物理實驗管理系統的構建與實現*①

吳慶春 唐春紅

(南京工程學院物理實驗中心 江蘇 南京 211167)

1 引言

實驗教學是高等學校教學過程中的重要組成部分，對于學生實踐能力的培養和創新意識的形成起著至關重要的作用.故開設和管理好大學物理實驗是培養優秀工科人才的基礎工程.隨著Internet的普及，我校物理實驗中心也不斷加快信息化進程的各種輔助教學.傳統的物理實驗選課方法、物理實驗的預習、教學信息管理和發布、學生成績管理等工作煩瑣、漫長、低效，直接影響了教學進程和學生學習.物理實驗中心適時地建立了網絡平臺,通過該平臺學生可以進行網絡選課，利用網上物理實驗的課件進行在線預習，網上模擬實驗，在線向教師請教有關物理實驗的問題，查閱教師對自己已完成實驗的反饋意見，查看中心發布的教學信息.教師可以借助網絡平臺進行學生的成績管理、儀器管理等，使實驗中心的各項工作有序而高效.

2 管理系統的硬件結構

硬件主要包含服務器，電源控制適配器，各計算機終端、觸摸屏終端或手持PDA終端，路由器及實驗終端電源控制器[1].系統硬件如圖1所示.

圖1 系統硬件結構

基礎部專門配置一臺服務器，用于提供基礎部和物理實驗中心的網站信息服務，同時運行實驗中心的開放實驗教學綜合管理平臺.該平臺為東南大學電工電子實驗中心與我校物理實驗中心合作開發的針對物理實驗課程的管理系統[1～3]，涵蓋了實驗教學管理系統、教學資源網站、精品課程網站、省級示范中心網站、觸摸屏學生登錄系統、電子實驗報告系統等，如圖2所示.

圖2 物理實驗綜合管理系統框圖

系統與互聯網連接，系統管理人員可以遠程登錄管理服務器，發布通知，上傳各類互動教學資料，導入學生名單，管理學生班級，設置實驗各類相關信息，包括學期設置，實驗室設置，實驗項目設置，用戶名單管理，開放計劃設置等.實驗教師可以通過計算機終端查詢選課學生名單，對學生實驗過程進行評價，登記學生實驗成績等.學生可以從任一網絡終端登錄實驗中心網站選課;預習實驗;查看實驗中心通知，查詢實驗進度和實驗成績.學生選課后于選定的時間到達實驗室，在派位終端先刷卡認證后進入實驗室在指定的位置完成實驗，相關實驗設備只有在刷卡后才由服務器遠程打開電源.

3 管理系統的軟件組成及功能

軟件組成主要包括實驗教學資源網站，信息發布，教學管理系統，學生個人信息系統，實驗儀器管理等.

(1)教學資源網站.教學資源包含物理實驗體系(含實驗項目分類和所有實驗的背景資料、實驗目的、實驗原理、實驗步驟、數據處理表格和要求、書后習題等)，實驗室信息，精品課程材料和省級示范中心材料等.

(2)信息發布.發布的信息主要是實驗室新聞和通知，實驗室規章制度，實驗室選課實時信息等.

(3)教學管理系統.教學管理系統是對物理實驗教學各個環節的管理，包括教學體系、實驗課程、教師值班、課程班級、實驗成績、用戶權限和系統配置等管理.

(4)學生個人信息系統[2].學生登錄后，可以管理個人帳戶，進行實驗預約；也可以查閱課程信息、實驗進度、實驗成績、違規記錄等；還可以通過站內信箱與教師聯系.

(5)實驗儀器管理[2].實現對實驗室內部的儀器設備的購買、使用、維修、借用和報廢等更為詳盡的管理，是對學校資產處儀器帳目的細化管理.通過該軟件可以實現對儀器設備、低值物品及耗材更科學細致的進行管理.

4 管理系統的功能實現

平臺設計采用Model-View-Controller(MVC)的模式，將應用分解成模型層、視圖層和控制層.該平臺運用MVC模式，建立了四個層次，如圖3所示.

圖3 平臺設計層次

5 管理系統的訪問控制模式

由于實驗管理系統中的用戶種類眾多，包含系統管理人員、實驗員、理論課教師等，不同的身份在管理系統的使用中具有不同的權限，完成不同的操作，因而要求系統設置權限控制.使用基于角色的訪問控制(RBAC, Role Based Access Control)模型能有效地實現系統的安全管理，降低管理開銷，提高管理效率.模型如圖4所示.

圖4 基于角色的訪問控制(RBAC)模型

在基于角色的訪問控制(RBAC)模型中，系統管理員給不同的角色分配不同的權限.給用戶的授權是通過授予用戶一個角色實現的;只要某用戶屬于某個角色，他就具備這個角色的所有操作許可.一個用戶可以承擔不同的角色，這樣在用戶和權限之間建立的是多對多的關系，而不是一對多的關系，從而實現授權的靈活性，將原來用戶與權限之間的1∶N聯系型變為了用戶、角色、權限之間的三元M∶N聯系型[3].

在系統B/S結構的應用中,一個操作可能由一個頁面完成，也可能由一組多個頁面完成.考慮到頁面和功能之間的聯系，在該管理系統的權限模型中，系統將用戶—角色—權限關系轉化為了用戶—角色—頁面組關系，從為角色指派系統中某一具體操作的許可，簡化為對某一頁面組的訪問許可.如此既實現了基于角色的訪問控制，又實現了頁面組的操作權限管理.該方法很好地實現了訪問者的權限管理，又使得各模塊的功能具有整體性和一致性，對頁面的增減只需對角色的權限修改即可實現.

6 結束語

自2008年9月起,經過三年多的運行,表明物理實驗管理系統具有穩定、高效、實用等特征，成為物理實驗中心進行教學體系管理的綜合平臺，使得學生有了獲取物理實驗全面信息的窗口，教師的教學管理更加高效而有序;同時加強了師生之間的溝通，取得了良好的教學及管理效果.

參考文獻

1 胡仁杰，蔣瑋，劉凱，康凱. 構建實驗教學管理體系實施科學規范管理. 實驗室研究與探索，2007，26(5)：9～11

2 常春，胡仁杰，蔣瑋，劉凱. 網絡化綜合實驗教學管理系統的研究和實踐. 實驗技術與管理，2007，24(6)：94～97

3 蔣瑋,胡仁杰. 基于角色的訪問控制模型在實驗室教學管理系統中的應用. 實驗室研究與探索，2007，26(6)：4～6