（课程与教学论专业论文）高校计算机实验教学辅助系统的研究与实现.pdf

摘要 本文在深入研究高等院校计算机实验教学辅助系统的发展现状和趋势的基 础上，结合作者多年的工作经验，针对某高校实验中心的计算机实验教学的特 点、以及现有辅助系统存在的问题，经过详细的功能与性能需求分析，设计了 高校计算机实验教学辅助系统，并利用当前较为先进的计算机技术，实现了系 统大部分的功能。 本文关于计算机实验教学的研究揭示了计算机实验教学的深层次问题，即 提高实验教学质量需要借助先进的辅助系统，来满足学生、教师与实验室管理 人员的教学与管理需要。与国内现有的高校计算机实验教学辅助系统相比，本 系统最突出的优点有两点，一是基于角色与基于课表的设计更准确地反映了实 验教学中教与学、教学与管理之间的关系，二是集成w i n d o w s 操作系统的安全 特性。 本系统从学生、教师与管理员的使用需要出发，规划了各子系统的功能模 型与信息模型，并按照软件工程的要求组织与实现，开发了一套基于网络、数 据库和组件等计算机技术的高校计算机实验教学辅助系统。 本系统自投入实际运行以来，取得了良好的社会效益，解决了实验教学中 迫切需要解决的问题，使实验教学过程中的作业管理、即时交流、程序监控、 考勤、数据统计等业务流程规范化、合理化、自动化，不仅提高了实验教学质 量，而且提高了管理员的管理效率。 关键词：实验教学；基于课表；作业管理；即时交流；程序监控 a b s t r a c t t h i sp a p e rs t u d i e dt h ed e v e l o p m e n ta n dt r e n do fa i d e ds y s t e mo fe x l ) e , r i m e n to f c o m p u t e rs c i e n c e , c o n s u l t e dt h e s ee x p e r i e n c e s , w h i c hc o n c l u d ef r o mt h e d e v e l o p m e n to ft h i sk i n do fs y s t e m p a p e ra l s os u m m a r i z e dt h ec h a r a c t e r i s t i c so f e x p e r i m e n to fc o m p u t e rs c i e n c eo fac o l l e g e a n dt h ep r o b l e m so ft h ea i d e ds y s t e m s b e i n gu s e d , m a i n l yb eu s e dt oc o m p l e t et h ee x p e r i m e n to fc o m p u t e rs c i e n c e b a s e d o nd e t a i l e da n a l y s i so fr e q u i r e m e n ti nf u n c t i o na n dc a p a b i f i t y ，t h i sp a p e rd e s i g n e da n e ws y s t e mt oa i dc o l l e g i a le x p e r i m e n to fc o m p u t e rs c i e n c ea n dm o s t l yc o m p l e t e d t h ef u n c t i o n so ft h en e ws y s t e m t h es t u d yw i t h i nt h i sp a p e rp o s t st h ee f f e c t u a lm e t h o d , w h i c hc a nb eu s e dt o i m p r o v et h eq u a l i t yo fc o l l e g i a le x p e r i m e n to fc o m p u t e rs c i e n c e , i st ou s e t h e a d v a n c e da i d e ds y s t e m ，w h i c h 伽m e e tt h en e e d so fs t u d e n t s ，t e a c h e r s , a n d l a b o r a t o r i a im a n a g e r s c o m p a r e dw i t ho t h e rh o m o l o g o u ss y s t e m s t h en e ws y s t e m p r o p o s c dw i t h i nt h i sp a p e rh a st w o c o n s i d e r a b l em e r i t s t h ef i r s to n ei st op a ym u c h m o l ea t t e n t i o nt ot h ei d e ao fb a s i n go na u t h o ra n db a s i n go nc u r r i c u l u ms c h e d u l e ， w h i c hc a nw e l la n dt r u l yr e p r e s e n tt h er e l a t i o n s h i po fs t u d e n t s ，t e a c h e r sa n d m a n a g e r so f l a b o r a t o r yi nt h ec o l l e g i a le x p e r i m e n to f c o m p u t e rs c i e n c e t h es e c o n d o n ei st oi n t e g r a t et h eo p e r a t i o ns y s t e m ss e c u r i t yc h a r a c t e r a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to fs t u d e n t s ，t e a c h e r s ，a n dl a b o r a t o r i a lm a n a g e r s , t h i sp a p e rd e s i g n e dt h ef u n c t i o nm o d e la n di n f o r m a t i o n a lm o d e l w i t hi m p l e m e n t i n g t h er e g u l a t i o n so fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g , an 哪a i d e ds y s t e mo ft h ec u h e g i a l e x p e r i m e n to fc o m p u t e r s c i e n c eh a sb e e nd e v e l o p e d ，w h i c ha d o p t e dm a n ya d v a n c e d t e c h n i q u e so fn e t w o i kd a t a b a s ea n dc o m p o n e n t s i n c ei ti sb e s tm n n i n g , t h i ss y s t e mh a sb r o u g h tm a n ys o c i a lb e n e f i t s ，s o l v e da s e r i e so fi n t r a c t a b l ep r o b l e m s ，w h i c hh a dc o n f u s e dl a b o r a t o r i a lm a n a g e r sf o ral o n g p e r i o da n dm u s tb es o l v e du r g e n t l y t h i ss y s t e mc o n v e n e dt h et r a d i t i o n a lt e a c h i n g a c t i v i t i e s ，s u c ha ss c h o o l w o r km a n a g e m e n t ，i n s t a n tc o m m u n i c a t i o n ，w a t c h i n ga n d 1 1 1 c o n t r o l l i n gp r o g r a m s ，c h e c k i n g0 1 1s t u d e n t s t e a c h i n ga t t e n d a n c e ，c o m p u t i n gt h e l a b o r a t o r yd a t aa n de t c ，t ob es t a n d a r d i z e a ，r a t i o n a l ，a n da u t o m a t i c t h i ss y s t e mh a s n o to n l yp r o v e di t se f f e c ti ni m p r o v i n gt h eq u a l i t yo fl a b o r a t o r i a lt e a c h i n go f c o m p u t e rs c i e n c e ，a l s oa c c e l e r a t e dt h ee f f i c i e n c yo fl a b o r a t o r i a lm a n a g e r s k e y w o r d s ：e x p e r i m e n to fc o m p u t e rs c i e n c e ；b a s eo nc u r r i c u l u ms c h e d u l e ；， s c h o o l w o r km a n a g e m e n t ；i n s t a n tc o m m u n i c a t i o n ；w a t c ha n dc o n t r o lp r o g r a m s 广州大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指 导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引 用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体己经发表或撰 写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。一本人完全意识到本声明的法律 后果由本人承担。 学位论文作者签名：溅嘲纰日期：跏7 年f ) 月f 日 广州大学学位论文版权使用授权书 本人授权广州大学有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 广州大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：7 莒乍把日期：沙曰年z 月，日 导师签名：赢新日期：加7 年。月日 第章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 实验教学作为高等教育的重要组成部分，始终贯穿于整个教学活动中，尤 其是计算机实验教学，以其较强的实践性、应用性和多样性，对高素质人才的 培养起着不可替代的作用。随着国家资金的不断投入，国内很多高校的计算机 实验室设备性能不断提高，规模也不断扩大，但是硬件环境的改善，并没有解 决计算机实验教学中的一些问题，如防止学生在上课期间运行与上课无关的软 件等，这些问题影响了实验教学的质量。 计算机的实验与其他课程的实验相比，最突出的不同点是需要借助软件才 能更好地完成。首先是管理员需要程序保护学生所用单机的数据，避免学生在 实验中有意或无意地破坏系统，影响实验的正常进行。其次是学生实验的过程- 与结果都无法以实物提交，必须利用程序生成电子文档才能提交。最后是因为 很多不自觉的学生会在上课期间做与上课内容无关的操作，教师需要利用辅助 软件监视并控制每位学生的操作，从而更好地控制实验进度，保证实验任务的 完成。因此要提高计算机实验教学的质量，必须深入研究并开发辅助实验教学 的系统，更好地满足学生、教师与管理员在实验教学中的需要。 1 2 国内研究现状 国内关于实验教学辅助系统的研究主要有两个方面。第一个方面是基于网 络的实验教学系统，主要研究如何通过远程实时控制监视一些科学仪器、仪表， 为实验者提供一种不受时间、地点限制的共享设备。另一个方面是仿真实验教 学系统，主要研究如何使用计算机程序实现实验的运行过程和实验结果，解决 因缺少贵重仪器，或者危险性高而无法进行实验的问题。这些研究都很少涉及 到计算机的实验教学，而且其中很多研究还只是处于理论阶段，并没有得到实 现。 目前在国内很多高校，有不少成功的产品被用于计算机实验教学，但它们 都不是针对实验教学而开发的，在基于课表、支持实验教学等方面的功能很不 第1 页 广州大学硕士学位论文 完善，无法真正满足实验教学的需要。 1 3 研究目的与意义 采用现代化教育技术，广泛地、普遍地在实验教学中应用，其中电化教学 ( 包括常规电教和语音教学) ，多媒体教学，仿真技术，计算机网络教学( 包括 远程教学) ，卫星网路技术教学等手段是重要的和有效的。这已经形成共识。实 现实验教学手段的现代化，不仅仅有一个经费投入问题，还有思想认识问题， 同时还要解决一些政策性问题与实际问题。 本文目的在于根据高校计算机实验教学的特点和某高校实验中心的实际情 况，研究如何采用系统的理论来构架有效辅助实验教学的模式，并采用先进的 计算机技术实现计算机实验教学辅助系统，满足学生、教师的教学需要，以及 管理员的管理需要，最终为实验教学提供良好的软件环境，提高实验教学质量。 1 4 研究与开发的主要内容 本文以某高校实验中心的教学过程作为研究对象，旨在研究开发出一套服 务于计算机实验教学，并方便实验管理，有利于创造良好的实验教学软件环境， 提高实验教学质量的实验教学辅助系统。本文研究的主要内容有； 1 实验中心目前用于辅助实验教学的系统不能满足实验教学的需要，本文需 要对计算机实验教学以及所用的辅助系统的现状进行调查和研究分析，找 出实验教学中急需解决的问题； 2 针对实验教学中急需解决的问题，提出系统的解决方案和适用于实验中心 的运作模式； 3 研究实验教学中作业管理、即时交流、程序监控、考勤、考试等活动，优 化这些业务逻辑，并采用系统的方法将它们有机集成； 4 制定系统设计与实现的方案，设计开发出适用于高等院校计算机实验教学 的辅助系统，将其应用实施于本文提到的实验中心，并争取推广到其他同 类实验室。 第2 页 第二章计算机实验教学现状 第二章计算机实验教学现状 2 1 实验教学的现状 本文中的实验中心承担全校所有年级、所有班级的计算机基础课实验教学， 实验项目有验证性、设计性、综合性实验，课程包括程序设计语言( 如c + + 、 v i i 、v f 等) ，各个专业计算机基础( 如绘图c a d 、3 d m a x 等) 、多媒体设计 ( f l a s h 、d i r e c t o r 等) 等课程。除此以外，实验中心还要承担全校选修课、实 习课、大学英语等其他教学任务。虽然实验中心划分为多个不同功能的实验室， 但是因为教学任务重，在实际排课时无法完全按照实验室功能进行排课，只能 采取见缝插针的办法，尽可能提高实验室的使用率。 2 2 实验教学辅助系统 本文中的实验中心有三个用于教学和管理的系统，分别是门禁系统、保护 ，克隆系统、h i c l a s s 多媒体网络教室。 门禁系统，即自由上机计费系统，主要包括上机仟机登记，上机计费等功 能。 保护，克隆系统。用于保护学生机硬盘数据，以及安装学生机与教师机所需 的软件，主要包括了c m o s 保护、硬盘数据保护、网络克隆等功能。 h i c l a s s 多媒体网络教室，用于教师授课，主要包括广播教学、文件分发、 学生机查看与控制等功能。 2 3 急需解决的问题 本文中的实验中心用于实验教学的辅助系统的可用性和安全性很差，无法 满足实验教学的需要，具体表现为以下几点。 第一点是无法管理上机作业。计算机的上机作业无论是过程还是结果都是 无法以实物形式提交的，必须以电子文档形式提交。虽然实验中心所用的h i c l a s s 多媒体网络教室有文件分发与收取功能，但是可用性和安全性很差。 第3 页 广州大学硕士学位论文 首先。它的教学功能差。i - l i c l a s s 的文件收发与课表无关，无法反映教师向 所教学生发送作业，学生向授课教师提交作业的关系。其次，它的安全性差。 利用h i c l a s s 收发作业，教师收取的作业只能存放在教师所用的机器。但是学生 和教师所用的机器都是公用的，如果学生和教师不在课后将保存在机器的文件 拷贝走，很可能会遭到人为的破坏。但是很多时候学生无法一次完成布置的作 业，教师也不需要每次都收取学生的作业，因此需要有一个安全的方法，集中 保存学生和教师每次上课产生的文件，并让他们每次上课时都可以提取到保存 的文件。 第二点是教师无法控制学生可运行的程序。在计算机实验教学中，很多学 生会做与上课无关的操作，导致无法按时完成本次实验的任务，严重影响了实 验教学的效果。i - i i c l a s s 多媒体网络教室虽然有学生机控制功能，但是这里所提 供的控制功能是指对整台机器的控制，只能禁止学生做任何操作，无法根据教 学的需要控制学生可以运行的程序，避免学生在上课期间做与上课无关的操作。 第三点是即时交流功能不强。h i c l a s s 多媒体网络教室虽然提供了交流功能， 如举手等，但是这些功能太简单，还无法满足教学中讨论、答疑、辅导的需要。 第四点是没有课程考试功能。虽然教师可以通过i - l i c l a s s 多媒体网络教室的 文件分发功能向学生分发试题，再用它的收取文件的功能收取学生的试卷，但 是这种方法的安全性与可靠性都很差，无法真正用于考试。 第五点是无法进行上机考勤。虽然实验中心所用的门禁系统可以登记上机 者的信息与上机时间，但是它主要是用于计费，无法记录上机者的上课课程、 上课教师等教学信息，不利于实验教学的管理。 第六点是无法自动统计实验数据。实验数据( 如人机时数、开放率等) 的 统计量是对实验室开发效率进行评估的重要凭据。由于缺乏相应的统计系统， 实验中心的管理员只好采用手工方式完成，非常容易出错，工作效率十分低下。 2 4 本章小结 本文中的实验中心的教学任务繁重，由于缺乏良好的实验教学辅助系统， 学生和教师之间无法很好地进行上机作业管理、上机考勤、课程考试等教学活 动，教师不能有效地限制学生做与上课内容无关的操作，从而影响了实验教学 的效果。 第4 页 第三章系统总体设计 第三章系统总体设计 3 1设计的原则 1 系统性 系统设计需要进行全局考虑。从教学的角度看，上机作业收发、程序监控、 上机考勤等，都是相互有关联的，因此系统的设计不能只是关注于某个具体的 部分( 如分系统、模块) ，而应该将上机作业收发、程序监控、上机考勤等活动 结合起来，从整体上去把握如何辅助实验教学的进行。 系统要秉承全过程的观点。正如前面所说的，上机作业收发、程序监控j 上机考勤等模块都是实验教学的有机组成，可以通过调整这些模块之间的关系， 使这些模块可以互相传递信息，从而优化实验教学的流程，更好地辅助师生进 行实验教学。 2 教学性 在实验教学过程中，学生与教师是直接参与者，管理员是间接参与者，缺 一不可。从维持实验教学顺利进行的角度看，管理员的作用更不可忽视。没有 管理员的实验环境准备、设备维护、教学管理等活动，实验教学无法进行。本 系统正是根据学生与教师的教学需要、管理员的管理需要和实验教学的特点设 计并实现的，目的是为了更好地辅助实验教学的开展，提高实验教学的质量。 计算机实验教学活动中。如作业收发、程序监控、考勤、即时交流、数据 统计等活动都是与课表有关的，因此系统设计要始终围绕课表展开，要准确地 反映出教师授课与学生上课之间的内在关系，各个功能模块要突出教学的功能。 3 可扩展性 本系统能够解决实验中心计算机实验教学中迫切需要解决的问题，实用性 非常强，但是系统在架构时还需要充分考虑扩展性，以便在日后进行系统的功 能扩充，进一步发挥辅助实验教学的作用。 第5 页 广州大学硕士学位论文 3 2 实验环境分析 1 硬件环境 本文中的实验中心由2 5 间实验室组成，分布在不同的两栋楼，大概有三千 多台单机，十三台专业服务器。单机的硬件配置都基本相同，服务器的硬件配 置也都基本相同。按照安排的主要课程不同，实验室被分成了若干个不同的功 能室。 每个实验室由一台教师专用机器( 图中简称教师机) 和若干台学生用机器 ( 图中简称学生机) 组成，并配置有服务器。根据地理位置不同，实验室配置 服务器的情况不同。如果某个实验室与其它实验室位置相邻( 见图“实验室1 ” 和“实验室2 ”) ，则这些实验室共享一台服务器。如果实验室没有相邻的实验 室( 见图“实验室3 ”) ，则独享一台服务器。 医固 图3 - 1 实验环境 第6 页 第三章系统总体设计 根据实验室地理位置不同，本文中的实验中心被划分为不同的局域网，对 应不同的网段。如果几个实验室共用一台服务器，则先建立若干个虚拟网络， 然后每个实验室对应一个虚拟瞬络。如果实验室独享一台服务器，则对应一个 物理上的局域网。 用户机可以通过共享方式访问同在一个网段的服务器，并通过t c p i p 协议 访问其它网段的服务器。不同网段的用户机无法互相访问。 2 软件环境 图3 2 计算机实验室网络连接 本文中的实验中心的服务器都安装有w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3e n t e r p r i s e + s p l 、 a c t i v ed i r e c t o r y 、i i s 、n t f s 文件系统、m s s o ls e r v e r2 0 0 0 等软件。所有用户 机都安装有w i n d o w sp r o f e s s i o n a lx p + s p 2 、o f f i c e2 0 0 3 等基础软件，但是不同 的功能室安装的专业软件有所区别，如多媒体实验室安装有a u t h o 哪a 、 d i r e c t o r 等软件，绘图实验室安装有a u t 0 c a d 、3 d m a x 等软件。 第7 页 广州大学硕士学位论文 3 3 系统的结构设计 1 系统架构 系统采用c s 及三层混合体系结构。系统采用基于角色( 即学生、教师、 管理员) 的思想，逻辑上划分成学生机( l a b s t u d e n t ) 、教师机( l a b t e a c h e r ) 、 管理机( l a b a d m i n ) 、应用服务器( l a b s e r v e r ) 四个部分。学生机与教师机直 接面向学生与教师，属于客户端程序。管理机面向管理员。 从逻辑上看，应用服务器相当于一个代理服务器，为学生机与教师机提供 访问数据库的通道，实现了通信、共享、监控等功能，避免客户端直接访问数 据库，提高了系统的运行效率与安全性。 系统体系结构图 图3 - 3 系统体系结构 2 数据库设计 为了能够准确地表达教学中学生、教师之间的教学关系，数据库必须反映 课表的完整内容。 第8 页 第三章系统总体设计 a 数据库关系模型图 由于本系统已经完成了数据库的设计，因此使用e r w i n 逆向工程产生数 据库关系模型图，数据表与数据表关系如下所示。 图3 4 数据库关系模型 第9 页 广州大学硕士学位论文 b s t u d e n t ( 学生) 表 字段名说明类型关键字 外键备注 s t u d e n l i d 学生学号文本是 e l a s si d班级编号数值是 s t u d e n t _ n a m e 学生姓名文本 s e x学生性别数值0 ：表示男 1 ：表示女 2 ：表示未知 l o g i n _ p a s s w o r d登录密码 文本 a c c o u n t _ s t a t u s账号状态数值1 ：表示账号已经创建 0 ：表示账号没有创建 c t e a c h e r ( 教师) 表 字段名说明类型关键字外键 备注 t e a c h e ri d教师工号文本 是 t e a h c e r n a m e教师姓名文本 a c a d e m y _ n a m e教师部门文本 l o g i n _ p a s s w o r d登录密码文本 a c c o u n t _ s t a t u s账号状态数值 1 ：表示账号已经创建 0 ：表示账号没有创建 d c l a s s ( 班级) 表 字段名 说明 类型关键字外键备注 d a s si d 班级编号文本是 c l a s s _ n a m e班级名称文本 g r a d e 班级年级数值 c l a s s _ t y p e班级类型数值0 ：自然班1 ：选修班 2 ：辅修班3 ：其他班 第1 0 页 第三章系统总体设计 e c t m i c u l u m ( 课程) 表 字段名说明类型关键字外键备注 c u t f i c u l u m _ i d课程编号数值 是 d a 辐i d班级名称文本是 c u r f i c u l u mn a m e课程名称文本 t c a c h e ri d教师编号文本 是 f s c h e d u l e ( 安排) 表 字段名 说明类型关键字外键备注 s c h e d u l e j d安排编号数值 是 t e a c h i n g _ t e r m j d 学期编号数值是 c y c l e 第几周数值 w e e k 星期数值 s e c t i o n _ f r o m开始节数值 s e c t i o nt o结束节数值 吕c = i l r d c u l u m _ s c h c d u l e ( 课程安排) 表 字段名说明 类型关键字外键备注 s c h e d u l e _ i d安排编号数值 是 e u r r i c u l mt e r m _ i d 学期编号数值是 i st e s t是否考试 数值1 ：表示考试 0 ：表示非考试 l a bi d 机房编号数值 是 第1 l 页 广州大学硕士学位论文 h l a b ( 机房) 表 字段名说明类型关键字外键备注 l a bi d 机房编号数值是 l a bn a i n c机房名称 文本 c a p a c i t y 机房容量数值 s c r v e ri d服务器编号数值是 i s e r v e r ( 服务器) 表 字段名说明类型关键字外键备注 s e r v e ri d服务器编号数值是 s e r v c r - - n a m e服务器名称文本 s e r v e r _ a d d r服务器编号 文本有多个i p 时，不同的 i p 地址用“；”分隔 j t e a c h i n g _ t e r m ( 学期) 表 字段名说明类型关键字外键备注 t e a c h i n g _ t e r mi d学期编号 数值是 a c a d e m i c _ y e a r 学年 数值 t e r m学期数值0 ：表示上学期 1 ：表示下学期 f i r s td a t e开始日期 日期 l a s td a t e结束日期日期 kt c a c h i n g _ t i m e ( 作息时间) 表 字段名说明类型关键字外键备注 t e a c h i n g _ t e r mi d学期编号数值 是 s e c t i o n节 数值 t i m es t a r t开始时间时间 t i m ee n d 结束时间时间 第1 2 页 第三章系统总体设计 l s y s l o g ( 日志) 表 字段名说明类型关键字外键备注 i d 编号 。 数值是 t i m e时间时闻 s e r v e ri d服务器编号文本是 h o s t主机文本 a c c o u n t账号文本 e v e n t事件备注 m a p p u p d a t e ( 更新) 表 字段名说明类型关键字外键 备注 a p p _ i d 程序编号数值是 a p pn a r f l e 程序名称文本 a p p _ v e r s i o n 程序版本号数值 u p d a t e _ p a c k a g e升级包二进制 p a c k a g e _ n a m e升级包名称文本 3 4 本章小结 利用基于角色、基于课表的思想，某高校实验中心的软、硬件环境，以及 计算机实验教学的特点进行系统的架构。系统采用c s 及三层混合体系结构， 采用基于角色( 即学生、教师、管理员) 的思想，逻辑上划分成学生机 ( l a b s t u d e n t ) 、教师机( l a b t e a c h e r ) 、管理机( l a b a d m i n ) 、服务机( l a b s e r v e r ) 四个部分。 第1 3 页 第四章系统功能设计 4 1 概述 第四章系统功能设计 根据某高校实验中心的硬件与软件环境，从教师、学生、管理者的角度出 发，设计系统的功能模块，解决计算机实验教学中急需解决的问题，满足教学 与管理的需要。系统的功能模块划分如下图所示。 图4 1 系统功能模块 由于篇幅的原因，也是出于重要性的考虑，本文只阐述作业管理、程序监 控、上机考勤、版本管理四个模块的设计思路。 4 2 作业管理 4 2 1 概述 1 主要问题 上机作业管理要解决教学性、灵活性、安全性、方便性四个方面的问题。 教学性指的是教师可以给上课学生布置指定课程的上机作业，学生可以向 指定教师上交指定课程的作业。灵活性指的是教师和学生不管在哪个实验室上 机，都可以访问到自己保存的文件。安全性指的是不同学生之间不能互相访问 文件，教师只能读自己授课班级的学生的作业，但不能修改这些学生的作业。 方便性指的是教师和学生不管上多少门课程，他们只要用一个帐号登录系统就 可以访问所有课程相关的作业或者文件。 第1 5 页 广州大学硕士学位论文 2 解决方法 乱分散存放，统一管理 采用分散存放，统一管理的方法实现作业的存取。 首先建立若干个物理上分散存在的文件服务器，并根据课表白动为学生和 教师在文件服务器中建立文件夹，用于存放他们的文件。同一位学生或教师的 文件可以存放在不同的文件服务器。 然后建立若干个物理上分散存在的账号服务器，并根据课表自动为教师和 学生在这些服务器中建立帐号，每位学生与教师都有唯一的账号，但是同一位 学生或教师可以在多个账号服务器建立账号备份。 最后建立唯一的数据库服务器，用于实现统一验证。 用户每次登录时，都需要首先连接数据库服务器，进行登录账号与密码的 验证。如果通过验证，系统将查找用户所需文件的保存位置，然后为用户选择 一种访问方式，使用户能够访问存放在文件服务器的文件。 b 设置本地权限和共享权限 根据课表，为学生和教师的文件设置严格的本地权限，防止未经授权的访 问，有效地保证学生和教师文件的安全。 用户不论在什么实验室上课，都可以采用本地共享或远程共享访问文件( 采 用何种方式对用户来说是透明的) ，但是不论采用何种方式访问文件，用户对文 件的访问都受到了严格的本地权限的限制。 除了管理员，任何人都没有权限修改他人的文件。学生自己的文件夹只有 学生自己可以读和写，学生的文件夹中有部分文件允许授课的教师读。教师自 己的文件夹只有教师自己可以读和写，教师的文件夹中有部分文件允许所教的 学生读。 c 班级定义 课表中除了必修课的安排外，还有很多其他课程，如选修课、辅修课等。 上选修课的学生从学籍管理的角度看不属于同一班，但是从教学的角度看，他 们属于同一个班级。因此系统定义了自然班、选修班、综合班、其他班等班级 概念，反映同一位学生选择不同种类课程的现实情况，从而实现用户使用一个 账号登录系统就能访问多门课程的文件。 第1 6 页 第四章系统功能设计 4 2 2 班级的定义 现实当中的课表以班级为单位进行排课，而课表中的班级有些与学籍中的 班级相同，有些则不同( 如上选修课和辅修课的班级) 这些班级是因为上课而 临时组成的，每个学期都会有变化。为了能够准确表达课表的内容，系统定义 了几种班级的概念。除了自然班以外，其他类型的班级是- 7 p a 改变的，班级的 分类还可以进行扩展。 本系统规定一名学生属于一个自然班，但是因为上课的缘故，同一名学生 可以属于若干个其他类型的班级。 系统中的班级分类如下所示。 1 自然班：自然班指的是学籍中的班级。 2 选修班：选修班由每个学期上同一门选修课程的学生组成。 3 辅修班：辅修班由每个学期上同- f - j 辅修课程的学生组成。 4 。其它班：其它班由每个时期因为进行特殊的教学活动( 如考前训练、实习 等) 的学生组成。 第1 7 页 广州大学硕士学位论文 4 2 3 主要技术 1 n t f s 文件系统 n t f s ( n e wt e c h n o l o g yf i l es y s t e m ) 文件系统是w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 推荐 使用的高性能的文件系统，不仅满足了对文件服务器和高端个人计算机的安全 特性需求外，还支持了对于关键数据完整性十分重要的数据访问控制和私有权 限。除了可以赋予w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 计算机中的共享文件夹特定权限外， n t f s 文件和文件夹资源无论共享与否都可以赋予权限。n t f s 格式是w i n d o w s s e r v e r2 0 0 3 中惟一允许给予单个文件制定权限的文件系统。另外，它还支持磁 盘配额、a c t i v ed i r e c t o r y 等特性。 2 n t f s 权限 娜文件系统为卷上的每一个文件夹及文件建立了一个访问控制表 ( a c l ) 。a c l 中列出了所有拥有该文件和文件夹的授权用户和组，以及他们 所拥有的访问权限类型。当用户想要访问某一文件资源时，a c l 必须包含这个 用户帐号或组的入口，通常这个访问入口被称为访问控制入口( a c e ) 。入口所 允许的访问类型必须和所请求的访问类型一致，这样才允许用户访问文件资源。 如果a c l 中没有一个合适的a c e ，用户就无法访问该项文件资源。系统管理 员可以为文件和文件夹指定不同的权限，而分配的访问权限类型是根据文件选 项不同而不同的。 文件夹权限是用来控制用户对文件夹及文件夹内文件和子文件夹的访问。 n t f s 文件权限能够应用于包含在文件夹中的文件，控制用户对文件资源的访 问。w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 还提供了特殊权限，这些权限提供了超出普通a c l 访问权限能力。例如，“取得所有权”权限可以把文件或文件夹的所有权从一个 用户传递到另外一个用户；“修改”权限允许用户给予其他用户修改文件权限的 能力，而不用给予他们完全控制的权限，这就给予了用户在文件上定义权限的 灵活性，而不同完全放开对对象的访问权限。特殊的访问权限允许用户更详细 地定义对文件夹和文件的访问，同时授予“取得所有权”或更改权限。 第1 8 页 第四章系统功能设计 3 系统账号管理 w i n d o w ss e r v e r2 0 0 3 提供的用户帐户管理机制很好地解决了用户对网络资 源的管理。用户通过自己的帐号登录到服务器后，只能拥有共享资源的使用权， 而不能查看或者修改其他用户在该服务器上的数据和个人设置。本系统支持利 用用户帐户管理机制管理文件服务器中的资源。 4 a c t i v ed i r e c t o r y 管理 目录服务功能是w i n d o w s 的重要功能之一，通过目录结构系统可以将网络 中的不同对象组织起来进行统一管理，可以方便地检索和查找对象，同时也能 加强网络的安全性，并大大简化了用户的管理。a c t i v ed i r e c t o r y 使用结构化的 数据存储作为目录信息的逻辑层次结构的基础，同时将安全性集成到了a c t i v e d i r e c t o r y 中。通过网络登录，系统管理员能够管理整个网络中的目录数据和单 位，而且获得授权的网络用户也可以访问网络上任何地方的资源。 5 文件共享 在w i n d o w s s e r v e r 2 0 0 3 网络中，如果用户要想将自己的文件与别的用户共 享，必须先把包含这些文件的文件夹共享，即把文件的父文件夹设置为“共享 文件夹”后其它用户才可以访问该文件夹的子文件夹、文件等数据。但是用户 只能对整个共享文件夹应用共享文件夹权限，而不能对共享文件夹中的文件或 者子文件夹应用共享文件夹权限。因此，共享文件夹权限所提供的安全性不如 n - t f s 权限所提供的那样详细。 6 w e b d a v w e b d a v 的全称是w e bd i g i t a la u t h o r i n gv e r s i o n i n g ，是h r r p 协议的一个 扩展，用于实现用户通过远程网络服务进行协同编辑和管理文件。w e b d a v 能 穿越各种互联网基础设备，如防火墙、路由器等，利用w e b d a v 访问互联网中 的共享资源，和局域网中的文件共享一样简单。w e b d a v 采用h 兀甲协议，能 对互联网中各个角落的共享数据进行访问。 第1 9 页 广州大学硕士学位论文 4 2 4 文件的保存 1 文件保存规则 同一位学生所上的同- - f l 课程的文件保存在同一台文件服务器，不同课程 的文件可以保存在多台文件服务器。同一位教师所教的同- - i l 课程的文件保存 在同一台文件服务器，不同课程的文件可以保存在多台文件服务器。 2 建立文件服务器 文件服务器是一种专供其他电脑搜索文件、档案和存储的特殊电脑，具有 分时系统文件管理的全部功能，提供网络用户访问文件、目录的并发控制和安 全保密措施的局域网服务器。文件服务器通常比一般的个人电脑拥有更大的存 储容量，并具有一些其他的功能，如磁盘镜像、多个网络接口卡、热后援多电 源供应器。 3 自动创建文件夹 本系统为管理员提供了方便的、功能强大的管理工具( 系统中称为管理机) 。 管理员只需要指定学生、或教师、或班级、或全部( 学生或者教师) ，管理机就 会根据课表，自动建立所指定的所有学生( 教师) 的文件夹，文件夹的结构如 下所示。 乱学生文件夹 婷弘一胖滩工= 工葚： 图4 2 学生文件夹结构 图中“所学课程”、“已交作业”、“作业要求”文件夹的名称是系统默认的 名称，不能改变，“学号”、“课程名”文件夹的名称则与具体的学生学号、所上 的课程有关。“作业要求”文件夹是学生下载任课教师的作业要求时动态产生的。 另外，图中的文件夹结构是系统为实现功能所建立的，学生登录后看不到。 第2 0 页 第四章系统功能设计 b 教师文件夹 虹黔娟一一溉名1 鬈兰i i 图4 - 3 教师文件夹结构 图中文件夹“所教课程”、“已收作业”、“作业要求”名称是系统自动命名 的，不能改变，“工号”、“课程名”则与教师工号、所授的课程有关，上图中的 作业文件夹的名称由系统随机产生，教师每收一次作业，就会产生一个“作业 文件夹”。所有的文件夹教师都可以在登录后看见。 教师可以将作业要求保存在指定课程对应的“作业要求”文件夹，这样上 该门课程的学生就可以在登录后读取到该门课程的作业要求。教师还可以将指 定课程学生完成的作业保存在该门课程对应的“已收作业”文件夹。教师每收 一次学生的作业，就会产生一个“作业文件夹”。 作业文件夹的子文件夹是学生文件夹，每一个学生对应一个子文件夹，以 学号命名。学生文件夹的文件( 或文件夹) 才是学生上交给教师的作业。 4 2 5 本地权限设置 访问控制机制指的是在信息系统中，为检测和防止未授权访问，以及为使 授权访问正确进行所设计的硬件或软件功能、操作规程、管理规程和它们的各 种组合。本系统为了防止未经授权的访问，采用访问控制机制，利用n 毽文 件系统地强大功能，由系统自动为学生( 教师) 的文件夹( 文件) 设置严格的 本地权限。 不管用户在局域网或者互联网，通过登录系统或者其他什么方式访问保存 在文件服务器的文件，都会受到文件或者文件夹的本地权限的约束，无法进行 未经授权的访问。 管理员只需要指定学生、或教师、或班级、或全部( 学生或者教师) ，管理 机就会根据课表，自动按照以下的权限设置规则设置指定学生( 教师) 的文件 ( 夹) 的本地权限。 第2 1 页 广州大学硕士学位论文 1 学生文件夹本地权限设置 c 学号 所学课程广课程名 广已交作业 i l l l _ 作业要求 图4 - 4 学生文件夹本地权限设置 允许学生对该文件夹拥有特别权限，包括“列出文件夹读取数据、读取属 性、读取扩展属性、创建文件写入数据、创建文件夹，附加数据、读取权限”。 允许学生对该文件夹拥有特别权限，包括“列出文件夹，读取数据、读取 属性、读取扩展属性、读取权限“。 允许学生对该文件夹、子文件夹及文件完全控制，拒绝对该文件夹拥有“删 除”权限。允许为该学生授课的教师有“列出文件夹读取数据、读取属性、 读取扩展属性、读取权限”。 允许学生对该文件夹、子文件夹及文件完全控制，拒绝对该文件夹拥有“删 除”权限。 2 教师文件夹本地权限设置 一所教课程一 t 已收作业下 - t - l 作矗求ll 粤 图4 _ 5 教师文件夹本地权限设置 允许教师对该文件夹拥有特别权限，包括“列出文件夹族取数据、读取属 性、读取扩展属性、创建文件，写入数据、创建文件夹，附加数据、读取权限”。 允许