。在课程结束后，教师根据学生平时的学习

4、和实验情况综合给出该生的实验成绩，同时打印出标准的成绩单及分析单。将整个设计系统安装在一台专用服务器上，采用www访问的模式进行访问，并以校园“一卡通”的兼容方式进行服务与管理。该访问模式打破时间和空间的限制，只要有计算机网络，学生可在任何时候任何地点进行实验预约、成绩查询、实验任务查询；教师可在任何时间任何地点答疑、批阅，了解学生的学习情况；教学管理部门可以在任何时间任何地点了解教学进度，监控教学情况，管理学生成绩。2.系统体系结构高校实验室管理系统是基于分布式环境的系统，采用基于b/s模式的系统三层结构，即由表示层、功能逻辑层和数据访问层组成。表示层主要完成向用户展现数据，为用户提供数据操

5、作界面。通过表示层，用户可以完成系统配置、实验预约等操作。功能逻辑层起到了承上启下的作用，当用户请求操作时，表示层通过调用功能逻辑层中的相应方法，来完成对数据的操作。数据访问层是动作的发起者，由它来直接与数据访问层通讯，最终将数据库的数据展现、提交、返回给页面逻辑层，数据访问层位于最下层，主要完成数据库的直接操作，如添加、删除、插入和更新等。根据上述体系架构，系统设计分为学生用户界面、教师用户界面和管理员界面。三种界面对应着体系架构中的表示层。在公用类中包含了功能逻辑类和数据访问类，对应着功能逻辑层和数据访问层。3.需求分析该实验室管理系统的设计具备以下的功能：（1）对不同用户人员进行权限设置

6、以及账户管理。（2）管理人员能够对实验室设备的使用、维修及报废等进行动态管理。（3）在校园内任何一台联网的计算机上，全校师生可以浏览全校各实验室的状况，进行相关信息的查询以及个人信息的处理、实验预约等。（4）具有相关的安全保障，以避免相应信息资料的丢失或破坏。（5）具备较强的统计及报表输出功能。（6）能够建立起有效的师生交流渠道。（7）学生能在网上提交作业、实验报告，教师可以在网上评阅，也可以录入成绩。（8）根据现有的实验室数据对整个实验室运行情况进行相应评估。4.系统功能结构设计根据以上需求分析，将基于web的开放式实验室管理系统的功能设计划分成四个子模块：系统管理、设备管理、实验管理和查询

7、与统计管理模块。如图所示是高校开放式实验管理系统的功能结构。 （1）系统管理模块：由权限管理、口令管理、数据备份、数据导出、用户信息管理等功能模块组成。其中权限管理完成权限角色的引入，通过对模块的拒绝、添加、浏览、修改、删除等级别的权限控制，实现系统的权限管理；口令管理模块用于修改用户口令；数据备份模块能够协助系统管理员备份系统所使用的网络数据库，该模块能够提高系统的可靠性；数据导出模块可将本系统的数据库导出为其他格式文件，例如由sql server到excel或access的转换；用户信息管理主要用于用户的基本信息录入与修改等，例如前台用户管理（包括教师、学生和系部专业信息的添加、

8、删除、修改）、教师任课表，后台用户管理（包括管理员的添加、删除、修改）。（2）设备管理模块：由设备账目管理（包括添加、删除、修改）、设备管理（包括添加、删除、修改以及库存低时自动报警）、设备借用管理（包括添加、删除、修改以及是否归还）、设备损耗管理（包括添加、删除、修改）、设备维护管理（包括添加、删除、修改以及是否维护）、实验经费管理等功能模块组成，主要负责维护实验室设备的基本情况，使用、维护、借调以及资产管理等方面的信息。（3）实验管理模块：由实验信息管理（包括实验项目的设置、实验计划管理等）、实验任务管理、实验预约管理、实验信息发布管理、预约实验成绩管理和实验设备配套管理等功能模块组成。（

9、4）查询与统计：包括学生成绩查询、学生实验任务查询、教师实验任务查询、设备查询与统计（包括设备的总数和损坏设备的总数以及它们的比例）、实验开出率统计（实验完成数和实验开出数以及它们的比例）、教师工作量统计（每个教师发布实验的总数以及它们的比例）。5.系统的数据库设计数据库的数据信息是整个网络访问与查询的核心，针对internet网络上成千上万的用户访问，数据库系统的设计应在完成系统功能的前提下，力求逻辑关系简单。根据系统不同功能模块的设计，需要建立不同的表来存储信息，经过优化后建立以下主要相关数据表：权限表admin（用户名用户权限）、操作员管理表operator（用户名、密码）、实验信息表（

10、lab）、器材信息表（qicai）、器材分类表（qicaifl）、器材借用记录表（qcjieyong）、器材维护记录表（qcweihu）、器材损耗记录表（qcsunhao）、学生信息表（student）、教师信息表（teacher）、教师任课表（teacherrk）、学部分类表（xbfl）、实验计划表（plan）、实验成绩表（grade）、实验预约表（precontract）、实验记录表（record）等。三、关键技术的实现1.用户身份验证用户登录系统是系统管理员首要设计的模块。为了系统的安全和可靠，我们将系统中的用户分为四类（教师、学生、管理员和超级管理员），不同的用户拥有的操作权限不同。在

11、用户登录系统主页时，只有admin用户才有权限进入，所以在进入系统之前，需要判断该用户是否为管理员（保存在admin中的用户），若是则直接进入后台，否则转到login.asp，要求用户重新核对用户名和登录密码或验证码。用户登录成功之后，系统会自动按照它所拥有的权限，加载对应的功能模块。在用户身份验证过程中，首先通过html文件获取用户输入的用户名和口令，再通过asp文件将用户输入的名称和口令与数据库中的用户表中所存放的用户名和口令进行对比。如果是合法用户，则查询数据库中的user class（用户类）表、ciass module（用户类能够访问的模块）表，将用户有访问权限的所有模块标识存入一个

12、数组中，并由cookie文件记录下用户的各种信息，以便后续页面中用来判定用户。系统进入主页面时会根据数组中的值，将具有访问权限的模块显示到页面上，并提供相应链接，而没有访问权限的模块则不会显示出来。2.实验预约实验预约管理涉及多个数据表的操作，其中包括学生信息表，实验计划表，实验记录表，实验预约表，即从相应的数据表中分别提取其中的信息判断该学生信息的真实性、申请实验预约项目是否在实验计划当中、是否在指定的时间段可行等。当管理人员对申请单进行审查通过之后，表明预约实验申请成功，申请结果将被记录到数据库中。3.实验信息管理实验信息管理包括对实验项目的设置、对实验计划的管理。超级用户可以向数据库中添

13、加、修改、删除各种类型的数据信息。（1）实验设置：主要负责各学院要开设实验项目的设置，包括开设实验的学院、类别、实验名称、班级、日期、节次、完成状态。（2）实验计划管理：主要负责对实验任务计划的实施和完成与否的状态统计，具体包括以下基本子模块：实验课程安排：负责管理每个学期实验室对外正常开放的安排。实践项目（包括大作业、实训、毕业设计等）安排：负责整理全校教学计划中需要开设的实践项目集合。实验计划查询：基于校园网b/s模式下的实验计划查询。耗品使用计划管理：对实验所需耗品进行计划管理。实验计划管理的主要对象是由实验课程安排和实践项目安排两个子模块生成的实验任务计划。开课设备、耗材配套方案和大纲

14、计划约束着各个子模块。实验计划和实验室开课任务是子系统的主要输入。实验室开放时间安排，规定输出到排课子系统中。4.查询与统计查询与统计功能在系统应用中是最具价值，也是使用最为频繁的功能之一。该模块设计主要包括以下子模块：（1）设备查询：本模块实现对用户指定设备状态（含运行状况，资产状态等信息）的检索。（2）设备清单查询：本模块实现不同实验室对现有资产的管理，用户只需要指出要统计的实验设备，系统即可提取出指定实验室的设备清单。（3）设备故障统计分析：本模块实现用户对指定类型设备的损耗状况的检索。（4）设备分组情况查询：本模块实现用户对指定实验室仪器设备分组状况的查询。设备分组明细表包括组别、设备

15、名称和设备编号等信息。（5）常规设备配套信息查询：本模块实现用户对指定实验项目所使用的主要仪器设备情况的查询。（6）实验开出率统计：该模块实现用户在开设实验课程之后对开出能力的统计分析，系统可根据实验室自由设备资源及其状态统计得知实验的开出率，从而得出整个实验室的开课能力。（7）实验计划查询：本模块实现用户对各实验室承担的实验任务的查询。（8）学生成绩查询：本模块实现学生对实验成绩的查询。（9）教师工作量统计：本模块实现实验室管理者对教师工作量的统计查询。在针对多个数据表的信息查询时，可以在条件生成界面上设置几个用来选择数据表、字段、关系运算符及字段值的文本框，当指定数据表中的字段名和运算符选

16、择完后，输入字段值。再对字段范围和多表范围限制选择，然后生成sql语句，获取查询结果。从选择查询类别、动态生成查询界面，再到查询条件字符串的生成，都体现出本模块设计的独特性和创新性。四、结束语自从2007年9月以来，基于web的开放式实验室管理系统一直在江西财经大学信息学院的各个专业课程的实验教学和管理中应用，并取得了较好的教学效果。当然，这只是应用的一个开端，随着教育工作者在实验教学的应用方式及模式上经验的积累，更多的教学成果将被引入到该系统的设计中，该系统也将进一步推广到学校的其他各学科的实验教学应用中。参考文献：1 王庆育等.软件工程（第1版） m. 北京：清华大学出版社，2004.2 andrew filev，tonyloton. vs