（理论物理专业论文）基于分布式多层结构的大学物理实验管理系统设计.pdf

硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i $ 摘要 在2 1 世纪，以计算机应用为核心的现代信息技术飞速发展，i n t e m e t 逐渐融入 到人们日常工作和学习当中，校园网的普及给网络化教学应用提供了切实可行的基 础条件，在校园网的基础上开发物理实验教学管理系统，能够为教学管理和全开放 式物理实验提供一个良好的网络支撑平台。 武汉工业学院是湖北省一所以本科教学为主的院校，每年招生规模在3 0 0 0 人 左右，每年参加做物理实验的学生人数约2 0 0 0 名。武汉工业学院校园网于2 0 0 2 年 建成，各教学楼、办公楼、学生宿舍间的主干网采用是的带宽1 0 0 0 m 的光纤通信， 在每幢楼内采用的是带宽1 0 0 m 的局域网，整个学院内的校园网建设得较为完善， 因此，如何能够充分有效地应用现有的校园网络系统，提高教学效率和教学质量是 开发大学物理实验管理系统的宗旨之一。 本大学物理实验管理系统的开发采用分布式技术，形成一个包括应用层、业务 层和数据服务层在内的三层分布式结构。采用这种结构，可以提高系统的稳定性、 延展性、易于维护和高的执行效率。本系统总共包含有9 个部分，其中核心部分主 要有实验预约系统、实验预习检测系统、物理实验辅导网站系统等三个部分。 本文从系统需求分析和系统结构分析开始，依次系统总体设计、各个子系统的 设计和实现，对系统的重点部分、特色部分和关键技术部分进行了详细分析。 大学物理实验预习检测系统是本系统中较具有特色的部分，本文对该部分的二 个要点进行了详细论述，一是预习检测题目生成过程及评分操作设计，二是w e b 应用程序意外中断的预防与处理。 关键词：分布式；多层结构；管理信息系统：多线程；a s p a b s t r a c t t h et e c h n o l o g yo fm o d e r n i z a t i o n sm e s s a g ew i 也t h ec o r eo fu s i n gc o m p u t e ri s d e v e l o p p i n gi nt h eh i g h e rs p e e di nt h et w e n t y - o n ec e n t u r y ，t h ei n t e m e th a v em e r g e d d a i l yl i v e a n dd a i l ys t u d y ，t h ep o p u l a r i t yo fc a m p u si n t e r a c tp r o v i d ep r a c t i c eb a s i s c o n d i t i o nf o rt h ei n t e m e te d u c a t i o n s t h es y s t e mo fp h y s i c se x p e r i m e n ta d m i n i s t e ri s d e v e l o p i n gb a s e do nt h ec a m p u si n t e r a c t , w h i c hp r o v i d eai n t e r a c tp l a c ef o rt e a c h i n g a d m i n i s t r a t i o na n df u l lo p e np h y s i c se x p e r i m e n t s w u b a np o l y t e c h n i cu n i v e r s i t yi sau n i v e r s i t yw h i c ho b e d i e n c eo nt h e h u b a i p r o v i n c e ，t h es c a l eo f t h er e c r u i ts t u d e n t se v e r yy e a ri sa b o u t3 0 0 0s t u d e n t s ，t a k ep a r t i n g i np h y s i c se x p e r i m e n t si sa b o u t2 0 0 0s t u d e n t s n ec a m p u si n t e r a c to ft h ew n h a n p o l y t e c h n i cu n i v e r s i t yh a v ea c h i e v e dv e r yw e l li nt h e2 0 0 2y e a r 1 1 l em a i ni n t e r n e ti s o p t i c a lf i b e ro f1 0 0 0 mf r e q u e n c yw i d t h ，b e t w e e nt h ea r c h i t e c t u r ei sl o c a li n t e r a c to f t h e 1 0 0 mf r e q u e n c yw i d t h t h ew h o l ec a m p u si n t e r n e th a v em a d ev e r yw e l l ，h o wt op l e n t y e x e r tt h ei n t e r a c ts y s t e mi so n eo fp u r p o s et oe n h a n c et e a c h i n ge f f i c i e n c ya n dg r a n d l y e n h a n c e t e a c h i n gq u a l i t yo f e x p l o i t a t i o np h y s i c se x p e r i m e n t sa d m i n i s t r a t es y s t e m u n i v e r s i t yp h y s i c se x p e r i m e n t s a d m i n i s t r a t e s y s t e ma d o p t t h ed i s t r i b u t i o n t e c h n o l o g y ，i ti sam a d eo fa p p l i c a t i o nt i e r , o p e r a t i o nt i e ra n dr d b m s u s e d d i s t r i b u t e d t e c h n o l o g y ，l a b m i si ss t a b l e ，m o r ee x p a n s i b l e ，m o r ee f f i c i e n ta n dm a n a g e de a s i l y t h el a b m i ss y s t e mc o n t a i n sn i n ep a r t so f f s e ts y s t e m ，t h ec o r ep a r t so ft h es y s t e m a r et h et h r e ep a r t ss y s t e m , w h i c hi se x p e r i m e n t sr e s e r v a t i o ns y s t e m ，e x p e r i m e n t s p r e p a r a t i o nd e t e c ts y s t e ma n dp h y s i c se x p e r i m e n t st e a c h i n gi n t e r a c ts y s t e m n 圮s t r u c t u r eo ft h i sd i s s e r t a t i o ni sb a s e do nt h ei d e ao fs o f t w a r ee n g i n e e r i n g t h i s d i s s e r t a t i o ns t a r t sw i 也t h ea n a l y s i so fu s ed e m a n d 。t h e nd e s i g n e df r o mc o l l e c t i v i t y ， d e s i g n sd e t a i la n di m p l e m e n t s i nt h ef r o n to f t h i sa r t i c l ei sd e s i g n e da n di m p l e m e n t sf o r t h ew h o l es y s t e m ，i nt h eb a c ko f t h i sa r t i c l ei sd e s i g n e da n dc a r r y o u te v e r yp a r t ss y s t e m ， c o m et r u et e c h n o l o g ya n dp r o g r a mo nt h ei m p o r t a n c ep a r ta n dc r u xt e c h n o l o g y 1 1 塘p h y s i c se x p e r i m e n t ss t u d yo fp r e v i o u s l yc h e c k i n gs y s t e m i st h em o r e i m p o r t a n c ei nt h i sk i b m i ss y s t e m ，i nt h i ss y s t e m ，t w oc r u c i a lp a r t sb ed i s c u s s e dd e t a i l e d ， o n ei se x a m ss u b j e c to ft h ep r e v i o u s l yc h e c k i n gh w ot og e n e r a t ea n dh w ot od e v i s et h e e x a m se v a l u l a t i o n t w oi st h eu s i n gp r o g r a mo f t h ew 曲。h w ot oi n c a s eo fc o n t i n g e n c y a b o r da n dh w ot od e a lw i t ht h ec o n t i n g e n c ya b o r d k e y w o r d s ：d i s t r i b u t e d ；m u l t i - t i e rs t r u c t u r e ；m i s ；m u l t i - t h r e a d e d ；a s p i i 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 华中师范大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研 究工作所取得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 作者签名：日期：年月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权华中师范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，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中 国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者签名： 日期：年月 日 导师签名： 日期：年月 日 本人已经认真阅读“c a l i s 高校学位论文全文数据库发布章程”，同意将本 人的学位论文提交“c a l i s 高校学位论文全文数据库”中全文发布，并可按“章 程”中的规定享受相关权益。回童迨塞堡銮厦澄厦! 旦圭生i 旦二生i 旦三生筮 查三一 作者签名： 日期：年月 日 导师签名： 日期：年月 日 硕士学位论文 m a s t e r st h e $ 1 s 前言 当前，i n t e m e t 已经融入到人们的日常工作和学习当中，校园网的普及给网络化 教学提供了切实可行的基础条件，在校园网的基础上开发物理实验教学管理系统， 能够为教学管理提高和全开放式物理实验教学提供一个良好的网络支撑平台。近年 来实验室全面开放模式已成为全国高校教学、科研上水平的重要标志，开放式实验 教学是教育部和多个学科教学指导委员会在实践教学环节中积极倡导和推广的一 种教学模式，是培养创新人才的新途径，也是高校教学评估的一项重要内容，这种 教学形式能充分发挥学生的主观能动性，从而大大提高实验教学的效果，而这种开 放式的教学须要有相应的网络化计算机管理系统来支撑。 武汉工业学院是湖北省属一所以本科教学为主的院校，每年招生规模在3 0 0 0 人左右，每年参加做物理实验的学生人数约2 0 0 0 名。武汉工业学院校园网于2 0 0 2 年建成，各教学楼、办公楼、学生宿舍间的主干网采用是带宽1 0 0 0 m 的光纤通信， 在每幢楼内采用的是带宽1 0 0 m 的局域网，整个学院内的校园网建设得较为完善。 随着学校办学规模的不断扩大，在2 0 0 6 年武汉工业学院新建了一个分校，有 多个院系是在两个校区同时办学，在行政办公和教学管理等许多方面存在着不便， 如果开发出一个高效的教学管理辅助系统，就能够在一定程度上解决存在的问题。 以校园网为基础来构建物理实验教学管理系统，为开放式物理实验教学和实验教学 管理工作提供一个网络支撑平台成为当务之急的紧迫工作。 在2 0 0 2 年教育部颁布了教育管理信息化标准第一部分“学校管理信息标准”， 并要求从2 0 0 3 年起，对正在使用的、未按教育管理信息化标准设计的，与标 准相抵触的管理软件，应根据标准进行改选，对新开展的管理系统建设工作，应按 标准进行设计，并逐步完成教育系统教育管理工作的标准化，实现教育管理信息资 源共享。实验室管理信息化是学校教育管理信息化的一个重要组成部分，为规范实 验室的管理，教育部制定了高等学校基础课教学实验室评估办法和标准，该条 例对实验室管理内容作了详细规定。两个文件的发布实施，是为适应教育管理信息 化，推动我国教育管理信息快速、健康、稳步发展而制定的，是我国教育管理信息 系统化标准的全面、系统、规范的创新，对于教育管理信息系统建设具有里程碑式 的重要意义。 现代教育技术的最大突破是校园网功能的开发利用，利用校园网和计算机教学 平台等多媒体设备辅助教学，以网络化的强大信息量，电子化、声像化的生动情景， 实物显示，人机对话，不但提高了教学的效率和师生的素质，也促进了教育思想的 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 更新。开发出一套功能全面、符合教育部制定的最新标准、适合当前管理模式的实 验室管理系统，不仅可大大提高实验室教学管理的水平，提高实验教学效率和促进 教学研究，还可为学校及高校间提供相关的信息资源，促进学校及高校间的管理信 息化发展。 本课题是以教育部颁布的教育管理信息化标准、高等学校基础课教学实 验室评估办法和标准、高校实验室工作规程、高等学校实验室工作规章制 度为标准，开发出一套功能全面、符合标准的物理实验室管理系统，该系统能够 完成学生预习检测，实验课预约，学生在网上物理实验辅导，实验成绩查询及各项 物理实验教学管理功能。具体包含下面9 个功能部分： 1 实验预约功能：完成选择不同时间、不同实验室、不同项目实验预约工作。 2 实验预习检测功能：检测学生课前实验预习情况，自动计算及记录成绩。 3 物理实验辅导网站功能：学生在网上使用物理实验辅导系统进行预习。 4 实验数据处理功能：学生在实验过程中或在网上对实验进行数据处理。 5 成绩查询功能：学生查询实验项目完成情况和实验成绩。 6 管理员功能：管理员对物理实验管理系统各个部分进行维护和调试。 7 留言功能：学生和教师在网上互动交流界面。 8 查看已预约的信息：查看已预约实验项目的信息系统。 9 通告栏：有关物理实验的各项重要通知可以在通知栏内滚动播出。 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 1 1 需求分析 第一章系统分析 现代信息技术是以计算机应用为核心的，包括计算机设备、通信设备、办公自 动化设备、计算机网络技术、通信网络技术和先进的信息处理软件技术的综合性技 术。现代信息技术的出现和广泛运用引发了教育领域里的一场深刻革命。众所周知， 教育的发展离不开科学技术的支持。在人类文明的进程中，文字的诞生、印刷术的 发明，不仅是文化发展过程中的两个重要里程碑，而且引发了教育的两次质变：前 者使书面语言加入到以往只能借助口头语言和动作语言进行的教育活动中，不仅扩 展了教育的内容和形式，而且大大地提高了学生的抽象思维和自学能力；后者使印 刷体的书籍、课本成为文化和教学内容的主要载体，由此推动了文化的传播和近代 教育的普及，现代信息技术的出现又一次引发了教育领域的深刻变革。 1 1 1 大学物理实验管理系统需求分析 随着高校间普遍推行全开放式物理实验教学模式，利用计算机网络化管理实验 教学已成为发展趋势，完全靠手工安排学生实验课表方式难以实现，全开放实验带 来的新问题迫切需要解决，表现为以下几个方面： 1 开放实验不仅是指仪器设备与时间概念上的开放，更是指实验课程、实验 项目和实验研究课题的开放。开放性实验是指时间的开放和实验内容的开放，时间 的开放即学生可以在规定的时间范围内任意选择自己有空的时间来做实验，而不用 像以前那样必须在固定的时间来做实验。实验内容的开放即学生可以在开出的实验 项目里任意选择自己感兴趣的实验，这在一定程度上提高了学生的学习兴趣和学习 主动性。这种学生实验时间地点和实验内容的随机性，以及学生选好课后有时还需 要修改的特点，使排课工作变成为不可能完成的任务，需要有一个实验预约系统来 实现这项功能。 2 每年有约2 0 0 0 名左右的学生做物理实验，每个学生做2 0 个物理实验项目， 合计有4 万人次做物理实验，每个学生以个人为单位做实验，而成绩又要以班为单 位汇总，这么大的工作量只有计算机化管理才能实现。学生成绩管理工作量巨大， 每年在校学生保留有物理实验成绩的学生近6 0 0 0 名，加上重修，补考的学生人数 量则更大，学生查询实验成绩的工作量繁琐，如果开发成为利用校园网网络化查询 系统则工作效率大大地提高。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 3 由于实验课程的特殊性，学生在实验课前预习实验项目时，往往对实验仪 器不熟悉，教材上实验原理和实验操作步骤不易弄懂，有必要开发出一套网上实验 教学辅导系统，帮助学生进行课前预习实验项目，达到事半功倍的教学目的。 4 为了督促学生进行课前预习，提高实验教学效果，需要开发出一套预习实 验检测系统，针对每项实验中关键点和重点内容，进行有的放矢提问，并且自动记 录学生预习检测成绩。 5 所有的实验项目发布、预约登记、成绩管理和实验教学管理工作都交给计 算机处理，这样就大大减少了教师的工作量，由于采用基于i n t e r n e t 网络的分布式 多层结构，这也大大方便了学生。由于开放式教学具有大量的管理工作要做，即繁 琐又复杂，重复工作量相当大，而利用计算机应用技术来管理和发挥网络优势，即 方便学生又大大减少人工管理的工作。开发出一套功能完备性能合适的实验教学管 理系统，可以解决大学物理实验教学中的存在的许多困难，为实现高效、灵活的科 学管理提供一个良好的设计环境与基础平台。 1 1 2 大学物理实验管理系统功能要求 通过上面几项实际需求的分析，需要开发出一个合适的大学物理实验管理系 统，以满足实验教学要求。本系统共包含有9 个部分，其中核心部分主要有实验预 约系统、实验预习检测系统、物理实验辅导网站系统等。 1 实验预约功能 学生在大学物理实验管理系统中选择实验预约系统，并登录注册名、密码后， 选择时间、实验室、实验项目，完成实验预约工作。 2 。实验预习检测功能 学生在物理实验管理系统中选择实验预习检测系统，并登录注册名、密码后， 选择实验室、实验项目，计算机即随机选出该项实验的试题，学生在规定时间内完 成答题，计算机自动评分并登录到学生个人成绩数据库中。 3 物理实验辅导网站功能 本系统中包含有一个物理实验辅导网站，在该网站中，存有大学物理实验开出 的所有实验项目的辅导内容，还有大学物理绪论课等多媒体课件内容。 4 实验数据处理功能 在实验数据处理系统，学生把实验的原始数据输入到数据处理程序中，便可通 过计算机自动完成有关实验数据的处理工作。 5 成绩查询功能 4 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 学生在物理实验管理系统中选择成绩查询系统，并登录注册名、密码后，界面 自动弹出本学期内学生所做的各项实验和实验成绩。 6 管理员系统 系统管理员在物理实验管理系统中选择管理员系统，并登录用户帐户和用户密 码后进入到超级用户管理系统，可以对物理实验管理系统各个部分进行维护、调试 和更新。 7 留言系统 学生和教师在物理实验管理系统中选择留言系统，进入到b b s 互动交流界面， 学生和教师可以在论坛上相互交流探讨和学习。 8 查看已预约的信息 学生在物理实验管理系统中选择查看已预约的信息系统，并登录注册名、密码 后，可以查询本学期内该生所做的各项实验统计记录。 9 通告栏 在物理实验管理系统中设计有一个滚动播放的通知栏，有关物理实验的各项重 要通知可以在通知栏内滚动播出，点击相应栏目可以查看详细内容。 本系统不仅能够为中心管理层提供准确、精细、迅速的学生实验预约信息，同 时也要为学生提供快捷、方便的网络预约功能，实验预习检测等功能，系统操作方 便灵活，界面友好。系统有较好的柔性，适合不同部门对信息处理的不同要求，且 具有一定的安全性和一定的开放性，能为其它部门信息管理系统提供数据接口。 1 1 3 大学物理实验管理系统信息分析 根据需求分析和功能要求，系统的信息分析如下： 1 实体分析 大学物理实验管理系统的实体包括以下几方面： 教师：其属性主要是教师工号，姓名，类别。 学生：其属性主要是班号，学号，姓名，年级，专业。 实验室属性：其属性主要是实验室名称，代码，实验类别。 检测试题：其属性主要是试题号，答案选项。 实验项目：其属性主要是普物实验，近代物理实验，演示实验。 系统所含实体关系层次图如下： 5 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 图1 1 系统实体关系图 2 三个数据库系统实体e r 图 该系统主要涉及到三个数据库，学生实验成绩数据库、预习检测试题数据库和 学生实验预约数据库，根据三个数据库的数据项的数据结构，描绘出能满足各种实 体，以及它们之间的关系，这些实体包含各种具体信息，通过相互之间的联接形成 数据的流动。 a 学生实验成绩实体e r 图 图i - 2 学生实验成绩实体e - r 图 6 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s b 预习检测试题实体e - r 图 图1 - 3 预习检测试题实体e - r 图 c 学生预约实验实体e - r 图 图1 - 4 学生预约实验实体e - r 图 7 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 3 系统拓扑图： 图1 - 5 系统拓扑图 1 2 系统结构 大学物理实验管理系统的设计方案中包含有系统结构选择，编程语言的选择， 数据库的选择等诸方面因素，因此要根据实际需求来确定适当的系统结构和数据库 及编程语言选择，以达到有效资源的合理使用。 1 2 1 常用的几种体系结构 一c l i e n t s e r v e r ( c s 客户端朋艮务器) 结构 c l i e n t s e r v e r 结构功能比b r o w s e r s e r v e r 结构较强一点，不受浏览器的限制，但 是每一个客户端需要安装相应的软件，维护升级操作麻烦，这种模式非常适合使用 范围小、地点固定、同时安全性要求高，并且要求具有较强交互性和处理大量数据 等特点的用户。 由于c l i e n t s e r v e r 是配对的点对点模式，采用适用于局域网、安全性比较好的 网络协议，安全性可以得到较好保障，c ，s 模式提供了更安全的存取模式；其次c s 只有两层结构，网络通信量只包括c l i e n t 与s e r v e r 之间的通信量，采用c s 模式可 降低网络通信量；c s 具有处理大量信息的能力，由于c s 在逻辑结构上比b s 少 一层，对于相同的任务，c s 完成的速度比b s 快，使得c s 更利于处理大量数据。 随着企业规模的日益扩大，程序的复杂程度不断提高，这种二层c s 结构逐渐 8 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 暴露出许多问题，主要表现在以下几点： 1 可扩展性差，因它是以单一服务且以局域网为中心的，所以难以扩展至大 型企业网或i n t e r n e t 2 软硬件的组合及集成能力有限； 3 难以管理大量的客户机。 对于一般的管理信息系统( m i s ) ，只要应用系统的客户端数目在2 0 0 个用户 之内并且是在同一个区域，c s 结构是很适合的。但是这种结构最突出的问题在于 经常把应用系统的企业逻辑编写在客户端应用程序中，因此当应用程序改变时，所 有在客户端的应用程序都必须改变。这些显然不利于m i s 系统的发布与维护。加上 近年来i n t e m e v i n t r a n e t 的兴起，许多m i s 系统要改为b s 结构，很多的企业逻辑部 分必须以新的技术重新编写，这又大大增加了系统重复开放的成本，因此c s 结构 的伸缩性和可扩展性比较差。 二b r o w s e r s e r v e r ( b s 浏览器服务器) 结构 b s 结构使用方便，无需安装客户端，但受到浏览器的限制，功能上有一定的 限制。b s 模式即w e b 浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 模式，客户端是一个标准 的浏览器，服务器端使用的是w e bs e r v e r ，w e bs e r v e r 与数据库系统紧密结合，随 着w w w ( w o r l dw i d ew e b ) 技术快速发展，其b r o w s e r s e r v e r 结构应用得到迅速 发展。b s 模式具有使用范围广，地点灵活；功能变换频繁；安全性、交互性要求 不很强的特点。b s 模式维护具有更大的灵活性，当功能变化时，无须为每一个现 有的客户应用程序升级，而只须对w e b 服务器上的服务处理程序进行修订。这样不 但可以提高工作效率，还可以省去维护时协调工作的麻烦。 但单纯的b s 结构，其界面的动态性、交互性、以及信息的实时性和功能实现 的完备性都不是很强，而且它对服务器的要求也高，而且客户端脚本也并不适合做 所有类型的处理，如高密度计算、对数据库的大量操作，涉及保密安全方面的计算 等都不适合在b s 结构中处理。 三，分布式多层结构 为了解决c s 结构伸缩性和可扩展性比较差的问题，在客户端和数据库之间导 入一个中间层一应用程序服务器，形成分布式结构，分布式三层结构和c s 二层 结构示意图如图1 6 所示。 9 硕士学住论文 m a s t e r st h e s i s 图1 6 系统结构示意图 在三层结构的w e b 技术中，数据库不是直接服务每个客户机，而是与w e b 服 务器相沟通，实现了对客户信息服务的动态性、实时性和交互性。w w w ( w o d dw i d e w e b ) 技术作为i n t e m e t 上信息资源共享的解决方案，是构建在b s 模型以及h 1 v r p 协议的基础上的，其动作模式可以描述为，提交一处理一应答，分布式三层结构模 型的构成及关系如图1 7 所示。 厂 、 、 w b b 处理的结果 应用程序 数 服务器 服务器 返回访问结 据 将w e b 页反 一w 曲页返 1 馈至浏览器 回w e b 服务 果 库 i 。 j 、 图1 7 分布式模型的构成及关系图 应用程序服务器就是一个包含企业逻辑的应用程序，软件开发人员以某种分 布式技术，如m i c r o s o f t 的c o m d c o m c o m ，封装企业逻辑程序代码。客户端程 序只需负责和用户的交互，应用服务器运行企业逻辑，数据库服务器提供数据，整 个应用系统的执行是分成数个不同的部分并且执行在不同的机器之中，整个系统的 延展性较好。 分布式结构是以企业对象的形态编写，可以允许其它系统或i n t e m e t i n t r a n e t 系统重复使用这些企业对象，对于软件开发和客户端维护具有正面效益，同时能降 1 0 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 低系统维护成本。由于分布式应用系统强调系统的稳定性、延展性以及及执行效率， 加之现在很多的分布式系统提供容错能力和负载平衡能力，所以分布式多层结构得 到了广泛的应用。 l 。2 2 本系统的结构 对于基于校园网的网络结构，面向对象是全院不同系部不同年级的学生，特 别是存在着两个校区跨地域同时教学，系统的用户量较大，且系统用户流动性较大， 每年的学生群体都在发生改变等问题，如果采用c s 结构，则客户端需要安装客户 端程序，这对用户来说将极为不便，而且两个校区的c s 结构系统的信息互不连通， 加上c s 结构的伸缩性和可扩展性差的问题，因此选择c s 结构不太适合本系统使 用。 本系统采用分布式技术，形成一个包括应用层、业务层和数据服务层在内的 分布式三层结构。应用层即客户端应用程序，在客户端上提示显示数据的界面并与 用户交互；业务层，即应用程序服务器，为客户端程序提供数据服务并执行企业逻 辑；数据层，即数据库服务器，给应用程序服务器提供原始数据。由于实验室相应 的应用程序服务口碑载道负荷不大，无需考虑容错能力和负载平衡能力，并且可以 把应用程序服务器和数据库服务器放在同一台服务器中，这就形成一种物理上看似 两层、逻辑上是三层的分布式结构。 1 2 3 系统开发的工具 一编程语言的选择 目前，最常用的几种动态网页语言有a s p ( a c t i v e s e r v e r p a g e s ) 及a s p n e t 、 j s p ( j a v as e r v e rp a g e s ) 、p h p ( h y p e r t e x tp r e p r o c e s s o r ) 等语言。其中a s p ( a c t i v e s e r v e rp a g e s ) 即动态服务页面，通过a s p 结合h t m l 、j a v a s c r i p t 、v b s c r i p t 等语 言来编写动态的、交互的和高效的i n t e r a c t 上应用网页，应用a s p 技术，不需要进 行复杂的编程，就可以开发出专业的动态w e b 网站，a s p 技术的出现和发展给以 静态内容为主的w e b 带来了全新的动态效果，使其具有更加灵活和方便的交互特 性，在i n t e m e t 中实现信息的传递和检索越来越容易。 由于a s p 使用基于开放设计环境的a c t i v e x 技术，用户可以将自己定义和制作 的组件加入其中，使用自己的动态网页具有无限的扩充能力。利用a d o ( a c t i v ed a t a o b j e c t ，数据访问模型) 方便地访问数据库，可以较好地对数据库进行处理。使用 a s p 语言，不必担心客户的浏览器是否能读懂动态网页创作所编写的代码，因为所 有的程序都将在服务器端执行，包括所有嵌在普通h t m l 中的脚本程序。当程序执 硕士擘位论文 m a s t e r st h e s i s 行完毕后，服务器端将执行的结果返回给客户端，减轻了客户端浏览器的负担，使 其客户端与平台无关，大大提高了交互的速度。通过上面分析，本系统选用a s p 编程语言作为动态页面语言。 二数据库开发工具的选择 目前商品化的数据库管理系统以关系型数据库为言为主导产品，技术比较成 熟。面向对象的数据库管理系统虽然技术先进，数据库易于开发和维护，但尚无成 熟产品，按照数据库的规模和功能，一般从实用上将数据库分成大、中型数据库和 小型、个人数据库。 大、中型数据库：国际国内主导关系性数据库管理系统有d b 2 、o r a c l e 、s y b a s e 、 i n f o r m i x 、i n g e r s 、s q ls e r v e r 等系统。d b 2 是i b m 公司开发的产品，能满足大型 数据库的需求，适用于数据仓库和在线事务处理，但需要依赖其直接硬件支持，使 用比较复杂。o r a c l e 具有极强的灵活性，在多用户时性能非常高，但使用比较复杂。 s y b a s e 和i n f o r m i x 简单易用，是占用资源比较少的数据库，s q l s e r v e r 简单易用， 完全的图形化界面。 小型、个人数据库：小型、个人数据库种类繁多，在u n i x 、l i n u x 一般使用 m y s q l ，而在w i n d o w s 系统中，则一般使用的有a c c e s s 和f o x p r o 数据库。f o x p r o 作为个人计算机系统使用广泛的数据库系统，具有方便、价廉易用的优势，在小型 企业数据库管理与w w w 结合等方面具有一定优势。a c c e s s 是一个中小型数据库 系统，是基于在关系型数据模型上建立的数据库管理系统软件，它帮助用户方便地 得到所需信息，并提供强大的数据处理工具，帮助用户组织和共享数据库信息，以 便根据数据库信息作出有效的决策。 通过上述几种数据库分析，本系统选用a c c e s s 数据库作为后台数据库开发工 具，a c c e s s 数据库开发方便简捷易用，使用a c c e s s 数据库具有以下特点：信息易 于查找和使用，支持w e b 功能的信息共享，用于信息管理的强大解决方案工具，具 备完备的数据库窗口，具有数据访问页功能，m i c r o s o f t s q ls e r v e r 交互性等方面优 点。 本系统采用分布式三层结构网络架构，以学院校园网为基础，采用m i c r o s o f t a s p 、j a v as c r i pe d i t o r 、j a v a s e r i p t 和h t m l 作为开发语言，后台数据采用a c c e s s 数据库，a d o 数据访问技术实现对数据库的各种管理操作，以d r e a m w e a v e r m x 2 0 0 4 作为界面制作工具，实现物理实验的各项管理功能，达到通过网络系统完成对实验 教学的管理工作。 1 2 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 第二章系统设计 2 1 系统运行环境的设计 大学物理实验管理系统是基于校园网实现运行的，系统内包含有实验操作指导 的录像，要求服务器在大数据流量运行情况下，能够支持多人同时在线并发运行使 用大学物理实验管理系统，为保证系统运行的高效率和可靠性，对服务器要求有较 高的软硬件配置，但对客户端的要求可不需要很高，具体运行环境要求如下； 1 软件环境 客户端：w i n d o w s x pi n t e r a c t 4 0 以上版本 服务器端：w i n d o w ss e r v e r 2 0 0 0 或w i n d o w ss e r v e r 2 0 0 3 ，i i s 4 0 及以上 运行环境：i i s 4 0 及以上，支持m sa s p 。 编程工具：d r e a m w e a v em x2 0 0 4 或m i c r o s o f 【s c r i p te d i t o r 、j a v as c r i p te d i t o r 、h t m l 脚本编辑工具：图片处理软件p h o t o s h o pc s 数据库：采用a c c e s s 数据库，运行于服务器端。 2 硬件环境 服务器：c p u 要求主频2 0 g 以上，内存5 1 2 m b 以上，硬盘8 0 g 以上。 客户机：c p u 要求主频2 0 0 m m x 以上，内存1 2 8 m b 以上。 2 2 系统各功能模块的设计 本系统采用面向对象软件工程的开发方法，统一建模语言及开发工具，其目的 在于提高软件重用性，提高文档与程序的一致性，切实实施有效的软件质量管理， 加强协同开发能力，能够支持规模化调整开发，加强产品特性，性能等目标控制能 力，方便系统以后维护和修改，增加系统的通用性能。 一软件工程设计阶段 对于大学物理实验管理系统的开发，用工程化的方式有效地管理研制软件的全 过程，该系统的软件需求比较明确，开发技术比较成熟，工程管理比较严格，采用 瀑布型软件开发方法和技术来实现比较合适。软件系统的生命周期可以分为六个阶 段，软件计划、需求分析、软件设计、软件编码、软件测试，软件维护六个阶段， 表2 1 是软件每个阶段的基本任务，上一阶段任务完成确定的任务后，都要产生一 定的格式的文档交给下一阶段。 硕士擘位论文 m a s t e r st i t e s i s 表2 1瀑布型开发方法的阶段划分 阶段 基本任务 工作结果 软件计划理解工作范围计划任务书 需求分析定义用户要求需求规格说明书 软件设计建立软件结构设计说明书 软件编码编写程序程序 软件测试发现和排除错误可运行的系统 软件维护运行和管理改进的系统 瀑布型软件工程设计流程如图2 1 所示。 计划任务书 需求规格说明书 向明书 回一本 向测试记录 图2 1瀑布型软件工程设计流程图 二系统开发的流程 大学物理实验管理系统应用程序的设计严格按照需求分菥、详细设计、应用程 序设计、调试运行的开发步骤进行，系统开发流程如图2 2 所示。 1 4 向回 图2 2系统开发流程图 三系统功能模块 根据需求分析和性能分析研究，对系统各个功能进行集中、分块，按照结构化 程序设计的要求，该系统设计主要包含有实验预约系统、实验预习检测系统、物理 实验辅导网站系统、实验数据处理系统、成绩查询系统、管理员系统、留言系统、 预约信息查询和通告栏九个子系统，客户端要实现的主要功能模块包括： 用户权限管理模块：完成对不同级别用户操作权限的管理。 数据导入导出模块：完成不同格式数据导入和导出。 实验预约模块：完成选择不同时间，不同实验室、不同项目实验预约工作。 实验预习检测模块；检测学生课前实验预习情况，自动计算及记录成绩。 物理实验辅导模块：学生在网上使用物理实验辅导系统进行预习a 实验数据处理模块：学生在实验过程中或在网上对实验进行数据处理。 成绩查询模块：学生查询实验项目完成情况和实验成绩。 超级用户管理模块：管理员对物理实验管理系统各个部分进行维护和调试。 留言模块：学生和教师在网上互动交流界面。 硕士学位论文 m a s t e r st h e s i s 查看预约模块：查看已预约实验项目的信息系统。 通告栏模块；有关物理实验的各项重要通知可以在通知栏内滚动播出。 大学物理实验管理系统的系统功能结构如图2 3 所示。 2 3 数据库设计 图2 3 系统功能模块 数据库主要实现数据存储、使用和管理，数据库设计是计算机软件设计的一个 重要分支，在信息管理系统中占有非常重要的地位，数据库设计的优劣直接对应系 统的效率以及实现的效果，合理的数据库设计可以提高数据存取效率，保证数据的 一致性与完整性。 一根据大学物理实验管理系统的需求分析和功能要求，系统的有关信息可分为两 大类，即用户信息和实验室相关信息，用户信息包括用户名、登录密码、用户 权限等内容，实验室相关信息主要包含三个数据表，分别为用户权限数据表、 学生实验成绩数据表、预习检测试题数据表和学生实验预约数据表，大学物理 实验管理系统的数据库名字为w u l i m d b ， 用户数据表( l a b u s e r d b ) ：只包含一个数据表，即用户数据表( u s e r ) ，其 结构如下。 1 6 硕士擘住论文 m a s t e r st h e s i s 表2 2用户数据表结构 字段名中文描述数据类型长度 说明 u s e r n a m e 用户名 v a r c h a r 5 0 主键 p a s s w o r d 密码 v a r c h a r5 0 p e r m i s s i o n s 权限 v a r c h a r 2 0 0 符合一定格式 的字符串 c o o k i ev a r c h a r3 8 动态生成 a c t i v i t y t i m c登录时间 d a t c t i m e8 二实验室相关信息表： 大学物理实验管理系统的各个表格结构设计如下： 表2 3学生实验成绩信息表 列名参数 数据类型可否为空说明 班号l o n g i n t n o t n u l l 学生班号 学号 t c x tn 0 1 1 州l l 学生学号 姓名 t e x tn o t n u l l 学生姓名 实验项目1预习分l o n g i n t n u l l 预习检测分 操作分 l o n g i n t n u l l 实验操作分 报告分l o n gi l i t n u l l 实验报告分 实验项目 预习分 l o n g i n t n u l l 预习检测分