智能型計算機類實驗管理系統的設計與實現

孟亞輝 王瑞東 張明輝

摘 要：隨著計算機的大面積普及，高校計算機類實驗占據很大比例，計算機輔助教學系統作為一種重要的教學技術，引起越來越多的人重視，但效果卻不盡人意。目前，還沒有一款真正參與計算機實驗全過程的軟件系統，大多說實驗室管理軟件都是對實驗作業的收發和實驗室管理事務的處理，因此，提出一款真正參與計算機實驗全過程的智能實驗室管理系統，該系統可以監控并錄制實驗的全過程、智能識別檢測娛樂軟件的啟動、查看指導教師對實驗過程的評語、遠程答疑等功能，從而提高實驗教學的質量。

關鍵詞：實驗室 智能 管理系統

中圖分類號：TP311.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）04（a）-0029-03

Abstract：With the popularization of computers， university computer experiments occupy a large proportion. As an important teaching technology， computer-aided teaching system has attracted more and more attention， but the effect is not satisfactory. At present， there is not yet a software system that really participates in the whole process of computer experiments. Most of them say that laboratory management software deals with the sending and receiving of experimental tasks and laboratory management affairs. Therefore， a smart computer that really participates in the whole process of computer experiments is proposed. Laboratory management system， the system can monitor and record the entire process of the experiment， intelligent recognition detection and start of entertainment software， view the instructor's comments on the experimental process， remote answer questions and other functions， thereby improving the quality of experimental teaching.

Key Words：laboratory； Intelligent； Management system

1 開發背景分析

計算機輔助教學是利用計算機作為主要的教學媒體來進行教學活動，即利用計算機來輔助教師執行教學。計算機不僅能呈現單純的文字、數字等字符教學信息，而且還能輸出動畫、視頻、圖像和聲音，能非常容易做到教學信息的圖、文、聲并茂，這種多維立體的教育信息傳播，增強了信息的真實感和表現力，這些是幻燈、電視等單向電教媒體無法比擬的。可見計算機輔助教育已發揮出越來越大的作用，但就當前計算機輔助教學的實際使用和效果上，反映卻不盡人意。實驗指導教師無法擺脫對學生繁重的紀律管理，無法將精力集中于解決學生們在實驗過程中遇到的問題以及對學生相互學習與指導。因此，開發一個真正參與計算機實驗全過程的軟件系統顯得很重要，也很迫切。

2 智能型計算機類實驗管理系統設計

針對目前現有的實驗室管理系統的不足，現提出一種智能型計算機類實驗管理系統。該系統分為學生端和控制端兩個部分，實驗管理模式分為開放實驗和課內實驗兩種。開放實驗是學生利用課余時間進行的科技制作、探索性實驗等；課內實驗是針對某課程計劃內課時的實驗。對于開放實驗的管理，主要通過屏幕錄像的方式和自動檢測非正常程序的方式實現對學生實驗過程的管理；而課內實驗則可以設置屏幕錄像實時監控和自動檢測非正常程序的啟動，學生可以電子舉手提問，教師可以選擇遠程輔導，對于同學們普遍存在的問題，也可以通過屏幕廣播，可以在輔導的過程中錄制屏幕供以后使用 。

2.1 系統功能框圖

智能型計算機類實驗管理系統功能框圖如圖1所示，該管理系統具體功能分為控制端和學生端，控制端主要是給教師使用，對學生端進行監控，具體功能有：課程信息發布、教師注冊、課程參數設置、查看學生實驗過程、設置是否啟動非正常程序監控及非正常程序的設置、屏幕錄像數據存儲等功能；學生端主要是給學生使用，學生端功能有：獲取屏幕錄像并發送到控制端、電子舉手、查看教師回復、提交問題及文件、自動檢測非正常程序等功能。

2.2 控制端功能流程

控制端功能包含管理員和任課教師。管理員登錄具有修改密碼、添加教師、注冊課程及任課教師、維護非正常程序列表、維護提示程序和鎖定系統程序列表等功能。任課教師在登錄系統后，接收并記錄學生端發送的屏幕錄像信息，回放學生實驗過程，發布課程信息和上傳實驗教學需要使用的資料，同時可以對學生提問進行管理等等。這里我們列出教師對學生屏幕錄像的檢查和實時監視過程，具體如下。

學生屏幕錄像的運行過程：學生機獲取屏幕圖像信息→學生機壓縮圖像數據→學生機發送壓縮后的圖像信息→控制端接收屏幕信息→控制端存儲屏幕信息→控制端讀取屏幕信息→控制端解壓、播放（還原屏幕圖像）。

教師實時監視過程為： 學生機獲取屏幕圖像信息→學生機壓縮圖像數據→學生機發送壓縮后的圖像信息→控制端接收屏幕信息→控制端解壓、播放（還原屏幕圖像）。

控制端用例圖如圖2所示。

2.3 學生端功能流程

開機后，首先鎖定系統，然后檢測是否可以正常連接服務器，連接正常則要求登錄，否則給出出錯信息，要求管理員處理，如正常登錄，則解鎖系統。學生首次登錄，則切換到歡迎界面；如果不是首次使用系統，則首先快速回放上次實驗過程錄像。關閉后，計算機可以自由使用。系統獲取屏幕圖像信息，并將其壓縮后發送到服務器，若發送失敗，則給出出錯信息后鎖定系統，要求管理員處理。系統實時檢測系統中啟動的程序，若出現非正常程序，則給出提示信息或鎖定系統。對于新出現的程序，負責發送程序進程名稱到服務器。課內實驗模式下，學生遇到問題時，可以電子舉手，請求老師幫助。實驗過程中還可以查看別人的提問及教師答復的內容等。學生端用例圖如圖3所示。

2.4 系統架構

智能型計算機類實驗管理系統整體上采用C/S和B/S共存架構，即除了學生提問和教師答復以外的部分，使用C/S架構，答疑部分則采用B/S架構。在學生機上主要安裝屏幕錄像和壓縮軟件。數據庫采用SQLServer2008或以上版本。系統整體采用面向對象的三層結構，三層架構具有降低層與層之間的依賴、利于各層邏輯復用、降低后期維護成本等優點，系統三層體系結構圖如圖4所示。答疑系統采用B/S架構，在系統控制端安裝HTTP服務器軟件，將網頁部署在HTTP服務器上，學生和教師通過訪問HTTP服務器實現答疑系統的功能。

2.5 系統UML類圖

采用UML類圖進行數據類的設計，對于關系數據庫來說，可以用類圖描述數據庫模式，用類描述數據庫表，用類的操作描述觸發器和存儲過程。數據類之間的關系如圖5所示。

3 系統特色

（1） 實驗管理系統整體上采用C/S和B/S共存的架構，即除了學生提問和教師答復以外的部分，使用C/S架構，答疑部分則采用B/S架構。

（2） 學生端實時發送屏幕錄像，打破傳統的定時發送。與此同時，對學生實驗過程進行全程屏幕錄像，方便教師、學生回顧實驗過程和尋找出錯原因，以便下次上課時做相應的變化。

（3） 本實驗教學管理系統針對了傳統MCAI的弊端進行改良，使得教師可以將更多的心思放到實驗指導上，同時也給學生提供較大的創新思維的自由空間，更能培養學生的創新思想，讓教師的教學效率大大提高。實時監督學生和制約學生利用計算機進行娛樂活動，檢測非正常娛樂程序的啟動，從而將學生精力扭轉到實驗過程。

4 結語

項目針對目前市場實驗室管理系統模塊的不足，提出的一款智能實驗室管理系統，使得高校實驗室管理更加便捷輕松，極大地彌補了目前高校實驗室智能管理的一個空白區域，創新性強。該項目綜合應用Java、前端和數據庫設計等多種技術，在技術上具有綜合應用的創新性和現實使用性。與此同時，本智能實驗室管理系統能夠極大地促進計算機教學工作的順利進行，極大地提高了計算機課堂教學的質量和實驗教學管理。

參考文獻

[1] 孟亞輝.基于校園網的多協議節約資源型離線下載系統設計[J].廣東石油化工學院學報，2016（4）：32-36.

[2] 孟亞輝，張明輝，王博.基于互聯網的大學生易校行系統的設計[J].科技資訊，2017，15（11）：207-210.