基于网络的实践课程智能管理系统的研究

摘要：提出了一种应用于机械工程专业的高校实践课程的方法与系统，建立了基于一卡通的RFID自选式学院实验中心。实验器材分配唯一的条码，将一卡通与实验器材关联，实现实验室的无人管理，对于降低实验室运行成本起到了很大的作用。建立了实践课程智能系统，教师可以全程了解学生在实践教学各环节中的具体表现，给出公正的成绩，并将成绩导入学校统一的成绩录入系统。系统选用B/S模式，通过浏览器向Web服务器发出请求，通过中间组件访问后台数据库，并将操作结果以HTML页面的形式返回给前端浏览器，实现了对高校机械工程专业实践课程的系统管理，选用PHP+Dreamweaver+MySQL方案，系统运行良好。

关键词：实验室；网络；数据库；RFID

作者简介：刘丽娟（1975-），女，山西原平人，中北大学机械与动力工程学院，讲师；武（1967-），男，山西太原人，中北大学机械与动力工程学院，教授。（山西 太原 030051）

基金项目：本文系山西省高等学校青年学术带头人项目、山西省重点实验室开放基金项目（项目编号：2007031007）、中北大学自然科学基金项目的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）08-0182-02

实验室作为学生实践活动的基地，在高校的人才培养、科学研究以及服务经济等方面具有独特的、不可替代的作用，建设并管理好实验室是建设高水平大学的必要条件之一。现有的实验室由于场地等的限制，必须合理共享有限的硬件资源，大多实验是在同一实验室通过不断轮换实验器材来完成繁重的教学任务，实验器材利用率增高，损坏率也随之增高，无法确认损坏时间与人员，实验室的运行成本不断提高。如何对高校实验室进行科学管理，使得实验室的管理智能化，是我国大多数高校实验管理面临的一个现实问题。

一、基于RFID的自选式实验室管理

本系统建立了一种基于RFID的自选式学院实验中心。RFID（Radio Frequency Identification），射频识别技术，是一项利用射频信号通过空间耦合（交变磁场或电磁场）实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术，多用于管理系统。该实验方法以学院为单位进行建立并管理，各个系的实验室统一到学院进行管理，以机械工程实验中心为例，涵盖了先进制造实验室、机械性能实验室、互换性与测量技术实验室、精密与特种加工实验室、机械原理及零件实验室、计算机实验室等多个专业的实验室。在购置实验器材时统一采购，分配唯一的条码并入库。数据库系统记录实验器材的入库时间、购入金额、实验项目、故障与维修、使用时间、使用人等信息。该开放平台可以最大限度地满足学生进行实验课程的需求。从实验项目上完全开放，学生可自主选择实验项目，不仅可以完成与理论相配套的经典实验课程，而且可以完成教学计划规定内容以外的开放选修实验，培养学生的动手实践能力和创新能力。

将学院各系的实验室统一到学院建立与管理，分成计算机区、机床区、检测仪器区、电气设备区、刀具区、实验台区、配件区以及开放实验区，如图1所示。各类实验器材分门别类地进行存放。开放实验区主要用于学生完成开放性实验，如自选课程的实验、参加各类创新性比赛需要完成的实验以及参加科研项目需要完成的各类实验等。

实验室配置TSC条形码打印机3台，SymbolMC70数据采集器2台，扫描枪5把，磁卡阅读器10只。条形码由13位数码组成，1位奇偶校验码，3位分类码，后9位按类别设置，主要用于实验内容的分类，如配件码、年份码、实验类别码、数量码等，确保记录对象的唯一性。光电扫描平台利用光源系统，由光电转换器将光信号转换成电信号，并对电信号进行放大和整形，最后以二进制脉冲信号输出给译码器。条形码译码器将扫描器输出的脉冲数字信号解释成计算机可识别的信号，并传输给计算机。实验器材购置后要进行入库、校验、使用、维修、报废等一系列过程，带有自己的“身份证”，整个实验器材管理流程有条不紊地进行下去。新购入器材时，根据各自的“身份证”将各仪器器材自编条形码，自编条形码打印系统软件自动生成EAN-13码，可以使用TSC条码打印机打印。然后通过扫描器扫入条形码并传入计算机，进入入库操作。工作人员将器材的条码扫入计算机直接进行校验，并将校验结果自动记录入库，需优化数据的在优化后将优化数据一并入库，将校验合格的器材数据通过接口程序输入服务器中的数据库中。学生预约实验时，利用一卡通的号码建立账户，做实验时通过磁卡阅读器读入一卡通，将需要的器材等通过扫描平台或扫描枪读入自己的账户，实验开始记录时间，仪器定时两小时，如超时仪器将自动关闭。每台仪器安装一套自测系统，当实验完毕后需再次刷卡，系统记录实验操作时间，这时仪器自测启动，运行无误后仪器自动关闭，这时学生方可离开实验室。这样可以及时发现实验过程中仪器的损坏，并相关到人。

二、实践课程智能系统

实践课程智能系统包括三个子系统：实验室智能系统、课程设计交互系统，以及实习工作系统。系统整体框图如图2所示。

1.实验室智能系统

实验室智能系统是该系统的主要子系统，包括预约系统、实验器材管理系统、网上实验室以及成绩评定系统。这里主要介绍网上实验室系统。

网上实验室可进行软件实验与虚拟实验。实验由两部分组成：学习部分与实验部分。学生在做实验前可进入学习模块，学习该实验的先修课程，了解注意事项，下载相关图纸，将问题提前上传至数据库或与教师线上交流，完成一些小的测试环节，保证做实验时的质量与进度。通过局域网，开展网上实验室，学生可以与教师在线交流，教师根据学生实验情况评定成绩。如在数控编程实验环节中，为教师和学生提供一个能够不依赖机床硬件而存在的数控编程平台，避免由于数控机床数量不能满足教学要求和直接在数控机床上做实验对设备的损坏。在数控编程课程的测验中，教师通过局域网向学生发送编程任务，并对学生的编程结果进行评价。在该模块中有两个分支系统：学生可以根据系统提示进入学习模块，系统根据学生输入的信息进行处理，经过逻辑推理和专家智能判断得出比较接近的程序供学生参考，学生可将这些程序导入程序软件进行编译并输出结果。开发此模块的主要目的是让学生能掌握数控编程的基本流程，并且在实践中学习，达到日后也成为一个数控编程专家的目的。在本模块中包含有具体的编程实例、对实例的分析以及对图纸的分析等。另外还对实际工作中会用到的一些事项进行介绍，如具体工作步骤、参数的设定、刀具补偿、对刀等。另一个分支系统是学生在学习分支完成学习后，教师在线对学生实验过程进行考核。

2.实习工作系统

实习教学是实践教学的一个模块，包括实习前准备工作、实习报告工作、实习成绩评定工作。在实习前准备中，学生可以通过网络下载实习表格以及实习相关知识资料，在出发前对实习地点、实习内容、实习方向等进行详细了解，做到有的放矢；实习报告环节主要是完成实习回校后做的工作，这时学生可以通过网络与实习教师进行在线交流，下载相关技术资料以及注意事项，并上交实习报告的电子稿，教师可以根据学生在实习中的表现以及在实习报告过程中学生的表现评定成绩，并将它导入学校成绩录入系统。

3.课程设计交互系统

在课程设计模块中，教师可以浏览到由审核员的课程设计题目，能浏览相关信息以及题目下载等；可以上传教师的课程设计题目和相关信息及说明文档，提交到数据库中去，由审核员审核后进行；可以查看学生的情况，浏览学生的选题，做到一人一题；可以下载学生提交的课程设计说明书及图纸，指导学生进行课程设计及说明书的修改。学生通过自己的账号进入系统，浏览经过教研审核入库的题目，查找自己的设计题目与设计要求、指导教师以及相关资料等；学生选择题目后可以与指导教师联系，在教师的指导下完成具体设计并提交设计说明书；另外，还为学生提供下载有关课程设计撰写过程中需要的相关资料。管理员的主要工作有课程设计的浏览、审核、入库，将学生提交的所有说明书显示，由审核员点击查看具体要求和说明，审核说明书是否符合要求。如果通过审核则进行。处于状态的论文将不能再，教师和学生登录时只能看见由审核员通过了的论文；当答辩结束后，由审核组成员将学生的成绩录入到数据库，并将学生的课程设计相关资料刻成光盘，记录下光盘的序号，以便后期查找。学生的答辩记录以文档的形式生成到指定的文件夹下，能够以报表的形式打印下载。

4.网络与数据库技术

用户通过IE、Netseape等浏览器向Web服务器发出的请求，web服务器响应请求，通过web服务的中间组件访问后台数据库，并将操作结果以HTML页面的形式返回给前端浏览器。本智能系统选用B/S模式通过浏览器，如IE就能实现在Intemet或hitranet上的应用和管理，并且在客户端无需进行任何配置。数据库放在服务器端集中管理，系统的升级和改进比较方便。操作系统为Windows Server，选择PHP作为开发工具，开发环境为Dreamweaver。它同时支持多种服务器技术生成由动态数据库支持的web应用程序。Dreamweaver MX是建立Web站点和应用程序的专业编辑器，与Dreamweaver配合使用，建立用数据库连接web服务和旧式系统Internet应用程序。

系统采用MySQL作为数据库后台。新建一个名为“sjxt”的数据库，为了使各个表之间不产生冗余，把每个表里可能出现的数据字段写在一个表里，表与表之间通过关键字相连。这样，出现冗余的情况就减少，表与表之间的联系也更加紧密。本系统可以根据要求建立三个大型数据库文件，以课程设计为例进行说明。在课程设计子系统中建立一个名为“kssj”的数据库，包括11个表，分别为： 系统设置（by_config）；留言板（by_gb）；评分表（by_mark）；信息表（by_msg）；新闻表（by_news）；用户表（by_user）；用户数据内容表（by_userdata）；button编辑器表（ewebeditor_button）；style编辑器表（ewebeditor_style）；system编辑器表（ewebeditor_system）；toolbar编辑器表（ewebeditor_toolbar）。MYSQL可通过两种方式通过PHP与WEB相连，一种通过PHP的MYSQL相关函数，另一种通过PHP的ODBC相关函数。PHP连接MYSQL需要4个参数：数据库地址、数据库名、数据库用户名、数据库密码。

三、实践课程系统的实现

由于该系统内容较多，不能一一介绍，这里仅对系统的核心模块――实验室智能模块进行简单介绍。该模块汇总了我院所有的实验器材，对各类数据进行分类与管理，可根据用户要求对实验设备器材等进行在线入库、出库、查询、修改等操作，还可对实验课程进行管理，可预约、查询、修改、删除等，如图3所示。

四、总结

本文提出了应用于机械工程专业的高校实践课程的技术与方法，建立了基于一卡通的RFID自选式学院实验中心以及高校机械工程实践课程智能管理系统，为高校机械工程专业实践课程提供有益的参考和指导作用。系统选用Windows Server为操作系统，PHP与Dreamweaver为开发工具，MySQL为数据库后台，以实现管理为目标，具有较强的现实可行性。

参考文献：

[1]安小龙，陈佳丽.DreamweaverMX2004网页设计[M].北京：电子工业出版社，2005.

[2]魏应彬，周星，康耀红.网页设计与 Web 数据库技术[M].北京：清华出版社，2002.

[3]郑阿奇，等.SQLServer2000实用教程[M].北京：电子工业出版社，2004.

[4]王月英，施吉祥，任祖平.网络化制造实验室探索与研究[J].实验室研究与探索，2008，27（1）：4-7.