开放型实验项目教学管理系统设计与实现

孙晓勇

摘 要： 为更好地培养学生实践能力和创新精神，结合校开放实验教学计划，提出了开放型实验项目教学模式。在开放型实验项目教学实施过程中，开发了基于B/S模式的开放型实验项目教学管理系统对教学过程进行管理，并使用电子白板作为协作交流工具。实践表明，该系统能较好地满足实验教学及实验管理两方面的功能需求，方便学生自主学习和协作交流，有利于师生更好地进行双向互动。

关键词： 开放实验； 实验管理系统； B/S模式； 电子白板

中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2015）12-67-03

Design and implementation of open experimental project teaching management system

Sun Xiaoyong

（School of Science， Zhejiang University of Science and Technology， Hangzhou， Zhejiang 310023， China）

Abstract： With the school open experiment teaching plan， the open experimental project teaching model is proposed to improve students' practical ability and creative spirit. In the open experimental project teaching process， an experiment management system based on B/S mode is developed， in which whiteboard is provided as a collaboration tool. Practice shows that the system can meet the requirements of experiment teaching and laboratory management. Students can collaborate with each other and interact with teachers better.

Key words： open experiment； experiment management system； B/S mode； whiteboard

0 引言

近年來高校不断调整人才培养计划，并进行教学改革，以满足社会对高素质人才的需求。知识来源于实践，能力来自于实践，素质更需要在实践中养成。因此，各种实践教学环节，如课程实习、专业实习、毕业实习、实验教学、社会实践和社会调查等，对于培养学生的实践能力与创新能力都十分重要。

传统的实验/实践教学往往处于理论课的从属地位，实验内容多为演示、验证型的实验，而设计、创造型实验很少。学生不能自主选择实验内容和安排实验时间，这在客观上限制了学生的积极性和主动性的发挥，不利于开发学生潜力。

在此背景下，我们提出开放型实验项目教学模式，在该模式下，学生可以将自己的特长、兴趣与现有实验条件有机地结合起来，不受学科、专业、年级的限制，可以进行多层次、多方向的实践训练，从而使学生充分发挥自己的专业特长和创新积极性。

1 开放型实验项目教学特点

开放型实验是相对于传统实验而言的，传统实验课程和实验项目由实验室确定，实验时间由教务处统一安排。学生要在规定的时间内按照实验指导书的实验步骤完成实验，教学方法死板，极大地限制了学生的主动性和创造性思维。开放型实验就是要打破传统实验方法，对实验内容、实验时间、实验对象和实验教学方式全面开放。

浙江科技学院是一所中德合作培养高等应用型人才的院校，通过借鉴德国应用科学大学办学经验，结合中国国情，培养具有国际化背景的高层次应用型人才。学校从2007年开始在全校范围内开始实时开放实验教学。结合学校开放实验教学计划和理学院专业特点，我们提出了开放型实验项目教学模式，在该模式下，项目的来源更加广泛，可以是教师的教学研究项目，可以是学生自己申报的科技创新项目，也可以是学生选择学科竞赛进行的创作设计，它不受教学培养计划的限制，而围绕着培养目标以完成项目任务的形式开展教学，鼓励学生进行创新性、发散性思考[1]。

由于实验内容和时间的开放性，开放型实验项目管理的水平在很大程度上影响实验实践教学效果，为了更好地对开放型实验项目教学进行管理，我们开发了基于Web的开放型实验项目教学管理系统。虽然许多高校都开发了实验室管理系统，但大多数是针对传统实验教学，少数开放实验管理系统也主要针对实验室的开放资源进行管理。为此我们结合开放型实验项目教学特点开发了本系统。

2 系统总体设计

开放型实验项目的用户分为三种角色：学生、教师和管理员，各角色对应功能模块如图1所示。

学生端：学生登录系统后，可以查询教师提交的开放实验项目，根据自己的兴趣进行选择，同时提供自己的班级和联系方式。在选课得到教师确认后，学生可进入系统查询实验室开放资源及时间段，并进行预约，预约后需要由实验室管理人员确认。对于尚未被管理员确认的预约，其可以取消该预约。系统同时需对其预约时间冲突给予提示。在课程进行过程中，可以通过系统提供的协作交流模块与参与同一个项目的同学或教师进行交流；课程结束后，学生可以通过系统提交自己的实验作品、实验报告等，在教师评分后查询成绩。

教师端：登录系统后，教师结合自己的研究方向或在研项目，申报拟开设的开放实验，提交实验项目名称、内容、所需学生组数（每组人数）等信息，实验管理人员审核通过后即可提供给学生预约。在学生选课后，教师可给予确认；查询学生预约的开放实验时间，并根据自己的时间，进行现场指导或者通过网络进行远程指导；根据学生平时实验表现和最后提交的实验报告、实验作品等进行评分。

管理员：管理员分实验室管理员和系统管理员两种。实验室管理员主要对实验室基本信息进行管理，包括实验室基本信息、本学期实验课表、实验设备清单的维护增删、实验室设备的维修记录、实验室开放管理等内容。系统管理员功能包含实验室管理员功能，还包括用户注册管理、实验教师基本信息管理、学生基本信息管理、各级管理人员信息和权限管理、统计查询管理等内容。

3 关键功能实现

3.1 前端优化

前端的性能對于一个Web应用来说非常重要，如果一个Web应用的页面加载速度非常快，对于用户的操作可以及时响应，那么产品的用户体验将会极大地提升。为此我们采用了一些常用的技术对前端进行优化，如合并多个CSS文件、合并多个JavaScript文件，使用CSS Sprites整合图像等[2]。

3.2 安全防护

跨站脚本攻击（也称为XSS）指利用网站漏洞从用户那里恶意盗取信息。跨站脚本是目前最流行和影响严重的安全漏洞，它是一种被动式的攻击，其自诞生以来，在各种网络安全漏洞中一直被评为十大安全漏洞中的第二威胁漏洞。也有黑客把跨站脚本当作新型的“缓冲区溢出攻击。跨站脚本攻击要从客户端发起，虽然执行跨站脚本在执行时会受到诸多限制，但是其也能造成很严重的后果。

跨站脚本的防御，主要方法是对客户端信息包括请求的URL、cookie、提交的表单等在与服务端交互时进行验证。常见的防御攻击方法主要有：使用XSS Filter、输入过滤输出编码、建立完善的黑白名单安全策略等。本文也是从这几个方面着手防御。在客户端输入时进行必要的验证，若用户输入非法的Javascript字符则提示，并且不予提交。在后端使用过滤器进行数据验证，确保用户数据安全[3]。

3.3 共享白板实现

共享白板作为一种实时交流工具，为处于不同物理位置的人员进行异地协作提供便利。电子白板是一个虚拟的公用区域，系统用户可以通过电子白板进行沟通交流、专题讨论、协同设计等协作。参与者可以同时看到其上的内容，包括文字、图形、图像。这些数据存于白板服务器或多媒体数据库服务器上，由服务器负责访问。每一个客户端可得到一份数据拷贝，可以被任一参加者根据其权限添加、删除或修改。操作的结果送往服务器，服务器更新数据。客户机收到修改请求后，随即更新本地数据[4]。

共享白板有两种方式，一种是将白板内容作为一张位图，每当白板内容更新时，就产生一张新的位图，然后把位图传输出去。这种方式实现简单，但需要占用较大带宽，可能导致网络堵塞。另一种方法是把白板内容的组成元素用矢量进行描述，白板内容的更改被反映到元素的形状、位置等描述的变化上，系统将变化传送到网络上，白板客户接收到之后仅需根据变化修改本地参数即可。这种方法大大减少了网络传输的数据，是比较理想的选择。在此，我们采用第二种方法。

4 结束语

开放型实验项目教学管理系统在本校信息与计算科学专业的开放实验教学中得到了应用。实践表明，该系统能较好地满足实验教学及实验管理两方面的功能需求，方便学生自主学习和协作交流，有利于师生更好地进行双向互动，实现实验教学管理的信息化、网络化，提高实验教学管理效率。该系统还存在一些不足需要进一步改进，而且随着智能手机的普及，让系统能够通过移动设备进行访问能大大方便用户使用，因此将系统在移动端进行扩展将是本系统今后研究的重点之一。

参考文献（References）：

[1] 岑岗，林雪芬.开放型项目教学的研究与实践[J].浙江科技学

院学报，2010.22（5）：375-380

[2] Lara J A， Lizcano D， Martinez M A， et al. Developing

front-end Web 2.0 technologies to access services， content and things in the future Internet[J].Future Generation Computer Systens，2013.29（5）：1184-1195

[3] Shar， Lwin Khin. Defending against Cross-Site Scripting

Attacks[J]. IEEE， Computer Society，2012.

[4] 李继华，张德运，刘伟娜.基于Web的多媒体交互式教学系统

的设计与实现[J].计算机工程与应用，2003.26.