物理实验管理系统的构建与实现*①

2012-01-23吴庆春唐春红

物理通报 2012年4期

吴庆春唐春红

(南京工程学院物理实验中心江苏南京 211167)

1 引言

实验教学是高等学校教学过程中的重要组成部分，对于学生实践能力的培养和创新意识的形成起着至关重要的作用.故开设和管理好大学物理实验是培养优秀工科人才的基础工程.随着Internet的普及，我校物理实验中心也不断加快信息化进程的各种辅助教学.传统的物理实验选课方法、物理实验的预习、教学信息管理和发布、学生成绩管理等工作烦琐、漫长、低效，直接影响了教学进程和学生学习.物理实验中心适时地建立了网络平台,通过该平台学生可以进行网络选课，利用网上物理实验的课件进行在线预习，网上模拟实验，在线向教师请教有关物理实验的问题，查阅教师对自己已完成实验的反馈意见，查看中心发布的教学信息.教师可以借助网络平台进行学生的成绩管理、仪器管理等，使实验中心的各项工作有序而高效.

2 管理系统的硬件结构

硬件主要包含服务器，电源控制适配器，各计算机终端、触摸屏终端或手持PDA终端，路由器及实验终端电源控制器[1].系统硬件如图1所示.

图1 系统硬件结构

基础部专门配置一台服务器，用于提供基础部和物理实验中心的网站信息服务，同时运行实验中心的开放实验教学综合管理平台.该平台为东南大学电工电子实验中心与我校物理实验中心合作开发的针对物理实验课程的管理系统[1～3]，涵盖了实验教学管理系统、教学资源网站、精品课程网站、省级示范中心网站、触摸屏学生登录系统、电子实验报告系统等，如图2所示.

图2 物理实验综合管理系统框图

系统与互联网连接，系统管理人员可以远程登录管理服务器，发布通知，上传各类互动教学资料，导入学生名单，管理学生班级，设置实验各类相关信息，包括学期设置，实验室设置，实验项目设置，用户名单管理，开放计划设置等.实验教师可以通过计算机终端查询选课学生名单，对学生实验过程进行评价，登记学生实验成绩等.学生可以从任一网络终端登录实验中心网站选课;预习实验;查看实验中心通知，查询实验进度和实验成绩.学生选课后于选定的时间到达实验室，在派位终端先刷卡认证后进入实验室在指定的位置完成实验，相关实验设备只有在刷卡后才由服务器远程打开电源.

3 管理系统的软件组成及功能

软件组成主要包括实验教学资源网站，信息发布，教学管理系统，学生个人信息系统，实验仪器管理等.

(1)教学资源网站.教学资源包含物理实验体系(含实验项目分类和所有实验的背景资料、实验目的、实验原理、实验步骤、数据处理表格和要求、书后习题等)，实验室信息，精品课程材料和省级示范中心材料等.

(2)信息发布.发布的信息主要是实验室新闻和通知，实验室规章制度，实验室选课实时信息等.

(3)教学管理系统.教学管理系统是对物理实验教学各个环节的管理，包括教学体系、实验课程、教师值班、课程班级、实验成绩、用户权限和系统配置等管理.

(4)学生个人信息系统[2].学生登录后，可以管理个人帐户，进行实验预约；也可以查阅课程信息、实验进度、实验成绩、违规记录等；还可以通过站内信箱与教师联系.

(5)实验仪器管理[2].实现对实验室内部的仪器设备的购买、使用、维修、借用和报废等更为详尽的管理，是对学校资产处仪器帐目的细化管理.通过该软件可以实现对仪器设备、低值物品及耗材更科学细致的进行管理.

4 管理系统的功能实现

平台设计采用Model-View-Controller(MVC)的模式，将应用分解成模型层、视图层和控制层.该平台运用MVC模式，建立了四个层次，如图3所示.

图3 平台设计层次

5 管理系统的访问控制模式

由于实验管理系统中的用户种类众多，包含系统管理人员、实验员、理论课教师等，不同的身份在管理系统的使用中具有不同的权限，完成不同的操作，因而要求系统设置权限控制.使用基于角色的访问控制(RBAC, Role Based Access Control)模型能有效地实现系统的安全管理，降低管理开销，提高管理效率.模型如图4所示.

图4 基于角色的访问控制(RBAC)模型

在基于角色的访问控制(RBAC)模型中，系统管理员给不同的角色分配不同的权限.给用户的授权是通过授予用户一个角色实现的;只要某用户属于某个角色，他就具备这个角色的所有操作许可.一个用户可以承担不同的角色，这样在用户和权限之间建立的是多对多的关系，而不是一对多的关系，从而实现授权的灵活性，将原来用户与权限之间的1∶N联系型变为了用户、角色、权限之间的三元M∶N联系型[3].

在系统B/S结构的应用中,一个操作可能由一个页面完成，也可能由一组多个页面完成.考虑到页面和功能之间的联系，在该管理系统的权限模型中，系统将用户—角色—权限关系转化为了用户—角色—页面组关系，从为角色指派系统中某一具体操作的许可，简化为对某一页面组的访问许可.如此既实现了基于角色的访问控制，又实现了页面组的操作权限管理.该方法很好地实现了访问者的权限管理，又使得各模块的功能具有整体性和一致性，对页面的增减只需对角色的权限修改即可实现.