基于网络的实验教学开放管理系统平台的设计与实现.doc

基于网络的实验教学开放管理系统平台的设计与实现the design and realization of opening management system platform used for experiment teaching based on network摘要：随着高等教育改革的深入，实验教学必须顺应教学改革形势，加大教学内容和方式的改革，合理利用现代信息技术构建功能强大、结构合理的实验教学开放管理系统平台，是推进实验教学改革的重要措施，文章介绍了一种基于网络的实验教学开放管理系统的设计方案与实现的关键问题。关键词：实验教学；开放管理；网络abstract: with the reform of advanced education,the reform of the text and approaches of teaching-experiment is becoming urgent to meet the overall reform of advanced education.to design and employ a powerful and sound-structured experiment system of teching-management is expected to effectively promote the reform of teaching-experiment.this paper introduces how to design and realize a opening management system used for experiment teaching based on network.key words: experiment teaching；opening management；network1引言以“素质教育为基础，能力培养为重点”是新世纪人才培养的要求，对于工科院校而言，工科人才的能力培养一般包括基础工程技能培养、系统设计能力培养、独立工作能力以及团队协作能力培养等等。要实现这些能力培养，实验教学是其中必要环节之一，实验教学就要给学生学习时间和内容的充分自由性，实验教学就必须进行开放式教学。开放式实验教学在教学管理方面首先面对的是教学对象、内容、时间等因素的不确定性，加之教学计划的个性化，从而使管理的难度加大，同时由于个性化教育导致管理及教学头绪增多，重复劳动增加。因此，必须对传统的实验教学管理方式进行改革，充分利用现代信息技术探索更有效的实验教学开放管理模式，开发基于网络的实验教学开放管理系统平台来提高管理水平，为实验教学改革提供技术保障。2 基于网络的实验教学开放管理系统硬件平台的设计硬件平台主要是开放实验室管理控制系统，它是开放实验室能否正常运行的基础，其主要完成自动为学生分配实验座位，全程对实验室的运行情况进行监控，保障实验室的运行安全。因此该系统对稳定性、扩展性和开放性的要求都很强。开放实验室管理控制系统主要由刷卡机、管理机、服务器、实验室控制单元、实验台控制单元、控制网络、服务端软件、管理端软件和刷卡端软件组成。图1为整个系统的拓扑结构图。该管理控制系统采用目前流行的client-server架构，这种架构提供了最大的可扩展性，用户可以根据需要在原有的基础上不断扩容以满足整个学校的开放实验室管理需要，而且还有利于信息共享和系统规划，降低系统管理复杂度，减少了大量重复工作，降低了系统总体成本。2.1服务端管理单元服务端管理单元是整个开放实验室管理控制系统的核心，它是由一台专用服务器、数据库管理软件（sql server）和服务端管理软件组成，其物理位置一般在管理中心内，通过校园网和远程的管理端、刷卡端相连接。服务器的硬件配置要根据系统的设计容量选择，由于开放实验管理系统的所有各项数据都保存在这台服务器上，所以必须配置ups和备份设备。服务端管理软件安装在服务器上，用于完成在服务端进行的各项操作，主要有学期初始化、课程初始化、实验室参数设定、学生帐户管理、班级管理、教师帐户管理、管理员帐户管理、开放规则定义、预约参数设定、各项信息统计和各种类型的查询等系统管理功能。它还包括了一个web页面系统，用于远程实现网络查询、实验预约、取消预约、用户密码修改等功能。2.2管理机单元管理机单元位于各个主要实验区域，它可以由几台管理控制柜员机安装管理端软件组成，主要完成一些日常管理功能，这些功能基本上是服务端管理软件功能的子集。主要包括学生卡挂失、学生卡充值、学生实验信息查询、远程打印服务、实验预约、取消预约、用户密码修改等功能。2.3刷卡机单元刷卡机位于整套控制体统的最前端，每个刷卡机可控制255个实验室。它包括一台普通pc机、刷卡器和刷卡端管理软件。主要用于处理各种前端功能，包括分配座位、显示实验室状况、实验座位故障设定和取消、实验室开放状态设定和取消等。当学生进入实验室的时候，必须拿相应的卡在刷卡机上完成实验注册，完成实验后再刷卡完成实验注销。刷卡器可根据需要选择条码卡、磁条卡、射频ic卡等各种类型。2.4实验室控制单元实验室控制单元是一套硬件设备，位于每个独立的实验室，通过专用的控制总线连接刷卡端和实验台，每个实验室控制单元可控制255个座位。学生注册后，系统将根据实验室安排规则分配实验室，这个分配信息将通过控制总线网络传送到相应实验室。在实验室不开放的时候，实验室控制单元可以直接接管全部的控制功能。2.5实验台控制单元实验台控制单元是一个控制盒，安装在每个实验台上，实验室控制单元根据接受到的控制信号控制相应的实验台控制单元，如果分配正确，该实验台的电源将打开，学生可以开始实验，反之实验台的总电源关闭。2.6控制网络控制网络是一组专门铺设的总线网络，将所有的实验台连接到实验室控制单元，再通过实验室控制单元连接刷卡端。3基于网络的实验教学开放管理系统软件平台的设计1软件平台主要是开放实验室教学管理系统，该系统是整个开放系统的核心，它的好坏直接影响到最后的教学效果。我们选择了基于多媒体和网络技术的实现方案，整个系统安装在一台专用服务器上，采用www访问的模式进行访问。这种模式可以打破时间和空间的限制，只要有计算机和网络，学生可以在任何时候任何地点进行预习、复习、提问、查询资料，教师可以在任何时间任何地点答疑、打分、了解学生的学习情况，管理部门可以任何时间任何地点了解教学进度，监控教学情况，管理学生成绩。该系统的组成结构如图2所示。图2 软件系统的组成结构3.1实验预约单元实验预约单元可以让学生提前预约实验，这便于学生合理安排实验时间，提高整个实验室的利用率。教师事先设定好每个实验室的预约规则，学生根据规则进行预约，为了适应各种情况，还提供了取消预约的功能，对于不按预约进行实验的学生还进行记录和警告。3.2教学课件单元教学课件单元是根据每门课程的教学要求，采用多媒体技术设计的辅助教学系统。学生实验的基本指导将完全通过课件来实现。3.3网络答疑网络答疑单元用于汇总了学生常见的实验问题解答，系统提供友好的界面让教师随时输入学生遇到的共性问题的解答，同时提供各种复杂的查询功能让学生能方便的找到自己想要的答案。3.4网络交互单元网络交互单元是一个网络论坛系统，它能根据课程的不同设置不同的栏目，学生可以在相应的栏目内提出自己的问题，解答别人提的问题，交换有用的资料。教师可以在线解答提问，也可以发布一些课程信息。3.5教学资料单元教学资料单元是基于ftp技术的资料发布系统，教师可以将各种课程资料上传到服务器，学生可以根据需要下载这些资料。所有的资料将按照一定的规则进行分类，同时提供查询功能，便于学生查找。3.6网络考试单元网络考试单元是基于题库系统的实验考试系统，每门课程的指导教师将考试题目输入题库，然后设定考试规则，学生在完成所有实验后，可以随时申请考试。考试时，系统将从题库中随机抽取考题供学生做答。3.7信息查询单元信息查询单元给学生提供一个界面用于查询各种信息，主要有实验记录、已完成实验时间、剩余实验时间、每个实验成绩、期中考试成绩、期末考试成绩等。4 实验教学开放管理系统的关键技术及实现24.1系统的关键技术系统采用了微软的sql server 2000数据库、web服务器、用户视图的三级安全访问控制技术和动态网页数据库技术，结合了c/s和b/s模式。4.2系统的实现该实验教学开放管理系统已实现，并在我院实验中心已试用了近一年。图3为开放实验教学管理系统登录界面图。数据管理：系统中sql server 2000作为b/s程序的web数据库使用，同时也作为c/s程序的后台数据库，这样通过统一的数据平台，实现了两种模式下数据的同步性和一致性。动态交互：系统中大部分网页都采用了动态网页技术，从而实现网页根据用户的身份动态生成，显示对其有用的信息，屏蔽与之无关的信息，此外用户还可以对操作界面进行个性化设置。安全性：为了防止用户绕过注册页面直接进入系统而造成的用户越权使用，系统利用session对象进行注册分级安全验证：学生、教师等享有不同的权限。 图3 开放实验教学管理系统登录界面 图4 示波器的多媒体教学图5 结束语系统平台实现了实验教学的计算机网络化开放管理，学生可通过网络自由选择实验项目和实验时间，既达到了个性化教学管理的目标，也大大减轻了教师教学管理的工作量，提高了实验教学管理效率，较好解决了开放式教学管理难题，推动了开放式实验教学的改革进程。我们在设计系统平台时就充分考虑了本系统的开放性，学生