基于J2EE架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)的建設(shè)與應(yīng)用

張 杰，呂 紅，周立軍，王麗娜

（海軍航空工程學(xué)院 基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)部，山東 煙臺(tái) 264001）

信息技術(shù)的快速發(fā)展為實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供豐富資源和技術(shù)支撐，加強(qiáng)信息化條件下教學(xué)條件建設(shè)，是新形勢(shì)下培養(yǎng)高素質(zhì)新型軍事人才，實(shí)現(xiàn)軍事教育訓(xùn)練向信息化轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵所在，高素質(zhì)新型軍事人才不僅要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)，還必須具有較強(qiáng)的動(dòng)手操作、綜合分析和創(chuàng)新能力，而這些能力均可以通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)獲得，由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有面向?qū)W生開放實(shí)驗(yàn)、支持以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目為實(shí)施單元、實(shí)驗(yàn)過程實(shí)時(shí)反饋等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)按照班級(jí)集體上課模式的教務(wù)軟件針對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程變得異常艱難[1]。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)

建設(shè)實(shí)踐教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)的目的旨在遵循計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的規(guī)律與特點(diǎn)，運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施過程，增強(qiáng)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)工作的改革和發(fā)展，將原先獨(dú)立、孤立分布的實(shí)驗(yàn)室軟硬件資源實(shí)現(xiàn)互聯(lián)與共享，為實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)業(yè)務(wù)活動(dòng)提供信息支持，把實(shí)驗(yàn)管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)施、實(shí)驗(yàn)開放與創(chuàng)新結(jié)合成一個(gè)有機(jī)整體，全面協(xié)調(diào)與綜合使用實(shí)驗(yàn)室資源，為實(shí)驗(yàn)管理、教學(xué)與科研提供有力全面支撐。

2 系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

要實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程在時(shí)間、空間、過程的全方位、深層次開放，必須有網(wǎng)絡(luò)信息平臺(tái)的有效支撐，根據(jù)我院的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況，我們逐步建成并完善了計(jì)算機(jī)硬件接口虛擬實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)平臺(tái)，引入實(shí)驗(yàn)室機(jī)房管理系統(tǒng)，獨(dú)立開發(fā)完成計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)考試系統(tǒng)。然而上述平臺(tái)相對(duì)孤立、數(shù)據(jù)冗余嚴(yán)重，無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享，同時(shí)為了更好的利用實(shí)驗(yàn)室資源，把設(shè)備、教師與學(xué)生結(jié)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有機(jī)整體，把分散的信息、直觀的推測(cè)和解決的問題，提高到系統(tǒng)觀察、系統(tǒng)信息、精確數(shù)據(jù)加工及解決綜合問題的水平[2]，同時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)能夠解決計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)難以完整記錄在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中的問題，根據(jù)學(xué)生各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開張情況綜合評(píng)估給出考核結(jié)果。

2.1 系統(tǒng)部署模型

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)依托校園網(wǎng)絡(luò)，采用B/S架構(gòu)，學(xué)員通過瀏覽器HTTP請(qǐng)求Web應(yīng)用服務(wù)器，服務(wù)器集中處理學(xué)員請(qǐng)求，通過身份認(rèn)證后，返回并顯示相應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)。實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)使用內(nèi)部局域網(wǎng)，通過路由器與Web服務(wù)器相連。學(xué)員上機(jī)考勤數(shù)據(jù)來源于實(shí)驗(yàn)室先前部署的機(jī)房管理系統(tǒng)（C/S架構(gòu)），學(xué)員實(shí)驗(yàn)考試分?jǐn)?shù)通過計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)考試系統(tǒng)獲取數(shù)據(jù)（ASP程序），實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)與各個(gè)分系統(tǒng)之間通過REST Web服務(wù)模塊實(shí)現(xiàn)[3]，請(qǐng)求與處理的數(shù)據(jù)以Json或Xml數(shù)據(jù)交換格式為主。

圖1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)整體規(guī)劃Fig.1 Planning of experimental teaching and assessment system

2.2 系統(tǒng)功能

圖2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)部署模型Fig.2 Deployment model of experimental teaching and assessment system

系統(tǒng)功能包含6大模塊，其中；基礎(chǔ)信息管理是實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)的基礎(chǔ)部分，它管理班級(jí)、學(xué)員、教員、課程、實(shí)驗(yàn)室等基本信息，這些信息數(shù)據(jù)的修改和刪除必須遵循數(shù)據(jù)的一致性原則；綜合檢索模塊提供常用的信息查詢與匯總，其他信息的檢索可在各個(gè)模塊中操作；學(xué)員實(shí)驗(yàn)?zāi)K是為學(xué)員在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中提供的功能，如課件下載、作業(yè)提交，選課信息、課程安排等，通過上述功能學(xué)員能夠提交電子版作業(yè)（附件形式），從而解決計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)代碼、Office文檔作業(yè)難以通過紙質(zhì)文檔提交的難題；課程管理模塊主要針對(duì)課程進(jìn)度安排表以及實(shí)驗(yàn)室預(yù)約進(jìn)行管理；考核模塊是本系統(tǒng)的核心部分，該模塊包含考勤信息、作業(yè)管理、成績(jī)管理等功能，其中，成績(jī)管理部分將匯總統(tǒng)計(jì)出學(xué)員該門課程的出勤、作業(yè)提交、網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)考試等信息，供教員對(duì)學(xué)員成績(jī)打分提供依據(jù)；系統(tǒng)管理模塊是整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的保障，通過角色與權(quán)限的配置，用戶（教員）根據(jù)授權(quán)對(duì)系統(tǒng)功能點(diǎn)進(jìn)行操作，數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出主要包含了系統(tǒng)數(shù)據(jù)的備份與還原以及報(bào)表的定向輸出，Web服務(wù)模塊是與其他子系統(tǒng)交互的接口。

圖3 系統(tǒng)功能框圖Fig.3 Diagram of system function

2.3 軟件設(shè)計(jì)架構(gòu)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)采用Struts MVC框架，同時(shí)整合J2EE輕量級(jí)框架Spring與Hibernate，Struts主要負(fù)責(zé)用戶請(qǐng)求的調(diào)度[4]，IOC容器Spring處理業(yè)務(wù)邏輯，持久化工具Hibernate為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)做映射，3種框架在標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化方面優(yōu)勢(shì)突出，并且各個(gè)框架之間提供了良好支持[5]。

圖4 J2EE框架整合示意圖Fig.4 Integration of J2EE framework

為了更好的提高系統(tǒng)的用戶體驗(yàn)，尤其是富因特網(wǎng)應(yīng)用（Rich Internet Applications，RIA）技術(shù)的出現(xiàn)，它具有很強(qiáng)交互，能夠給用戶提供一個(gè)更高和更全方位的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。RIA集成了桌面應(yīng)用的交互性和傳統(tǒng)Web應(yīng)用的部署靈活性與成本分析，以創(chuàng)建單一而完整的用戶體驗(yàn)；因此，本系統(tǒng)在表示層實(shí)現(xiàn)上又采用ExtJS Ajax框架，ExtJS不但在Web開發(fā)中成功引入了豐富的組件，也引入了桌面程序中經(jīng)常用到的面板及布局概念，這些概念的引入在很大程度上改變了傳統(tǒng)的Web開發(fā)方式，Ext2.0對(duì)框架進(jìn)行了非常大的重構(gòu)，其中重要的一點(diǎn)是形成了一個(gè)結(jié)構(gòu)及層次分明的組件體系，由組件形成Ext的控件。

使用ExtJS框架整合Struts Web應(yīng)用時(shí)，只需要對(duì)DispatchAction進(jìn)行改寫，假定遺留的Struts Web系統(tǒng)使用了Spring、Hibernate框架，那么DispatchAction中應(yīng)該不包含任何的業(yè)務(wù)邏輯代碼，只需在DispatchAction處理請(qǐng)求結(jié)束之前返回ExtJS所需要的數(shù)據(jù)格式，不再需要forward跳轉(zhuǎn)到struts指定的頁(yè)面。

圖5 采用ExtJS開發(fā)的系統(tǒng)界面Fig.5 System interface based on ExtJS

ExtJS用Ajax傳送數(shù)據(jù)的格式主要包括Xml和Json格式，其中，Json（JavaScript Object Notation）一種簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)格式，比Xml更輕巧。是JavaScript原生格式，這意味著在JavaScript中處理Json數(shù)據(jù)不需要任何特殊的API或工具包。

使用ExtJS框架整合Struts Web應(yīng)用步驟及編程實(shí)現(xiàn)如下：

1）使用ExtJS界面布局Ext.Panel、Ext.Form以及其他的組件改造原始的Jsp或者Html頁(yè)面。

2）對(duì)請(qǐng)求的DispatchAction進(jìn)行改造，最重要的操作是直接向HttpServletResponse里寫Json格式的內(nèi)容，示例代碼如下：

httpServletResponse.setCharacterEncoding（“UTF－8”）；

String jsonData＝“{success：true，data：{name：‘JACK’，phone：‘13800000000’，dep：‘1隊(duì)’，email：‘jack@163.com’}}”；

httpServletResponse.getWriter（）.write（jsondata）；

return null；//區(qū)別于Struts返回ActionForward，此處返回null

其中：jsonData為Json格式的數(shù)據(jù)，success和data是關(guān)鍵字，success必須設(shè)置為true，Ext.form通過success的值顯示獲取“個(gè)人簡(jiǎn)表信息”成功。

3）獲取“個(gè)人簡(jiǎn)表信息”成功后，可以對(duì)表單項(xiàng)進(jìn)行修改并點(diǎn)擊保存，提交給DispatchAction，在服務(wù)器端獲取參數(shù)方法如下：

String name＝httpServletRequest.getParameter（“name”）；

3 實(shí)施效果

通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)，充分利用Web信息技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的各個(gè)要素（教員、學(xué)員、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)環(huán)境）有機(jī)集合起來，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地不僅僅局限于實(shí)驗(yàn)室，可以延伸到任何網(wǎng)絡(luò)能夠聯(lián)通的地方[6]，如寢室、電子閱覽室等場(chǎng)所，甚至融入到學(xué)員的日常學(xué)習(xí)生活中，學(xué)員能夠?qū)崟r(shí)與教員進(jìn)行溝通，并對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行持久化存儲(chǔ)，有助于復(fù)習(xí)與回顧。

系統(tǒng)實(shí)施以來，學(xué)員在實(shí)驗(yàn)課上積極完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，通過附件的形式進(jìn)行作業(yè)提交與實(shí)驗(yàn)總結(jié)，不再限于實(shí)驗(yàn)報(bào)告的書寫，提高了實(shí)驗(yàn)任務(wù)的完成質(zhì)量，同時(shí)，缺勤的學(xué)員可以通過系統(tǒng)下載課件自主完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)，并遠(yuǎn)程提交作業(yè)，不再受限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行，消除了部分學(xué)員缺席實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致的不利因素。

4 結(jié)束語(yǔ)

文中根據(jù)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)管理軟件平臺(tái)，提出了一種基于J2EE架構(gòu)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)與評(píng)估系統(tǒng)的建設(shè)方案，系統(tǒng)采用輕量級(jí)的J2EE框架，在軟件設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了分層模式，通過配置文件或面向接口的編程方法降低了各個(gè)模塊代碼之間耦合度，使系統(tǒng)具有剛好的擴(kuò)展性，為后續(xù)系統(tǒng)二次開發(fā)提供了有力支持。

通過本系統(tǒng)提供的功能模塊，教員可以掌握課程安排與實(shí)驗(yàn)室預(yù)約信息、學(xué)員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的考勤信息與作業(yè)完成情況，同時(shí)，使用系統(tǒng)提供REST的Web服務(wù)能夠獲取學(xué)員上機(jī)實(shí)時(shí)運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序列表（數(shù)據(jù)由機(jī)房管理系統(tǒng)以Json格式提供），全程掌控學(xué)員上機(jī)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程；系統(tǒng)核心模塊是實(shí)驗(yàn)考核部分，教員可依據(jù)系統(tǒng)匯總統(tǒng)計(jì)的學(xué)員該門課程的考勤信息、作業(yè)提交、網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)情況、計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)考試分?jǐn)?shù)等信息給出成績(jī)，通過該系統(tǒng)的實(shí)施可大大提升計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施效果，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)員與教員的溝通，輔助提高教員對(duì)學(xué)員實(shí)驗(yàn)過程掌控能力。

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