實驗選修課程預(yù)約系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉一山，魏佳佳，鄒銳標(biāo)

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 理學(xué)院，湖南 長沙 410128）

隨著高校擴(kuò)招，在校學(xué)生規(guī)模越來越大，而各高校實踐教學(xué)硬件資源的增長遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于學(xué)生人數(shù)的增加，造成實踐教學(xué)資源相對緊張。通過調(diào)查我們發(fā)現(xiàn)，在實驗室資源緊張的同時，實驗室的利用效率還有待提高。因此，開發(fā)一個基于Web的多功能的實驗選修課程預(yù)約系統(tǒng)，以提高實驗室的使用和管理效率，具有十分重要的意義。

1 用戶需求及預(yù)約系統(tǒng)的實用性分析

1.1 用戶需求分析

以行政班為教學(xué)單元安排實驗課程，學(xué)生在規(guī)定的時間、規(guī)定的地點，有規(guī)定的教師上規(guī)定的實驗課程，這種傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式已成為實驗教學(xué)改革的瓶頸。目前絕大多數(shù)高校的公共選修課只有理論課而沒有實驗課程，究其原因主要是因為目前的排課系統(tǒng)只能對以行政班為教學(xué)單元的必修實驗課程進(jìn)行安排，而對實驗選修課程的安排十分困難[1-3]。為充分利用學(xué)校教學(xué)資源（師資、實驗設(shè)備和場地），使實驗教學(xué)有條不紊的進(jìn)行，讓學(xué)生有更多的動手實踐的機(jī)會，開發(fā)一個面向全校學(xué)生的公共實驗選修課程預(yù)約系統(tǒng)，對于彌補(bǔ)目前排課系統(tǒng)的不足，加強(qiáng)教務(wù)管理，進(jìn)一步推進(jìn)高校實驗教學(xué)改革，促進(jìn)學(xué)生動手能力的培養(yǎng)具有重要的現(xiàn)實意義[4]。

1.2 實驗選修課程預(yù)約系統(tǒng)的實用性分析

本系統(tǒng)的目的是將所有的實驗室資源在系統(tǒng)中整合，在專業(yè)必修實驗課排定之后，將所剩空暇時間段安排實驗選修課，面向全校開放，學(xué)生不再以專業(yè)、班級為單位，而是根據(jù)自己的興趣和時間自主預(yù)約實驗選修課，從而使學(xué)生的空閑時間和實驗室資源得到最大限度的利用。

系統(tǒng)可以在任何JavaEE主流Web容器上進(jìn)行部署，可以使用所有Hibernate支持的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲。對表現(xiàn)層代碼進(jìn)行多次優(yōu)化，對IE內(nèi)核和非IE內(nèi)核的瀏覽器都支持。

2 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)描述

本系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)（Browser/Server結(jié)構(gòu)）設(shè)計，在這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面通過瀏覽器來實現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端（Server）實現(xiàn)。

系統(tǒng)基JavaEE平臺開發(fā)，Java的跨平臺性使得本系統(tǒng)可以在支持Java的任何平臺上使用。系統(tǒng)使用了現(xiàn)今最流行的開源框架 Struts2、Hibernate、Spring。 Struts2是一個 MVC 框架，它提供了一個系統(tǒng)分層解決方案，提高了加載速度，保證了系統(tǒng)的易維護(hù)性和可擴(kuò)展性。自帶的數(shù)據(jù)校驗、類型轉(zhuǎn)換、標(biāo)簽庫大大減少開發(fā)所需要編寫的代碼量。Hibernate是一個orm框架，它對數(shù)據(jù)庫的訪問進(jìn)行了一個輕量級的封裝，可以讓程序員以面向?qū)ο蟮姆绞綄?shù)據(jù)進(jìn)行存儲，同時對不同數(shù)據(jù)庫之間的差異進(jìn)行了屏蔽，程序員不必針對某一具體數(shù)據(jù)庫編程。Spring是一個容器管理框架，它負(fù)責(zé)對整個系統(tǒng)進(jìn)行整合和管理，他有兩個核心IOC和AOP。

系統(tǒng)共有5層，其中表現(xiàn)層使用的主要技術(shù)有JSP、CSS、JavaScript、AJAX等。 JSP技術(shù)是在傳統(tǒng)的網(wǎng)頁 HTML文件（ *.htm， *.html）中插入 Java程序段（Scriptlet）和 JSP 標(biāo)記（tag），從而形成 JSP文件（*.jsp）。JSP將網(wǎng)頁邏輯與網(wǎng)頁設(shè)計和顯示分離，支持可重用的基于組件的設(shè)計，使基于Web的應(yīng)用程序的開發(fā)變得迅速和容易。XHTML（可擴(kuò)展超文本置標(biāo)語言），是一種置標(biāo)語言，表現(xiàn)方式與HTML（超文本置標(biāo)語言）類似，不過語法上更加嚴(yán)格。它是一個過渡技術(shù)，結(jié)合了XML的強(qiáng)大功能及HTML的簡單特性，使網(wǎng)頁具有很好的可擴(kuò)展性、互用性和可攜帶性。JavaScript是一種基于對象和事件驅(qū)動并具有安全性能的腳本語言，解決了服務(wù)器端語言遺留的速度問題，增加了網(wǎng)頁互動性，能及時響應(yīng)用戶的操作，對提交表單做即時的檢查，無需浪費時間交由CGI驗證，并對有規(guī)律的重復(fù)的XHTML文段進(jìn)行了簡化，減少了下載時間，為用戶提供了更流暢的瀏覽效果。

2.2 系統(tǒng)層次分析

系統(tǒng)采用了分層的設(shè)計思想，如圖1所示。將數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)校驗、業(yè)務(wù)邏輯、頁面跳轉(zhuǎn)等代碼抽取出來，形成獨立的層次，實現(xiàn)逐層封裝，避免了將所有實現(xiàn)代碼放到一個jsp文件中的情況。這種設(shè)計思想增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展性，使得代碼清晰易讀，便于后期的維護(hù)。

圖1 系統(tǒng)層次Fig.1 Layer of system

1）Model層：使用JavaBean對業(yè)務(wù)實體信息進(jìn)行封裝，通過orm框架Hibernate的關(guān)系映射使JavaBean與數(shù)據(jù)庫中的表一一對應(yīng)。將數(shù)據(jù)庫中的關(guān)系轉(zhuǎn)化為Java中的對象，在上層業(yè)務(wù)代碼中只需操作Java對象，而不再需要關(guān)心數(shù)據(jù)庫中表的字段和關(guān)系。

2）Dao（data access object）層：這一層主要封裝對數(shù)據(jù)的訪問，所有對數(shù)據(jù)的增加、刪除、修改、查詢的操作都會被封裝為相應(yīng)的接口方法，并對其一一實現(xiàn)。在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的連接上，使用了開源的連接池技術(shù)dbcp，當(dāng)頁面被頻繁訪問時，系統(tǒng)不必頻繁地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接，從而大大提高了系統(tǒng)的效率。

3）Service層：調(diào)用Dao層方法，將具體操作封裝成對應(yīng)的方法，供Control層調(diào)用。同時使用Spring框架的AOP（aspact-oriented programming）在方法的切面加上事務(wù)，利用事務(wù)的原子性保證操作的完整進(jìn)行。

4）Control層：由于系統(tǒng)使用了Struts2框架，這一層的主體就是action類。系統(tǒng)收到請求后，由Struts2默認(rèn)的攔截器對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗，并以Java的反射機(jī)制將數(shù)據(jù)注入到action中，在action中調(diào)用service層方法以完成業(yè)務(wù)邏輯，并將結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)到j(luò)sp頁面中進(jìn)行展示。

5）表現(xiàn)層：使用jsp進(jìn)行業(yè)務(wù)表現(xiàn)，為了使代碼清晰易讀，系統(tǒng)舍棄了傳統(tǒng)的內(nèi)嵌Java代碼的邏輯方式，使用最新的JSTL（JSP Sta-ndard Tag Library）配合ognl完成內(nèi)容的展示，而頁面的樣式布局和動作則由外部的CSS和JavaScript完成。

2.3 主要功能模塊設(shè)計與實現(xiàn)

為了讓系統(tǒng)更便捷的服務(wù)于用戶，系統(tǒng)劃分成了以下幾個部分[5-7]，系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能模塊Fig.2 Function module diagram of the system

1）安裝模塊:提供一個jsp頁面，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫和管理員信息的設(shè)置。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫信息和管理員信息并沒有在代碼中固定，而是配置在xml文件中。完成設(shè)置之后，系統(tǒng)會自動修改xml配置文件，無需修改代碼，實現(xiàn)簡單安裝。

2）系統(tǒng)模塊：主要實現(xiàn)了系統(tǒng)角色和權(quán)限的劃分。系統(tǒng)共有3個角色，包括系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生。用戶登錄后，系統(tǒng)會根據(jù)用戶角色給與相應(yīng)的權(quán)限。在系統(tǒng)中注冊的用戶都為學(xué)生，教師用戶由系統(tǒng)管理員創(chuàng)建，系統(tǒng)管理員則在安裝模塊設(shè)置。

3）課程預(yù)約模塊：系統(tǒng)核心模塊。系統(tǒng)管理員可以添加課程和實驗班、查看預(yù)約情況、對已經(jīng)達(dá)到預(yù)約人數(shù)的班級進(jìn)行開課確認(rèn)、對預(yù)約人數(shù)不足的班級進(jìn)行合班或取消開課等。教師可以查看被指定的教學(xué)班級預(yù)約情況、查看學(xué)生信息、查看教學(xué)任務(wù)等。學(xué)生則可以查看可預(yù)約的課程信息、查看預(yù)約情況。

4）信息管理模塊：系統(tǒng)管理員對實驗室、教師、實驗設(shè)備等教學(xué)資源進(jìn)行管理，并實現(xiàn)對資源信息的增加、刪除、查詢、修改功能；對系統(tǒng)內(nèi)注冊的學(xué)生信息進(jìn)行管理，可以按學(xué)院、專業(yè)、所選課程、課程成績等進(jìn)行查詢。同時提供信息統(tǒng)計和報表打印功能。

5）教學(xué)管理模塊：教師對每次上課的情況進(jìn)行登記，并給予相應(yīng)的成績，學(xué)生可以對課程成績進(jìn)行查看。期末時，系統(tǒng)會綜合學(xué)生上課情況按指定的規(guī)則給予最終的成績。

3 預(yù)約流程

系統(tǒng)的預(yù)約流程，如圖3所示，方便快捷，且靈活度高，大大提升了高校實驗室管理工作的效率和質(zhì)量。

圖3 預(yù)約流程Fig.3 Business process of reservation

以數(shù)學(xué)實驗為例進(jìn)行說明：

1）管理員開設(shè)數(shù)學(xué)實驗選修課。課程由8個獨立的實驗組成，8個實驗將在16周內(nèi)完成。每個實驗持續(xù)兩周，將在實驗室空閑時間段開設(shè)課程。

2）學(xué)生在系統(tǒng)中對實驗課程進(jìn)行預(yù)約。

3）預(yù)約人數(shù)達(dá)到要求，則確認(rèn)開班。人數(shù)不足則由系統(tǒng)管理員決定合班或取消開課。

4）系統(tǒng)根據(jù)開班信息通知學(xué)生去上課，如果是合入其他教學(xué)班，則學(xué)生可以決定是否去上課。

5）系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生上課情況給予相應(yīng)成績。

4 結(jié)束語

該實驗選修課程預(yù)約系統(tǒng)的設(shè)計順應(yīng)高等院校實踐教學(xué)改革的要求，能滿足學(xué)生進(jìn)行實驗預(yù)約、老師進(jìn)行管理等各個方面的需求，具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化、高性能、低維護(hù)、界面友好、操作簡單、功能強(qiáng)大、管理方便、平臺優(yōu)秀等一系列優(yōu)點，能夠完全按照開發(fā)設(shè)計的初衷，穩(wěn)定、安全、快速地運行于校園網(wǎng)之上，使得實驗課程選修面向全校師生開放。實驗選修課程的開放豐富了學(xué)生的課余生活，拓寬了學(xué)生的知識面，培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和動手實踐能力，促進(jìn)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)，極大地提高了實驗室資源的使用效率，擴(kuò)大了實驗室的開放力度。

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