許樹(shù)業(yè),呂麗軍
創(chuàng)造性地利用信息技術(shù),作為研究型大學(xué)本科教學(xué)改革方向之一,早在1998年由美國(guó)博耶研究型大學(xué)本科教育委員會(huì)發(fā)表的博耶報(bào)告中就被提出[1]。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行預(yù)約管理越來(lái)越成為高等教育教學(xué)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中一個(gè)不可或缺的手段。實(shí)驗(yàn)課預(yù)約系統(tǒng)在簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)課人工排課繁雜性的同時(shí),也方便了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的預(yù)約選擇。近年來(lái)出現(xiàn)了不少這樣的實(shí)驗(yàn)課預(yù)約系統(tǒng),有的基于局域網(wǎng)C/S模式[2],有的基于局域網(wǎng)或因特網(wǎng)B/S架構(gòu)的傳統(tǒng)Web方式[3-7],兩者都是采用PC端來(lái)操作實(shí)驗(yàn)課預(yù)約系統(tǒng),對(duì)PC端位置有限制,用戶必須通過(guò)局域網(wǎng)或因特網(wǎng)環(huán)境下的PC端來(lái)使用預(yù)約系統(tǒng),這兩種模式很明顯已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和移動(dòng)智能終端的普及新形勢(shì)。目前也有基于Android智能手機(jī)以原生APP的模式開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)課預(yù)約系統(tǒng)[8-9],但APP難以覆蓋市面上其他諸如iOS、Windows Phone等主流系統(tǒng)的智能手機(jī);另一方面原生APP客戶端的使用要經(jīng)過(guò)下載、安裝等更多的步驟來(lái)完成。本文基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的Web技術(shù)來(lái)介紹和討論面向移動(dòng)智能終端 (或者傳統(tǒng)PC桌面端)的實(shí)驗(yàn)課預(yù)約管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。教師和學(xué)生可以不受時(shí)間/空間限制,通過(guò)智能移動(dòng)終端 (智能手機(jī)或平版電腦)或傳統(tǒng)PC端來(lái)使用實(shí)驗(yàn)課預(yù)約系統(tǒng)發(fā)布/預(yù)約實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)課預(yù)約系統(tǒng)是采用B/S架構(gòu)的移動(dòng)Web應(yīng)用程序。教師、學(xué)生和管理員等用戶通過(guò)在移動(dòng)智能設(shè)備 (iPhone或android)或PC上打開(kāi)瀏覽器應(yīng)用程序,然后輸入目標(biāo)服務(wù)器對(duì)應(yīng)的 URL來(lái)訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)課預(yù)約系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課排課、預(yù)約和管理等功能。
系統(tǒng)移動(dòng)瀏覽器前端采用開(kāi)源的 “觸摸友好”的jQuery Mobile框架[10-11]。jQuery Mobile應(yīng)用框架繼承自jQuery,專用于移動(dòng)智能終端平臺(tái),支持HTML5,它為移動(dòng)Web應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供了一個(gè)jQuery核心庫(kù)、事件和插件系統(tǒng)以及UI框架。就像jQuery UI是一套建立在jQuery之上的JavaScript程序庫(kù)一樣,jQuery Mobile可以看作是移動(dòng)版的jQuery UI[12]。
jQuery Mobile采用漸進(jìn)增強(qiáng)設(shè)計(jì)策略,在很大程度上解決了瀏覽器的兼容性問(wèn)題,已經(jīng)在許多主流瀏覽器上進(jìn)行過(guò)測(cè)試,這些瀏覽器的運(yùn)行環(huán)境既包括移動(dòng)智能終端設(shè)備,也包括主要的桌面操作系統(tǒng)[12],本文主要針對(duì)移動(dòng)智能終端展開(kāi)討論。
服務(wù)器端Web程序采用流行的WAMP(Windows+Apache+MySQL+PHP)環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā),其中Web服務(wù)器 Apache、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)MySQL以及服務(wù)器端Web程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言PHP都是開(kāi)源軟件[13]。Ajax是一種通過(guò)在后臺(tái)與服務(wù)器進(jìn)行少量數(shù)據(jù)交換來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)異步更新的技術(shù)[14],移動(dòng)瀏覽器前端和Web服務(wù)端之間通過(guò)Ajax技術(shù)來(lái)交互式地提交和響應(yīng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的邏輯體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)邏輯體系結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)移動(dòng)終端的使用用戶分為管理員、教師和學(xué)生3種角色。管理員作為系統(tǒng)的最高權(quán)限擁有者,應(yīng)該能夠?qū)?shí)驗(yàn)課教師是否有權(quán)限使用系統(tǒng)進(jìn)行授權(quán),對(duì)教師發(fā)布的實(shí)驗(yàn)課進(jìn)行審查,對(duì)過(guò)期的已發(fā)布實(shí)驗(yàn)和學(xué)生預(yù)約信息進(jìn)行歸檔整理,對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行全面監(jiān)管。
針對(duì)某學(xué)年某學(xué)期的特定教學(xué)區(qū)間,只有被管理員授權(quán)過(guò)的實(shí)驗(yàn)課教師才可以登錄進(jìn)系統(tǒng),并根據(jù)教學(xué)計(jì)劃來(lái)發(fā)布實(shí)驗(yàn),設(shè)定實(shí)驗(yàn)課的具體實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間區(qū)段,起始周、循環(huán)周次、循環(huán)間隔周數(shù)、人數(shù)容量、預(yù)約截止日期等信息。實(shí)驗(yàn)課往往與對(duì)應(yīng)的課程配套,教師應(yīng)根據(jù)對(duì)應(yīng)課程的選修結(jié)果對(duì)將做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生進(jìn)行授權(quán)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,實(shí)驗(yàn)課教師能夠通過(guò)系統(tǒng)發(fā)布實(shí)驗(yàn)成績(jī)。
只有被至少一門實(shí)驗(yàn)課授權(quán)的學(xué)生才可以在系統(tǒng)里登錄。登錄進(jìn)系統(tǒng)的學(xué)生,可以修改自己的個(gè)人信息,也可以在實(shí)驗(yàn)課的預(yù)約截止日期內(nèi)根據(jù)學(xué)年、學(xué)期來(lái)選擇實(shí)驗(yàn)課程,對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)時(shí)間區(qū)段進(jìn)行選擇預(yù)約,還可以修改和刪除預(yù)約。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,學(xué)生可以查詢實(shí)驗(yàn)課成績(jī)。
系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境涉及服務(wù)器端和移動(dòng)智能終端瀏覽器端兩方面。服務(wù)器端開(kāi)發(fā)環(huán)境通過(guò)在Win7下安裝 AppServ組合包來(lái)搭建 Apache、MySQL和PHP的開(kāi)發(fā)環(huán)境。移動(dòng)智能終端瀏覽器測(cè)試環(huán)境采用以下3種方式之一來(lái)建立:1)通過(guò)在本地電腦運(yùn)行Opera Mobile Emulator(手機(jī)版opera瀏覽器)來(lái)模擬仿真移動(dòng)設(shè)備瀏覽功能;2)先通過(guò)Android SDK的AVD Manager來(lái)建立 “虛擬手機(jī)”,再啟動(dòng) “虛擬手機(jī)上”的本地瀏覽器程序;3)在通過(guò)WiFi上網(wǎng)的實(shí)際智能手機(jī)上,啟動(dòng)瀏覽器程序訪問(wèn)已關(guān)閉了防火墻的本地電腦上的Apache服務(wù)器站點(diǎn)。
數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和管理的倉(cāng)庫(kù),是系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ),也是整個(gè)系統(tǒng)能否成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。數(shù)據(jù)庫(kù)表是數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的基本單元,數(shù)據(jù)庫(kù)表的定義以及它們之間的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)如圖2所示。賬號(hào)表記錄管理員、實(shí)驗(yàn)教師和學(xué)生的登錄賬號(hào)、姓名、角色和密碼等信息,其中的賬號(hào)字段對(duì)于管理員來(lái)說(shuō)可以設(shè)置為一個(gè)特定號(hào)碼,對(duì)于實(shí)驗(yàn)教師來(lái)說(shuō)是指工號(hào),對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)是指學(xué)號(hào)。實(shí)驗(yàn)教師的賬號(hào)記錄是管理員授權(quán)注冊(cè)的,學(xué)生的賬號(hào)記錄是實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)任課教師提供的學(xué)生選課情況來(lái)授權(quán)注冊(cè),以保證選課系統(tǒng)使用的合法性。實(shí)驗(yàn)表記錄實(shí)驗(yàn)課教師在特定學(xué)年和學(xué)期所發(fā)布的實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)循環(huán)進(jìn)行的次數(shù)、實(shí)驗(yàn)循環(huán)的間隔周數(shù)以及預(yù)約截止日期等信息。時(shí)段表存儲(chǔ)各個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置的實(shí)驗(yàn)時(shí)段、起始周、選課容量和已選人數(shù)等信息。授權(quán)/預(yù)約表記錄各實(shí)驗(yàn)對(duì)應(yīng)的有資格預(yù)約實(shí)驗(yàn)的學(xué)生賬號(hào)、學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)段的預(yù)約選擇以及實(shí)驗(yàn)完成后的成績(jī)等信息。
圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)表關(guān)聯(lián)圖
從參照完整性角度看,賬號(hào)表和實(shí)驗(yàn)表之間是一對(duì)多的關(guān)系,即一個(gè)教師賬號(hào)可以發(fā)布1個(gè)或n個(gè)實(shí)驗(yàn)。賬號(hào)表和授權(quán)/預(yù)約表之間是一對(duì)多的關(guān)系,這樣一個(gè)學(xué)生賬號(hào)可以同時(shí)預(yù)約1個(gè)或者n個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表和授權(quán)/預(yù)約表之間是一對(duì)多的關(guān)系,反映出1個(gè)或n個(gè)學(xué)生可以預(yù)約一個(gè)相同的實(shí)驗(yàn)??紤]到實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的限制,實(shí)驗(yàn)表和時(shí)段表之間是一對(duì)多的關(guān)系,允許一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以分1個(gè)或n個(gè)時(shí)段來(lái)進(jìn)行。另外時(shí)段表和授權(quán)/預(yù)約表之間的一對(duì)多的關(guān)系,保證了1個(gè)或n個(gè)學(xué)生可以同時(shí)預(yù)約一個(gè)相同的時(shí)段來(lái)實(shí)驗(yàn)。
系統(tǒng)按表示層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問(wèn)層來(lái)分層實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)的各項(xiàng)功能在移動(dòng)智能終端的瀏覽器端通過(guò)網(wǎng)頁(yè)界面來(lái)呈現(xiàn)。在系統(tǒng)表示層,主要是利用jQuery Mobile框架的資源來(lái)設(shè)計(jì)各功能頁(yè)面。頁(yè)面通過(guò)在<head></head>標(biāo)簽內(nèi)引用 jQuery和jQuery Mobile庫(kù)來(lái)導(dǎo)入jQuery Mobile框架。網(wǎng)頁(yè)的部分代碼及說(shuō)明如下:
<!DOCTYPE html> //html 5 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)頁(yè)聲明
<html>
<head>
//使頁(yè)面隨著不同硬件屏幕自動(dòng)調(diào)節(jié)大小
<meta name="viewport"content="width=device-width,initial-scale=1,maximum-scale =1">
//導(dǎo)入jQuery Mobile的樣式表
<linkrel=" stylesheet" href=" http://code.jquery.com/mobile/1.3.2/jquery.mobile -1.3.2.min.css">
//導(dǎo)入 jQuery 庫(kù)
<scriptsrc="http: //code.jquery.com/jquery-1.8.3.min.js" ></script>
//導(dǎo)入 jQuery Mobile 庫(kù)
<scriptsrc="http: //code.jquery.com/mobile/1.3.2/jquery.mobile-1.3.2.min.js" ></script>
……
</head>
<body>
//jQuery Mobile利用HTML5的data-屬性標(biāo)示網(wǎng)頁(yè)中不同的部件。
<div data-role="page"id="homePage" >
……
</div>
</body>
</html>
用戶界面的設(shè)計(jì)遵循操作簡(jiǎn)潔、友好的原則。登錄進(jìn)系統(tǒng)的不同用戶角色,系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)出不同的Web功能頁(yè)面的集合。系統(tǒng)的操作界面主要包括注冊(cè)/登錄界面、教師實(shí)驗(yàn)課發(fā)布界面、教師實(shí)驗(yàn)課時(shí)段設(shè)置界面、實(shí)驗(yàn)課學(xué)生授權(quán)界面和成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)界面、學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)約/成績(jī)查詢界面、管理員對(duì)教師賬號(hào)授權(quán)管理界面、管理員對(duì)實(shí)驗(yàn)課歸檔管理界面等。
使用jQuery Mobile開(kāi)發(fā)的網(wǎng)站,瀏覽器兼容性問(wèn)題通過(guò)jQuery Mobile框架采用的自適應(yīng)技術(shù)得以解決。使用華為榮耀3X智能手機(jī)Android系統(tǒng)上的UC瀏覽器、蘋果iPhone 5s智能手機(jī)iOS系統(tǒng)上的Safari瀏覽器和基于 Win7的桌面 PC上Firefox瀏覽器來(lái)訪問(wèn)實(shí)驗(yàn)課預(yù)約系統(tǒng)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)約界面截屏如圖3~圖5所示。
圖3 榮耀3X上UC
圖4 iPhone5s上Safari
圖5 PC上的Firefox瀏覽器
系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層通過(guò)PHP腳本語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn),使用mysqli功能擴(kuò)展模塊訪問(wèn)MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)成由注冊(cè)/登錄模塊、管理員用戶模塊、教師用戶模塊、學(xué)生用戶模塊和通用模塊等功能模塊共同組成。
系統(tǒng)的功能模塊架構(gòu)如圖6所示,其中通用模塊包括一些各功能模塊需要重復(fù)使用的通用代碼以供其他功能模塊調(diào)用,如提供數(shù)據(jù)庫(kù)的連接/關(guān)閉操作以及全局會(huì)話變量的銷毀等功能。系統(tǒng)的各項(xiàng)功能模塊使用流程有以下6個(gè)步驟。
圖6 系統(tǒng)功能模塊架構(gòu)
1)管理員先使用注冊(cè)/登錄模塊登錄進(jìn)系統(tǒng)(管理員賬號(hào)由系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建),然后使用管理員用戶模塊對(duì)系里所有開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)教師賬號(hào)進(jìn)行授權(quán)。
2)實(shí)驗(yàn)課教師使用注冊(cè)/登錄模塊登錄進(jìn)系統(tǒng),通過(guò)教師用戶模塊發(fā)布某學(xué)年某學(xué)期的特定實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)驗(yàn)名稱、實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)、循環(huán)次數(shù)、循環(huán)間隔周數(shù)以及預(yù)約截止日期等實(shí)驗(yàn)信息,設(shè)置好該實(shí)驗(yàn)的各個(gè)時(shí)段的時(shí)間范圍、起始周次、時(shí)段實(shí)驗(yàn)人數(shù)的限制容量,并對(duì)所有選修此次實(shí)驗(yàn)的所有學(xué)生的學(xué)號(hào)進(jìn)行授權(quán)。
3)被授權(quán)的學(xué)生使用注冊(cè)/登錄模塊用學(xué)號(hào)登錄進(jìn)系統(tǒng)后,使用學(xué)生用戶模塊對(duì)實(shí)驗(yàn)時(shí)段進(jìn)行預(yù)約和修改。
4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,實(shí)驗(yàn)課教師通過(guò)教師用戶模塊發(fā)布學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成績(jī)。
5)學(xué)生使用學(xué)生用戶模塊查詢自己的實(shí)驗(yàn)課成績(jī)。
6)管理員使用教師用戶模塊對(duì)以往實(shí)驗(yàn)作歸檔處理。
除了jQuery Mobile使用Ajax來(lái)加載Web頁(yè)面外,系統(tǒng)前端網(wǎng)頁(yè)大量使用Ajax技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)部分刷新界面和及時(shí)反饋用戶信息。比如在實(shí)驗(yàn)預(yù)約功能頁(yè)面中選擇學(xué)期學(xué)年后,通過(guò)Ajax將學(xué)期學(xué)年傳遞給 tochoosetime.php后臺(tái)代碼,在 tochoosetime.php中連接數(shù)據(jù)庫(kù)查詢?cè)搶W(xué)期學(xué)年下的實(shí)驗(yàn),并將其列表返回。由于返回的是數(shù)組,后臺(tái)程序必須將其編碼成json格式返回到前端,在前端Ajax提交表單函數(shù)中必須指定以json格式解析返回值。
以選擇學(xué)年學(xué)期獲得實(shí)驗(yàn)列表為例,基于jQuery實(shí)現(xiàn)Ajax的部分js代碼如下:
functionchooseTime(){
$(" #expˉ name").empty();
$(" #timelist").children().remove(); //清空原時(shí)段表
$("#msg1").text("您尚未選擇實(shí)驗(yàn)");
$.ajax({
//指定表單提交至的后臺(tái)程序
url:"tochoosetime.php",
type:"POST",//指定提交方式為POST
data: $ (′#ytˉ choose′).serialize(),
dataType:′json′,//指定以 json 格式解析返回值
//如果返回錯(cuò)誤的處理函數(shù)
error:function(request){
alert("Connection error");
},
//如果返回正確的處理函數(shù)
success:function(data){
$(" #msg").hide();
if($.isEmptyObject(data)){
//如果返回json數(shù)組為空,則實(shí)驗(yàn)列表添加唯一選項(xiàng) “無(wú)”
$(" #expˉ name").append(" <o(jì)ption value=′無(wú)′> 無(wú) </option >") .selectmenu(′refresh′,true);
}
$.each(data,function(index,value){
//如果不為空,則循環(huán)遍歷將每個(gè)實(shí)驗(yàn)名稱添加到實(shí)驗(yàn)選擇列表
$(" #expˉ name").append(" <o(jì)ption value=′"+value.epmˉ name+"′>"+value.epmˉname+" </option >") .selectmenu(′refresh′,true);
});
}
});
}
在信息技術(shù)成為國(guó)家戰(zhàn)略的今天,如何用信息技術(shù)的手段來(lái)促進(jìn)本科教學(xué)質(zhì)量尤為必要?;谝苿?dòng)Web技術(shù)本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)課預(yù)約系統(tǒng),從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和技術(shù)方案、系統(tǒng)的用戶角色和功能定位、開(kāi)發(fā)環(huán)境的搭建、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、用戶界面設(shè)計(jì)、系統(tǒng)功能模塊實(shí)現(xiàn)、Ajax應(yīng)用等方面具體介紹了整個(gè)設(shè)計(jì)的思路和過(guò)程。系統(tǒng)實(shí)際測(cè)試運(yùn)行結(jié)果表明,通過(guò)移動(dòng)智能終端或PC端教師能夠快捷地發(fā)布實(shí)驗(yàn)和及時(shí)地公布實(shí)驗(yàn)成績(jī),學(xué)生能夠隨時(shí)隨地預(yù)約實(shí)驗(yàn)和查看實(shí)驗(yàn)成績(jī),有效地簡(jiǎn)化了人工安排和預(yù)約實(shí)驗(yàn)課的繁雜度。這樣即充分利用和發(fā)揮了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì),又極大地提升了本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理水平。
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實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)2017年6期