計算機類實驗教學環境管理系統的研發與實現

倪 偉

(重慶理工大學 計算機科學與工程學院，重慶 400054)

計算機技術應用

計算機類實驗教學環境管理系統的研發與實現

倪 偉

(重慶理工大學 計算機科學與工程學院，重慶 400054)

以重慶理工大學計算機類實驗教學為例，系統地闡述了計算機類實驗課堂教學環境管理系統的系統分析、系統設計、系統實現等研發流程。該系統結合B/S、C/S結構，采用Microsoft Visual Studio2015開發工具以及MVC框架，實現了實驗課堂教學問題反饋、計算機教學運行時間統計等功能，為促進計算機類實驗教學改革起到積極的作用。

計算機實驗室； 教學環境； 系統分析； 系統設計

許多高校都建有獨立的計算機實驗室，并且實現了網絡化管理，為實驗教學創造了良好的環境[1-2]。但是，由于計算機硬件設備逐漸增多、實驗軟件越來越復雜，給計算機實驗管理中心帶來了以下一些新的問題：

(1) 實驗教學過程中的問題不能及時反饋至管理中心，會影響實驗教學的進行，甚至發生教學事故；

(2) 由于計算機設備增多，增加了管理工作的工作量和設備管理的難度，若不能對每臺設備進行及時檢查維護，將影響實驗教學工作的正常開展；

(3) 管理中心的各項通知需要及時傳達至實驗任課教師，否則信息共享不及時、不對稱。

計算機類實驗課堂教學環境管理系統將能很好地解決上述問題。

1 系統功能目標

計算機類實驗課堂教學環境管理系統的建設，旨在使計算機實驗室實驗課堂環境管理更加便捷、實時和數字化，讓實驗室環境得以良性發展。

該管理系統的功能包括：

(1) 實驗任課教師和管理中心人員的快速溝通：實驗教師可在線反映設備問題，實驗管理員也可以通過管理端在線發現和及時解決問題，維護好正常的教學秩序；

(2) 統計各計算機工作時間：客戶端自動發送開機、關機時間至服務器，服務器統計各實驗室計算機運行時間并做運行狀況分析，還可進行數據挖掘以評估各實驗室管理工作，并為計算機采購提供參考。

2 系統分析

計算機類實驗課堂教學環境管理系統的功能需求分為學生端、教師端和管理端。

(1) 學生端。包括計算機IP和實驗室編號綁定、開機啟動后自動計時并發送時間間隔及地址給管理機等功能。

(2) 教師端。包括教師登錄、教師注冊、提交實驗教學問題至管理機、與管理端信息交互、與管理機實時在線溝通、查看管理機發送的通知等功能。

(3) 管理端。包括管理人員登錄、問題分類查看、為問題添加備注、與教師端信息交互、發送通知到各教師端、管理端處理時間信息并在管理端軟件呈現、管理機統計計算機工作時間及平均值等功能。

以上功能需求可以用業務流程圖(見圖1)表示。

圖1 管理端流程圖

系統的具體需求還可進一步描述為：

(1) 對各實驗室的學生機、教師機的IP和機房編號進行綁定；

(2) 學生機開機后自動計時并發送時間間隔及地址給管理機；

(3) 任課教師可以注冊和登錄；

(4) 任課教師在教師端向管理員提交行課中的設備故障問題；

(5) 任課教師在教師端與管理員交談問題；

(6) 任課教師在教師端隨時查看管理員發布的消息、通知；

(7) 管理員能從數據庫中添加或刪除用戶；

(8) 管理員可以查看行課故障問題的詳細信息并且予以添加備注；

(9) 管理員可以編輯行課故障問題的狀態，狀態分為未解決、解決中、已解決3種；

(10) 管理員可以向各教師端發布通知；

(11) 管理員可以分類、分時間段查看統計信息；

(12) 管理員可以查看各實驗室機房計算機開機使用時間記錄；

(13) 管理端對各機房計算機使用時間進行分析，給出小于平均使用時間的計算機；

(14) 具有較好的兼容性，能夠在大多數計算機或服務器上使用；

(15) 具備高并發能力、響應速度快、容錯性好。

3 系統設計

3.1 系統架構和開發工具

計算機類實驗課堂教學環境管理系統的架構設計如圖2所示。

圖2 系統架構圖

開發工具采用Microsoft Visual Studio 2015。Visual Studio (VS)是一套基于組件的軟件開發工具，包括整個軟件生命周期中所需要的大部分工具，如UML工具、代碼管控工具、集成開發環境(IDE)等[3-6]。編寫的目標代碼適用于微軟支持的所有平臺，包括Microsoft Windows、Windows Mobile、Windows CE、.NET Framework、.NET Compact Framework和Microsoft Silverlight 及Windows Phone。采用MVC(model view controller)技術框架開發。MVC用一種業務邏輯、數據、界面顯示分離的方法組織代碼，將業務邏輯聚集到一個部件里面，在個性化定制界面及用戶交互的同時，不需要重新編寫業務邏輯[7-8]。

系統采用B/S(瀏覽器/服務器)、C/S(客戶端/服務器)兩種結構模式，教師網頁端采用B/S結構，計算機客戶端、管理端均采用C/S結構。

3.2 數據庫設計

在完成數據庫設計之前，先根據需求分析文檔設計出系統開發所需實體類，實體類類圖如圖3所示：

圖3 實體類類圖

實體類類圖的實體類簡述如表1所示。

表1 實體類簡述

所對應的實體關系圖可用E-R圖(見圖4)表示。E-R圖可進一步抽象為概念數據模型CDM，CDM圖再轉換為物理數據模型PDM，最終轉換為系統數據庫表結構形式的文件，數據庫該系統采用MySQL。

圖4 系統E-R圖

3.3 詳細設計

詳細設計的主要任務是設計每個模塊的實現算法、所需的局部數據結構。詳細設計的目標有2個：

(1) 實現模塊功能的算法，要邏輯上正確和算法描述簡明易懂；

(2) 通過圖形工具、表格工具、語言工具來表達[9-12]。

以管理端為例，管理端模塊的整個處理流程為以下步驟：

(1) 管理員登錄，進入管理端界面；

(2) 獲取并顯示行課故障問題信息；

(3) 更改行課故障問題狀態；

(4) 接收教師發送的消息；

(5) 發送消息，管理員可以與教師在線交流；

(6) 獲取并分類顯示行課信息；

(7) 管理員發布通知到各教師端；

(8) 獲取并顯示各機房的設備使用記錄。

以上可用時序圖表示，如圖5所示為管理端時序圖。

圖5 管理端時序圖

4 系統實現

計算機類實驗課堂教學環境管理系統開發工作的最后工作包括：人員培訓、建立系統平臺、建立數據庫、應用程序設計與編碼、程序測試與系統調試試運行、現場布局調整與系統移入、組織機構調整、系統切換、文檔整理與驗收(鑒定)[13-15]。任課教師端可以實時網上提交故障問題和查看處理情況；管理端具有實驗課堂問題實時處理功能，包括問題描述以及彈窗提醒。

5 系統特色

系統經測試和交互試用，已在重慶理工大學計算機實驗教學中心實際應用，該系統具備以下特色：

(1) 具有原創性：系統由重慶理工大學計算機學院師生團隊研發，作為教學管理軟件，該系統經實地測試，實現了各項功能目標；

(2) 實用：該系統避開常規管理軟件的思路，抓住管理的關鍵點，從上課教師和管理者各自關心的問題入手，構思獨特、實用性強；

(3) 模塊化程度高：該軟件系統架構清晰，功能滿足教學管理需要，在開發過程中采用組件式開發，模塊化程度高[16]。

(4) 擴展性強：該系統預留了接口，可連接新的硬件設備，例如可擴展采用單片機或藍牙技術進行聲音報警、對實驗室進行安全監控等。

6 結語

計算機類實驗課堂教學環境管理系統實現了計算機類實驗課堂教學環境管理系統的全部功能，系統結構明朗、界面操作清晰，方便教學相關人員使用，為提高計算機類實驗教學質量起到積極作用。

References)

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Development and realization of management system of experimental teaching environment for computer majors

Ni Wei

(School of Computer Science and Engineering,Chongqing University of Technology,Chongqing 400054,China)

By taking the experimental teaching for computer majors in Chongqing University of Technology as an example, the Ramp;D process of the management system of the experimental classroom teaching environment for computer majors such as the system analysis, system design, system realization, etc., is systematically expounded upon. The system combines B/S and C/S structures, uses Microsoft Visual Studio2015 development tools and MVC framework to realize the functions of the experimental classroom teaching feedback, the running time statistics of the computer teaching, etc., which plays an active role in promoting the experimental teaching reform for computer majors.

computer laboratory； teaching environment； system analysis； system design

10.16791/j.cnki.sjg.2017.11.033

TP315

A

1002-4956(2017)11-0137-04

2017-04-01

重慶市科技委員會基礎科學與前沿技術研究項目(cstc2017jcyjAX0144)；重慶市教育委員會應用基礎研究項目(KJ1500906，KJ1600933)；重慶市高等教育教學改革研究項目(173115)；重慶理工大學高等教育教學改革研究項目(2015QN03，2016ZD03，2016QN06)；重慶理工大學實驗技術基金項目(SK201711)；重慶理工大學專業學位研究生教育改革試點改革項目(ZSSD207)

倪偉(1982—)，男，四川遂寧，碩士，實驗師，主要研究方向為計算機軟件應用開發、創新實驗教學和管理.

E-mailniwei@cqut.edu.cn