實(shí)驗(yàn)教學(xué)及信息化管理平臺(tái)的研究與實(shí)現(xiàn)

摘要：介紹了一種基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及信息化管理平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該平臺(tái)改變了傳統(tǒng)高校實(shí)驗(yàn)室管理手段，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)的組織、開展與實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的配置、管理有機(jī)地聯(lián)系起來，對(duì)于提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織能力，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享與配置具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室；信息化管理平臺(tái)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源

作者簡介：姜華（1976-），男，滿族，遼寧鳳城人，黑龍江科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，工程師；宋瑩瑩（1980-），女，黑龍江雞西人，黑龍江科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，工程師。（黑龍江 哈爾濱 150022）

基金項(xiàng)目：本文系黑龍江科技大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目“電信學(xué)院實(shí)驗(yàn)室教學(xué)、管理綜合平臺(tái)的建設(shè)”的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2013）23-0093-02

高校人才培養(yǎng)方案中明確指出，應(yīng)突出培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，按照培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才的要求構(gòu)建各專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)體系，豐富實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)，將學(xué)生參與科研實(shí)踐活動(dòng)貫穿于專業(yè)教學(xué)的整個(gè)過程。加強(qiáng)在校本科生實(shí)踐動(dòng)手能力，有利于優(yōu)化人才培養(yǎng)的層次結(jié)構(gòu)，有利于本科教育人才培養(yǎng)模式的創(chuàng)新和多樣化，有利于促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。

實(shí)踐雖然重要，但作為實(shí)踐環(huán)節(jié)重要組成部分的各高校實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)管理現(xiàn)狀卻不容樂觀，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與落后的實(shí)驗(yàn)室資源管理手段使得實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織和管理效率不高，實(shí)驗(yàn)資源無法得到有效共享與利用，出現(xiàn)了學(xué)生無法在實(shí)驗(yàn)之前充分了解實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)規(guī)章制度；學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)間的確認(rèn)必須通過與實(shí)驗(yàn)教師反復(fù)聯(lián)系確認(rèn)后，由教師根據(jù)課程表手工填寫，不方便且不可靠；實(shí)驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)無法準(zhǔn)確及時(shí)公布，影響實(shí)驗(yàn)室開放；實(shí)驗(yàn)室各種材料的整理工作需要抽調(diào)部分教師手工完成等情況。

建設(shè)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理平臺(tái)可最大限度避免人力及各種設(shè)備資源的浪費(fèi)，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理水平。通過實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理平臺(tái)，學(xué)生與教師可以及時(shí)進(jìn)行溝通，合理規(guī)劃課程進(jìn)度，有效利用實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、資源；實(shí)驗(yàn)室的各種材料及時(shí)在平臺(tái)上更新，既方便了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室各種規(guī)章制度的了解，也方便了學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行狀況及各種數(shù)據(jù)、材料的統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了無紙化辦公，既節(jié)省了大量人力物力又實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保。黑龍江科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心教師組經(jīng)長期的工作總結(jié)，在2013年開發(fā)了高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)教學(xué)及信息管理平臺(tái)。

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)平臺(tái)介紹

由于系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)前，黑龍江科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理主要采用傳統(tǒng)的手工、紙張記錄方式。各種實(shí)驗(yàn)規(guī)章、制度、實(shí)驗(yàn)設(shè)備參考材料或張貼上墻或以紙張的形式裝訂成冊(cè)；學(xué)生的聯(lián)系方式、課表的建立、設(shè)備的維修記錄都是通過專用的記錄本手工完成，這些實(shí)驗(yàn)相關(guān)基礎(chǔ)材料容易遺失，且查找信息時(shí)十分不便。

因此，黑龍江科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)平臺(tái)建設(shè)的重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上選課、教學(xué)信息發(fā)布和儀器設(shè)備狀態(tài)發(fā)布，并且實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中心各種規(guī)章制度等材料的公示，實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容介紹、輔助使用教學(xué)內(nèi)容下載等。其中，網(wǎng)上選課是將實(shí)驗(yàn)課程安排由原來的內(nèi)容和時(shí)間相對(duì)固定的方式改變?yōu)殪`活的網(wǎng)上預(yù)約方式，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間安排情況，在網(wǎng)上預(yù)約時(shí)間來做實(shí)驗(yàn)。[1]在方便了學(xué)生的同時(shí)，也減輕了實(shí)驗(yàn)教師的管理工作量。

在詳細(xì)分析了實(shí)驗(yàn)室工作的實(shí)際工作過程后，將平臺(tái)結(jié)構(gòu)分為七大模塊，如圖1所示。

1.實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度模塊

實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度涉及對(duì)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)教師、學(xué)生及實(shí)驗(yàn)設(shè)備安全使用等方面的規(guī)定、要求信息。將各種規(guī)章制度在平臺(tái)公布，使學(xué)生在進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，提前明確實(shí)驗(yàn)教師及學(xué)生自身的責(zé)任與義務(wù)、注意實(shí)驗(yàn)安全、防范意外發(fā)生，可以更好地保障實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。該模塊分為四部分：實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)教師要求規(guī)定、專職實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員崗位職責(zé)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)室規(guī)則、設(shè)備使用損壞賠償及事故處理制度。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)模塊

將本學(xué)期的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)以圖塊的形式全面展示出來，并自動(dòng)將各任務(wù)下發(fā)到相應(yīng)實(shí)驗(yàn)教師帳號(hào)的教學(xué)任務(wù)頁面中，與手工分配操作相比可以避免出現(xiàn)遺漏，保障實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的合理分配。實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)模塊分為教學(xué)大綱、教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)項(xiàng)目卡管理三部分。通過這三部分，方便了學(xué)生對(duì)各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的要求、實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)程要求、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量等信息的獲取。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前參照實(shí)驗(yàn)要求，確定自己是否已掌握足夠的理論知識(shí)，便于通過實(shí)驗(yàn)室開放模塊合理安排自己的實(shí)驗(yàn)課程，根據(jù)自己的實(shí)際情況靈活安排自身的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)度。

3.教學(xué)質(zhì)量管理模塊

教學(xué)質(zhì)量管理涉及對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)定，實(shí)驗(yàn)教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)情況、實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)及學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課后對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題的思考、解答等方面，公開、公正地對(duì)學(xué)生進(jìn)行分項(xiàng)評(píng)定給分。教學(xué)質(zhì)量管理模塊分為實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、課后思考題、實(shí)驗(yàn)過程評(píng)定、實(shí)驗(yàn)易錯(cuò)提示四部分。通過這四部分，學(xué)生可以提前對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過后對(duì)實(shí)驗(yàn)思考題進(jìn)行回答等，實(shí)驗(yàn)教師可提前對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中易發(fā)生的錯(cuò)誤操作進(jìn)行警示。

4.教學(xué)資源管理模塊

教學(xué)資源管理模塊將與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)的多媒體課件、實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備的使用方法、實(shí)驗(yàn)可以采用的仿真軟件等提供給學(xué)生。教學(xué)資源管理模塊主要分為教學(xué)課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)兩部分。通過這兩部分內(nèi)容，為學(xué)生理論知識(shí)的鞏固、實(shí)驗(yàn)過程的預(yù)習(xí)等提供了生動(dòng)的輔助教學(xué)功能。

5.實(shí)驗(yàn)室開放模塊

實(shí)驗(yàn)室開放可以充分提高實(shí)驗(yàn)室資源的使用效率，學(xué)生自主對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、時(shí)間進(jìn)行選擇，激發(fā)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣，提高了學(xué)生思考問題、分析問題、解決問題的能力，并緩解了由于學(xué)校招生規(guī)模擴(kuò)大對(duì)實(shí)驗(yàn)室造成的資源需求壓力。實(shí)驗(yàn)室開放是一種嶄新的教學(xué)模式，為此將與實(shí)驗(yàn)室開放相關(guān)的各項(xiàng)內(nèi)容統(tǒng)一規(guī)劃在此模塊中，模塊分為實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)室開放安全管理、儀器設(shè)備開放管理三部分。通過此模塊，學(xué)生可以提前預(yù)約開放性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、時(shí)間、地點(diǎn)，并可以指定指導(dǎo)教師，教師審核通過后，通過該模塊進(jìn)行確認(rèn)，則預(yù)約成功。

6.儀器設(shè)備管理模塊

實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備絕大部分是通過政府采購、中央財(cái)政撥款購置的，許多實(shí)驗(yàn)室都由于設(shè)備信息不公開，存在儀器設(shè)備無計(jì)劃購置、重復(fù)購置的問題。此外，由于實(shí)驗(yàn)室的管理體制不夠健全、管理方法不夠先進(jìn)、儀器設(shè)備的購置和使用缺乏長期規(guī)劃、儀器設(shè)備閑置、開放共享程度低、儀器設(shè)備管理人員流動(dòng)等問題造成實(shí)驗(yàn)設(shè)備容易丟失、損壞等現(xiàn)象。

通過建設(shè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)設(shè)備全部在網(wǎng)上公示，從采購環(huán)節(jié)開始到報(bào)廢環(huán)節(jié)結(jié)束，每一環(huán)節(jié)都要準(zhǔn)確標(biāo)注設(shè)備狀態(tài)及負(fù)責(zé)人員，可以確保國有資產(chǎn)不流失，實(shí)現(xiàn)誰損壞誰賠償。將儀器設(shè)備的實(shí)時(shí)狀況及時(shí)在網(wǎng)上顯示出來，促進(jìn)了儀器設(shè)備的合理使用、合理流動(dòng)、資源共享，加強(qiáng)了儀器設(shè)備的管理，杜絕了設(shè)備閑置浪費(fèi)、公物私化。該模塊分為儀器設(shè)備管理制度、儀器設(shè)備查詢、低值易耗品查詢、設(shè)備報(bào)廢、設(shè)備維修五部分。

7.用戶中心模塊

用戶中心模塊分為實(shí)驗(yàn)預(yù)約、實(shí)驗(yàn)課表、實(shí)驗(yàn)論壇三部分。通過此模塊，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行預(yù)約，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)預(yù)約進(jìn)行確認(rèn)，同時(shí)利用論壇，學(xué)生可以將自己遇到的問題、困難與實(shí)驗(yàn)教師進(jìn)行交流。

二、用戶權(quán)限分級(jí)

系統(tǒng)平臺(tái)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行與系統(tǒng)平臺(tái)用戶的權(quán)限管理密切相關(guān)。系統(tǒng)管理員擁有系統(tǒng)平臺(tái)的最高權(quán)限，負(fù)責(zé)系統(tǒng)平臺(tái)的運(yùn)行維護(hù)、平臺(tái)框架的修改、各級(jí)別用戶基本信息的錄入、權(quán)限分配、實(shí)驗(yàn)課程信息設(shè)置等工作。[2]本系統(tǒng)平臺(tái)不設(shè)置自行注冊(cè)，由系統(tǒng)管理員通過學(xué)生、教師的一卡通信息統(tǒng)一對(duì)本院所有學(xué)生、教師進(jìn)行注冊(cè)，根據(jù)權(quán)限，系統(tǒng)平臺(tái)用戶分為四個(gè)級(jí)別：

1.瀏覽級(jí)

瀏覽級(jí)用戶可以瀏覽平臺(tái)上所有與實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度、實(shí)驗(yàn)設(shè)備狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的相關(guān)內(nèi)容及已經(jīng)完成預(yù)約的實(shí)驗(yàn)課表等內(nèi)容。

2.學(xué)生級(jí)

學(xué)生級(jí)用戶通過登錄界面可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約申請(qǐng)及論壇登錄。

3.教師級(jí)

教師級(jí)用戶可以對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)預(yù)約申請(qǐng)進(jìn)行審核，審核通過則預(yù)約成功，并可以增加實(shí)驗(yàn)課程，修改實(shí)驗(yàn)課程表。

4.管理級(jí)

管理級(jí)用戶除具有教師管理權(quán)限外，還可以對(duì)平臺(tái)的框架進(jìn)行增加、刪除、修改等操作。

三、系統(tǒng)平臺(tái)的開發(fā)及數(shù)據(jù)庫選擇

黑龍江科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理系統(tǒng)平臺(tái)，使用Microsoft Visual Studio作為開發(fā)平臺(tái)，采用B/S模式，分為三層結(jié)構(gòu)：前端客戶機(jī)瀏覽器、Web服務(wù)器、后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器?？蛻敉ㄟ^瀏覽器客戶端發(fā)送HTTP協(xié)議向Web服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，Web服務(wù)器接到客戶所發(fā)請(qǐng)求后把請(qǐng)求交給后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后將處理結(jié)果以HTML格式返回給客戶機(jī)瀏覽器。采用B/S三層體系結(jié)構(gòu)，客戶端無需安裝任何程序，既減輕了客戶端電腦的負(fù)荷，給數(shù)據(jù)訪問和應(yīng)用程序執(zhí)行帶來極大便利，也大大降低了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本及工作量。[3]

在網(wǎng)絡(luò)軟件的編寫過程中，將JS、VS、Ajax、C#進(jìn)行結(jié)合，由于這些技術(shù)功能強(qiáng)大，在方便使用的同時(shí)，也帶來了一些安全問題。

1.系統(tǒng)權(quán)限設(shè)定確定的系統(tǒng)安全機(jī)制

由系統(tǒng)根據(jù)用戶級(jí)別，確定用戶所管理的工作內(nèi)容，進(jìn)入相應(yīng)的管理頁面，各用戶級(jí)別之間信息保密，這是本系統(tǒng)權(quán)限管理的關(guān)鍵部分。并且用戶的每次登陸及數(shù)據(jù)的更改都做日志管理，這樣出現(xiàn)數(shù)據(jù)問題時(shí)，能很好地追蹤數(shù)據(jù)的來源。

2.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)漏洞防范

B/S技術(shù)帶來了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的革命，但也帶來了諸多隱患，如SQL、XML的代碼注入問題，XSS的跨站攻擊問題，蠕蟲病毒感染，跨域發(fā)送代碼請(qǐng)求，防火墻問題等。隨著問題的出現(xiàn)，解決問題的方法也不斷涌現(xiàn)。針對(duì)這些問題的分析與解決方法，本系統(tǒng)平臺(tái)在數(shù)據(jù)更改入庫前加了一層代碼防攻擊保護(hù)層，最大限度地保證了入庫數(shù)據(jù)的安全，保證了平臺(tái)信息的正確性。

為防御黑客利用電腦的快速反應(yīng)能力對(duì)用戶賬號(hào)進(jìn)行連續(xù)攻擊，使用隨機(jī)驗(yàn)證碼+限制登錄錯(cuò)誤次數(shù)來保障用戶賬號(hào)安全。同一時(shí)間段連續(xù)三次輸入錯(cuò)誤密碼進(jìn)行登錄時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行用戶鎖定處理，需要聯(lián)系管理員或者二小時(shí)后自動(dòng)解封。

每學(xué)期實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)班級(jí)和人數(shù)均固定，且系統(tǒng)用戶數(shù)量相對(duì)固定，這就決定了系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)量不大，用戶并發(fā)量不大?？紤]到學(xué)校的實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，為簡化系統(tǒng)安裝，降低平臺(tái)維護(hù)難度與系統(tǒng)成本，本系統(tǒng)平臺(tái)采用access作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，而未采用sql server、Oracle等中大型關(guān)系數(shù)據(jù)庫。經(jīng)試運(yùn)行，完全能滿足黑龍江科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的日常教學(xué)管理工作。

四、結(jié)束語

黑龍江科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理系統(tǒng)平臺(tái)已通過試運(yùn)行。試運(yùn)行期間系統(tǒng)平臺(tái)顯現(xiàn)出突出特點(diǎn)：界面友好、權(quán)限分明、適應(yīng)性好，克服了手工操作的諸多不便，節(jié)約了人力物力，實(shí)現(xiàn)了無紙化、網(wǎng)絡(luò)化管理，方便了師生，提高了管理效率，為實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)、管理提供了高效、可靠的保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]王佳偉.淺談開放性實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)建設(shè)及應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，（3）.

[2]柴旺興.實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國電力教育，2009，（2）.

[3]蔡雙雙.基于ASP.NET的開放性實(shí)驗(yàn)室綜合信息管理系統(tǒng)[J].軟件導(dǎo)刊，2013，（1）.

（責(zé)任編輯：孫晴）