高校实验室管理系统的设计与实现

杜博

（榆林学院 信息工程学院，陕西 榆林 719000）

随着学校规模的不断扩大，校园网的普及，学校实验室的硬件设施越来越好，学科之间的相互渗透发展，实验室在高等院校进行全面的素质教育、培养高质量的人才中发挥着越来越重要的作用。如何最大限度地提高实验室的科学管理水平和使用效率，减轻实验室管理员的工作，使实验室的管理和使用更加规范、有序是高校目前迫切需要解决的问题[1-3]，正是在这个基础上创建了实验室管理系统。

实验室管理系统是在传统实验室的基础上,利用先进的计算机技术、网络通信技术、数据库技术等相关的技术,将实验室中的各种实验资源进行处理,并通过计算机进行开放型管理,其重要意义是使得实验室在时间和空间上得以延伸。

1 实验室管理系统的特点

1.1 为管理人员提供了实时准确的实验室资源使用情况

利用该功能，管理人员不必手动记录和计算实验室资源的使用情况，就可以及时处理实验室预约使用请求，掌握教师和学生的实验安排。实验室管理系统以计算机为工具，通过对实验室信息的管理，把管理人员从繁琐的数据计算处理中解脱出来，使其有更多的精力从事其他管理政策的研究实施，实验计划的制定执行监督检查，从而全面提高管理质量和管理效率，降低了管理成本。

1.2 为教师预约实验室和查询实验任务提供便利

利用该功能，教师可以登录实验室预约系统，预约实验室，安排实验任务，查看实验报告，批改回复实验报告。节约了工作时间，提高了工作效率，为高校素质教育的全面开展提供技术支持。

1.3 为学生查看实验任务，提交和查看实验成绩提供便利

信息化管理后的实验室从学生来看,更是一个以学生为中心的、开放性的、人性化的实验支持服务系统,学生可以方便快捷的查询实验室任务，提交实验报告，查看实验成绩，最大限度地提高了学习效率。

2 实验室管理系统的功能介绍

2.1 资源管理子系统

利用资源管理子系统，管理人员可以通过网络完成发布通知公告，实验室资源管理，教师信息管理，学生信息管理等工作。通过为实验室资源管理建立模型，得到了图1所示的实验室资源管理用例图。

2.2 学生子系统的功能简介

利用学生子系统，学生可以登录网站完成实验选课，提交实验报告，预约实验等工作，同样，该系统也为学生子系统建立模型，得到了图2所示的学生子系统用例图。

图1 实验室资源管理用例图Fig.1 Lab resources management use case diagram

图2 学生子系统用例图Fig.2 Student subsystem use case diagram

2.3 教师子系统的功能简介

利用教师子系统，教师可以登录网站完成实验监控，查看实验报告，预约实验室等工作，同样，该系统也为教师子系统建立模型，得到了图3所示的教师子系统用例图。

图3 教师子系统用例图Fig.3 Teacher subsystem use case diagram

3 系统的总体框架与功能结构设计

3.1 系统体系架构设计

基于对C/S与B/S模式的分析，将系统定位为B/S模式的多层体系架构，多层结构从逻辑上相互独立，某一层的变动通常不影响其他层，具有很高的可重用性。多层结构的优点还可以利用单一的访问点，可以在任何地方访问站点的数据库。所有的信息都可以用相同的界面访问。可跨平台操作，具有良好的开放性。支持异种数据库[4]。

3.2 实验室管理系统的设计

实验室管理系统由资源管理、教师管理和学生管理3大功能组成的。系统功能结构如4图所示。

图4 实验室管理系统功能结构图Fig.4 Function and structure diagram of laboratory management system

3.3 系统的数据库设计

数据库是开放式实验室管理系统的基础，开放式实验室管理系统是在数据库管理系统（DBMS）[5]的支持下完成信息的搜索、整理、存储、检索、更新、加工、统计与发布等功能。本实验室管理系统的成败在很大程度上取决于数据库设计的合理性。数据库设计的主要任务如图5所示:

图5 数据库设计的主要任务Fig.5 Main mission of database design

数据库设计中，根据用户的信息需求、处理需求以及数据库运行环境的特性，设计出合理的数据模式，确定数据库选型，确定数据库的安全保密措施和共享机制。

4 系统的关键技术及实现

4.1 数据处理层的实现

在数据访问组件中，利用对象池[6]的目的对象的共享，可以最大限度地最小化多个客户机的对象初始化成本。虽然每次创建对象的第一个客户端会降低性能，但只要该客户端释放了对象，该对象就立即返回对象池中，由于不必再等待对象的构建，下一个客户端创建的实例，这样就大大地降低了系统成本，减轻数据库服务器的开销。对象池的具体应用过程如图6所示。

图6 对象池技术示例图Fig.6 Diagram of object pooling

4.2 业务逻辑层的实现

为了增加管理系统的灵活性，便于该系统与其他异构系统进行集成，系统的业务逻辑层采用Web Services来实现，下面是系统涉及到的主要Web Service方法：

1）Get Laboratory（ID）方法 该方法得到编号为 ID的实验室的时间安排列表，并按时间段排序。

2）Get Student List（time）方法 该方法从时间段列表中选取时间，并查找该实验室该段时间学生列表。

3）Test Time（ID）方法 该方法验证该学生上机时间是否在实验上机时间内。

4）LockID（Manageid）方法 该方法保存该管理人员的服务对象，以及开始时间，防止关闭页面后信息丢失。

5）Update Account（ID）方法 该方法每一分钟更新一次结果。

6）Arrangement Of Lab Account（）方法 该方法调用其他Web Services方法，进行管理。

4.3 用户交互过程的实现

在支持 AJAX的网页中，浏览器向服务器发出对页面的初始请求，然后向Web服务发出对数据的后续异步请求。客户端通信元素采用代理类和核心客户端脚本库的形式。服务器通信元素是处理程序和自定义服务。

目前实现AJAX应用有如下几种方式：

1）完全手工自己打造AJAX，可能对大多数人而言,太困难也太耗时；

2）使用微软callback方式，只支持ASP.NET 2.0[7]；

3）使用AJAX现成Library，快速容易；

4）微软的 ALtas Project，只支持 ASP.NET 2.0。

该系统采用的是第三种方式，利用现有的成熟的AJAX开发包在微软.Net平台下完成Web开发。实现步骤如下：

1）在工程项目添加引用ajax.dll；

2）在工程配置文件web.config中设置Ajax引擎替代浏览器默认的HttpHandler；

3）在Page_Load事件函数中注册AJAX组件类型：Ajax.Utility.RegisterTypeForAjax（GetType（Index））；

4）在页面实现文件中加入AJAX方法；

5）在JavaScript脚本中直接调用AJAX[8]方法，基本形式为：PageClass.theAjaxMethod（）

AJAX实现异步响应的列表中的cityResult事件就具有在客户端程序中才会有的事件监听功能，具体的设计如下所示:

3层对应的文件对象:Register.aspx（视图）、Register.aspx.cs（控制器）、AjaxMethod.cs（模型）。

Register.aspx是用户看到的界面，并通过内置的AJAX对象异步方式给Register.aspx.cs发送请求。

Register.aspx.cs接收到 Register.aspx发过来的请求（get或者post方式），判断后发送给相应的业务/数据模型 A-jaxMethod.cs。

AjaxMethod.cs开始执行业务操作，执行完毕直接给Register.aspx页面发送数据更新的通知，这个通知的消息有可能是XML封装的数据。

Register.aspx页面中为AJAX对象接收到了数据更新通知，根据实际情况用DOM进行页面呈现更新。

5 结束语

经过调研国内外实验室管理系统［9］现状的基础上，分析了国内高校目前在实验室管理上存在的问题，落后的管理手段和越来越高的管理要求之间的矛盾严重制约着高校实验教学质量的提高。

论文就基于Web的实验室管理系统的设计和实现以及采用的相关技术进行了较为深入和全面的分析，探讨了选择Visual studio.net 2005作为系统开发工具，在.NET框架下采用 B／S 三层架构体系，使用 Microsoft SQL Server 2005、c#、和asp.net等技术来分析、设计和开发实验室管理系统。基本实现了基于.NET平台开发Web版的实验室管理系统的设计与开发，符合高校实验教学和管理的需求。

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