基于Web的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

何俊　周駿

摘 要： 在分析高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對管理功能需求的基礎(chǔ)上，采用基于多層設(shè)計(jì)和組件技術(shù)的B/S軟件架構(gòu)體系，完成了數(shù)據(jù)庫概念模型設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)表物理模型設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了個(gè)人網(wǎng)絡(luò)云盤、課程教學(xué)資源庫、實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理、實(shí)驗(yàn)簽到管理、Web動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)在線演示等子系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞： SQL Server數(shù)據(jù)庫； 實(shí)驗(yàn)教學(xué)； 實(shí)驗(yàn)簽到； 教學(xué)資源庫

中圖分類號：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）01-39-05

Design and implementation of experiment teaching management system based on Web

He Jun， Zhou Jun

（School of Computer & Technology， The national demonstration center， Soochow University， Suzhou， Jiangsu 215006， China）

Abstract： In this paper， based on the analysis of the requirements of the college computer experiment teaching， adopting B/S architecture which integrates multilayer design and component technology， the database conceptual model design and physical model design of data tables are completed， and the design and implementation of the subsystems of personal network cloud plate， teaching resources bank， experiment report management， the experiment attendance management and dynamic web experiment site online demonstration are completed too.

Key words： SQL Server database； experiment teaching； experiment attendance； teaching resource bank

0 引言

根據(jù)高校課程過程化管理發(fā)展方向改革需求，研究和探討了計(jì)算機(jī)類課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理改革，從機(jī)房內(nèi)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理到機(jī)房外課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)自主學(xué)習(xí)相融合。設(shè)計(jì)并開發(fā)了高等院校計(jì)算機(jī)課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程化管理系統(tǒng)，以學(xué)生實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)為主體展開設(shè)計(jì)、以教師輔導(dǎo)為手段進(jìn)行分析并設(shè)計(jì)。根據(jù)各類用戶的需求，設(shè)計(jì)了角色權(quán)限模型。主體用戶包括學(xué)生、教師和系統(tǒng)管理員以及其他臨時(shí)用戶，所有功能均圍繞此角色權(quán)限和用戶進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理為主線，同時(shí)設(shè)計(jì)了能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的點(diǎn)名考勤方式的網(wǎng)上自主實(shí)驗(yàn)簽到系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)云盤、課程資源庫、在線輔導(dǎo)、自主課程測試、課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告等子系統(tǒng)，以配合實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程化管理改革[1]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能性設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程化管理系統(tǒng)主要采用SqlServer數(shù)據(jù)庫、ASP.NET和Ajax技術(shù)開發(fā)管理軟件，在計(jì)算機(jī)、電子機(jī)電等學(xué)院機(jī)房實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理過程中完成實(shí)驗(yàn)簽到->教師實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、課件等資源發(fā)布和共享->學(xué)生作業(yè)提交->教師批改反饋->單元測試->實(shí)驗(yàn)成績錄入->師生信息交流->數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)查詢等各環(huán)節(jié)過程化管理和實(shí)時(shí)監(jiān)督。主要解決如下問題。

⑴ 實(shí)驗(yàn)課上限定IP地址、時(shí)間、課程信息，學(xué)生簽到，采用圖示化座位方式杜絕代簽，理論課教師采用計(jì)算機(jī)或手機(jī)點(diǎn)名的方式簽到。

⑵ 實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)個(gè)人數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，伴隨大學(xué)生活，機(jī)房內(nèi)徹底淘汰U盤。

⑶ 教師應(yīng)用該系統(tǒng)隨時(shí)隨地布置作業(yè)，通過與QQ和微信等方式實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)推送給學(xué)生，學(xué)生可提前完成并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上提交作業(yè)。

⑷ 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)在線考試，教師按單選、多選、填充、判斷、簡答、綜合六大類別完成課程單元試題進(jìn)行組卷供學(xué)生在線練習(xí)。學(xué)生可課后或課堂內(nèi)進(jìn)行自測，自測完后，還可對照正確答案，教師可查看試卷和登記成績。

⑸ 教師收集、自制教學(xué)資源，按類別（課件、代碼、參考、視頻、微課等）供學(xué)生下載或在線學(xué)習(xí)。

⑹ 利用本系統(tǒng)進(jìn)行師生間實(shí)時(shí)在線答疑、課程互動(dòng)、信息交流等。

⑺ 改善“Web應(yīng)用開發(fā)”等網(wǎng)站設(shè)計(jì)類課程的實(shí)際應(yīng)用能力，實(shí)現(xiàn)學(xué)生設(shè)計(jì)的頁面和站點(diǎn)能夠簡單輕松發(fā)布到該管理系統(tǒng)提供的平臺(tái)上，提高學(xué)生的認(rèn)知度和成就感。

⑻ 實(shí)現(xiàn)開放實(shí)驗(yàn)室中實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)過程以及實(shí)驗(yàn)時(shí)間的管理。

⑼ 解決1-3個(gè)月實(shí)訓(xùn)期間的“教”與“學(xué)”計(jì)算機(jī)信息化管理，重點(diǎn)解決實(shí)訓(xùn)人員的管理、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容的管理、實(shí)訓(xùn)完成進(jìn)度的管理、實(shí)訓(xùn)考核的管理[2-3]。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)是針對計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的，本系統(tǒng)所有用戶統(tǒng)一界面，根據(jù)用戶角色進(jìn)行權(quán)限分配，限定頁面級訪問以及頁面內(nèi)按鈕類控件的顯示和訪問。學(xué)生用戶采用學(xué)號注冊，經(jīng)教師或系統(tǒng)管理員審核通過后方可登錄。所有用戶進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)都必須進(jìn)行身份驗(yàn)證。系統(tǒng)管理員具有所有人員管理權(quán)限 （包括管理員管理、教師管理、學(xué)生管理），實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理，實(shí)驗(yàn)簽到管理，實(shí)驗(yàn)預(yù)約管理（機(jī)房機(jī)器數(shù)，學(xué)生數(shù)），教學(xué)資源管理，Web站點(diǎn)演示管理，在線論壇管理，系統(tǒng)維護(hù)。教師具有實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理、實(shí)驗(yàn)簽到管理、課程資源管理、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編輯、實(shí)驗(yàn)結(jié)果評定、分析實(shí)驗(yàn)效果的權(quán)限。

通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)，可以及時(shí)對資源瀏覽次數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，監(jiān)控作業(yè)報(bào)告質(zhì)量，建立教學(xué)資源統(tǒng)一和共享庫。實(shí)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)預(yù)約機(jī)制，使實(shí)驗(yàn)不受時(shí)間和空間限制，增強(qiáng)學(xué)生自主性。該系統(tǒng)有利于開展綜合性、技術(shù)性、校企合作等實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理分析需求，得出如圖1功能性模塊圖，功能性方面系統(tǒng)具有可擴(kuò)展性。

1.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)涉及到的主要實(shí)體有：教學(xué)資源庫resource、微視頻、實(shí)驗(yàn)簽到Checkin、用戶Users、班級banji、課程kc、實(shí)驗(yàn)報(bào)告zuoye、云盤file、試題庫、考試test_testtud、選課xuanke、菜單S_Tree、模塊、角色Roles、權(quán)限Permissions、基礎(chǔ)表等。表1給出了該系統(tǒng)主要的實(shí)體名稱及描述。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 課程資源庫子系統(tǒng)

課程資源庫子系統(tǒng)為師生提供教學(xué)資源的采集、檢索、應(yīng)用等服務(wù)，是校園數(shù)字化建設(shè)的重要組成部分，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程化管理系統(tǒng)中必不可少的核心元素，是實(shí)驗(yàn)教學(xué)其他子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)基礎(chǔ)。教學(xué)資料一般有文本、音頻視頻、圖形圖像、動(dòng)畫，以及現(xiàn)在比較流行的微課等。

教師可以按所任課程上傳或下載資源，方便以后多次使用。比如在實(shí)驗(yàn)課上，教師將布置的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上傳到教學(xué)資源庫的“實(shí)驗(yàn)”欄目下，學(xué)生就可在該欄目下看到實(shí)驗(yàn)文件，也可進(jìn)行在線瀏覽或下載。課程資源庫必須包含兩層意義：第一是課程資源庫要能夠促進(jìn)教育信息化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；第二是課程資源庫要能夠保證相關(guān)課程的有效實(shí)施。在課程資源庫子系統(tǒng)中按類別顯示資源文件，資源種類可以添加和修改，并動(dòng)態(tài)展示課程教學(xué)所需要的各種類別[4-5]。課程資源庫操作界面如圖2所示。

課程資源庫子系統(tǒng)具體操作為：①進(jìn)入資源上傳主頁；②選擇上傳類別；③輸入資源標(biāo)題和概要、選擇上傳文件；④資源上傳；⑤等待資源審核；⑥審核通過后在資源下載頁面中可以瀏覽或下載該資源。操作流程如圖3所示。

2.2 實(shí)驗(yàn)自主簽到子系統(tǒng)

許多高校都實(shí)現(xiàn)了用射頻卡作為實(shí)驗(yàn)簽到工具，但實(shí)現(xiàn)這一功能需要采購讀卡設(shè)備和大量的射頻卡，采購成本過高，另外難以有效控制代簽現(xiàn)象。因此，我們對如何智能高效地簽到和統(tǒng)計(jì)上課人數(shù)等作了一些研究。這里給出一種簡單實(shí)用的方法，通過在線實(shí)驗(yàn)自主簽到的方式來統(tǒng)計(jì)上課實(shí)到人數(shù)。通過由機(jī)房座位號和計(jì)算機(jī)IP惟一確定一臺(tái)計(jì)算機(jī)的位置，利用上機(jī)計(jì)算機(jī)作為簽到工具。由學(xué)生自主根據(jù)課程上機(jī)時(shí)間以及教師設(shè)置的允許簽到條件進(jìn)行簽到。實(shí)驗(yàn)簽到模塊圖形化顯示核心代碼如下：

//按7行8列以圖示化方式顯示初時(shí)化實(shí)驗(yàn)機(jī)房

for （int x=1； x<=7； x++）

{ //初始化表格控件中的行TabelRow控件，以便在Table控

件中動(dòng)態(tài)添加行

TableRow row=new TableRow（）；

for （int y=1； y<=8； y++）

{ //動(dòng)態(tài)添加每行中的圖標(biāo)實(shí)例，按機(jī)房實(shí)際情況給定

TableCell cell=new TableCell（）；

Image img=new Image（）；

img.ImageUrl=model_roomdetail.computerimageurl；

img.ID="img"+seatnumber.ToString（）；

img.Height=30；

img.Width=40；

Label lbl=new Label（）；

lbl.ForeColor=System.Drawing.Color.Red；

lbl.ID="lbl"+seatnumber.ToString（）；

……

cell.Width=100；

cell.Controls.Add（img）；

cell.Controls.Add（lbl）；

row.Cells.Add（cell）；

}

HolderTable.Rows.Add（row）； //asp：Table服務(wù)器控件

}

……

在學(xué)生簽到成功后，重新瀏覽該頁，將根據(jù)簽到機(jī)房座位號修改圖標(biāo)信息，核心代碼如下：

for （int i=0； i<=dt.Rows.Count-1； i++）

//dt.Rows.Count-1為某機(jī)房簽到人數(shù)

{ //model_check為簽到表實(shí)體

model_check=bll_checkin .DataRowToModel （dt.Rows[i]）；

int seatnumber=model_check.seatnumber；

//簽到學(xué)生所在座位號

//根據(jù)性別修改顯示有人頭圖像，形象表示簽到

Image img=（Image）HolderTable.FindControl（"img"+

seatnumber.ToString（））；

if （user.Sex=="男"）

img.ImageUrl="../checkin/image/user_man.png"；

else

img.ImageUrl="../checkin/image/user_woman.png"；

}

實(shí)驗(yàn)簽到系統(tǒng)是實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程化管理系統(tǒng)下的一個(gè)子系統(tǒng)，主要完成機(jī)房信息管理，允許教師進(jìn)行簽到設(shè)置，簽到處理，簽到查詢與統(tǒng)計(jì)，簽到報(bào)表打印等一系列管理工作。利用計(jì)算機(jī)作為簽到工具，實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)上機(jī)課的簽到管理。每臺(tái)計(jì)算機(jī)在一次實(shí)驗(yàn)課內(nèi)只能簽到一次，以此有效防止了學(xué)生的代簽、重簽等問題。使用機(jī)位號和IP地址相結(jié)合的驗(yàn)證方式防止了非法客戶機(jī)的使用。

3 結(jié)束語

基于Web的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)現(xiàn)已在蘇州大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院正式投入使用。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)運(yùn)行可靠，性能優(yōu)秀，能滿足500個(gè)用戶同時(shí)使用。在實(shí)驗(yàn)報(bào)告、課程交互等子系統(tǒng)模塊中，利用Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)在頁面上彈出Ajax對話框，允許教師給學(xué)生反饋信息。我們力求科學(xué)有效的進(jìn)行資源管理，以利于教師組織教學(xué)資源，同時(shí)利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)。對于課程教學(xué)資源的組織和管理，以及微視頻等多種資源類型研究仍有待進(jìn)一步深入。

參考文獻(xiàn)（References）：

[1] 鄭家茂，熊宏齊.實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式[M].高等教育出版社，2009.

[2] 劉惠珠.實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].山東

大學(xué)碩士論文，2013.4.

[3] 安生立.高校實(shí)驗(yàn)室綜合信息管理系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].大連

海事大學(xué)碩士論文，2010.9.

[4] 吳晨，孫少波，葉莞.ASP.NET數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目案例導(dǎo)航[M].清華

大學(xué)出版社，2004.

[5] 包芳.基于.NET技術(shù)設(shè)計(jì)高校開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)[D].山

東大學(xué)碩士論文，2010.9.

[6] 黃雷.ASP+SQL Server項(xiàng)目開發(fā)實(shí)踐[M].中國鐵道出版社，

2006.

[7] 邵一川，申德榮，趙宏偉，聶鐵錚.基于Ajax技術(shù)的智能客戶端

流引擎[J].計(jì)算機(jī)工程，2009.6：275

[8] 暴志剛，胡艷軍.基于Web的系統(tǒng)權(quán)限管理實(shí)現(xiàn)方法[J].計(jì)算

機(jī)工程，2006.32（1）：169-170