智能型計算機類實驗管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

孟亞輝 王瑞東 張明輝

摘 要：隨著計算機的大面積普及，高校計算機類實驗占據(jù)很大比例，計算機輔助教學(xué)系統(tǒng)作為一種重要的教學(xué)技術(shù)，引起越來越多的人重視，但效果卻不盡人意。目前，還沒有一款真正參與計算機實驗全過程的軟件系統(tǒng)，大多說實驗室管理軟件都是對實驗作業(yè)的收發(fā)和實驗室管理事務(wù)的處理，因此，提出一款真正參與計算機實驗全過程的智能實驗室管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以監(jiān)控并錄制實驗的全過程、智能識別檢測娛樂軟件的啟動、查看指導(dǎo)教師對實驗過程的評語、遠(yuǎn)程答疑等功能，從而提高實驗教學(xué)的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：實驗室 智能 管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP311.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（a）-0029-03

Abstract：With the popularization of computers， university computer experiments occupy a large proportion. As an important teaching technology， computer-aided teaching system has attracted more and more attention， but the effect is not satisfactory. At present， there is not yet a software system that really participates in the whole process of computer experiments. Most of them say that laboratory management software deals with the sending and receiving of experimental tasks and laboratory management affairs. Therefore， a smart computer that really participates in the whole process of computer experiments is proposed. Laboratory management system， the system can monitor and record the entire process of the experiment， intelligent recognition detection and start of entertainment software， view the instructor's comments on the experimental process， remote answer questions and other functions， thereby improving the quality of experimental teaching.

Key Words：laboratory； Intelligent； Management system

1 開發(fā)背景分析

計算機輔助教學(xué)是利用計算機作為主要的教學(xué)媒體來進(jìn)行教學(xué)活動，即利用計算機來輔助教師執(zhí)行教學(xué)。計算機不僅能呈現(xiàn)單純的文字、數(shù)字等字符教學(xué)信息，而且還能輸出動畫、視頻、圖像和聲音，能非常容易做到教學(xué)信息的圖、文、聲并茂，這種多維立體的教育信息傳播，增強了信息的真實感和表現(xiàn)力，這些是幻燈、電視等單向電教媒體無法比擬的?？梢娪嬎銠C輔助教育已發(fā)揮出越來越大的作用，但就當(dāng)前計算機輔助教學(xué)的實際使用和效果上，反映卻不盡人意。實驗指導(dǎo)教師無法擺脫對學(xué)生繁重的紀(jì)律管理，無法將精力集中于解決學(xué)生們在實驗過程中遇到的問題以及對學(xué)生相互學(xué)習(xí)與指導(dǎo)。因此，開發(fā)一個真正參與計算機實驗全過程的軟件系統(tǒng)顯得很重要，也很迫切。

2 智能型計算機類實驗管理系統(tǒng)設(shè)計

針對目前現(xiàn)有的實驗室管理系統(tǒng)的不足，現(xiàn)提出一種智能型計算機類實驗管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)分為學(xué)生端和控制端兩個部分，實驗管理模式分為開放實驗和課內(nèi)實驗兩種。開放實驗是學(xué)生利用課余時間進(jìn)行的科技制作、探索性實驗等；課內(nèi)實驗是針對某課程計劃內(nèi)課時的實驗。對于開放實驗的管理，主要通過屏幕錄像的方式和自動檢測非正常程序的方式實現(xiàn)對學(xué)生實驗過程的管理；而課內(nèi)實驗則可以設(shè)置屏幕錄像實時監(jiān)控和自動檢測非正常程序的啟動，學(xué)生可以電子舉手提問，教師可以選擇遠(yuǎn)程輔導(dǎo)，對于同學(xué)們普遍存在的問題，也可以通過屏幕廣播，可以在輔導(dǎo)的過程中錄制屏幕供以后使用 。

2.1 系統(tǒng)功能框圖

智能型計算機類實驗管理系統(tǒng)功能框圖如圖1所示，該管理系統(tǒng)具體功能分為控制端和學(xué)生端，控制端主要是給教師使用，對學(xué)生端進(jìn)行監(jiān)控，具體功能有：課程信息發(fā)布、教師注冊、課程參數(shù)設(shè)置、查看學(xué)生實驗過程、設(shè)置是否啟動非正常程序監(jiān)控及非正常程序的設(shè)置、屏幕錄像數(shù)據(jù)存儲等功能；學(xué)生端主要是給學(xué)生使用，學(xué)生端功能有：獲取屏幕錄像并發(fā)送到控制端、電子舉手、查看教師回復(fù)、提交問題及文件、自動檢測非正常程序等功能。

2.2 控制端功能流程

控制端功能包含管理員和任課教師。管理員登錄具有修改密碼、添加教師、注冊課程及任課教師、維護(hù)非正常程序列表、維護(hù)提示程序和鎖定系統(tǒng)程序列表等功能。任課教師在登錄系統(tǒng)后，接收并記錄學(xué)生端發(fā)送的屏幕錄像信息，回放學(xué)生實驗過程，發(fā)布課程信息和上傳實驗教學(xué)需要使用的資料，同時可以對學(xué)生提問進(jìn)行管理等等。這里我們列出教師對學(xué)生屏幕錄像的檢查和實時監(jiān)視過程，具體如下。

學(xué)生屏幕錄像的運行過程：學(xué)生機獲取屏幕圖像信息→學(xué)生機壓縮圖像數(shù)據(jù)→學(xué)生機發(fā)送壓縮后的圖像信息→控制端接收屏幕信息→控制端存儲屏幕信息→控制端讀取屏幕信息→控制端解壓、播放（還原屏幕圖像）。

教師實時監(jiān)視過程為： 學(xué)生機獲取屏幕圖像信息→學(xué)生機壓縮圖像數(shù)據(jù)→學(xué)生機發(fā)送壓縮后的圖像信息→控制端接收屏幕信息→控制端解壓、播放（還原屏幕圖像）。

控制端用例圖如圖2所示。

2.3 學(xué)生端功能流程

開機后，首先鎖定系統(tǒng)，然后檢測是否可以正常連接服務(wù)器，連接正常則要求登錄，否則給出出錯信息，要求管理員處理，如正常登錄，則解鎖系統(tǒng)。學(xué)生首次登錄，則切換到歡迎界面；如果不是首次使用系統(tǒng)，則首先快速回放上次實驗過程錄像。關(guān)閉后，計算機可以自由使用。系統(tǒng)獲取屏幕圖像信息，并將其壓縮后發(fā)送到服務(wù)器，若發(fā)送失敗，則給出出錯信息后鎖定系統(tǒng)，要求管理員處理。系統(tǒng)實時檢測系統(tǒng)中啟動的程序，若出現(xiàn)非正常程序，則給出提示信息或鎖定系統(tǒng)。對于新出現(xiàn)的程序，負(fù)責(zé)發(fā)送程序進(jìn)程名稱到服務(wù)器。課內(nèi)實驗?zāi)Ｊ较?，學(xué)生遇到問題時，可以電子舉手，請求老師幫助。實驗過程中還可以查看別人的提問及教師答復(fù)的內(nèi)容等。學(xué)生端用例圖如圖3所示。

2.4 系統(tǒng)架構(gòu)

智能型計算機類實驗管理系統(tǒng)整體上采用C/S和B/S共存架構(gòu)，即除了學(xué)生提問和教師答復(fù)以外的部分，使用C/S架構(gòu)，答疑部分則采用B/S架構(gòu)。在學(xué)生機上主要安裝屏幕錄像和壓縮軟件。數(shù)據(jù)庫采用SQLServer2008或以上版本。系統(tǒng)整體采用面向?qū)ο蟮娜龑咏Y(jié)構(gòu)，三層架構(gòu)具有降低層與層之間的依賴、利于各層邏輯復(fù)用、降低后期維護(hù)成本等優(yōu)點，系統(tǒng)三層體系結(jié)構(gòu)圖如圖4所示。答疑系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，在系統(tǒng)控制端安裝HTTP服務(wù)器軟件，將網(wǎng)頁部署在HTTP服務(wù)器上，學(xué)生和教師通過訪問HTTP服務(wù)器實現(xiàn)答疑系統(tǒng)的功能。

2.5 系統(tǒng)UML類圖

采用UML類圖進(jìn)行數(shù)據(jù)類的設(shè)計，對于關(guān)系數(shù)據(jù)庫來說，可以用類圖描述數(shù)據(jù)庫模式，用類描述數(shù)據(jù)庫表，用類的操作描述觸發(fā)器和存儲過程。數(shù)據(jù)類之間的關(guān)系如圖5所示。

3 系統(tǒng)特色

（1） 實驗管理系統(tǒng)整體上采用C/S和B/S共存的架構(gòu)，即除了學(xué)生提問和教師答復(fù)以外的部分，使用C/S架構(gòu)，答疑部分則采用B/S架構(gòu)。

（2） 學(xué)生端實時發(fā)送屏幕錄像，打破傳統(tǒng)的定時發(fā)送。與此同時，對學(xué)生實驗過程進(jìn)行全程屏幕錄像，方便教師、學(xué)生回顧實驗過程和尋找出錯原因，以便下次上課時做相應(yīng)的變化。

（3） 本實驗教學(xué)管理系統(tǒng)針對了傳統(tǒng)MCAI的弊端進(jìn)行改良，使得教師可以將更多的心思放到實驗指導(dǎo)上，同時也給學(xué)生提供較大的創(chuàng)新思維的自由空間，更能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思想，讓教師的教學(xué)效率大大提高。實時監(jiān)督學(xué)生和制約學(xué)生利用計算機進(jìn)行娛樂活動，檢測非正常娛樂程序的啟動，從而將學(xué)生精力扭轉(zhuǎn)到實驗過程。

4 結(jié)語

項目針對目前市場實驗室管理系統(tǒng)模塊的不足，提出的一款智能實驗室管理系統(tǒng)，使得高校實驗室管理更加便捷輕松，極大地彌補了目前高校實驗室智能管理的一個空白區(qū)域，創(chuàng)新性強。該項目綜合應(yīng)用Java、前端和數(shù)據(jù)庫設(shè)計等多種技術(shù)，在技術(shù)上具有綜合應(yīng)用的創(chuàng)新性和現(xiàn)實使用性。與此同時，本智能實驗室管理系統(tǒng)能夠極大地促進(jìn)計算機教學(xué)工作的順利進(jìn)行，極大地提高了計算機課堂教學(xué)的質(zhì)量和實驗教學(xué)管理。

參考文獻(xiàn)

[1] 孟亞輝.基于校園網(wǎng)的多協(xié)議節(jié)約資源型離線下載系統(tǒng)設(shè)計[J].廣東石油化工學(xué)院學(xué)報，2016（4）：32-36.

[2] 孟亞輝，張明輝，王博.基于互聯(lián)網(wǎng)的大學(xué)生易校行系統(tǒng)的設(shè)計[J].科技資訊，2017，15（11）：207-210.