（物理电子学专业论文）基于jsp的实验教学管理系统设计.pdf

摘要 信息化时代的到来及网络通信技术的快速发展，为提高管理和服务水平提供了机 遇，也为数字校园的建设提供了有利条件，由此网络教学应运而生并得到了快速的发 展。网络教学避免了地域及时间的限制，可以随时随地预约实验室、教室和对相关 内容进行学习，为师生提供了交流的场所和协同工作的教学方式从而极大的辅助了 传统教育教学的实施。本论文在研究网上教学管理模式的基础上，根据实验教学的 具体需求，从系统硬件及网络环境的组建、系统功能设计和实现这三方面进行了总 体的规划。并采用了j s p ( j a v as e r v e rp a g e ) 技术，借助m a c r o m e d i a 公司的 d r e a m w e a v e rm x 的辅助对系统进行了详细的设计和实现。经过测试，系统功能基本 能覆盖实验教学开设的各类课程的网络化管理，具有良好的交互性和可用性。 关键词：网络教学；信息系统；实验室管理 a b s t r a c t i n f o r m a tio na g ea n d t h eb o o mn gn e t w o r kc o m m u n ic a tio nt e c h n o l o g yh a v e c r e a t e do p p o r t u n i t i e sf o rt h ei m p r o v e m e n to ft h em a n a g e m e n ta n ds e r v i c el e v e l a n do f f e r e dg o o dc o n d i t i o n sf o rt h eb u i l d i n go fd i g i t a lc a m p u sa sw e l l t h e “e - e d u c a t i o n ”r o s eu pa n dg o tq u i c k l yd e v e l o p m e n t n ol o c a t i o na n dt i m e 1i m it a ti o nisa d v a n t a g e so f “e - e d u c a t e ”i tisti m ef r e ef o rt e a c h e r sa n d s t u d e n t st or e g is t e rc l a s s r o o m ，l a br o o m sa n dr e l a t e ds t u d yc o n t e n t s “e - e d u c a t i o n ”p r o v i d e sag o o dw a yt oa i dt r a d i t i o n a le d u c a t i o na n dl e t s t u d e n t sa n dt e a c h e r st oc o m m u n ic a t ee a c ho t h e re a sil y t h isp a p e re x p l o r e t h em o d a lo ft h ee x p e r i m e n t a lt e a c h i n gm a n a g e m e n tb r i e f l y ，b a s eo nt h e c o n c r e t er e q u i r e m e n t s ，h a sp r o p o s e da n dd e s i g n e dt h e“e x p e r i m e n t a lt e a c h i n g m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ”f r o m s y s t e mf u n c t i o n a ld e s i g na n ds y s t e m t h r e ep a r t s ：h a r d w a r ec o n f i g u r a t i o n ， i m p l e m e n t i tu s e dj a v as e r v e rp a g e s t e c h n i q u e s ，a n du s e dd r e a m w e a v e rm xo fm a c r o m e d i ac o m p a n yt om a k et h es y s t e m i si m p l e m e n t e d a f t e rt e s t i n g ，t h es y s t e mc a nc o v e rt h eb a s i cf u n c t i o n so f t h ev a r i o u sc o u r s e so fn e t w o r km a n a g e m e n to ft h ee x p e r i m e n t a lt e a c h i n g ，w i t h g o o di n t e r a c t i o na n du s a b i l i t y k e y w o r d s ： e e d u c a tio n 。in f o r m a tio ns y s t e m ，l a bm a n a g e m e n t i i 长春理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，基于j s p 的实验教学管理系统设 计是本人在指导教师的指导下，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，本论文不包含任何其他个人或集体已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。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：趋垒垄。丛年三月日 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版 权使用规定 ，同意长春理工大学保留并向中国科学信息研究所、中国优秀博硕 士学位论文全文数据库和c n k i 系列数据库及其它国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以 将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：- i 丝 导师签名：枷匆帖 必月日 上年月兰日 第1 章绪论 1 1 背景与发展现状 1 1 1 背景 长期以来，高校实验教学一直被认为是教学的辅助环节，以加深和帮助理解 课堂教学内容为目的。实验教学内容和进度基本上依附于理论教学，无法充分发 挥实验教学在培养学生中的重要作用。在实验课上，一般教师都是先把教学内容 及其教学实验步骤从头到尾讲解一番，说明每一步骤可能遇到什么问题，问题的 原因是什么，应如何解决等等。实际上，这种教学方法使得讲解和实际操作分离， 不符合实验教学的学习规律，学生往往听是听瞳了，但是一到实地操作，还是做 不出来，教学效果不理想。 教学是以实验为基础的教学，我们必须要加强实验教学，以此带动我们学生 的动手能力、分析能力、创新能力一一这也是每个教师非常清楚而且认为是非常 迫切的事情。在教学过程中，实验教学是整个教学环节中极其重要的一环，它可 以巩固理论教学内容、培养学生的应用能力和独立获取知识的能力。 现代科技正以同新月异的速度向前发展，计算机和网络成为我们生活中不可 缺少的信息源泉，这就给高校实验教学提出了更高的要求，提出了如何进行 实验教学改革，提高学生的动手能力和操作技能，以适应社会的需要。作为新形 势下的教师，我们只有不断发展，不断探索，不断学习，处处以学生学习能力的 提高为最高目标，才能将学生培养成社会所需要的有用人才。 今天，我们已经进入信息技术革命的时代，计算机、通信和信息处理的广 泛普及和应用改变着人们的工作、学习和生活方式。随着计算机技术迅速发展， 微机已开始成为学校教学和科研的主要工具。随着高等学校实验教学改革的逐 步深入，实验教学由封闭型向开放型的过渡，实验管理人员的工作负担越来越 重，为了减轻实验管理人员的工作负担，同时针对目前实验越来越庞杂的管理 局面，开发一套实验教学管理系统势在必行。 1 。1 2 发展现状 虽然教育部门已经认识到了实验教学的重要性，但现今的实验教学还是存 在一定的问题。首先，有些地方教学观念没有改变。部分院校在远程教学过程 中，网络建而不用，或仍然用旧观念进行实验教学，没有将现代教育技术真正 运用到教学中去。其次，现在的教学配套软件内容单一，远远不能满足个性化 教学的需求。再次，许多课件的设计者往往过分注重课件的界面开发，而对教 学内容的框架结构和质量、良好的交互功能等方面重视不够，结果是大量的图 形画面分散了学习者的注意力，教学效果并不理想。而且现有的实验教学管理 系统还存在实验题目分发慢，文档交换不方便，师生交流困难等方面的问题。 随着研究网络实验教学的深入，教学模式不断创新，情景教学、案例学习、 启发教学、合作学习等应运而生，激发了学生的学习兴趣。同时，教学软件的 开发者也越来越多的考虑到师生互动的问题，即教学内容不应是只读的，还应 允许学习者参与进来，而这也提高了学生的学习效果。所以，可以说网络实验 教学有着光明的前景。 1 1 3 内容及意义 本课题来源于工作实践，是对实验教学改革的重新认识和理解，促进实验 教学的改革，切实提高实验教学水平。使实验教学真正起到辅助教学的作用， 从理论教学中来，而又高于理论教学。 通过所设计的系统，全校师生可以及时了解实验中心的教学思想、教学环 境、教学内容。学生通过系统可以完成用户登录、了解课程的具体内容；进行 实验室的预约、成绩的查询。教师可以通过系统向学生布置训练的具体内容和 时间以便学生课前的预习；课件的发布及实验中心的管理工作。 1 2 主要任务 根据实验教学的基本要求，本管理信息系统重点研究以下内容： 1 ) 改变传统实验教学模式，充分运用网络工具，把传统的实验教学模式彻 底抛弃，让枯燥的实验变得生动和易于接受。 2 ) 实现网络实验教学的“登录管理”、“用户管理”、“课程管理 、“实 验室管理”等全部功能； 和传统意义上的实验教学模式不同的是： 1 ) 彻底改变传统实验教学管理模式，为学生提供一个全新的实验教学平台， 让学生分享实验教学改革的成果。 2 ) 该实验教学管理系统基本实现了全面的流程管理、数据管理及业务管理， 既在实验管理上达到了高效、准确的效果，又在实验教学过程中，起到了促进 和推动作用，实验教学效果得到了大幅度提高。真正做n - 教师满意、学生满 意、管理者满意。 在系统的设计和实现过程中，本人承担了如下工作： 1 ) 通过参观学习、会议交流、电话咨询等多种渠道，对省内多所高校实验 教学进行了充分了解和调研，了解了目前高校实验教学模式的基本状况，对系 统进行了广泛的论证，确保系统稳定、兼容、实用。 2 ) 基于需求分析，对系统进行了全面的概要设计和具体实现，对系统数据 库进行了详细的设计。 3 ) 全面实现了管理系统的各个功能。并实际应用在某实验教学中心，取得 良好实验教学效果。 2 1 3 论文结构 在成功地开发了实验教学管理系统的基础上，围绕实验教学管理的业务流 程，对系统进行了概要分析，对系统的数据库进行了构建。 论文组织结构如下： 第一章：绪论。对实验教学的背景和发展现状进行了简要分析，介绍了实 验教学系统在教学中的重要地位，并对作者所做的主要工作和论文结构做了简 要说明。 第二章：作者通过实际的大量的调研工作，对系统进行了概要分析。 第三章：系统的总体框架。对系统功能进行了分析和设计。 第四章：系统核心功能及主要功能模块的设计。 第五章：关于数据库的组织结构和基本物理框架。 第六章：系统的实现。 3 2 1 系统要求 2 1 1 系统配置图 第2 章系统的概要分析 图2 1 系统配置图 2 1 2 服务器要求 从图2 1 中可以看出，在本系统中所需要的服务器包括：数据库服务器及 w e b 服务器。 其中本系统所采用的数据库服务器可以为小型机或者p c 服务器，其中要求 1 g 以上内存，8 0 g 以上的s c s i 硬盘，s q ls e r v e r 数据库。 关于s o ls e r v e r 数据库介绍 s q l 是英文s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e 的缩写，意思为结构化查询语 言。s q l 语言的主要功能就是同各种数据库建立联系，进行沟通。按照 a n s i ( 美国国家标准协会) 的规定，s q l 被作为关系型数据库管理系统的标准 语言。s q l 语句可以用来执行各种各样的操作，例如更新数据库中的数据， 从数据库中提取数据等。目前，绝大多数流行的关系型数据库管理系统， 如o r a c l e ，s y b a s e ，m i c r o s o f ts o ls e r v e r ，a c c e s s 等都采用了s q l 语言 标准。虽然很多数据库都对s q l 语句进行了再开发和扩展，但是包括s e l e c t ， i n s e r t ，u p d a t e ，d e l e t e ，c r e a t e ，以及d r o p 在内的标准的s q l 命令仍然 可以被用来完成几乎所有的数据库操作。 这个平台有以下特点： 4 可信任的使得公司可以以很高的安全性、可靠性和可扩展性来运行 他们最关键任务的应用程序。 高效的使得公司可以降低开发和管理他们的数据基础设施的时间 和成本。 智能的提供了一个全面的平台，可以在你的用户需要的时候给他发 送观察和信息。 w e b 服务器可以使用p c 服务器，内存要求至少为5 1 2 m 以上内存，s c s i 硬 盘2 0 g 以上。本系统所选用的是w i n d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r 。 关于w in d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r 介绍 w i n d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r ( w i n d o w s2 0 0 0 高级服务器版) 。该版本最 初的名称是w i n d o w sn ts e r v e r5 0e n t e r p r i s ee d i t i o n ( w i n d o w sn t 服务器企 业版) 。w i n d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r 除具有w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 的所有功 能和特性外，还提供了比之更强的特性和功能：更强的s m p 扩展能力：w i n d o w s2 0 0 0 a d v a n c e ds e r v e r 提供了更强的对称多处理器支持，支持数达到4 路。更强大的 群集功能。更高的稳定性：可为核心业务提供更高的稳定性，在多种一般错误发生 后一分钟内自动重启应用软件。例如，把两台基于i n t e l 结构的服务器组成一个 群集，可以获得很高的可用性和可管理性。网络负载平衡：为网络服务和应用程序 提供高可用性和扩展能力，例如t c p i p 和w e b 服务。组件负载平衡：为c o m + 组件 提供高可用性和扩展能力。高性能排序：w i n d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r 优化了 大型数据集的排序功能。这些功能和特性使w i n d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r 比 w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 具有更高的扩展性、互操作性和可管理性，可应用于拥有 多种操作系统和提供i n t e r n e t 服务的部门和应用程序服务器。 w i n d o w s2 0 0 0a d v a n c es e r v e r 是对可扩充性和可用性要求很高的i n t e r n e t 服务器和关键性商务应用的理想平台。w i n d o w s2 0 0 0a d v a n c e ds e r v e r 内置了 全面的w e b 通讯技术，而且具有处理i n t e r n e t 流量要求的功能，利用内置的w e b 服务用户能够管理w e b 站点、建立和应用功能强大的w e b 解决方案、共享信息。 同时在网页开发软件的选择上，本系统使用的是j a v a 语言。使用开发的j a v a 程序可以正常运作，必须为配置合并且优秀的j a v a l l 务器，它不但支持s e r v l e t ， 而且还要提供w e b 服务器的功能。 2 1 3 客户机要求 客户端最低配置要求：p i i i 以上c p u ，2 5 6 m 内存，2 0 g 以上硬盘，w i n d o u s 操作系统，打印机等外设。 2 2 系统需求分析 2 2 1 问题的提出与系统目标 5 实验教学应该以提高教学和人才培养质量为中心，突出改革创新，强化科学 管理，建立一个科学合理的实验课程体系，从而提高教学质量。应该从注重知识 学习向注重能力培养转变，并要求素质高与能力强兼容，最终形成学习能力、创 新能力、实践能力、交流能力和社会适应能力五大能力，培养出适应社会需要的 人才。 传统的实验教学是仅仅是起到对教学的辅助功能，它不利于学生的创新精神、 实践能力、观察能力、思维能力的培养，它的教育理念仅仅是“辅助”而已：而 现今的实验教学是以培养科学素养为宗旨，是要培养学生的创新精神、实践能力、 观察能力、思维能力等，它的教育理念落脚在“培养”上。 但是，对于实验基本操作技能的教学，不能刻板地训练，为了掌握而掌握。 实验基本操作技能的训练要与具体的实验探究活动相结合，提高应用的广度和实 验的深度，实现运用实验基本操作方法，解决具体实际问题，提高学生学习的积 极性和学习效果。 新模式下的实验教学注重调动学生的参与积极性，让学生充当实验探究过程 的设计者和实验者，而不是旁观者；对于学生在化学实验过程中的各种体验、感 受和感悟，都给予高度重视，尽力创造环境和机会使学生动眼、动脑、动手、动 口，学会反思与评价、表达与交流的学习方法。 综上所述，实验教学的变化是教育教学改革的必然结果，是适应时代潮流发 展方向的。 传统模式的实验教学已经不能满足实际工作需要。体现为： 1 )实验课程由学校教务部门同意排课，实验室经常存在空闲时间，不能得 到高效利用； 2 )学生必须在规定时间内做实验，业余时间不能随时获取实验知识： 3 )实验课上的时间一般都很紧张，教师从上课到下课基本都在讲授实验， 缺少和学生之间的有效沟通；教师不了解学生的想法，学生也很难了解 实验的本质； 4 )对于实验指导书，学生从领取到上交，都很麻烦，而教师从批改实验指 导书，再到存档，也不轻松。 5 )教师和学生之间对于实验的理解不能随时沟通，网络资源闲而不用，造 成很大浪费。 基于以上这些论述，为了解决这些问题，设计一个简单实用的管理系统就 成了必然。 系统应该实现以下功能： 把实验教学和教学管理紧密结合，既为实验教学服务，又为教学管理服 务，二者融为一体。 6 让教师和学生能够充分享受系统所带来的方便，基本实现无纸化实验教 学；并能通过网络，随时进行互动，不论是在课内还是在课外。 实现实验教学中的各个环节，比如布置实验内容、查看实验情况、实验 报告的批改、学生的出勤情况、实验课程的考试等等。 通过教师和学生在实验教学系统使用过程中发现的问题，进行内容扩 展、修改、填加等。 2 2 2 用户角色说明 图2 2 系统级用例图 从图2 2 可以看出参与整个系统的用户包括： 1 ) 学生：学生是本系统的最低级别的用户，可以使用浏览课程介绍、下载课程 课件与上传作业等功能。 2 ) 教师：教师的级别介于学生和系统管理员之间，可以使用更新课程介绍、预 定实验室、上传课程资料与下载学生作业等功能。 3 ) 系统管理员：系统管理员是本系统的最高级别的用户，可以使用学生和教师 的全部功能，还包括用户管理、课程管理与实验室管理等功能。 2 2 3 系统需求描述 现在许多国外的大学和国内的大学以及社会其他部门都已经开设了一系列的 网上信息服务。通过计算机网络实现学生预约实验、成绩的查询，使学生可以选 择自己喜欢的实验，管理员也可以在学生的成绩出来后，通过网络管理录入学生 的成绩、查询某学生的信息。可以说它是一个中转站，为学校的实验管理工作带 来了极大的便利。 7 实验教学系统通过计算机网络实现实验资源共享，不受时间和空间的限制， 教师和学生可以在任何一台联网计算机终端进行实验预约、作业下载和上传、查 询、评分等操作。其优点是：检索迅速、查找方便、可靠性高、存储量大、保密 性好、寿命长、成本低、能够极大地提高工作效率、突破时间和空间的限制。 系统的内容主要以在线管理的方式，使学生和老师可以直接在网上进行实验 教学的各个环节，具有良好的开放性、扩展性、完善的系统功能，能全面满足对 机房大量信息进行管理及教学交流等需求。系统以网络为依托，以基于客户机 服务器及浏览器服务器两种结构的优势集成互补，以数据库为核心，将管理用 的各类基础信息、用户上机使用的资源及有关的动态信息等全部存入到该数据库 中。各子系统则通过数据库实现数据共享，相互联系、相互配合，实现自动化管 理。 为了实现实验教学网络化管理，必须架设软硬件平台；然后为了实现用户登 录、保存资料、统计用户资料和作业管理、成绩查询等，还应连接网络数据库。 整个实现过程体现了网络和软件开发的新方向：采用了浏览器服务 ( b r o w s e r s e r v e r ) 的体系结构。用户端只需使用相对简单的浏览器，就可使用服务 器端的软件和资料。而由服务器集中管理和保存所有的软件和资料，响应用户请 求 2 3 系统用例图分析 2 3 1 系统注册包用例分析 t o pp a c k a t o pp a c k a g e ：s t u d e n t s 图2 3 系统注册包用例图 8 系统注册用例包主要完成系统用户注册的功能，因此在此包中包含的用例 表2 1 更加详尽的描述l o g i n 用例的主要功能。 表2 1 系统l o g i n 用例表 用例名称 l o g i n 功能描述完成系统合法用户的登录 执行者系统用户 输入项 1 用户名( 不同用户有不同的用户名编码规则) 2 用户密码 输出项系统日志 1 完成 2 失败 前置条件无 基本流程申请者申请对应操作 1 ) 申请者提出请求2 ) 登陆信息提示 3 ) 按提示输入相关信息4 ) 对申请者信息进行验证 5 ) 验证成功，显示相应提示信 息 6 ) 更新日志 分支流程执行基本流程的1 ) 2 ) 3 ) 4 ) ，如果登陆失败，执行此流程 申请者操作对应信息 1 ) 显示“非法用户”信息， 并指导用户进行下一步 操作建议 2 ) 用户按照指导建议重新登录 或取消登录 3 ) 更新日志 备注 9 2 3 2 课程管理包用例分析 图2 4 课程管理削例图 其中系统公告( n o t i c em a n a g e m e n t ) 发布用例的描述如表2 2 所示。 表2 2 系统通知( n o t i c em a n a g e m e n t ) 发布用例描述 用例名称 n o tic em a n a g e m e n t 对实验教学的相关信息进行发布发布：包括实验中心公告 功能描述的发布；机构设置，教学计划，教学研究，学籍管理，论 文及教师通知等功能 执行者申请者 输入项无 输出项贝回提不信息 前置条件完成系统的登录 申请者申请对应操作 基本流程1 ) 用户请求查看公告，2 ) 根据用户的选择，显示 并选择相应的公告目录适当的公告内容 分支流程页面缺失，网络故障等显示系统故障页面，给用户以提示 备注 1 0 2 3 3 实验室管理包用例分析 实验室管理用例的功能包括实验室的预定，实验室使用情况统计两大功能。 其用例图如图2 5 表示，用例的详细描述如表2 3 所示。 t o pp a c k a 2 5 系统实验室管理片j 例图 t o pp a c k a g e ：t e a c h e r s 通过实验预约模块用户可以预约实验，可以利用预约取消模块取消已经预约 的实验信息，教师通过实验核准模块可以核准该预约用户的预约信息，为用户安 排做实验的机房，用户可以通过预约查询模块确认自己的预约信息是否已经被老 师核准。 实验过程中，可以通过实验登记模块中的上机登记模块进行实验前的上机登 记，通过下机登记进行实验完成后的下机登记，通过教师出勤登记完成老师的出 勤登记。实验完成后，教师可以通过成绩输入模块向数据库输入学生的实验成绩， 而后用户可以通过成绩查询模块查询自己的实验成绩，通过成绩分析模块对整个 班级学生的特定实验的成绩进行统计分析。用户通过出勤分析模块可以查询用户 己做实验的情况，教师通过机房的模块中的密码修改模块，可以更改现有的密码， 通过实验核准修改模块取消己做了安排的实验预约信息，通过成绩修改模块重新 输入学生的实验成绩，通过开学r 前模块输入新学期的起始日期。 通过上述工作，说明了系统实现了用户所需求的功能，整体功能完备保证了 系统的可用性；考虑到在使用过程中用户可能输入不正确的信息，鉴于这一点系 统加入了错误判断机制，针对用户可能的错误输入采取相应的处理措施，使系统 具备了可靠性和自动提醒，报错，修复错误等功能。 表2 3 实验室预约用例描述 用例名称 l a b r o o mb o o k ( 实验室预约) 功能描述完成实验室的预约功能 执行者系统用户( 系统管理者，教师) 输入项用户希望预约的实验室号码，预约人的i d ，预约实验室所 需的各种信息 输出项预定号 前置条件完成系统的登录 基本流程申请者申请对应操作 1 ) 系统用户请求实验室2 ) 系统首先判断用户的权 预约限 3 ) 验证通过，打开实验室 预约界面 4 ) 用户选择实验室，并5 ) 系统验证实验室是否可 给出预约时间用 6 ) 系统如果验证通过，则 7 ) 将预约号显示给用户生成预约号 分支流程3 1 ) 验证不通过则提示用户无权进行实验室预约 3 2 ) 系统验证实验室不可用，则显示实验室已被预约消息 给用户 备注 利用i n t e r n e t 浏览器，通过输入学号并通过验证身份后即可预约登记实验、 查询个人已预约情况及己做实验成绩，删除己预约的个人实验预约信息或者输 入班号预约集体实验，查询班级已预约的情况及己做实验成绩，删除已预约的 班级实验预约信息。机房教师可以通过输入教师姓名，并通过密码验证后可以 为预约实验的同学安排机房，教师上课时可从机房的已联网的机器上获得有关 上课学生的信息并可即时录入学生的预习及操作成绩，并记录学生的出勤情况 以及教师自己的出勤情况。教师可以更改自己的密码信息，根据学生的要求更 1 2 改已做了安排的实验预约信息，修改需要变动的学生实验成绩，统计学生实验 的进度情况，分析出某班学生在一个特定实验中的成绩分布情况。 能够实现网上机房实验预约登记( 个人、班级) 可以防止同一个实验的重复 预约但是该系统中对学生一周可以做实验的数目没有限制，一周内学生可以预 约任意多的实验，只要不重复预约即可。 当实验日期过了，对那些没有被老师核准的预约信息将从数据库中删除， 系统自动维护后台数据库的预约实验表中的信息。 学生或者班级可以在实验预约没有被教师核准之前取消该实验的预约限制 机房老师只可以核准自己机房的实验预约信息不能越权管理其他机房的实验预 约信息。实验的核准可以分为集体核准与个人核准，对于集体预约的将进行集 体核准，个人单独预约的信息则进行个人核准。 学生可以网上查询实验的预约结果，详细了解实验的时间，实验的地点等 情况。对于实验预约情况的查询也可以分为集体查询和个人查询两种。 表2 4 实验室使用情况统计用例描述 用例名称 l a b r o o ma c c o u n t ( 实验室使用情况统计用例) 功能描述 完成实验室的使用情况统计 执行者系统用户( 系统管理者，教师) 输入项统计条件( 如按时间统计) 输出项统计报告 刚霄泶1 千完成系统的登录 基本流程申请者申请对应操作 1 ) 用户请求进行实验室2 ) 系统根据用户需求，验 使用情况统计证用户权限 3 ) 用户具有权限，则打开 统计对话框 4 ) 用户给出统计条件5 ) 系统按照统计条件，显 示统计结果 分支流程3 1 ) 验证不通过则提示用户无权进行实验室使用情况统计 备注 1 3 2 4 本章小结 本章对系统进行了概要分析，获取了系统和用户级别用例，并对每个用例进 行了详细描述，重点是对实验预约的描述。 1 4 第3 章系统的总体框架 3 1 系统的总体框架设计 3 1 1 系统体系结构的选择 c s 是c li e n t s e r v e r 的缩写。服务器通常采用高性能的p c 、工作站或小型 机，并采用大型数据库系统，如o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o r m i x 或s q ls e r v e r 。客 户端需要安装专用的客户端软件。 b s 是b r o w e r s e r v e r 的缩写，客户机上只要安装一个浏览器( b r o w s e r ) ， 如n e t s c a p en a v i g a t o r 或i n t e r n e te x p l o r e r ，服务器安装o r a c l e 、s y b a s e 、 i n f o r m i x 或s q ls e r v e r 等数据库。在这种结构下，用户乔面完全通过w w w 浏览 器实现，一部分事务逻辑在前端实现，但是主要事务逻辑在服务器端实现。浏览 器通过w e bs e r v e r 同数据库进行数据交互。 b s 结构：是w e b 兴起后的一种网络结构模式，w e b 浏览器是客户端最主要 的应用软件。这种模式统一客户端，将系统功能实现的核心部分集中到服务器上， 简化了系统的开发、维护和使用。 客户机上只要安装一个浏览器( b r o w s e r ) ，如n e t s c a p en a v i g a t o r 或i n t e r n e t e x p l o r e r ，服务器安装o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o r m i x 或s q ls e r v e r 等数据库。浏 览器通过w e bs e r v e r 同数据库进行数据交互。 b s 结构的使用越来越多，特别是由需求推动了a j a x 技术的发展，它的程序 也能在客户端电脑上进行部分处理，从而大大的减轻了服务器的负担；并增加了 交互性，能进行局部实时刷新。 b s 结构的优点 b s 结构最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软 件。而c s 则需要安装专门软件( 其系统结构如图3 1 ) ，b s 只要有一台能上 网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易，只要能上网，再由系 统管理员分配一个用户名和密码，就可以使用了。甚至可以在线申请，通过公司 内部的安全认证( 如ca 证书) 后，不需要人的参与，系统可以自动分配给用户 1 5 一个账号进入系统。 圈32b s 三层结构幽 目前，软件系统的改进和升级越来越频繁，b i s 架构的产品明显体现着更为 方便的特性。b s 架构的软件只需要管理服务器就行了所有的客户端只是浏览 器，根本不需要做任何的维护。无论用户的规模有多大，有多少分支机构都不会 增加任何维护升级的工作量，所有的操作只需要针对服务器进行；如果是异地， 只需要把服务器连接专网即可，实现远程维护、升级和共享。对用户人力、物力、 时间、费用的节省是显而易见的，惊人的。本系统结构如图33 所示。 j 园囝国 l 拶j i 睁q l 圈33 本系统的系统框架圈 c s 与b s 区别： 1 硬件环境不同：c l s 一般建立在专用的网络上小范围里的网络环境，局域 网之间再通过专门服务器提供连接和数据交换服务 6 b s 建立在广域网之上的，不必是专门的网络硬件环境，例与电话上网，租 用设备信息自己管理有比c s 更强的适应范围，一般只要有操作系统和浏览 器就行 2 对安全要求不同：c s 一般面向相对固定的用户群，对信息安全的控制能力 很强一般高度机密的信息系统采用c s 结构适宜可以通过b s 发布部分可公 开信息 b s 建立在广域网之上，对安全的控制能力相对弱，可能面向不可知的户。 3 对程序架构不同：c s 程序可以更加注重流程，可以对权限多层次校验，对 系统运行速度可以较少考虑 b s 对安全以及访问速度的多重的考虑，建立在需要更加优化的基础之上比 c s 有更高的要求b s 结构的程序架构是发展的趋势，从m s 的n e t 系列b i z t a l k 2 0 0 0e x c h a n g e2 0 0 0 等，全面支持网络的构件搭建的系统s u n 和i b m 推的 j a v a b e a n 构件技术等，使b s 更加成熟 5 系统维护不同：c s 程序由于整体性，必须整体考察，处理出现的问题以及 系统升级升级难可能是再做一个全新的系统 b s 构件组成，方面构件个别的更换，实现系统的无缝升级系统维护开销减 到最小用户从网上自己下载安装就可以实现升级 6 处理问题不同：c s 程序可以处理用户面固定，并且在相同区域，安全要求 高需求，与操作系统相关应该都是相同的系统 b s 建立在广域网上。面向不同的用户群，分散地域，这是c s 无法作到的 与操作系统平台关系最小 7 用户接口不同：c s 多是建立的w i n d o w 平台上，表现方法有限，对程序员普遍 要求较高 b s 建立在浏览器上，有更加丰富和生动的表现方式与用户交流并且大部 分难度减低，减低开发成本 b s 三层结构具有c s 两层结构所不具备的很多优点，经过多方面的对比和 考虑，在开发时采用的是b s 三层结构。 3 1 2 系统的层次划分 软件体系结构设计是需求分析后的第二阶段。它以实现系统目标为根本准 则，设计系统的体系结构，进一步细化需求，对功能模块进行划分，设计数据 存储结构呤1 。 1 7 本系统采用层次模型，其层次示意图如下图所示： s q i c l i e n t 一一一g 吼2 ! 芝2 一一一一一一一一 应用层 月匣务层 中间件层 数据层 图3 4 本系统采用的层次体系结构 图3 4 系统层次体系结构说明如下： ( 1 ) 应用层。由用户界面类组成，分别为教学( 在下面将详细分析) 和管 理提供用户接口。用户通过这些接口调用所需服务，如学生通过按钮要求下载 作业。 ( 2 ) 服务层。由控制类构成，为用户提供具体的服务。它响应应用层的需 求，进行逻辑判断，并调用相应函数，进行服务。 ( 3 ) 中间层。由各种接口组成。如s q l c l l e n t ，系统通过它完成对数据库 的各种操作。 ( 4 ) 数据层。由数据库和数据服务器组成。数据库存放系统信息及用户的 非文件信息，数据服务器存放文件信息，如教师向服务器上传的课件。 3 2 系统功能分析与设计 本系统分为管理和教学( 即用户部分) 两大子系统。以下仅对教学子系统 进行功能分析。 3 2 1 教学子系统功能模块的划分 在教学子系统中，要完成交互式教学，所以，从用户的角度分析，教师和 学生需要使用不同的子系统功能，即，可分为教师和学生子系统模块( 如图3 5 ) 。 1 8 属于一一一 属于 图3 5 教学子系统划分 教师子系统包括教师应用部分，学生子系统包括学生应用部分，但它们还 都包含一些相同的应用，也就是图3 6 中的共同应用。 图3 6 系统应用模块划分 系统提供了如下基本功能： ( 1 ) 权限。申请者在提供相关认证信息并经系统确认后，方可进入。进入 系统后，只能获得自己权限范围内的相关信息。对于范围外的信息不可见。 ( 2 ) 动态管理功能。对于用户进入系统后的各种操作，系统执行的是动态 管理，对于变化了的数掘进行随时更新，保证每一个进入系统的用户，都能获 得最新的信息，比如最新发布的公告和教师上传的课件等，保证用户知情权。 ( 3 ) 利用动态页存储功能，及时对数据进行优化管理，既要保证数据完整 性，又能合理利用空间，防止文件覆盖丢失，也避免大量冗余数据不能及时处 理，而造成系统垃圾文件过多，占用系统资源，空间不能得到很好利用，这是 每个设计者应该想到的。 1 9 3 2 2 教学子系统功能分析 对于实验教学主体的教师和学生来说，至少应该能实现以下基本功能( 如 图3 7 所示) ： ( 1 ) 课程信息管理。教师可以添加、修改实验课程的简介。学生通过浏览 简介，了解该实验课程大概的内容，指导以后的具体学习。 ( 2 ) 课件管理。教师可以通过上传文件的方式添加、修改课程的课件，向学 生教授知识。学生下载课件后，自主学习。 ( 3 ) 实验室管理。实验老师可以通过实验室管理完成实验室预定功能。 ( 4 ) 通知管理。教师和学生可以通过“通知管理”完成通知信息的发布。 图3 7 教学应用的模块划分 3 3 本章小结 本章主要对系统的体系结构进行了阐述，进一步细化了实验教学管理功能， 并划分功能模块，从而确定了基本的物理框架。 2 0 第4 章系统核心功能的设计 本章将对系统中较为重要的几个用例进行详细的分析设计，在本系统的分 析设计方法为面向对象的分析设计方法，即根据用例分析设计相应的时序图及 类图。 4 1 关于u m l 的介绍 统一建模语言( u m l 是u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e 的缩写) 是用来 对软件密集系统进行可视化建模的一种语言。u m l 为面向对象开发系统的 产品进行说明、可视化、和编制文档的一种标准语言。统一建模语言( u m l ) 是非专利的第三代建模和规约语言。u m l 是在开发阶段，说明，可视化， 构建和书写一个面向对象软件密集系统的制品的开放方法。u m l 展现了一 系列最佳工程实践，这些最佳实践在对大规模，复杂系统进行建模方面， 特别是在软件架构层次已经被验证有效。u m l 可以贯穿软件开发周期中的 每一个阶段。被o m g 采纳作为业界的标准。u m l 最适于数据建模，业务建 模，对象建模，组件建模。u m l 作为一种模型语言，它使开发人员专注于 建立产品的模型和结构，而不是选用什么程序语言和算法实现。当模型建 立之后，模型可以被u m l 工具转化成指定的程序语言代码。 u m l 融合了b o o c h 、o m t 和o o s e 方法中的基本概念，而且这些基本概 念与其他面向对象技术中的基本概念大多相同，因而，u m l 必然成为这些方 法以及其他方法的使朋者乐于采用的一利，简单一致的建模语言：其次，u m l 不仅仅是上述方法的简单汇合，而是在这些方法的基础上广泛征求意见，集众 家之长，几经修改而完成的，u m l 扩展了现有方法的应用范围；第三，u m l 是标准的建模语言，而不是标准的开发过程。用例图主要用于描述系统的需求 的一种图形化表述方式，用例图是站在用户的角度描述系统能够为用户提供哪 些功能和服务；时序图对系统的描述从用户的角度转移到了开发人员的角度， 他是从用例出发，对用例的实现进行分析并获取用例实现的类、接口等系统设 计属性。 4 2 系统登录用例的设计 4 2 1 “系统登录用例”的时序图 登录模块的主要功能是：用户只有登录后才能使用本系统，为了保证安全 性，不提供新用户注册功能。用户登录后，显示其可选课程，如教师看到他教 师的课程，学生看到他所学习的课程。 用户输入用户名和密码，对于教师，用户名是t + 学号，对于学生，用户名 是u + 学号。流程图( 图4 1 ) 仅以教师登录、注销为例。 2 1 ，f - - 、，一一、 ，7 、 i ，( ? 一7 ，) i，) ：熬业主题直 ：后台逻堑控趔 l j ， 3 1 注销 。 3 1 1 显示登录页面 一，l - 唧壁：有码 1 1 获取课柙 图4 i 用户登录时序图 用户成功登录后，系统通过s e s s i o n 记录用户的类型和用户名( 教师号或 学号) ，以备验证用户和获取用户相关信息时调用。教师主页面显示时，系统 调取数据库中该教师所教授所有课程的信息，生成课程链接。 用户注销时，系统清空所记录的用户类型和用户名。 4 2 2 “系统登录用例”的类图 登录页面 + 显，j ；髓陆界面( ) + 输入用户名，密码( ) 教师主页面 + 验证成助后，显示教师主页面( ) + 选择 l ：销( ) + 显爪髓爿 ：页面( ) 数据库存储 + 捩取删户名密码( ) + 扶收课程列表( ) 图4 2 系统登录类图 2 2 后台逻辑控制 验证川户名，密码( ) 礁j 授课教师( ) 注销( ) 。天进 ：一 l袅li 列 哪_ 。 4 3 通知管理用例的设计 4 3 1 “通知管理”用例的时序图 这个模块的主要功能：实现教师对通知的管理，包括添加和删除通知。 图4 3 所示的是“通知管理用例的顺序图。 孚。卜一 ：l j 1 1 显示作业 1 | _ |21添加新作飞i_i_芝：刊k 焉 图4 5 教师作业管理时序图 作些一 如图4 5 所示，这个用例共包括两个子用例：教师的作业管理子用例和学生 的作业上传下载子用例。 其中教师作业管理的主要功能：实现教师对作业的管理，其中，教师可以布 置作业，批改作业，还能实时看到交作业情况批改情况。 当教师添加作业后，不仅要在作业表中添加记录，还将在上交作业表中添 加需要上交记录，即增加选择此课学生的作业记录，只是是否上交为“否， 作业地址为空。这样，学生在查看作业时可以看到自己未提