少数民族地区高校开放型计算机实验室管理系统的构建

摘 要: 实验教学作为培养综合型高素质人才的一个重要环节,开放型实验室建设受到各高校的重视。本文以河池学院公共计算机实验室为例,介绍了基于网络的开放型计算机实验室管理系统的设计和开发过程,着重描述了需求分析、功能模块设计、体系结构和数据库设计、关键步骤流程等问题。

关键词: 少数民族高校 开放型计算机实验室 管理系统 设计

一、实验教学管理现状分析

教育是国家发展的重要基石,国家越来越重视对各种高素质人才的培养。从20世纪90年代末开始,国家就提出了高校教学改革的思想,并不断扩大高校招生规模,加大对高等教育的投入,通过采取一系列措施很好的促进了我国高校教育的发展。但是,随之而来的问题是管理难度加大。在实验教学管理方面,为了改善学生“高分低能”的现象,提高学生综合能力,培养适应社会发展需要的高素质人才,各高校均进行了实验教学改革,投入大量资金用于实验室建设,购置大批先进实验设备,增加实验时间,细化实验内容,并力求增强实验的创造性和自主选择性,以提高学生个性化发展的需求。显然,传统的实验教学管理模式已经不再能适应当前的发展。

以我校公共计算机实验室为例:2003年,我校仅有两个公共计算机实验室,计算机设备100台。随着学校的不断建设发展,到2010年,公共计算机实验室数量已增至7个,拥有计算机设备450台,实验室每天的利用率超过80%。学校和实验室管理人员一直在不断加强管理和建设,虽然取得了一定进步,但仍然存在下面的问题。

1.实验教学安排信息无法双向交流,实验室只能被动根据课表进行安排,教师学生也只能根据课表进行实验,实验室开放性不足。

2.实验室管理信息化不足,实验设备的使用情况统计不能实时掌握。

3.实验室管理零散化,各个实验室之间缺少有机的联系和配合。

4.实验室资料管理模式过于传统,网络化不足。

要解决这一系列问题不能仅仅依靠简单地增加管理人员,它对实验室管理提出了新的挑战――如何为实验室管理者和教师学生等普通用户提供更好的技术支持、更方便的服务、更高效的管理模式。基于网络的开放型实验室管理系统,以校园网为基础,构建公共计算机实验室管理的信息化平台,可以促进教学资源的共享,规范化管理,提高管理效率,促进实验室建设改革,充分发挥实验室在学生综合素质培养方面的重要作用。

二、开放型实验室管理系统设计

系统的设计根据我校公共计算机实验室的实际情况,本着“易用性、开放性、易于拓展及维护”的原则进行。

1.总体设计构想

系统以加强实验室管理的信息化、规范化、智能化为最终目标,集合实验设备管理、实验项目管理、实验预约、资源共享、实验信息等功能,形成一套比较完善的实验室全方位管理系统,为师生提供人性化的实验环境,激发学生实验热情,提高学生的动手能力和创新能力。

2.需求分析

根据上述总体思想,结合我校实验教学的实际情况,开放型实验室管理系统需具备以下功能。

(1)针对不同用户群,设立权限不同的用户。

(2)可以对实验室使用情况、设备情况进行监控,便于统筹安排。

(3)实现实验课程在线预约。

(4)实验教学及实验室相关信息。

(5)实验室相关数据统计。

3.功能模块设计

根据需求分析结果,将系统分为系统管理、实验室管理、实验预约管理、信息交互管理四个模块,系统功能结构如图1所示。

(1)系统管理模块。系统管理模块由用户账户管理、用户信息管理和数据安全管理三个子模块组成。

本系统用户分为三类:教师、学生、实验室管理员。这三类用户的用户名称、所属类别、所属系部、学号、登陆密码等信息全部通过用户信息管理模块进行管理。在模块中用户可对相关信息进行添加、修改、删除等基本维护操作,其中添加、删除操作只能由实验室管理员完成,教师用户和学生用户则可以修改登陆密码。该模块设有公共查询功能,方便用户快速查询。

用户账户管理负责对使用该系统的所有用户进行权限设置。实验室管理员可以对所有模块进行操作。教师用户和学生用户则根据实际情况有限制地使用系统。

数据安全模块用于系统数据的导入、导出,并与网络数据库联通,方便管理员备份系统数据,加强系统数据安全。

(2)实验室管理模块。该模块主要面向实验室管理员,旨在实现实验室高效的无纸化管理,由实验室基本信息管理、实验设备管理、物品借出管理、实验室使用情况实时管理、实验室档案管理五个部分组成。

实验室基本信息模块记录各个计算机实验室软、硬件情况,如实验室名称、位置、面积、所属类型、设备配备数量等。

实验设备管理模块详细记录各个实验室实验设备数目、详细型号参数、运行状态,以及新设备的添置、老旧设备报废等信息,并设在线报修功能,用户在使用过程中发现问题,通过此功能直接报修。实验室管理员接收报修通知后可进行设备维修,修复完成后在线填写处理结果进行反馈。

设备借用管理模块负责记录设备和各种配件出借/领用详细记录,包括借出/领用日期、借用/领用部门(或个人)、借用/领用用途、设备或配件的详细参数、设备编号、经手人、归还日期、归还时设备情况等。

实验室情况实时管理模块可以查询各实验室各个设备的当前使用情况,实现实验室的实时管理。

实验室档案管理模块一方面向所有用户公示实验室各项规章制度,一方面收录各项实验室相关通知、文件等相关材料。每份材料记录包括收到日期,摘要,全文记录等信息。

(3)实验室预约模块。在线实验预约是管理系统的一个重要功能,由一个专门的模块来实现,包括:实验室安排公示、实验室安排查询、在线实验申请。

根据我校的具体情况,实验分为教学必做实验和扩展实验两种。教学必做实验是指根据教学计划学生必须完成的实验。该类实验在实验室安排方面具有优先权,实验室管理员在做实验室使用计划时须保证该类实验的开展。扩展实验是指教学计划外,教师或学生根据自身兴趣和需要开展的延伸性实验。此类实验的开展是实验室开放性的体现。

教学必做实验一般在学期开学前即可确定。实验室管理员做好实验室安排,通过实验室安排公示模块向全校师生公示。师生根据安排开展实验教学。

实验室安排查询可根据查询条件如实验室属性、指定日期、空闲情况等快速搜索出相应的安排。

在线申请模块为教师或学生提供实验室使用申请表单,师生填写后在线提交。实验室管理员接收申请,根据实际情况对申请进行审核,并在线填写反馈,更新实验室安排表。师生通过申请反馈信息可以查询到申请结果。

(4)信息交互模块。信息交互模块用于用户信息交流,资源共享。包括实验资源共享、实验报告下载、实验结果上传、实验成绩。

教师通过系统上传实验教材和实验报告模板供学生下载,学生完成试验后同样通过系统上传实验结果,方便教师统一收取。教师评阅实验结果后,亦通过系统对各学生进行评分。系统收集分数数据,以便以后对实验室数据统计分析。

三、开放型实验室管理系统实现

1.系统体系结构

根据上述需求分析,本系统决定采用基于B/S模式(Browser/Server模式)的三层系统结构。即用户层、应用层、数据层。具体结构如图2所示:

第一层:用户层。用户层直接面对系统用户,是系统与用户的接口。用户层采用Web浏览器,具有交互功能。通过此层,管理系统为用户提供可视化的操作界面,接受用户输入信息和操作请求,并将后台返回的处理结果反馈给用户。简而言之,用户层就是整个管理系统的“窗口”。

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第二层:应用层。应用层设立Web服务器和应用服务器,在整个体系结构中起到承上启下的作用。它接受用户层提交的用户信息和操作请求,启动相应的响应方法,在需要的时候访问数据层,调用需要的数据加以处理,最终形成处理结果,并将结果返回给用户层。应用层相当于系统的“大脑”,由它控制整个系统的运作,实现系统的逻辑功能。

第三层:数据层。数据层设立数据服务器,位于整个系统的最底层,负责系统数据的存储、更新和处理。它不参与系统的逻辑功能实现,只根据应用层的指令完成数据的添加、更新、查询等操作。数据层相当于系统的“仓库”,存储整个系统的相关数据,直接与应用层通讯。

同传统的C/S模式(Client/Server模式)比较,B/S模式下,系统对客户端要求低,易于大范围推广;用户层采用Web交互界面,操作方式简单;不同于C/S模式中由客户端实现主要逻辑功能,B/S模式下系统这部分功能都在应用服务器中完成,减轻了客户端的负担,提高了整个系统的实时性;并且,维护时只需针对应用服务器,无需更改客户端。可见,B/S模式具有用户操作简单、资源利用率高、系统可维护性强、安全性好等优点,利于大数量客户端情况下管理系统的构建。

2.数据库实现

数据库是整个管理系统的基础,本着“力求简洁,逻辑关系简单”的原则,系统采用二维关系数据库,数据库建立如下主要相关数据表及字段。

(1)用户群组表(Usergroups)。编号、组名称、组表述、组数据存储表单名称。

(2)权限表(Competence)。群组编号、权限编号。

(3)实验室管理员信息表(Administrator)。编号、所属群组、姓名、密码、所属单位、联系方式。

(4)教师信息表(Teacher)。编号、所属群组、姓名、密码、所属院系、所属教研室、联系方式。

(5)学生信息表(Student)。编号、所属群组、姓名、性别、学号、密码、院系、专业、联系方式。

(6)实验室信息表(Laboratory)。编号、实验室名称、位置、所属类别、开放类别、开放时段、管理部门、管理员、面积、容纳人数、设备名称、设备数量。

(7)设备类别表(Ecategories)。编号、类别名称、类别描述。

(8)设备信息表(Equipment)。编号、设备名称、设备类别、学校编号、所在实验室、设备型号、详细参数、使用状况、出借状况、维修记录。

(9)设备出入信息表(Loan)。编号、设备出库日期、领用人姓名、领用人所属部门、设备用途、设备详细参数、设备编号、归还日期、归还时设备情况。

(10)实验室使用情况实时记录表(Dbspace)。编号、设备编号、设备名称、所属实验室、当前使用情况、学号、用户姓名。

(11)实验室使用记录表(Statistics)。编号、设备编号、设备名称、所属实验室、用户姓名。

(12)实验室文件信息表(Archives)。编号、文件接收日期、文件编号、文件发送部门、文件关键词、文件标题、文件存档位置。

(13)实验室安排表(Costanalysis)。编号、学年学期编号、星期编号、课程名称、实验班级、班级所属系部、班级所属专业、班级人数、任课教师姓名、实验课节次、实验周次、分配实验室。

(14)实验室使用申请表(Application)。编号、学年学期编号、发出申请日期、申请类型、申请人姓名、申请用途、计划实验日期、星期编号、计划实验节次、计划实验次数、计划实验参与人数、实验名称、处理状态、申请答复。

(15)实验成绩管理表(Result)。学生姓名、学生学号、实验课程名称、实验成绩、评分教师、教师意见。

3.关键步骤

(1)登陆验证和密码管理。本系统用于我校开放型公共计算机实验室的信息化管理,面向对象为我校师生。为保证系统的安全性,不开放自主注册,所有师生基本信息均由实验室管理员添加,系统为所有师生设立统一初始密码。实验室管理员信息则由系统管理员在后台直接添加。登陆系统时,要求所有用户输入姓名、密码、用户群组编号。系统先到用户群组表搜索,找到相应群组数据表单,再核对用户信息,信息正确则验证通过,用户登录成功,拥有所属用户群组相应权限;反之则验证失败,系统拒绝用户登录,并弹出提示窗口提醒用户检查输入信息。

用户登录系统后,可以到系统管理模块修改密码。更改程序要求提供用户姓名,并连续两次输入原始密码,系统通过输入窗口获取输入信息,到相应表单搜索,核对原始密码无误则更新表单信息,用户修改密码成果,反之则修改失败。系统根据结果给出相应提示。

(2)权限设置。系统对三类用户权限设置如表1所示。

表1 用户权限表

(3)实验室实时管理。我校各个公共计算机实验室内,计算机编号与IP地址相互对应。教师和学生用户使用计算机登陆系统。登陆后,系统自动弹出窗口,要求用户填写当前日期、节次、实验室名称等信息,并获取IP地址,自动生成设备编号信息,与用户填写的信息一起发给应用服务器。系统根据服务器接收到的数据,更新实验室使用情况实时记录表,再根据实验室使用情况实时记录表生成设备使用情况显示图,对在用设备重点标记,实现可视化管理。根据学校课程安排特点,实验室使用实时记录表每两节课全部更新一次,最终达到实时监控的目的。另一方面,每次更新数据前,会将当前实时记录上的数据添加到实验室使用记录表中,该表数据不做删除处理,保留每套设备的所有使用记录。记录用于学生实验时间、设备运行时间等统计分析。

(4)在线实验申请。用户使用在线实验申请功能,填写相关表单,系统获取学年学期编号、预定的星期编号、申请节次、实验室编号、计划申请周次等数据后,查询实验室安排表。如与输入信息完全一致的记录,则说明所申请的实验室在申请时段已有安排,申请被拒绝,系统发回提示:“该时段实验室已有安排,请另择时间!”如遍历实验室安排表,没有符合记录,说明申请的实验室在申请时段空闲,系统继续获取实验参与人数、实验室名称等数据,查询实验室信息表,对比指定实验室容纳人数与实验参与人数,若参与人数小于等于容纳人数,实验室申请成功,将申请记录添加到实验室使用申请表,并把出来状态标记为“待处理”。若参与人数大于容纳人数,申请被拒绝,系统发回提示:“实验室可容纳人数无法满足申请,请重新申请计划!”

实验室管理员通过查询实验室使用申请表,获取申请记录,根据具体情况,审核“待处理”申请。若同意申请,实验室管理员填写申请答复为:“通过”,修改处理状态为“已处理”,并更新实验室安排表,添加新的安排记录。若不同意申请,管理员填写申请答复为:“不通过,请另行考虑申请计划。”修改修改处理状态为“已处理”,无须改动实验室安排表。

本套管理系统的设计充分联系我校实际情况,结合少数民族地区高校实验教学特点,可以较大程度地提高学校实验室利用率,促进实验教学水平,强化公共计算机实验室管理,在运用中取得了良好效果。虽然运用范围只限公共计算机,但系统设计具有普遍性,可进一步推广到学校的其他学科实验室管理中。

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