物理實驗管理系統(tǒng)的構(gòu)建與實現(xiàn)*①

吳慶春 唐春紅

(南京工程學(xué)院物理實驗中心 江蘇 南京 211167)

1 引言

實驗教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)過程中的重要組成部分，對于學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新意識的形成起著至關(guān)重要的作用.故開設(shè)和管理好大學(xué)物理實驗是培養(yǎng)優(yōu)秀工科人才的基礎(chǔ)工程.隨著Internet的普及，我校物理實驗中心也不斷加快信息化進(jìn)程的各種輔助教學(xué).傳統(tǒng)的物理實驗選課方法、物理實驗的預(yù)習(xí)、教學(xué)信息管理和發(fā)布、學(xué)生成績管理等工作煩瑣、漫長、低效，直接影響了教學(xué)進(jìn)程和學(xué)生學(xué)習(xí).物理實驗中心適時地建立了網(wǎng)絡(luò)平臺,通過該平臺學(xué)生可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)選課，利用網(wǎng)上物理實驗的課件進(jìn)行在線預(yù)習(xí)，網(wǎng)上模擬實驗，在線向教師請教有關(guān)物理實驗的問題，查閱教師對自己已完成實驗的反饋意見，查看中心發(fā)布的教學(xué)信息.教師可以借助網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行學(xué)生的成績管理、儀器管理等，使實驗中心的各項工作有序而高效.

2 管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

硬件主要包含服務(wù)器，電源控制適配器，各計算機(jī)終端、觸摸屏終端或手持PDA終端，路由器及實驗終端電源控制器[1].系統(tǒng)硬件如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

基礎(chǔ)部專門配置一臺服務(wù)器，用于提供基礎(chǔ)部和物理實驗中心的網(wǎng)站信息服務(wù)，同時運(yùn)行實驗中心的開放實驗教學(xué)綜合管理平臺.該平臺為東南大學(xué)電工電子實驗中心與我校物理實驗中心合作開發(fā)的針對物理實驗課程的管理系統(tǒng)[1～3]，涵蓋了實驗教學(xué)管理系統(tǒng)、教學(xué)資源網(wǎng)站、精品課程網(wǎng)站、省級示范中心網(wǎng)站、觸摸屏學(xué)生登錄系統(tǒng)、電子實驗報告系統(tǒng)等，如圖2所示.

圖2 物理實驗綜合管理系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)連接，系統(tǒng)管理人員可以遠(yuǎn)程登錄管理服務(wù)器，發(fā)布通知，上傳各類互動教學(xué)資料，導(dǎo)入學(xué)生名單，管理學(xué)生班級，設(shè)置實驗各類相關(guān)信息，包括學(xué)期設(shè)置，實驗室設(shè)置，實驗項目設(shè)置，用戶名單管理，開放計劃設(shè)置等.實驗教師可以通過計算機(jī)終端查詢選課學(xué)生名單，對學(xué)生實驗過程進(jìn)行評價，登記學(xué)生實驗成績等.學(xué)生可以從任一網(wǎng)絡(luò)終端登錄實驗中心網(wǎng)站選課;預(yù)習(xí)實驗;查看實驗中心通知，查詢實驗進(jìn)度和實驗成績.學(xué)生選課后于選定的時間到達(dá)實驗室，在派位終端先刷卡認(rèn)證后進(jìn)入實驗室在指定的位置完成實驗，相關(guān)實驗設(shè)備只有在刷卡后才由服務(wù)器遠(yuǎn)程打開電源.

3 管理系統(tǒng)的軟件組成及功能

軟件組成主要包括實驗教學(xué)資源網(wǎng)站，信息發(fā)布，教學(xué)管理系統(tǒng)，學(xué)生個人信息系統(tǒng)，實驗儀器管理等.

(1)教學(xué)資源網(wǎng)站.教學(xué)資源包含物理實驗體系(含實驗項目分類和所有實驗的背景資料、實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理表格和要求、書后習(xí)題等)，實驗室信息，精品課程材料和省級示范中心材料等.

(2)信息發(fā)布.發(fā)布的信息主要是實驗室新聞和通知，實驗室規(guī)章制度，實驗室選課實時信息等.

(3)教學(xué)管理系統(tǒng).教學(xué)管理系統(tǒng)是對物理實驗教學(xué)各個環(huán)節(jié)的管理，包括教學(xué)體系、實驗課程、教師值班、課程班級、實驗成績、用戶權(quán)限和系統(tǒng)配置等管理.

(4)學(xué)生個人信息系統(tǒng)[2].學(xué)生登錄后，可以管理個人帳戶，進(jìn)行實驗預(yù)約；也可以查閱課程信息、實驗進(jìn)度、實驗成績、違規(guī)記錄等；還可以通過站內(nèi)信箱與教師聯(lián)系.

(5)實驗儀器管理[2].實現(xiàn)對實驗室內(nèi)部的儀器設(shè)備的購買、使用、維修、借用和報廢等更為詳盡的管理，是對學(xué)校資產(chǎn)處儀器帳目的細(xì)化管理.通過該軟件可以實現(xiàn)對儀器設(shè)備、低值物品及耗材更科學(xué)細(xì)致的進(jìn)行管理.

4 管理系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

平臺設(shè)計采用Model-View-Controller(MVC)的模式，將應(yīng)用分解成模型層、視圖層和控制層.該平臺運(yùn)用MVC模式，建立了四個層次，如圖3所示.

圖3 平臺設(shè)計層次

5 管理系統(tǒng)的訪問控制模式

由于實驗管理系統(tǒng)中的用戶種類眾多，包含系統(tǒng)管理人員、實驗員、理論課教師等，不同的身份在管理系統(tǒng)的使用中具有不同的權(quán)限，完成不同的操作，因而要求系統(tǒng)設(shè)置權(quán)限控制.使用基于角色的訪問控制(RBAC, Role Based Access Control)模型能有效地實現(xiàn)系統(tǒng)的安全管理，降低管理開銷，提高管理效率.模型如圖4所示.

圖4 基于角色的訪問控制(RBAC)模型

在基于角色的訪問控制(RBAC)模型中，系統(tǒng)管理員給不同的角色分配不同的權(quán)限.給用戶的授權(quán)是通過授予用戶一個角色實現(xiàn)的;只要某用戶屬于某個角色，他就具備這個角色的所有操作許可.一個用戶可以承擔(dān)不同的角色，這樣在用戶和權(quán)限之間建立的是多對多的關(guān)系，而不是一對多的關(guān)系，從而實現(xiàn)授權(quán)的靈活性，將原來用戶與權(quán)限之間的1∶N聯(lián)系型變?yōu)榱擞脩?、角色、?quán)限之間的三元M∶N聯(lián)系型[3].

在系統(tǒng)B/S結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中,一個操作可能由一個頁面完成，也可能由一組多個頁面完成.考慮到頁面和功能之間的聯(lián)系，在該管理系統(tǒng)的權(quán)限模型中，系統(tǒng)將用戶—角色—權(quán)限關(guān)系轉(zhuǎn)化為了用戶—角色—頁面組關(guān)系，從為角色指派系統(tǒng)中某一具體操作的許可，簡化為對某一頁面組的訪問許可.如此既實現(xiàn)了基于角色的訪問控制，又實現(xiàn)了頁面組的操作權(quán)限管理.該方法很好地實現(xiàn)了訪問者的權(quán)限管理，又使得各模塊的功能具有整體性和一致性，對頁面的增減只需對角色的權(quán)限修改即可實現(xiàn).

6 結(jié)束語

自2008年9月起,經(jīng)過三年多的運(yùn)行,表明物理實驗管理系統(tǒng)具有穩(wěn)定、高效、實用等特征，成為物理實驗中心進(jìn)行教學(xué)體系管理的綜合平臺，使得學(xué)生有了獲取物理實驗全面信息的窗口，教師的教學(xué)管理更加高效而有序;同時加強(qiáng)了師生之間的溝通，取得了良好的教學(xué)及管理效果.

參考文獻(xiàn)

1 胡仁杰，蔣瑋，劉凱，康凱. 構(gòu)建實驗教學(xué)管理體系實施科學(xué)規(guī)范管理. 實驗室研究與探索，2007，26(5)：9～11

2 常春，胡仁杰，蔣瑋，劉凱. 網(wǎng)絡(luò)化綜合實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的研究和實踐. 實驗技術(shù)與管理，2007，24(6)：94～97

3 蔣瑋,胡仁杰. 基于角色的訪問控制模型在實驗室教學(xué)管理系統(tǒng)中的應(yīng)用. 實驗室研究與探索，2007，26(6)：4～6