基于SSH架构的计算机课程实验教学辅助系统设计

任靖娟，曹 莉

（河南中医药大学信息技术学院 河南 郑州 450000）

0 引言

SSH框架是现在大多数软件设计过程中都会使用的一种框架集。而这种框架是基于MVC的开发，且MVC模式已经成为现代J2EE开发中的一种常用模式[1]。本文基于SSH架构设计一种计算机课程实验教学辅助系统，以便于学生对于计算机课程的学习。SSH架构具有技术优势，可以提高系统的功能性，扩展应用空间[2]。SSH框架在业务对象的平台专用性上没有特殊的限定要求，在SSH框架中业务逻辑的实现通过普通的Java对象即可完成，为计算机实际操作提供一个堪比现实环境的仿真场景，达到提升使用效果的目的。

1 基于SSH架构的计算机课程实验教学辅助系统

1.1 硬件设计

计算机课程实验教学辅助系统流程，见图1。

基于SSH架构的计算机课程实验教学辅助系统的设计，将实验教学的应用场景从课堂延展到分布式的教学网点，通过灵活的网络架构将各种教学资源汇集在一起，为教师提供更为丰富和灵活的教学手段，为学生展现一个接近于实战的演练环境，实现对计算机课程的立体化呈现[3]。为了满足系统运行的流畅度要求，在设计中兼顾性价比，硬件部分选用kingston 8 GB×2内存的普通PC机，硬盘大于500 G，操作系统选择使用Win10系统，一般连接外置打印机协助操作。硬件环境可选择Internet网络或局域网，服务器CPU选择3.2 G以上，内存1 G。客户端设计采用“瘦身化”设计理念，可以是任意连入互联网的智能终端，考虑到辅助教学系统的应用对象和使用场景，优先考虑台式计算机。通过普遍配置的浏览器软件，实现教学内容的上传下载和显示。由于将运算功能设置在服务端，因此客户终端的运算处理能力不做要求，其功能主要为在实验操作中的必要动作和模拟显示结果，因此客户端的硬件环境要求设定在输入操控能力和细腻的显示效果展示方面，依托台式计算机必备的键盘鼠标以及系统内置的浏览器，完成教学辅助系统的应用所需[4-6]。

网络关系链一般可以分成3种，内、外部网络以及DMZ网络。外部网络学校网络连接Internet的重要端口，通常需要防火墙级别的设备来分隔Internet、Intranet和DMZ网络。进出的网络流量根据防火墙的访问规则进行控制，用来保证各项系统模块的安全。远程用户通过浏览器提供的交互界面设置程序参数，作为系统运行的参数传输到服务器端，在服务器端由Matlab Builder JA构建的Java组件中进行运算。内部网络根据学校的组织结构和规模，根据下属单位和业务性质来控制对内部资源的访问，规划不同的内部功能网段，学生可以通过内部网络，快速传输网络数据，获取学校内部资源，达到资源共享的目的。通过对3个物理区域的划分，每个网络区域根据不同的功能和服务对象保留自己的特点和功能。

1.2 软件设计

1.2.1 实验教学资源整合模块

系统软件为SSH框架，采用B/S设计和开发，其架构维护起来较为简单。由于程序数据的存储和操作都体现在服务器本身，若要更加方便地管理系统，提高执行的效率和速度，就必须将操作执行分配给各个不同的计算机。根据需求，系统软件设计结构见图2。

创建一个通用数据库，名称设置为studentDB，并选择最常用的服务器。数据库服务器主要由高性能的Hibernate机组成。Hibernate可以自动生成SQL语句，自动执行，使得Java程序员可以随心所欲地使用对象编程思维来操纵数据库。 Hibernate可以应用在任何使用JDBC的场合，既可以在Java的客户端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web应用中使用。在SSH架构应用程序中，可以使用DAO在Hibernate的O/R映射管理环境中模拟SSH架构页面中的图形，对图形进行优化设置，分级呈现图形细节在保证数据库通信流畅的前提下，保证使用者对图像细节的表现要求[7-9]。Hibernate用反射机制实现持久化对象操作，实现与IDE(integrated development environment）的耦合度。Hibernate使用数据库和配置信息为应用程序提供持久化服务。从配置文件中读取数据库相关参数，将持久化类和数据表对应使用。用Hibernate API对象持久化，利用映像信息将持久化操作翻译为SQL语句进行查询。使用SSH架构需要一个Java对象作为函数的返回值，作为接入系统数据库管理的接口，该返回值还可作为交互数据信息的备份，确保系统在发生事故后能够快速恢复[10]。

1.2.2 用户登录及权限管理模块

在典型的三层架构中，具有图形界面的程序安装在单个客户的计算机上。这些程序允许用户通过特定格式的表单输入适当的信息，以便与服务器进行交互。整合教学资源后，对学生及教师等不同使用者设置不同权限。子体主要是针对大多数和学生自身一样的同级用户，母体主要是针对学校，辅助主要是针对老师等人员。根据使用者不同的身份设置不同的权限，在登录时完成角色识别和权限分配，登录流程见图3。

母体是辅助系统的底层管理职能，对系统的运行参数、运行状态、用户管理、权限设定具有最高的控制权；辅助面向教辅人员，具有班级管理、人员增删、课件导入、情景设定、教学模型选择等权限，是作为计算机课程实验的组织者和指导者；子体的用户是学生，通过用户创建过程中对学号、姓名、专业、课程体系等信息的标签化管理，建立学生使用权限和内容访问权限。它的功能是接受使用者数据输入以创建用户，并作出结果输出。本系统采用带有进入权限的预约系统，由管理员设置教师建立课堂的权限，教师邀请学生凭密码进入课堂，实验过程管理模块会自行在培训后台进行操作。系统会自动记录学生的登录时间和退出时间记录实验课程的选择，学生还可以使用课程表功能查看过去的课程，对以往课程的知识点进行回顾温习，也可以查看尚未开始的课程，提前做好课程预习，并有选择地准备课件作业。

计算机实验教学内容创建基于SSH架构的用户登录及权限管理，在建立系统时，应根据基本的逻辑推理使用系统模式，创建SSH架构用户功能。在系统中需要首先建立用户信息，通过注册页面，分类确定使用者的角色，并根据分支进入管理者、教师、学生3个不同架构中注册新用户，对应不同权限和信息，在输入时显示密码以便下次登录。对于网站管理员来说，可以将分类信息存储在数据库中，方便信息传输和终端显示。系统内置管理和维护功能，可以通过Internet Explorer的远端控制端口进行内容更新以及系统维护。权限管理界面见图4。

1.2.3 教学辅助系统数据库设计

数据库服务器推荐使用Ts300-e5。它是一款内置P5BP-E/4L高性能主板和Intel LGA775 Xeon 7100系列中央处理器的立式/机架式5U服务器。系统的主要功能设定是实验教学，因此以数据库作为开发的基础，系统的数据库需要设计冗余，并具备备份功能，从而保证数据源的稳定性。利用工具可以导出指定的教学计划表，共享给用户，并添加定时提醒功能，便于教师和学生实现同步操作。在数据服务层，数据库负责将数据提供给操作逻辑层，传输给用户界面层。用户在使用中仅接触到操作逻辑层，不会对数据服务层的数据进行改动，从而提高系统安全性。系统中架构采用不同的操作模式，每一层都可以由不同的团队使用不同的编程语言和工具进行开发，具体见表1。

2 对比实验

2.1 实验准备

通过用户管理功能添加某信息技术学院的在职教师和大二学生，以验证基于SSH架构的计算机课程实验教学辅助系统的大用户量访问管理能力；通过一个时间段的实际应用，对比同等条件下系统性能的实用性。根据软件功能设定，要求管理员、任课教师和学生登录系统，在系统中注册自己的信息，观察几百人规模下系统在身份识别、权限分配、运行流畅度等指标的运行稳定性。确认全员登录系统后，选取实际教学中的实训内容设定为实验教学课程，教师在系统中设定实验目标，明确实验要求，指导实验路径，并检查学生的实验作业，在系统中批改。学生在系统中参与实验课程，根据教师要求，完成实验操作，并独立完成实验作业，提交教师审查。经过半个学期的使用，对比传统的教学辅助系统与本文设计系统的资源整合完整度。

2.2 实验结果

在大二年级6个班级实施了实验教学辅助系统后，记录传统系统与本文设计系统的资源整合完整度，见表2。

由表2可知，使用基于SSH架构的计算机课程实验教学辅助系统经过长时间的正常教学使用，其资源整合完整度依然很高，系统运转良好，传统教学辅助系统虽然完整度也较高，但略逊于本文设计系统，由此证明本文设计的基于SSH架构的计算机课程实验教学辅助系统能够满足日常教学需求，且系统功能较为完善。

3 结语

网络信息技术的进步加快了信息的流通，提高了网络教学流通的效率。传统的教学方式虽然有其优势所在，但为了适应教育行业发展以及一些特殊情况下的学习方式，网络教学逐渐被人们所接受，对于整个教学过程进行电子化，减少了资源的浪费，也可以提高教学质量和效率。基于SSH架构的计算机实验教学辅助系统，以实践教学为核心，利用SSH架构和数据库技术实现实验资源与教学组织的整合，以丰富教学资源，实现交互式学习，不受时间地点限制，提供给学生一个自主学习的平台。