基于計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

王洪海

摘 要：當(dāng)今時(shí)代，計(jì)算機(jī)實(shí)際動(dòng)手操作能力尤為重要，由于學(xué)生在校計(jì)算機(jī)的實(shí)踐操作較少，所以文章主要研究基于計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，提高學(xué)生的實(shí)踐能力。利用對(duì)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的了解，對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求進(jìn)行分析，通過整體構(gòu)架以及功能模塊的構(gòu)建對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)研究。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；管理系統(tǒng)

學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度，需要通過實(shí)際動(dòng)手能力來體現(xiàn)，因而參加上機(jī)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)很重要。因此本文開發(fā)了一套計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，提高學(xué)生的綜合能力。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

根據(jù)國內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)的研究及應(yīng)用來分析，系統(tǒng)的大體功能基本相似，一般包括用戶模塊、教師模塊、學(xué)生模塊等幾大功能模塊[1]。而應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)從設(shè)計(jì)模式上包括C/S的兩層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和B/S的3層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

C/S結(jié)構(gòu)是由美國Borland公司研發(fā)的軟件系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，其優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度比較快，多樣個(gè)性化，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的業(yè)務(wù)流程。缺點(diǎn)在于C/S結(jié)構(gòu)硬件一般需要建立在專用的網(wǎng)絡(luò)，并且對(duì)軟件的重用性不高，系統(tǒng)在升級(jí)維護(hù)方面也比較困難。整體來講，C/S結(jié)構(gòu)管理系統(tǒng)客戶端有事物層和表現(xiàn)層，服務(wù)器端有數(shù)據(jù)邏輯層和存儲(chǔ)層。所以導(dǎo)致客戶端很龐大，系統(tǒng)升級(jí)困難，而且事物層不能完成平臺(tái)和客戶端共享的功能，從而缺少數(shù)據(jù)邏輯層來供應(yīng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層。

B/S結(jié)構(gòu)是由美國微軟公司研發(fā)的瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，用戶的工作界面可以通過瀏覽器來實(shí)現(xiàn)，主要事物可以通過服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，對(duì)客戶端電腦載荷進(jìn)行簡(jiǎn)化，降低系統(tǒng)升級(jí)與維護(hù)的成本[2]。B/S 3層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)勢(shì)：對(duì)硬件的換進(jìn)高要求較低，無需專門的網(wǎng)絡(luò)硬件環(huán)境，并且升級(jí)與維護(hù)方式比較簡(jiǎn)單。目前已經(jīng)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)大多數(shù)是基于C/S結(jié)構(gòu)，個(gè)別高校會(huì)使用B/S結(jié)構(gòu)。

國外的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)相對(duì)開放，針對(duì)學(xué)生選擇具有隨意性，學(xué)生可以被安排相應(yīng)的導(dǎo)師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。相對(duì)于國內(nèi)，這種教學(xué)模式還不能夠應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)課教學(xué)管理中。因此，本文主要研究如何使用基于B/S的結(jié)構(gòu)來開發(fā)計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)，通過應(yīng)用4層設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)把應(yīng)用邏輯從Web服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫中分離出來，最終形成應(yīng)用服務(wù)器層。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求分析

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境管理通常在沿用C/S結(jié)構(gòu)的管理系統(tǒng)，隨著對(duì)教學(xué)質(zhì)量的要求不斷提高，需要尋找新的課堂環(huán)境管理方法。所以本文從如何最大限度地提高教學(xué)效果出發(fā)，對(duì)系統(tǒng)需求進(jìn)行研究：

2.1 教師用戶需求分析

教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理中對(duì)學(xué)生起到指導(dǎo)作用，教師連接Internet后對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)后針對(duì)成果好的發(fā)布給學(xué)生，教師針對(duì)學(xué)習(xí)成績(jī)進(jìn)行錄入、查詢及修改。

2.2 學(xué)生用戶需求分析

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生是主體，所以系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要確保學(xué)生可以利用課余的時(shí)間查詢成績(jī)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)中隨時(shí)得到教師指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)后便于提交成果。

2.3 性能需求分析

此系統(tǒng)允許多人同時(shí)訪問，簡(jiǎn)單容易操作，作業(yè)的操作需要進(jìn)行時(shí)間限制。

總之，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)已經(jīng)滿足師生用的基本需求，一定要采取新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，開發(fā)出新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)分析

此實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)的使用用戶主要包括教師、學(xué)生和管理員，所以需要從該3方面對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行分析。

3.1 教師用戶功能

教師用戶針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在課前需要設(shè)計(jì)和修改，將實(shí)驗(yàn)錄入系統(tǒng)中，并且可以通過賬號(hào)登錄，對(duì)學(xué)生所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行修改。教師可以對(duì)學(xué)生成績(jī)進(jìn)行錄入、查詢及修改。

3.2 學(xué)生用戶需求

學(xué)生在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容完成之后要具備提交權(quán)限，將自己的實(shí)驗(yàn)成果提交到系統(tǒng)中，方便及時(shí)查看成績(jī)列表。學(xué)生可以通過登錄系統(tǒng)對(duì)自己的個(gè)人信息進(jìn)行修改。

3.3 管理員用戶功能

管理員對(duì)用戶具有修改和添加的功能。為了更好地對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)信息的管理，需要對(duì)學(xué)生所在的專業(yè)和班級(jí)進(jìn)行管理。除此之外，管理員需要對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行更新及維護(hù)，包括數(shù)據(jù)備份及還原操作。

4 系統(tǒng)構(gòu)架設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)構(gòu)架主要通過4個(gè)層次構(gòu)成：Web瀏覽器層、Web服務(wù)器層、應(yīng)用服務(wù)器層和數(shù)據(jù)訪問層。

4.1 Web瀏覽器層

Web瀏覽器層是用戶的交互界面，該功能是接收用戶輸入信息，具有用戶體驗(yàn)，此系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要用于教師、學(xué)生、管理員的使用，該層主要是作為整個(gè)解決方案中的Web項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的。

4.2 Web服務(wù)器層

也稱為業(yè)務(wù)邏輯層，是實(shí)現(xiàn)用戶交互與數(shù)據(jù)表示，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，向應(yīng)用邏輯層請(qǐng)求調(diào)用核心服務(wù)處理。在實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，業(yè)務(wù)邏輯層主要是完成賬戶處理、實(shí)驗(yàn)管理以及專業(yè)班級(jí)管理、數(shù)據(jù)的收集等[3]。在賬戶管理中，業(yè)務(wù)邏輯層會(huì)對(duì)用戶信息進(jìn)行接收與顯示，將數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單處理之后傳遞給應(yīng)用層進(jìn)行驗(yàn)證，最后將驗(yàn)證結(jié)果反饋給用戶。實(shí)驗(yàn)管理中業(yè)務(wù)邏輯層主要接收教師所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，然后傳遞到應(yīng)用服務(wù)器層進(jìn)行處理。在成績(jī)管理中，Web服務(wù)器可以對(duì)教師錄入的學(xué)生成績(jī)直接傳遞給應(yīng)用服務(wù)器層進(jìn)行操作，然后將結(jié)果返回Web服務(wù)器層，并且顯示。

4.3 應(yīng)用服務(wù)器層

應(yīng)用服務(wù)器層是由業(yè)務(wù)組件構(gòu)成，組件對(duì)數(shù)據(jù)加工提交，反饋到客戶端。在管理系統(tǒng)中，操作基本通過應(yīng)用服務(wù)器層來實(shí)現(xiàn)，通過接收Web服務(wù)器層傳遞來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，接收的數(shù)據(jù)包括用戶身份信息、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)信息、學(xué)生成績(jī)信息以及班級(jí)管理信息和課程信息等。

4.4 數(shù)據(jù)訪問層

數(shù)據(jù)訪問層包括數(shù)據(jù)、視圖、存儲(chǔ)過程等，主要對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行操作，為應(yīng)用邏輯層提供數(shù)據(jù)處理服務(wù)，為了確保管理數(shù)據(jù)可以被多次訪問，在具體操作中使用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，來提高訪問效率。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

此系統(tǒng)主要應(yīng)用于員工培訓(xùn)、建立系統(tǒng)平臺(tái)、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)、程序測(cè)試、文檔驗(yàn)收等。教師端可以實(shí)時(shí)在網(wǎng)上提交故障問題與處理狀況，管理端具有實(shí)驗(yàn)課堂問題處理功能，包括問題的描述以及提醒。

該系統(tǒng)具有一定的實(shí)用性，避開了常規(guī)的管理軟件思路，抓住管理的關(guān)鍵，實(shí)用性強(qiáng)。該系統(tǒng)解決了教學(xué)管理的需求，在開發(fā)過程中采用組件式開發(fā)，模塊化程度高、系統(tǒng)清晰。最后，該系統(tǒng)擴(kuò)展性強(qiáng)，預(yù)留了接口，可以連接藍(lán)牙設(shè)備、單片機(jī)等技術(shù)進(jìn)行聲音報(bào)警或者進(jìn)行安全監(jiān)控等。

6 結(jié)語

目前，高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化管理，計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備和實(shí)驗(yàn)軟件也增多，給管理中心帶來新的問題。本文所涉及的計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)環(huán)境管理系統(tǒng)采用B/S4層構(gòu)架體系結(jié)構(gòu)，層與層之間結(jié)構(gòu)清晰，系統(tǒng)隨時(shí)隨地為用戶提供登錄，幫助教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可以幫助學(xué)生盡早了解實(shí)驗(yàn)，更方便提交實(shí)驗(yàn)以及隨時(shí)查看實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

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