基于ITIL的開放型實驗教學輔助系統的設計與實現

鄭偉平, 薛冬濤, 楊鎮雄, 郭純燕

(華南師范大學計算機學院，廣東 廣州 510631)

基于ITIL的開放型實驗教學輔助系統的設計與實現

鄭偉平, 薛冬濤, 楊鎮雄, 郭純燕

(華南師范大學計算機學院，廣東 廣州 510631)

針對開放實驗室實驗教學存在的難題，引入ITIL管理模型設計出一套標準化的開放實驗教學管理流程，并使用輕量級JavaEE技術開發了開放型實驗室教學輔助系統。實際應用表明，該系統能提高學生實驗完成率，同時還能降低實驗室的開放服務成本。

開放實驗；ITIL；流程設計；輔助系統

高等學校實驗室是培養學生實踐能力和創新能力的重要場所。近年來，國內高等學校在不斷探索、改革和實踐的過程中，逐漸認識到建設開放型實驗室的重要性。各高校在整合已有資源的基礎上，投入了大量的人力物力建設開放型實驗室，目前已取得了一定的成效。但是，開放型實驗室建設也面臨著一系列的問題。其中，開放型實驗室對實驗時空的突破給實驗室管理、人員安排、教學輔導等帶來了嚴峻的挑戰，如值班人員安排、設備儀器管理、實驗前期準備和實驗輔導等，其中實驗輔導問題直接影響到開放型實驗室的開放效果。由于實驗內容、實驗時間的開放，學生在實驗中無法得到相應專業教師的輔導，遇到問題或有疑問通常不能及時解決，導致實際實驗效果不佳。因此，如何創新性地解決開放型實驗室教學管理模式是當前的研究焦點，具有重要的理論和實際意義。下面，筆者將ITIL管理模型應用到開放型實驗室的實驗教學環節，設計出符合ITIL規范的實驗教學輔導流程，以此為需求設計并實現了一套開放型實驗室教學輔助系統，旨在促進開放型實驗室教學管理的規范化。

1 系統核心管理流程

信息技術基礎架構庫(IT Infrastructure Library，ITIL)是英國政府中央計算機與電信管理中心(CCTA)于1980年開發的一套IT服務管理標準庫[1]。

ITIL給出了IT管理的基本框架，其核心思想是IT管理流程化、標準化和服務化。ITIL的核心模塊是服務管理，該模塊包括了10個流程和1項管理職能，這些流程和職能可歸結為2大流程組，即服務提供流程組和服務支持流程組[2]。其中，服務支持流程組歸納了與IT管理相關的一項管理職能及5個運營級流程，即事件管理、問題管理、配置管理、變更管理和發布管理。

2 基于ITIL的開放實驗教學輔助流程設計

實驗輔導是開放型實驗室建設中的難點。由于實驗教學往往以實驗項目為中心，模式相對固定，可操作性強，因而將ITIL服務管理模式引入開放型實驗室的實驗教學環節，通過ITIL最佳實踐對教學輔導的流程進行規范，改善開放實驗教學的服務質量，同時降低實驗室開放服務成本。

結合目前高等學校開放實驗室的一般人員配置情況，定義了4種流程相關角色，即服務人員、專職人員、專家及學生。服務人員指實驗室值班人員，通常為研究生或高年級本科生。專職人員指實驗室負責人，一般為實驗室主任或責任教授，負責實驗室建設和管理協調工作。專家一般為任課教師，或相關研究方向的研究生。學生指開放實驗服務對象。結合教學輔導的實際需求，將IT服務支持流程應用到實驗教學場景，設計了開放實驗教學的輔導流程，包括服務臺、事件管理、問題管理、變更管理、配置管理以及發布管理。下面對部分核心流程進行介紹。

1)事件管理 事件管理流程如下：①實驗中學生遇到問題無法完成實驗或實驗結果與期望有偏差，可通過服務臺或直接與服務人員聯系；②服務人員視情況決定是否將該情況記錄為事件，并檢索該系統的知識庫、問題庫，幫助學生解決問題。如果事件得到解決，則流程結束；否則，進入事件管理流程；③服務人員對事件具體信息進行記錄，并提交給相應的專家解決；④專家收到事件處理任務后，對事件進行分析和診斷，結合自身專業知識給出解決該事件的應急措施，并在該系統中記錄并提交。如果事件解決方案需要引發教學信息或設備信息的變更，專家便需要發起變更并進入變更流程；⑤專家提交應急措施后，服務臺負責檢查并通知相關的學生，并跟蹤了解事件是否已得到解決。如果事件得不到解決，需將事件重新分配處理。筆者將影響實驗正常開展的各種情況定義為事件。在實際使用中，事件的記錄工作量大，較繁瑣，需要相關服務人員、學生和教師的積極配合，結合實際情況有時可采用事后補充登記的辦法。

2)問題管理 問題管理流程如下：①專職人員(或專家)對系統中記錄的大量事件進行分析，發現導致和引發事件的深層根源，將其提取并抽象為問題，記錄后交由相應的專家尋求解決方案。②專家收到處理任務后，進行分析、調查和診斷，得到問題的解決方案并在系統中添加提交該方案。③專職人員負責檢驗問題解決方案的有效性，如果有效，專職人員組織人員實施解決方案；否則，將問題重新分配處理；同時，結合問題的代表性和解決方案的價值，必要時提取和錄入相關知識點、實驗注意事項、研究拓展等信息到知識庫中。實施時如果需要引發教學信息或設備信息的變更，則進入變更管理流程。

3)變更管理 變更管理流程如下：①專家(或專職人員)可從事件或問題發起變更請求，對變更信息進行有效的記錄。②按照變更的標準流程對變更進行構建和測試。③在變更測試通過之后，對變更進行發布，進入發布管理流程。在發布成功并終止后，系統自動終止變更，變更終止后系統自動終止引發變更的問題或事件。④根據變更對實驗教學信息和實驗設備信息的影響，為實驗教學信息和實驗設備添加新的配置信息版本。

4)發布管理 發布管理流程如下：①專家(或專職人員)根據變更構建發布，并對發布信息進行有效記錄。②專家(或專職人員)組織人員對變更進行發布。③專家(或專職人員)進行發布驗收。④在發布驗收成功后，終止發布，系統將自動終止變更。

3 系統設計與實現

1)系統框架與功能設計 通過對系統需求和相關技術的分析，采用JavaEE體系架構[3]來構建該開放實驗教學輔助系統。該系統采用Struts2+Spring+Hibernate + Compass + Lucene 的框架體系，使系統的耦合性盡可能降到最低。系統采用MVC設計模式，將系統分為視圖層、控制層(包括過濾層和控制層)和模型層(包括業務邏輯層、數據訪問層和資源層)。其中Struts2用于控制層的請求轉發和視圖控制,Spring主要用于實現依賴注入和事務控制,而Hibernate、Compass和Lucene用于數據訪問層，其中Hibernate用于與數據庫的交互，Compass和Lucene[4]用于索引庫的構建和訪問。系統體系架構設計如圖1所示。

該系統包括12個功能模塊，如事件管理、問題管理、變更管理、配置管理等，具體介紹如下：

①用戶管理功能。該模塊提供用戶注冊、修改密碼、啟用/禁用等功能。該系統將用戶共分為5類，即系統管理員、專職人員、專家、服務人員以及學生。

②角色管理功能。該模塊為專職人員、專家、服務人員及學生4類用戶提供了4種默認角色，同時也可以自定義角色。

③權限管理功能。該模塊實現了基于角色的權限管理功能，可為用戶分配角色權限。

④服務臺功能。服務臺是實驗室管理人員的工作桌面，也是學生的幫助臺。該模塊提供任務列表、事件提醒、常用知識、服務跟蹤及統計分析等功能。

⑤事件管理功能。該模塊提供實驗現場信息、失敗/異常/疑問等實驗相關情況、處理解決方案等的記錄、修改、瀏覽等維護功能。此外，還提供事件分配、事件審核、事件升級、事件關閉、發起變更等功能。

圖1 系統體系構架圖

⑥問題管理功能。該模塊提供問題記錄、修改、刪除、查詢、瀏覽、提取知識，以及問題分派、問題驗收、問題分析、解決方案維護、發起變更等功能。

⑦變更管理功能。該模塊提供變更的新增、修改、刪除、查詢等功能；以及變更構建、測試、發布、終止等功能。

⑧發布管理功能。該模塊提供發布的新增、修改、刪除、查詢等功能；以及發布執行、發布驗收和發布終止等生命周期相關功能。同時還提供發布計劃、發布公告等平臺管理功能。

⑨配置管理功能。該系統配置信息包括傳統的IT設備配置信息和實驗項目配置信息。該模塊提供配置添加、修改、刪除、查找以及版本維護等功能。

⑩知識管理功能。該模塊提供知識的新增、修改、刪除、查找、歸類、評價等功能。

圖2 事件與實體之間的關系

2)數據庫設計 事件是該系統的核心數據，與之密切關聯的實體有配置項、關鍵字、應急措施、回退原因、問題、附件等。事件與上述實體之間的關系如圖2所示。

3)系統實現 ①表現層實現。結合JavaBean技術對顯示數據進行封裝，使用Struts2標簽等技術實現數據的獲取與展示。系統通過Frameset、SiteMesh、CSS等技術實現前端頁面展示：頁面構架采用Frameset技術，由多個獨立的頁面組成；應用SiteMesh組件實現頁面動態內容與靜態裝飾外觀的分離，展示特定業務內容；采用CSS+Div技術實現頁面排版，可達到美觀、清晰的效果；使用subModal組件實現窗口彈出功能，使用簡便且美觀統一；使用Prototype(JavaScript包)實現表單數據校驗，規范客戶端的數據輸入。

②控制層實現。采用MVC框架，在控制層以Struts2的控制器為核心，結合Servlet 2.3的Filter技術和SiteMesh框架，對用戶請求進行過濾→轉發→裝飾。該系統實現了緩存控制、字符編碼、用戶登錄、權限控制以及SiteMesh等過濾器：緩存控制過濾器控制發送給客戶端的頁面是否要在客戶端的瀏覽器進行緩存；字符編碼過濾器將請求中的字符編碼統一轉換為UTF-8編碼；用戶登錄過濾器檢查用戶是否已登錄，如果沒有登錄，則將用戶導向登錄頁面；權限控制過濾器根據用戶類別及其角色權限，判別其是否有權訪問所請求的資源；SiteMesh過濾器通過配置文件定義裝飾器頁面和需要被裝飾和不需要裝飾的頁面。

③業務層實現。以事件管理為例，系統中AccidentAction類用于處理事件管理中客戶請求、視圖資源的轉發。系統使用Annotation來標注AccidentAction類，將其交由Spring框架進行管理，同時為AccidentAction類中所需要的業務邏輯接口配置依賴，讓Spring自動為某個屬性注入Bean實例。部分關鍵代碼如下：

@Component(“accidentAction”)

@Scope(“prototype”)

public class AccidentAction extends BasicAction {

//業務模型

private Accident accident;

//業務邏輯處理接口

private AccidentService accidentService;

//配置依賴

@Resource

public void setAccidentService(AccidentService accidentService) {

this.accidentService = accidentService;

}

……

}

④數據訪問層實現。以事件管理為例，在數據訪問層中，通過AccidentDao接口向業務邏輯層提供相關數據訪問方法。該層 AccidentDaoImpl類實現了AccidentDao接口，并提供數據訪問操作的具體實現。AccidentDaoImpl類繼承自BasicDaoSupport類，該類繼承自HibernateDaoSupport類[5]并對一些數據訪問操作進行封裝，提供了更為方便的數據訪問操作。

4 結 語

針對開放型實驗室的教學管理問題，將ITIL服務支持流程應用到開放型實驗教學環節，將教學輔導流程規范化，設計和實現了實驗教學輔助系統。該系統在筆者所在單位試運行半年多，為計算機網絡、網絡工程、網絡安全等課程實驗提供支持服務，目前積累事件超過300個。實際應用表明，該系統有效提高了學生實驗的完成率，可幫助任課教師改善教學質量；系統的事件實例、問題庫和知識庫也為服務人員提供了豐富的培訓資料。

[1]皮之軍，李建海，于敏，等.開放式實驗教學模式的研究與探索[J].實驗技術與管理, 2010,27(5): 27-29.

[2]Janvan B. Foundations of IT Service Management: based on ITIL[M]. Holland: Van Haren Publishing, 2005.

[3]朱亞曉. 基于ITIL的高校Eservice研究[D]. 上海：復旦大學, 2006.

[4]李剛. 輕量級JavaEE企業應用實戰[M].北京：電子工業出版社, 2011.

[5]羅剛. 解密搜索引擎技術實戰：Lucene & Java [M].北京：電子工業出版社, 2011.

[編輯] 李啟棟

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.11.040

TP391

A

16731409(2012)11N12304