面向網(wǎng)絡的數(shù)學實驗室的設計與研究

肖麗麗

摘 要 首先對數(shù)學實驗室的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理進行介紹，并在此基礎上探討虛擬實驗室的實現(xiàn)方法，從而為今后數(shù)學實驗室的有效設計提供一定的參考依據(jù)。

關鍵詞 MATLAB；數(shù)學；實驗室

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2015）13-0020-02

建立數(shù)學實驗室是現(xiàn)代化教學的必然趨勢，隨著計算機技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)在教學領域中的廣泛應用，如何對數(shù)學實驗室進行科學、合理的設計也成為相關部門所面臨的一項重大課題。本文所介紹的是基于MATLAB網(wǎng)絡的數(shù)學實驗室的設計，該實驗室不僅能夠完成數(shù)據(jù)的計算和分析，而且具備圖像處理功能，為日后數(shù)學課程教學現(xiàn)代化的實現(xiàn)提供了硬件支撐。

1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和整體框架設計

為了能夠確保系統(tǒng)的設計滿足數(shù)據(jù)計算和圖像處理的需求，本系統(tǒng)主要以ASP.NET作為程序?qū)崿F(xiàn)的主軸，并以SQL Server2005和Visual Studio2005作為后臺數(shù)據(jù)庫開發(fā)與管理以及開發(fā)環(huán)境。并在此基礎上增加相應的繪圖軟件，比如說Flash、Photoshop、Dreamweaver等。

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖1給出的是數(shù)學實驗室的整體結(jié)構(gòu)圖，從系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)來看，大致可以將其分為四個層面，即表示層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)訪問層和數(shù)據(jù)層。其中，表示層作為應用程序的客戶端，對于數(shù)據(jù)庫的訪問是通過業(yè)務層來實現(xiàn)的，該層面能夠為各個平臺在最大程度上提供可移植性。對于該層面的網(wǎng)頁界面設計，設計人員主要采取的是.NET應用程序、Dreamweaver8以及Photoshop CS等軟件來完成。業(yè)務邏輯層的功能主要是負責表示層和數(shù)據(jù)層之間的數(shù)據(jù)傳輸，在對數(shù)據(jù)進行傳輸?shù)倪^程中，業(yè)務邏輯層的服務器端先接收表示層（客戶端）發(fā)送的登錄請求，并詳細分析登錄請求；其次，根據(jù)登錄請求的實際內(nèi)容與數(shù)據(jù)訪問層進行通信，最后將處理結(jié)果返回給客戶端。

在整體系統(tǒng)模式下，用戶只需登錄瀏覽器，通過Web向服務器發(fā)出請求，服務器接收請求之后自行處理，和數(shù)據(jù)庫相連，得到相關的信息，然后將這些信息返回到客戶端的瀏覽器上。該系統(tǒng)應用的是典型的B/S三層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)比較簡單，只是上述一個簡單的過程，使客戶機的工作變得簡單，而且整個系統(tǒng)運行過程中環(huán)節(jié)較少，可以在最短的時間內(nèi)將用戶所需的信息傳遞給用戶。

系統(tǒng)的整體框架設計 構(gòu)建的系統(tǒng)需要具備開放性，并且其構(gòu)建思想實現(xiàn)是數(shù)學實驗教學管理和數(shù)學實驗一體化的管理。對于教師所布置的實驗任務，學生可以利用任何一臺計算機完成，同時可以利用計算機與其他學生進行實驗交流，更進一步對實驗內(nèi)容進行了解與掌握。同樣，對于實驗教學的管理和成績管理，教師也可以通過任何一臺計算機完成，并且可以在此基礎上進行實驗監(jiān)控、答疑與交流等。

為了更好地使系統(tǒng)的設計滿足數(shù)學實驗室需求，結(jié)合實驗教學環(huán)節(jié)和具體內(nèi)容，在對整體框架進行設計時將網(wǎng)絡實驗室分為七個模塊：1）用戶驗證模塊，用戶在訪問瀏覽器之前，需要先進行權(quán)限認證，只有認證通過，才可以進入系統(tǒng)，瀏覽系統(tǒng)中的相關資料和使用相關資源；2）資源管理模塊，數(shù)學教學資源除了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息之外，還包括設備資源、人力資源以及場地資源等，資源管理模塊就是實現(xiàn)對這些資源的有效管理，以此來確保其能夠在實驗室使用過程中發(fā)揮自身的作用；3）信息管理模塊，主要是實現(xiàn)數(shù)學實驗信息的高效管理，管理的內(nèi)容主要包括新聞的刪除、發(fā)布和更新等；4）教學管理模塊，教師可以通過該模塊發(fā)布實驗教學計劃，向?qū)W生下達實驗教學任務，同時可以進行實驗檔案管理和實驗評估等；5）服務管理模塊，該模塊的主要功能是對系統(tǒng)服務和實驗室開放進行管理，并評估服務等級；6）網(wǎng)絡實驗管理模塊，該模塊的主要作用是對網(wǎng)絡實驗進行安裝、部署和卸載，并對學生定期進行在線測試等；7）安全管理模塊，實驗室管理員可以通過該模塊對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行有效備份，同時可以利用該模塊實現(xiàn)網(wǎng)絡安全監(jiān)測，以此來確保網(wǎng)絡系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。

2 虛擬實驗室的實現(xiàn)

在對虛擬實驗室進行建立的時候，為了確保網(wǎng)絡系統(tǒng)的順暢運行，設計人員在對服務版本進行選擇的時候，所選擇的是Windows Server版本，在系統(tǒng)實際使用過程中大致可以分為三個步驟：一是在個人終端輸入計算結(jié)構(gòu)的M文檔和數(shù)據(jù)，并對其進行處理；二是通過網(wǎng)絡向matweb.exe提交HTML文檔；三是通過網(wǎng)絡接收HTML輸出文檔（matweb.exe計算結(jié)果）。

M文檔的建立 M文檔是基于MATLAB網(wǎng)絡下數(shù)學實驗室系統(tǒng)中最基礎的程序文件，可分為三種類型，每種類型的M文檔都有其相應的代碼。

1）具有網(wǎng)絡功能部分程序段的代碼為：

If（isfield（h，type））

type=getfield（h，type）

Sticmp（type，函數(shù)名）

相關函數(shù)

End

2）主要相關程序運行段的代碼為：

Function s=triangle（h）

Mlid=getfield（input，mlid）；

cd（input，mldir）；

wsclesanup（ml*trangle，jpeg，1）；

……

Time=str2double（h.d）；

3）生成圖形程序段的代碼為：

draw now：

s.Graph File Name=sprintf（%webtriangle.jpeg，mlid）；

ws print jpeg（f，s.Graph File Name）；

s.Graph File Name=sprint（/icons/%swebtriangle.jpeg，mlid）；

Close all；

Template file=which（webtriangle2.html）；

Rs=htmlrep（s，template file）

HTML網(wǎng)頁設計 通常情況下，為了便于學生更好理解和掌握所學知識，在對HTML網(wǎng)頁進行設計時，應該同時建立主網(wǎng)頁文檔、輸入網(wǎng)頁文檔和輸出網(wǎng)頁文檔三個HTML文檔。與M文檔相同，HTML文檔的建立也具備相應的代碼。

3 結(jié)語

綜上所述，隨著我國現(xiàn)代化教學理念的不斷深入，計算機技術(shù)與網(wǎng)絡技術(shù)在教學領域中的應用也必然會越來越廣泛。本文所介紹的基于MATLAB網(wǎng)絡的數(shù)學實驗的設計，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對各類數(shù)據(jù)的正確運算，而且能夠借助其自身的強大功能對圖像進行處理，并將計算結(jié)果和圖像處理結(jié)果直觀地顯示在瀏覽器上，大大提高數(shù)學課程的教學質(zhì)量，同時也在一定程度上實現(xiàn)了現(xiàn)代化教學目標。

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