计算机类实验教学环境管理系统的研发与实现

倪 伟

(重庆理工大学 计算机科学与工程学院，重庆 400054)

计算机技术应用

计算机类实验教学环境管理系统的研发与实现

倪 伟

(重庆理工大学 计算机科学与工程学院，重庆 400054)

以重庆理工大学计算机类实验教学为例，系统地阐述了计算机类实验课堂教学环境管理系统的系统分析、系统设计、系统实现等研发流程。该系统结合B/S、C/S结构，采用Microsoft Visual Studio2015开发工具以及MVC框架，实现了实验课堂教学问题反馈、计算机教学运行时间统计等功能，为促进计算机类实验教学改革起到积极的作用。

计算机实验室； 教学环境； 系统分析； 系统设计

许多高校都建有独立的计算机实验室，并且实现了网络化管理，为实验教学创造了良好的环境[1-2]。但是，由于计算机硬件设备逐渐增多、实验软件越来越复杂，给计算机实验管理中心带来了以下一些新的问题：

(1) 实验教学过程中的问题不能及时反馈至管理中心，会影响实验教学的进行，甚至发生教学事故；

(2) 由于计算机设备增多，增加了管理工作的工作量和设备管理的难度，若不能对每台设备进行及时检查维护，将影响实验教学工作的正常开展；

(3) 管理中心的各项通知需要及时传达至实验任课教师，否则信息共享不及时、不对称。

计算机类实验课堂教学环境管理系统将能很好地解决上述问题。

1 系统功能目标

计算机类实验课堂教学环境管理系统的建设，旨在使计算机实验室实验课堂环境管理更加便捷、实时和数字化，让实验室环境得以良性发展。

该管理系统的功能包括：

(1) 实验任课教师和管理中心人员的快速沟通：实验教师可在线反映设备问题，实验管理员也可以通过管理端在线发现和及时解决问题，维护好正常的教学秩序；

(2) 统计各计算机工作时间：客户端自动发送开机、关机时间至服务器，服务器统计各实验室计算机运行时间并做运行状况分析，还可进行数据挖掘以评估各实验室管理工作，并为计算机采购提供参考。

2 系统分析

计算机类实验课堂教学环境管理系统的功能需求分为学生端、教师端和管理端。

(1) 学生端。包括计算机IP和实验室编号绑定、开机启动后自动计时并发送时间间隔及地址给管理机等功能。

(2) 教师端。包括教师登录、教师注册、提交实验教学问题至管理机、与管理端信息交互、与管理机实时在线沟通、查看管理机发送的通知等功能。

(3) 管理端。包括管理人员登录、问题分类查看、为问题添加备注、与教师端信息交互、发送通知到各教师端、管理端处理时间信息并在管理端软件呈现、管理机统计计算机工作时间及平均值等功能。

以上功能需求可以用业务流程图(见图1)表示。

图1 管理端流程图

系统的具体需求还可进一步描述为：

(1) 对各实验室的学生机、教师机的IP和机房编号进行绑定；

(2) 学生机开机后自动计时并发送时间间隔及地址给管理机；

(3) 任课教师可以注册和登录；

(4) 任课教师在教师端向管理员提交行课中的设备故障问题；

(5) 任课教师在教师端与管理员交谈问题；

(6) 任课教师在教师端随时查看管理员发布的消息、通知；

(7) 管理员能从数据库中添加或删除用户；

(8) 管理员可以查看行课故障问题的详细信息并且予以添加备注；

(9) 管理员可以编辑行课故障问题的状态，状态分为未解决、解决中、已解决3种；

(10) 管理员可以向各教师端发布通知；

(11) 管理员可以分类、分时间段查看统计信息；

(12) 管理员可以查看各实验室机房计算机开机使用时间记录；

(13) 管理端对各机房计算机使用时间进行分析，给出小于平均使用时间的计算机；

(14) 具有较好的兼容性，能够在大多数计算机或服务器上使用；

(15) 具备高并发能力、响应速度快、容错性好。

3 系统设计

3.1 系统架构和开发工具

计算机类实验课堂教学环境管理系统的架构设计如图2所示。

图2 系统架构图

开发工具采用Microsoft Visual Studio 2015。Visual Studio (VS)是一套基于组件的软件开发工具，包括整个软件生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代码管控工具、集成开发环境(IDE)等[3-6]。编写的目标代码适用于微软支持的所有平台，包括Microsoft Windows、Windows Mobile、Windows CE、.NET Framework、.NET Compact Framework和Microsoft Silverlight 及Windows Phone。采用MVC(model view controller)技术框架开发。MVC用一种业务逻辑、数据、界面显示分离的方法组织代码，将业务逻辑聚集到一个部件里面，在个性化定制界面及用户交互的同时，不需要重新编写业务逻辑[7-8]。

系统采用B/S(浏览器/服务器)、C/S(客户端/服务器)两种结构模式，教师网页端采用B/S结构，计算机客户端、管理端均采用C/S结构。

3.2 数据库设计

在完成数据库设计之前，先根据需求分析文档设计出系统开发所需实体类，实体类类图如图3所示：

图3 实体类类图

实体类类图的实体类简述如表1所示。

表1 实体类简述

所对应的实体关系图可用E-R图(见图4)表示。E-R图可进一步抽象为概念数据模型CDM，CDM图再转换为物理数据模型PDM，最终转换为系统数据库表结构形式的文件，数据库该系统采用MySQL。

图4 系统E-R图

3.3 详细设计

详细设计的主要任务是设计每个模块的实现算法、所需的局部数据结构。详细设计的目标有2个：

(1) 实现模块功能的算法，要逻辑上正确和算法描述简明易懂；

(2) 通过图形工具、表格工具、语言工具来表达[9-12]。

以管理端为例，管理端模块的整个处理流程为以下步骤：

(1) 管理员登录，进入管理端界面；

(2) 获取并显示行课故障问题信息；

(3) 更改行课故障问题状态；

(4) 接收教师发送的消息；

(5) 发送消息，管理员可以与教师在线交流；

(6) 获取并分类显示行课信息；

(7) 管理员发布通知到各教师端；

(8) 获取并显示各机房的设备使用记录。

以上可用时序图表示，如图5所示为管理端时序图。

图5 管理端时序图

4 系统实现

计算机类实验课堂教学环境管理系统开发工作的最后工作包括：人员培训、建立系统平台、建立数据库、应用程序设计与编码、程序测试与系统调试试运行、现场布局调整与系统移入、组织机构调整、系统切换、文档整理与验收(鉴定)[13-15]。任课教师端可以实时网上提交故障问题和查看处理情况；管理端具有实验课堂问题实时处理功能，包括问题描述以及弹窗提醒。

5 系统特色

系统经测试和交互试用，已在重庆理工大学计算机实验教学中心实际应用，该系统具备以下特色：

(1) 具有原创性：系统由重庆理工大学计算机学院师生团队研发，作为教学管理软件，该系统经实地测试，实现了各项功能目标；

(2) 实用：该系统避开常规管理软件的思路，抓住管理的关键点，从上课教师和管理者各自关心的问题入手，构思独特、实用性强；

(3) 模块化程度高：该软件系统架构清晰，功能满足教学管理需要，在开发过程中采用组件式开发，模块化程度高[16]。

(4) 扩展性强：该系统预留了接口，可连接新的硬件设备，例如可扩展采用单片机或蓝牙技术进行声音报警、对实验室进行安全监控等。

6 结语

计算机类实验课堂教学环境管理系统实现了计算机类实验课堂教学环境管理系统的全部功能，系统结构明朗、界面操作清晰，方便教学相关人员使用，为提高计算机类实验教学质量起到积极作用。

References)

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Development and realization of management system of experimental teaching environment for computer majors

Ni Wei

(School of Computer Science and Engineering,Chongqing University of Technology,Chongqing 400054,China)

By taking the experimental teaching for computer majors in Chongqing University of Technology as an example, the Ramp;D process of the management system of the experimental classroom teaching environment for computer majors such as the system analysis, system design, system realization, etc., is systematically expounded upon. The system combines B/S and C/S structures, uses Microsoft Visual Studio2015 development tools and MVC framework to realize the functions of the experimental classroom teaching feedback, the running time statistics of the computer teaching, etc., which plays an active role in promoting the experimental teaching reform for computer majors.

computer laboratory； teaching environment； system analysis； system design

10.16791/j.cnki.sjg.2017.11.033

TP315

A

1002-4956(2017)11-0137-04

2017-04-01

重庆市科技委员会基础科学与前沿技术研究项目(cstc2017jcyjAX0144)；重庆市教育委员会应用基础研究项目(KJ1500906，KJ1600933)；重庆市高等教育教学改革研究项目(173115)；重庆理工大学高等教育教学改革研究项目(2015QN03，2016ZD03，2016QN06)；重庆理工大学实验技术基金项目(SK201711)；重庆理工大学专业学位研究生教育改革试点改革项目(ZSSD207)

倪伟(1982—)，男，四川遂宁，硕士，实验师，主要研究方向为计算机软件应用开发、创新实验教学和管理.

E-mailniwei@cqut.edu.cn