基于MVC模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)

劉彭和 李旻朔

摘要：隨著教育改革的發(fā)展，實(shí)踐教學(xué)是高等學(xué)校本科教學(xué)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理直接影響到高校培養(yǎng)人才的質(zhì)量。針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際需求，我們采用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)了一個(gè)具有實(shí)驗(yàn)編輯和管理學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息系統(tǒng)。將學(xué)生、教師、實(shí)驗(yàn)室三者之間有機(jī)合理的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)范化管理。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；管理信息系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫(kù)連接池

中圖分類(lèi)號(hào)：TP315文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)07-1710-03

Research and Development Of Experiment Teaching Management Information System Based on MVC

LIU Peng-he, LI Ming-shuo

(College of Mathematics Physics and Information Engineering, Zhejiang Normal University, Jinhua 321004)

Abstract: With the development of educational reform,ractice teaching is an important link in university teaching. the administration and organization of laboratory system of colleges directly affect the building up of talents quality. According to the actual requirement of the experiment teaching, we research and develop a experiment teaching management information system using database connection pooling , in which the instructor can define experiment and the student do experimental study as an active party to learn knowledge. So it has given a reasonable combination of student, teacher and laboratory, realizing networking and standardized management idea.

Key words: experiment teaching; management information system; database connection pooling

近年來(lái)，隨著實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的不斷深入和人才培養(yǎng)模式的改變，越來(lái)越重視對(duì)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)，這也促使高等院校在培養(yǎng)學(xué)生時(shí)更注重于學(xué)生實(shí)際操作能力的培養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)成為了一個(gè)重要的教學(xué)模式。實(shí)驗(yàn)是學(xué)生獲取知識(shí)和技能的必需項(xiàng)目，是對(duì)培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神和動(dòng)手能力的重要途徑[1-2]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校教學(xué)計(jì)劃中不可缺少的重要環(huán)節(jié)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)讓學(xué)生動(dòng)手，可以加深學(xué)生對(duì)事物的感性認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)客觀世界進(jìn)行觀察、分析與發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是需要通過(guò)軟件和影響相結(jié)合，才能使這種教育理念發(fā)揮其作用。當(dāng)今國(guó)外的高等院校中實(shí)驗(yàn)教學(xué)已經(jīng)形成了非常完善的教育體系。與國(guó)外相比，雖然近幾年國(guó)家對(duì)高校建設(shè)投入了大量的資金，高校的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和器材等已經(jīng)得到了更新，但是對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的制定和設(shè)備的管理水平還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，沒(méi)有成為一個(gè)完善的體系。特別是隨著高校在校生人數(shù)的急劇膨脹，這個(gè)問(wèn)題的存在顯得尤為突出，為了改善這個(gè)狀況，我們研究開(kāi)發(fā)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池技術(shù)，主要實(shí)現(xiàn)了教師自定義編輯實(shí)驗(yàn)和學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)、提交結(jié)果等功能。

1系統(tǒng)的總體框架

實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息系統(tǒng)為Web項(xiàng)目，采用面向?qū)ο蟮乃枷牒蚃2EE多層次體系結(jié)構(gòu)，其中后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)為：SQL Server2008。Java Web應(yīng)用程序主要由JSP、Servlet和EJB組成，其中JSP作為管理信息系統(tǒng)的視圖層、ServLet作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)的控制層來(lái)實(shí)現(xiàn)的、JavaBean作為系統(tǒng)的模型層，架構(gòu)設(shè)計(jì)就是把這些組件合理的組織起來(lái)。連接后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)用的是JDBC的技術(shù)，JDBC是用于執(zhí)行SQL語(yǔ)句的Java應(yīng)用程序接口，由一組用Java語(yǔ)言編寫(xiě)的類(lèi)與接口組成[3]。

本系統(tǒng)嚴(yán)格遵循了當(dāng)今最流行的MVC設(shè)計(jì)模式來(lái)完成和實(shí)現(xiàn)，MVC即軟件項(xiàng)目設(shè)計(jì)模式，開(kāi)發(fā)人員將應(yīng)用項(xiàng)目的程序輸入、程序輸出、程序處理方式轉(zhuǎn)換為模型層、視圖層、控制層三層編程方式，從而使整個(gè)系統(tǒng)責(zé)任明確，接口清晰，加快設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程[4]。MVC設(shè)計(jì)模式結(jié)構(gòu)如圖1。

MVC的整個(gè)運(yùn)行過(guò)程是：

1)用戶向控制器提交請(qǐng)求。

2)控制器收到用戶的請(qǐng)求之后，對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行分析決定調(diào)用相應(yīng)的模型層中的方法完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)操作，模型層再將完成的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給控制層。

3)控制層負(fù)責(zé)選擇合適的視圖顯示操作的結(jié)果供用戶查看。

2系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，共分為三個(gè)主要功能模塊：管理員、教師、學(xué)生，其中每個(gè)模塊又進(jìn)一步劃分為更小的模塊，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架如圖2所示。

圖1 MVC設(shè)計(jì)模式結(jié)構(gòu)

圖2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框架

2.1管理員

系統(tǒng)運(yùn)行初始階段，只有管理員一類(lèi)用戶，管理員負(fù)責(zé)添加教師、學(xué)生信息和實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃等信息的操作。管理員在系統(tǒng)的位置非常重要，因?yàn)楣芾韱T實(shí)現(xiàn)了授課教師和學(xué)生這兩類(lèi)用戶的關(guān)聯(lián)[5]。

2.1.1用戶管理

用戶管理包括管理員、教師和學(xué)生信息，管理員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生信息和教師信息的添加、刪除、修改和查詢。教師與學(xué)生登錄可以查看及個(gè)人信息修改，包括密碼修改。

2.1.2實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理

管理員登錄后，可以添加、修改和刪除實(shí)驗(yàn)室信息、實(shí)驗(yàn)課程信息、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、上課時(shí)間、班級(jí)、實(shí)驗(yàn)老師、學(xué)生名單等消息，也可對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)添加實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明和注意事項(xiàng)等實(shí)驗(yàn)信息。

2.1.3數(shù)據(jù)維護(hù)

系統(tǒng)通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)備份時(shí)常將一定量的數(shù)據(jù)備份。預(yù)防學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)錯(cuò)誤操作后，可以通過(guò)數(shù)據(jù)恢復(fù)還原為初始狀態(tài)，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供保險(xiǎn)。

2.2授課教師

2.2.1實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目查詢

教師用戶登錄后，可以按教師編號(hào)，課程名，教師名字，班級(jí)為關(guān)鍵字進(jìn)行所有實(shí)驗(yàn)課表的查詢。查詢結(jié)果顯示在時(shí)間列表內(nèi)。

2.2.2實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改

實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生通過(guò)完成授課教師編寫(xiě)的實(shí)驗(yàn)后給授課教師的一種交互。授課教師制定、上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板。學(xué)生端下載實(shí)驗(yàn)報(bào)告，完成實(shí)驗(yàn)后上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告，教師在這里批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并結(jié)合學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)，給出一個(gè)綜合成績(jī)。

上傳后的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板根據(jù)實(shí)驗(yàn)信息來(lái)綁定。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)信息是多對(duì)多關(guān)聯(lián)，綁定后該實(shí)驗(yàn)的id就與該實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板的id一同插入實(shí)驗(yàn)?zāi)０尻P(guān)聯(lián)表。學(xué)生端下載實(shí)驗(yàn)報(bào)告的時(shí)候是通過(guò)綁定的實(shí)驗(yàn)名稱下載，完成后的提交也是根據(jù)該實(shí)驗(yàn)所關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交。

2.2.3考勤管理

本系統(tǒng)的考勤管理是根據(jù)學(xué)生的登錄情況，統(tǒng)計(jì)學(xué)生遲到早退情況，考勤的標(biāo)準(zhǔn)共有：出席、未出席、遲到、早退、病假、事假六種。授課老師每次上課前登錄系統(tǒng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行考勤登記，學(xué)生可以登錄查看自己的出勤統(tǒng)計(jì)信息。

2.2.4成績(jī)管理

成績(jī)管理包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)分、查詢等管理工作。授課教師根據(jù)學(xué)生的出勤情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告分別進(jìn)行評(píng)分，系統(tǒng)根據(jù)考勤成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告等成績(jī)給出最終總成績(jī)。系統(tǒng)發(fā)布成績(jī)后，學(xué)生可以登錄查看自己的成績(jī)。

2.2.5文件管理

系統(tǒng)的文件管理模塊可以供教師上傳一些實(shí)驗(yàn)的參考資料或文件，提供給學(xué)生查看或使用，學(xué)生端可以任意下載這些參考資料文件。

2.3學(xué)生

學(xué)生登錄后，點(diǎn)擊查看實(shí)驗(yàn)課表，可以查看自己所做實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明和注意事項(xiàng)等實(shí)驗(yàn)信息。

學(xué)生和教師這兩類(lèi)用戶是關(guān)聯(lián)的，幾個(gè)主要功能模塊與教師功能模塊相對(duì)應(yīng)。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程安排，按照要求下載合適的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板，并將完成的實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳到服務(wù)器中，服務(wù)器自動(dòng)將上傳的實(shí)驗(yàn)報(bào)告放到指定位置。學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)被分為已提交和未提交兩種狀態(tài)，學(xué)生在教師端確認(rèn)后將無(wú)法提交，這一狀態(tài)的標(biāo)識(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告表內(nèi)一列標(biāo)識(shí)列記錄，教師確定后該狀態(tài)變?yōu)?。教師批改后，可查看實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告評(píng)語(yǔ)，總成績(jī)需要到“成績(jī)管理”中進(jìn)行查看。學(xué)生也可以登錄系統(tǒng)查看實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、考勤分?jǐn)?shù)以及。當(dāng)授課教師上傳教學(xué)時(shí)需要的文件后，學(xué)生可以在文件信息列表中查看下載該文件。

3數(shù)據(jù)庫(kù)連接池

在使用JDBC進(jìn)行與數(shù)據(jù)庫(kù)有關(guān)連接時(shí)，由于本系統(tǒng)要多次連接數(shù)據(jù)庫(kù)，而每一數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)啟與關(guān)閉對(duì)服務(wù)器會(huì)造成很大的開(kāi)銷(xiāo)，這一點(diǎn)在被多用戶訪問(wèn)的網(wǎng)頁(yè)web應(yīng)用程序中顯得尤為突出。如果某個(gè)程序出現(xiàn)異常而未能進(jìn)行正常關(guān)閉釋放，將導(dǎo)致服務(wù)器中此連接占用的系統(tǒng)資源永遠(yuǎn)無(wú)法進(jìn)行正常回收，從而影響WEB服務(wù)質(zhì)量和效率。介于系統(tǒng)的需要，我們通過(guò)建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接池，使得一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)連接可以得到高效、安全的復(fù)用，避免了頻繁地創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)連接及關(guān)閉數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的基本思想就是為預(yù)先建立一些連接放置于一個(gè)“緩沖存儲(chǔ)池”中，用的時(shí)候拿出來(lái)，不用的時(shí)候就放回池子內(nèi)。也就是說(shuō)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)完成后并不真正意義上的關(guān)閉連接，只是將連接對(duì)象放回連接池，而連接的建立、斷開(kāi)都由連接池自身來(lái)管理。這項(xiàng)技術(shù)可以明顯的提高應(yīng)用程序的響應(yīng)能力，從而改善了資源的利用。

在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫(kù)連接池時(shí)池中應(yīng)放置多少連接能使性能達(dá)到最佳，我們可以通過(guò)設(shè)置數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的最大連接數(shù)和最小連接數(shù)來(lái)控制，具體設(shè)置需要考慮以下幾個(gè)因素[6]：

1）連接池的最小連接數(shù)是當(dāng)應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)連接池所創(chuàng)建的連接數(shù)，如果應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫(kù)連接的使用量不大，而最小連接數(shù)設(shè)置得過(guò)大，則啟動(dòng)變慢，反而如果設(shè)置過(guò)小，最初使用用戶因?yàn)闆](méi)有足夠的連接而延緩了執(zhí)行速度。

2）連接池的最大連接數(shù)是連接池中允許連接的最大數(shù)目，具體設(shè)置多少，要看系統(tǒng)的訪問(wèn)量，可通過(guò)反復(fù)測(cè)試，找到最佳點(diǎn)。

數(shù)據(jù)庫(kù)連接池的管理策略是連接池機(jī)制的核心。連接池的管理是通過(guò)定時(shí)器定時(shí)地對(duì)每個(gè)連接的狀態(tài)、連接的數(shù)量加以判斷而進(jìn)行相應(yīng)操作。每當(dāng)用戶應(yīng)用連接池請(qǐng)求數(shù)據(jù)庫(kù)連接時(shí)，系統(tǒng)會(huì)先查看空閑池內(nèi)有沒(méi)有空閑連接。如果有空閑連接，通過(guò)容器的順序存放實(shí)現(xiàn)進(jìn)行分配，并做相應(yīng)處理（設(shè)置該連接為已使用，引用計(jì)數(shù)加1）。如果沒(méi)有空閑則先查看當(dāng)前所開(kāi)連接數(shù)是否達(dá)到連接池所允許的最大連接池。如果沒(méi)有達(dá)到就重新創(chuàng)建一個(gè)連接給用戶，如果達(dá)到，則返回空值。連接的合理分配、釋放，大大提高了數(shù)據(jù)庫(kù)連接的復(fù)用效率，從而加速了用戶的訪問(wèn)速度。對(duì)于眾多用戶訪問(wèn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)連接技術(shù)的應(yīng)用使系統(tǒng)在效率和穩(wěn)定性上比傳統(tǒng)的其他方式的系統(tǒng)要好很多。

4結(jié)束語(yǔ)

采用J2EE技術(shù)構(gòu)建一個(gè)基于MVC模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息系統(tǒng)具有良好的健壯性、可擴(kuò)展性，可以與其他系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫連接。采用數(shù)據(jù)庫(kù)連接池技術(shù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了教師自定義編輯實(shí)驗(yàn)和學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)、提交結(jié)果等功能，將學(xué)生、教師、實(shí)驗(yàn)室三者之間有機(jī)合理的結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的網(wǎng)絡(luò)化、規(guī)范化管理。

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