一种实验教学管理新模式的探索

肖永生 黄丽贞

南昌航空大学信息工程学院 江西南昌 330063

随着科学技术的发展，校园内的实验室(包括机房)越来越多。以往采用人工管理完成实验教学的出勤登记、实验考试的身份认证、实验纪律的监控模式越来越不能适应实验教学发展的需要。因此，开发一个可减少课堂中教师工作量，方便准确地完成实验数据的收集和统计工作的实验管理新模式具有十分重要的意义。

本文提出了一种新的实验教学管理模式—基于指纹识别和网络监控系统的实验教学管理模式。其中的指纹识别是一种能够准确可靠地进行身份认证的最有效的鉴别方法之一；而网络监控技术方便教师全面掌握学生的实验状况，提高了教师的工作效率。

1 目前实验教学存在的问题

高校教学工作主要包括理论教学与实验教学两个方面。实验教学有利于理论教学内容的融会贯通，提高学生的学习兴趣，对于学生的实践、分析解决问题以及严谨的思维方式等能力培养是一个必不可少的重要环节。但随着实验人数和次数的增多，实验教学质量以及实验室的管理出现了一些新问题。(1)实验存在冒名顶替，实验过程中有部分学生不认真做实验而玩游戏等现象。(2)实验过程中，指导教师必须不停地来回巡视以发现学生实验过程中的问题。(3)实验过程中，经常有被损坏的实验设备，这增大了实验教师的工作强度。基于实验教学的重要性以及目前实验教学存在的诸多不足，充分利用各种先进技术以提高实验教学质量和效率，是一件迫在眉睫的工作。

2 实验教学管理新模式

本文利用指纹识别技术、Delphi、Windows系统编程、网络编程以及数据库设计等相关知识，开发了基于指纹识别和网络监控的实验室管理系统，建立了实验教学智能化、网络化及快捷化的管理新模式。对进入实验室/机房的学生进行考勤管理，对学生实验进行监控管理，实现实验室/机房各项统计管理等，解决目前实验室人工管理模式存在的问题，进一步提高质量和效率。该管理模式主要包括以下几个方面的功能：

(1)监控管理功能：监控学生实验的具体情况，如在教师机上显示学生机当前屏幕的内容，当学生没有认真实验或从事与实验无关的活动时，教师机可向学生发出警告或强行关闭该生计算机。

(2)信息查询功能：查阅学生的所有实验情况和实验室的使用情况等。此功能不仅可以通过教师机实现，还可以通过Web方式实现，在校园网上获取这些信息。

(3)数据统计分析功能：纵向统计分析学生的全部实验信息；横向统计班级实验的信息；统计教师上机指导信息；统计实验仪器、实验室的利用率等。

(4)指纹管理功能：学生开始实验时，必须进行指纹识别，待确认后方可进行实验；结束实验时，待指导教师检查认可后，进行指纹确认实验完成。

(5)信息编辑功能：提供教师信息、学生信息、班级信息、实验室信息、实验设备信息等的增加、修改、删除功能。

(6)电源控制功能：学生开始实验或考试时，待指纹识别确认后，开启相应设备的电源。当学生实验或考试完成后，教师机发出命令关闭学生机。

(7)安全管理功能：系统在学生机端开机自动运行并且隐藏，以防止学生关闭系统。

(8)输出功能：提供屏幕输出和打印机输出。输出形式有表单形式、图表形式、Web页形式。

3 系统在实验教学管理中的具体功能及应用

安装在实验室的系统的网络拓扑结构如图1所示。本实验室/机房管理系统由4个子模块构成，分别是学生机、主控服务、教师机以及MCU(Microcontroller Unit)电源管理子系统(如图2所示)。

图1 实验室管理系统的网络拓扑图

在实验教学管理中，各子模块承担的工作如下：

3.1 学生机子系统

如图2所示，该子系统由三部分构成。按参加实验教学的流程，具体完成如下功能。

(1)初始化与身份验证阶段。

①接收教师机的开机指令，开机运行并初始化自身运行环境。

②自行启动监控程序，将学生输入的验证信息传输给教师机，等待其激活指令。

(2)实验阶段。

①进行此时间段所需完成的实验。

②响应教师机的监控指令(主要有屏幕截图、警告提示、卸载学生装载的无关程序以及通过安保部件完成强行关机等指令)以便更好地督促学生进行相应的实验。

(3)实验完成后处理。

①提交实验结果传输给教师机。

②学生机关闭时重新设置其监控程序为自启动程序。

3.2 主控服务子系统

如图2所示，该子系统是整个实验教学管理系统的核心枢纽部分，由五部分构成。完成以下主要功能：

(1)“翻译”与传输教师机的各种指令给学生机，并转发学生机相应的响应数据给教师机。

(2)验证教师机上传指纹信息的合法性与正确性。

(3)考勤信息、实验数据等动态信息的维护。

(4)提供基于Internet技术的实验室仪器设备信息、开放性实验预约及实验教学安排等信息浏览与查询。

3.3 教师机子系统

如图2所示，该子系统由七部分构成，是教师的操控平台，具体功能如下：

(1)学生考勤功能，即接收学生指纹录入信息，与主控服务子系统中的学生信息进行比对。

(2)监控整个实验过程中学生的状态，更好地督促其完成实验内容。

(3)数据录入和编辑功能，如录入本实验室的学期实验教学安排，开放性实验安排等。

(4)提供定制功能，如不同的实验类型，受控和非受控的设置，不同的实验时间安排。

(5)提供友好、简洁的管理员界面。

3.4 MCU电源管理子系统

该子系统由通讯部件及电源管理部件构成。主要实现两个功能：

(1)与教师机进行通信，接收教师机子系统的各类控制命令。

(2)电源控制功能，控制实验室/机房内的实验设备的电源。

4 新模式的特色及推广

基于指纹识别和网络监控的实验室管理系统具有以下一些特色：

(1)实现了学生考勤与实验教学一体化，减轻了教师的劳动成本，也提高了相应的工作效率。

(2)通过可视化的监控方式，学生的实验过程能够得到有效跟踪，从而提高了实验教学效果。

(3)自动化、信息化指纹识别的身份验证方式，方便了高校对学生的管理。

(4)教师机与学生机两级主从式结构，便于系统扩展，具有非常强的推广性。

采用本系统进行实验教学，能够减轻广大实验管理人员繁重的实验数据统计和设备维护工作；能够使实验教师在有限的实验时间内，减少和实验内容无关的监控工作，集中精力辅导学生实验；能够更加公平高效地考勤，杜绝考试冒名、舞弊、实验抄袭现象；能够督促学生端正实验态度，为广大学生营造公平、公开、高质、高效、严谨的实验室/机房环境，从而提高实验教学的质量。系统所需设备各高校基本具备，且操作简单、易于推广，具有广泛的应用前景。

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