开放式实验室预约系统的研究与实现

吴少军 ，李桂陵 ，陶卫亮

（1.湖北工业大学 a.计算机学院；b.管理学院，湖北 武汉 430068；2.湖北汽车工业学院，湖北 十堰 442002）

随着学校学分制的实施和实验教学改革的不断推进，学生可以根据自己的能力与兴趣安排个人的修学计划，学习的自主性愈来愈大，同一个行政班学生上课时间因为选课而越来越不相同，原来传统的以行政班为教学单元安排实验课程，学生在规定的时间、规定的地点，由规定的教师上规定的实验课程的完全手工安排的实验教学模式已成为学分制改革的瓶颈，也不能适应实验教学改革的要求。针对这些情况，结合学校各实验室的具体情况，对实验室进行开放式管理，利用现代化的信息管理思想，在校园网的基础上，自行设计开发了开放式实验室预约系统，通过实验预约学生可以根据自己空闲时间自由选择参加的实验，将学生空闲时间和实验室资源最大限度的进行利用。

1 实验预约系统的总体设计

本系统主要是为学生提供方便快捷的、安全可靠的，实验预约平台。系统主要由学校人才培养计划生成学期实践教学任务来组织实践教学，学生在完成了该学期所有课程的选课后，再进入开放式实验预约系统进行实验项目的预约。各实验室需发布所开设的实验项目教学安排情况(包括实验预约模式、实验项目、实验时间、地点、内容、指导教师等信息)，学生可以根据自己的时间安排、专业特点和兴趣，通过学校校园网自主地对实验项目进行预约。实验室人员可对实验项目、预约情况、实验成绩、信息发布等内容进行管理，具体实验预约数据流图如图1所示。

图1 实验预约数据流图

2 系统的功能模块和功能

系统的主要模块包括：实验教学任务的生成、实验课程管理、实验项目管理、实验项目安排、学生实验预约、实验预约管理、实验成绩管理、实验信息发布等，现介绍几个主要模块的功能。

1）实验教学任务的生成 学校教务部门根据人才培养计划下达学期专业教学任务，系部教务人员根据专业反馈学期专业课程，最后由学校教务部门生成实施学期专业课程教学任务。学校教务部门根据学期专业课程教学任务，按承担单位下达学期计划实践教学任务，承担单位根据实际情况反馈，最后由学校教务部门生成学期实践教学任务。

2）实验课程管理 实验室管理人员首先提取实验课程，并组成实验教学班。实验室根据实验任务，选取应开实验项目（包括计划外开放实验，需要单列），最后生成学期实验教学进度计划反馈表。

3）实验项目安排 系部实验室根据学期实验课程项目表和实验项目性质来进行项目安排，选择预约模式（学期、阶段、项目）来安排实验项目的实验人数、指导教师、实验时间、预约时间、实验地点等信息，最后生成实验项目安排表。添加实验项目批次页面如图2所示。

图2 添加实验项目批次页面

4）学生实验预约 学生在完成了学期实验课程的选课后，再预约课程的实验项目，整个预约过程分初步预约阶段和确认预约阶段两个阶段，在初步预约阶段需限制项目批次容量，按照“先来后到”选中原则，在确认预约阶段，为了充分利用教学资源，部分项目批次因预约人数不足时可以调整或取消当前批次，最终生成学生实验项目预约表。

5）实验预约管理 系部实验室根据学生实验项目预约表，调整生成实验项目预约安排表，并可以根据实验教学班打印或导出Excel表格。

此外，针对部分学生漏选和网上预约项目过期等情况，实验管理人员根据的学生要求可以对漏选的学生进行特权预约。

6）实验成绩管理 学生根据实验项目安排表到预约地点登记做相关实验项目，实验室根据学生实验报告、实验操作等登记学生实验项目成绩，最后生成学生实验项目成绩表。

3 系统开发关键技术

系统总体架构采用先进的基于.Net的B/S的三层体系结构 （图3），三层体系结构由浏览器、Web服务器和数据库组成，Web服务器为IIS，数据库服务器为Microsoft SQL Server 2000，开发工具采用Microsoft Visual Studio.NET 2003，开发语言为C#。

图3 系统体系结构图

3.1 数据库技术

系统采用SQL Server 2000数据库，在逻辑数据库设计时分析了所有涉及的实体，统计出18个实体共计220个属性。经过实体之间关系的详细分析与研究，尽可能的提高数据的共享性，降低数据的冗余，主要数据表有学期实践教学任务表（t_ExpeTask）、实验项目表（t_ExpeItem）、实验项目安排表（t_ItemArrange）、预约信息表（t_BookInfo）、实验项目成绩表（t_ItemAchieve）、实验信息表（t_Expe-News）等。应用程序访问数据库的数据是全部使用存储过程的运行获取所需要的数据，通过运行在服务器端的存储过程可以极大的提高运行效率和提升访问数据库的速度。如某一更新实验课程信息的存储过程如下：

3.2 使用数据网格处理数据

系统大量使用DataGrid和Table等Web控件进行访问、显示和处理数据。DataGrid提供了许多功能，灵活性强，内置事件丰富，可极大地提高要显示的数据的可用性，还提供了很短的开发时间。如系统中采用DataGrid控件为数据网格控件，使用DataBind方法实现数据绑定，用于在页面上显示某一按实验室查询的实验项目信息。

3.3 系统的安全性

为了实验预约系统的安全，防止信息泄漏和非法用户对数据的篡改和破坏，主要采取以下措施：

1）系统对学生、教师、实验室管理员、院系管理员等用户身份与角色设置了不同的控制、访问和操作权限，在用户验证登录后进入不同的用户操作界面，所有需要数据修改、更新、删除操作的页面都进行判断操作权限，防止越权操作。

2）为保证数据库中表的完整性和正确性，将数据表进行划分级别，保证用户按权限访问不同的级别。

3）为避免学生预约实验后未正常注销或为关闭系统网页，造成其他同学再预约时可能会利用该学生帐号进行操作、修改用户密码等，系统设置了Cookies有效时间为5 min，再操作时需重新登录。此外对用户未正常注销关闭网页时，系统将立即清除留下的Cookies信息，以保证用户安全。

4）系统运用了url加密功能，使用户不知道真实的网址，以防止用户修改URL地址中的课程编号、学号、实验编号等ID值，越权访问网页。以避免对系统的攻击和非法操作。

5）在用户进入系统进行操作时，系统将会自动建立日志，以便发现异常情况时能及时处理，这为系统的恢复和现场的跟踪提供了可靠的依据。

6）系统使用MD5算法对用户密码加密后，存储在数据库用户表中，当用户登录时，系统把用户输入的密码计算成MD5值，再去与用户表的MD5值进行比较，以确定输入的密码的正确性。这样不但可以避免用户的密码以明文方式在网上传输，而且还在一定程度上增加了密码被破解的难度。登录生成哈希密码代码如下：

4 系统特点

本系统是一个实用、方便、灵活、自主、快捷的开放性和适用性强的网络化的实验预约系统，系统主要特点如下：

1）系统基于.Net与组件技术开发，采用B/S模式，具有良好的灵活性、扩展性与安全性。

2）利用网络系统的优势，将管理重心下移到系部和实验室，大部分任务和管理权限交给实验室，这将合理降低职能部门的管理压力，提高效率。

3）提供了一个全校开放式实验室预约管理系统的解决方案，解决了原来单个实验室系统和局域网内系统使用的诸多弊端，建立了职能部门、实验室和学生之间方便快捷的通道，提高了管理效率和基础数据共享，提高了数据实时传递和信息共享，大大提高了工作效率。

4）随着全开放的深入，实验时间和内容的管理难度越来越大。通过实验预约可以科学地调度实验室，合理地分配实验内容，避免学员来实验室后没有场地、没有设备的情况发生。

5）该系统实用性强使用面广，不仅为学生进行教学计划内实验的预约，而且为学生到实验室进行教学计划外的学生创造活动项目进行预约。

6）系统提供方便的数据导出功能，能够方便的将诸如实验成绩表导出到excel文件。

7）系统基础数据根据教育部 《高等学校实验室信息统计》报表开发，数据统一，便于数据上报。

5 应用情况及效果

本系统在开始试运行时在机械实验教学中心做试点，对《机械原理》等4门实验课程中18个实验项目250个批次2400多人次进行了网上预约测试试用，使用效果很好。目前该系统已在全校开放实验室全面使用。

网络化的实验室管理平台的建立，提高了实验室的管理效率和实验室利用效率。

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