基于Web技术的实验教学管理系统设计

范开涛，瓮 南

(昆明理工大学 计算中心，昆明 650500)

基于Web技术的实验教学管理系统设计

范开涛，瓮 南

(昆明理工大学 计算中心，昆明 650500)

文中提出了新型计算机实验教学组织与资源管理模式，利用Web技术开发了计算机实验教学管理信息系统,把计算机实验教学资源与活动组织有机连接起来，实现了计算机实验教学的柔性化管理。该系统对于提高仪器设备利用率，提高计算机实验教学的组织能力，促进计算机实验教学资源优化配置与共享有一定的借鉴意义。

计算机实践；实验教学；资源；柔性管理

目前，昆明理工大学计算中心存在实验教学的组织和管理水平相对较低，实验教学资源没有得到高效利用的问题。如何提高实验室教学组织能力及资源整合能力，使实验室能最大限度地支撑学校高等教育的改革与发展，构建信息化的公共信息服务体系，使其成为师生进行科学研究、创新创业的基地，已逐渐成为其建设过程中迫切需要解决的问题。随着计算机技术的迅猛发展和学校硬件支撑体系的完善，通过校园网络进行科学管理，提供更为有效的公共信息服务逐渐得以实现。

1 系统的研发意义

基于Web技术的实验教学及资源信息化管理系统，能够有效解决因地域跨度大等客观原因带来的不便，使实验教学管理及资源管理具有柔性化的优点，能提供更加规范的组织管理。该系统的建设具有如下意义[1-7]:

1)推行基于教育网的实验教学管理手段与方法，改变传统实验教学组织方式，根据实验教学计划，提供柔性化的实验教学组织管理，提高管理效率，推进实验教学的深化改革；

2)借助基于教育网的实验资源管理手段与方法，将实验设备纳入统一管理，通过规范化的过程管理，提供有效的实验设备信息，共享和优化配置实验资源，提高实验设备利用率，为设备采购、报废、教学管理等活动提供决策支持；

3)有机地将实验教学活动与实验教学资源连接起来，提高实验教学组织管理效率，为教师和学生开展科学研究、创新创业等活动创造有效途径和良好环境。

2 系统分析

计算机实践教学信息化管理的主要目标是实现以计算机软硬件教学资源为基础、以实践活动为核心的综合管理，向全校师生提供优质的教学资源和教学环境，提高教学服务能力。其主要内容是进一步精细化、科学化管理计算中心的实验室软硬件教学资源及服务能力；对外提供人性化的、灵活的、全开放的教学服务。

通过详细调查实验教学所涉及的对象，采用结构化分析的方法，从实验教学、设备、组织机构入手，采用自顶向下、逐层分解的方法，分析了实验教学活动的开展和设备管理等业务，建立了实验教学管理系统的E-R模型。E-R模型体现了实验教学活动中各实体及实体之间的联系，同时也揭示了实验教学活动的开展与实验教学设备管理之间相互影响、相互制约的关系。根据模型分析的结果，确定了实验教学管理系统的主要功能结构。

3 系统设计

我们采用自顶向下的结构化分析方法，确定了实验教学设备、实验教学课程、实验课程教师三个核心业务对象和实验教学管理一个核心流程。系统以实验教学管理核心流程为中心，用协同方法集成核心业务对象。这种结构体现出实验教学资源配置与实验教学活动之间相互影响、相互制约的关系，并实现了实验教学的管理任务及实验教学资源配置任务。系统功能模块结构如图1所示。

图1 实验教学管理系统功能结构图

3.1 实验教学设备管理

实验教学设备管理实现以实验室为单位的管理模式，能够描述出实验室的功能、场所、设备的教学科研服务能力(软硬件配置等)、设备数量、可承担学生人数等信息。参与实验教学的师生可通过系统随时了解设备的配置情况，实验室专业技术人员、实验室管理人员可根据教学要求调配实验教学设备，实现全动态的管理。

3.2 实验教学课程管理

实验教学课程管理实现对实验教学课程的数字化管理，联机进行课程信息设置或与教务系统进行同步。实验课程的关键信息包括课程编号、课程名称、开课单位、学生人数、学分、任课教师信息。课程信息可以由任课教师进行维护，也可以从教务系统导入。用户通过身份认证进入该模块，可根据教学计划添加、删除、修改实验课程及相关信息，达到统一管理实验课程的目的。根据职责分工，用户可根据实验课程名称、实验类型、开课的学期及周次等条件单独或组合查询实验课程信息，并导出包括课程名称、学时、学生数、专业等信息的实验课程开设表。

3.3 实验课程教师管理

实验课程教师管理采用以本地化管理为主，结合学校教网中心单点登录系统的管理模式。在常规的用户管理基础上，系统能够通过调用api(例如，Web service等)获取学校单点登录信息并存放到本地。任课教师信息中的主要管理信息有姓名、性别、职称、联系电话、电子邮箱以及即时通讯号码。通过网络在实验室内部共享这些信息，实验室管理人员可以方便地与任课教师取得联系，提供更为人性化的服务。

3.4 实验教学组织管理

实验教学管理流程覆盖的范围包括教学前准备环节、教学中的组织与管理环节。正式开展实验教学任务前，任课教师按照教务处审核备案的实验教学计划，通过系统查询是否有满足实验物理条件要求(主要考虑设备硬件配置和设备台数两个指标)的实验室，如果有符合条件的实验室，则需要根据查询结果提交“教学软件清单”，到现场进行安装指导，确认实验室的软硬件条件均已满足教学要求。通过确认后，教学秘书根据双方达成的一致信息，在本系统中编制“实践教学任务安排表”，实验管理工程师根据“实践教学任务安排表”在“专用设备控制管理系统”中设置控制信息，完成实验室的自动化开放。在教学周内，如果出现实验室强电、网络等短时无法修复的故障情况，或因教学任务变更带来的临时调整情况，实验管理工程师查询满足实验条件的其他实验室，并在“专用设备控制管理系统”中设置控制信息，完成实验室的临时开放任务。对于无法调换实验室，或调换时间超过2周的情况，则由实验管理工程师把问题交接给教学秘书进行处理。

为了提升系统的稳定性、实用性、易用性，实验教学组织管理模块需要具备一些附加功能与特性。1)双工作区管理模式。教学秘书可以在“临时工作区”进行实验教学安排与调整，并切换到“正式工作区”进行实验教学安排、调整与复核工作。其他管理人员只能够按照权限设定，在“正式工作区”进行查询等管理工作。2)自动检测功能。系统能够自动检测实验室参数(仪器设备的数量、技术参数等)与实验课程对这些参数要求的匹配关系,并自动做出操作提醒。3)信息互通。任课教师与实验教学管理人员通过系统共享电话、电子邮箱、即时通讯号码等联系信息,既方便任课教师进行教学咨询，又方便实验教学管理人员提供更为有效的服务。

3.5 实验教学数据查询

系统用户可以通过该功能模块获取所需要的教学安排与调度信息，如任课教师、学生可以按照课程班级查询整个学期的“实践教学安排表”，按照课程班级查询当天的“时间教学安排表”；实验管理人员可以查询某天选定实验室的“实践教学安排表”，可以查询某天某节次选定实验室的“实践教学安排表”等。

3.6 实验教学数据统计与分析

数据统计与分析是软件系统输出工作数据的功能模块，系统用户可以从中获取到用于管理、决策等方面的数据信息。结合学校实际情况，按照教务处和实验管理处的要求，统计并输出报表是本功能中的重点。同时，中心管理人员可以获取到设备完好率、利用率等关键数据。

3.7 系统具备的其他功能

1)系统配置管理。系统配置包括系统字典、系统用户、系统权限等管理模块，完成系统参数配置功能，使系统能够按照管理规章制度的要求运行。系统的角色包括系统管理员、中心领导、室主任、教学秘书、实验管理工程师、任课教师、学生等。系统权限管理实现按照角色划分具体的使用功能，使用功能粒度细分到单个http会话，系统按照权限呈现能够使用的功能模块，提供人性化的导航功能，让用户使用更加简便、快捷。

2)系统公告管理。管理人员使用该功能模块，通过增加、删除、修改等操作，管理发布需要告之的信息，让师生即时获取到教学安排、调整等信息，提高服务质量。

4 系统实现

系统结构采用 B/S (Browser/Server) 软件体系结构作为基本架构框架，选用Java平台作为开发运行平台，基于J2EE的SSH(struts spring hibernate)作为开发框架, Tomcat作为应用服务，Apache Http Server作为Http服务。系统的分层模型从底层向顶层依次为数据库层、数据存取层、业务逻辑层、表现层。数据库层采用开源免费的PostgreSQL关系型数据库；数据存取层结合Hibernate开发框架，利用JDBC技术连接、访问数据库；业务逻辑层利用接口技术实现；表现层结合Struts和Extjs技术实现。

该系统充分考虑了学校实践教学管理的实际工作情况，适应了广大师生希望利用教育科研网通过浏览器跨校区访问系统的客观要求。采用基于Java的开源免费框架，发布在CentOS Linux操作系统中，实现了类似于C/S应用的操作界面，操作简便。该系统具备良好的适用性、可移植性、安全性、稳定性、易用性、实时性。

5 结束语

基于Web技术的实验教学管理系统以实验设备管理、实验课程管理、任课教师管理为基础，以实践教学组织管理为核心，通过应用Web技术、数据库技术实现了实验资源与教学组织的柔性化管理。本系统将实验教学活动的组织管理与实验教学资源的配置有机地连接在一起，提高了实验教学及资源管理的水平和效率，在学校信息化公共服务平台的建设工作中发挥了明显的作用。实践证明，本系统能够提高实验室的管理水平与公共服务能力，促进学校实验资源的整合，提高设备利用率，为学校实验室建设决策提供宝贵的参考依据，也对高等学校各级实验教学中心、基地的信息化工作具有一定的借鉴作用。

[1]刘德山,张菁.基于B/S架构的实验教学管理系统设计与开发[J].渤海大学学报(自然科学版),2010,31(1):79-83.

[2]韩方珍,俞守华,曹咏,等.基于B/S结构的实验教学管理系统设计[J].实验室研究与探索,2007,26(12):301-303.

[3]张勇,肖利.基于WEB的实验教学管理系统的设计[J].吉林师范大学学报(自然科学版),2009(4):112-115.

[4]葛耀峥,刘昊,陶国良.基于网络技术的实验教学管理系统研究[J].实验技术与管理,2008,25(11):93-97.

[5]陈红叶.开放实验室信息管理系统的设计与实现[J].实验室研究与探索，2011,30(6):185-187.

[6]王娴,刘畅,牛骁.实验教学及资源信息化管理平台的研究与实现[J].实验室研究与探索,2012,31(3):201-204.

[7]熊梦辉,夏琼,俞守义,等.实验室资源开放管理系统在示范中心建设中的应用[J].实验技术与管理,2011,28(5):210-212.

Design and Implementation of the Web-based Experimental Teaching Management Information System

FAN Kaitao, WENG Nan

(Computer Center, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China)

In our platform foundation construction of computer practice, combined with the direction of the reform of higher education, we put forward a new pattern of computer experiment teaching and resource management, research and develop a computer experiment teaching management information system with web technology, connect the resources and organization activities of the computer experiment teaching organically, realize the flexible management.The system can improve the utilization rate of equipment, improve the computer experiment teaching organization ability, promote the computer experiment teaching resource allocation and sharing.

computer practice; experiment teaching; resource; flexible management

2014-06-29；修改日期:2014-08-19

昆明理工大学2013-2014学年教育技术理论与应用研究项目。

范开涛(1977-)，男，硕士，实验师，主要从事实验室建设与管理、软件工程、数字图像处理等方面的研究。

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2015.06.017