實驗教學及信息化管理平臺的研究與實現

摘要：介紹了一種基于網絡的實驗教學及信息化管理平臺的設計與實現。該平臺改變了傳統高校實驗室管理手段，通過網絡技術、計算機技術、數據庫技術的應用，將實驗教學活動的組織、開展與實驗教學資源的配置、管理有機地聯系起來，對于提高實驗教學的組織能力，促進實驗教學資源共享與配置具有借鑒意義。

關鍵詞：實驗室；信息化管理平臺；實驗教學資源

作者簡介：姜華（1976-），男，滿族，遼寧鳳城人，黑龍江科技大學電氣與信息工程學院，工程師；宋瑩瑩（1980-），女，黑龍江雞西人，黑龍江科技大學電氣與信息工程學院，工程師。（黑龍江 哈爾濱 150022）

基金項目：本文系黑龍江科技大學教學研究項目“電信學院實驗室教學、管理綜合平臺的建設”的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）23-0093-02

高校人才培養方案中明確指出，應突出培養本科生的創新精神和實踐能力，按照培養高素質創新創業人才的要求構建各專業的實踐教學體系，豐富實踐教學內容，強化實踐環節，將學生參與科研實踐活動貫穿于專業教學的整個過程。加強在校本科生實踐動手能力，有利于優化人才培養的層次結構，有利于本科教育人才培養模式的創新和多樣化，有利于促進我國經濟和社會的發展。

實踐雖然重要，但作為實踐環節重要組成部分的各高校實驗室的教學管理現狀卻不容樂觀，傳統的實驗教學模式與落后的實驗室資源管理手段使得實驗教學的組織和管理效率不高，實驗資源無法得到有效共享與利用，出現了學生無法在實驗之前充分了解實驗室各項規章制度；學生實驗時間的確認必須通過與實驗教師反復聯系確認后，由教師根據課程表手工填寫，不方便且不可靠；實驗設備狀態無法準確及時公布，影響實驗室開放；實驗室各種材料的整理工作需要抽調部分教師手工完成等情況。

建設實驗室教學管理平臺可最大限度避免人力及各種設備資源的浪費，提高實驗教學管理水平。通過實驗室教學管理平臺，學生與教師可以及時進行溝通，合理規劃課程進度，有效利用實驗室設備、資源；實驗室的各種材料及時在平臺上更新，既方便了學生對實驗室各種規章制度的了解，也方便了學校對實驗室運行狀況及各種數據、材料的統計，實現了無紙化辦公，既節省了大量人力物力又實現了綠色環保。黑龍江科技大學電氣與信息工程學院實驗中心教師組經長期的工作總結，在2013年開發了高質量的實驗教學及信息管理平臺。

一、實驗教學管理系統平臺介紹

由于系統平臺建設前，黑龍江科技大學電氣與信息工程學院實驗教學管理主要采用傳統的手工、紙張記錄方式。各種實驗規章、制度、實驗設備參考材料或張貼上墻或以紙張的形式裝訂成冊；學生的聯系方式、課表的建立、設備的維修記錄都是通過專用的記錄本手工完成，這些實驗相關基礎材料容易遺失，且查找信息時十分不便。

因此，黑龍江科技大學電氣與信息工程學院實驗教學管理系統平臺建設的重點是實現網上選課、教學信息發布和儀器設備狀態發布，并且實現實驗中心各種規章制度等材料的公示，實驗課程內容介紹、輔助使用教學內容下載等。其中，網上選課是將實驗課程安排由原來的內容和時間相對固定的方式改變為靈活的網上預約方式，學生可以根據自己的時間安排情況，在網上預約時間來做實驗。[1]在方便了學生的同時，也減輕了實驗教師的管理工作量。

在詳細分析了實驗室工作的實際工作過程后，將平臺結構分為七大模塊，如圖1所示。

1.實驗室規章制度模塊

實驗室的規章制度涉及對實驗室、實驗教師、學生及實驗設備安全使用等方面的規定、要求信息。將各種規章制度在平臺公布，使學生在進入實驗室進行實驗之前，提前明確實驗教師及學生自身的責任與義務、注意實驗安全、防范意外發生，可以更好地保障實驗的順利進行。該模塊分為四部分：實驗室指導教師要求規定、專職實驗技術人員崗位職責、學生實驗室規則、設備使用損壞賠償及事故處理制度。

2.實驗教學任務模塊

將本學期的實驗教學任務以圖塊的形式全面展示出來，并自動將各任務下發到相應實驗教師帳號的教學任務頁面中，與手工分配操作相比可以避免出現遺漏，保障實驗教學任務的合理分配。實驗教學任務模塊分為教學大綱、教學計劃、教學項目卡管理三部分。通過這三部分，方便了學生對各項實驗內容的要求、實驗課程進程要求、實驗項目數量等信息的獲取。學生在實驗之前參照實驗要求，確定自己是否已掌握足夠的理論知識，便于通過實驗室開放模塊合理安排自己的實驗課程，根據自己的實際情況靈活安排自身的實驗課程進度。

3.教學質量管理模塊

教學質量管理涉及對學生實驗成績的評定，實驗教師根據學生的實驗預習情況、實驗過程中的表現及學生在實驗課后對實驗中遇到的問題的思考、解答等方面，公開、公正地對學生進行分項評定給分。教學質量管理模塊分為實驗預習、課后思考題、實驗過程評定、實驗易錯提示四部分。通過這四部分，學生可以提前對實驗內容進行預習，實驗過后對實驗思考題進行回答等，實驗教師可提前對實驗過程中易發生的錯誤操作進行警示。

4.教學資源管理模塊

教學資源管理模塊將與實驗內容相關的知識點的多媒體課件、實驗所用設備的使用方法、實驗可以采用的仿真軟件等提供給學生。教學資源管理模塊主要分為教學課件、實驗指導兩部分。通過這兩部分內容，為學生理論知識的鞏固、實驗過程的預習等提供了生動的輔助教學功能。

5.實驗室開放模塊

實驗室開放可以充分提高實驗室資源的使用效率，學生自主對實驗內容、時間進行選擇，激發了學生做實驗的興趣，提高了學生思考問題、分析問題、解決問題的能力，并緩解了由于學校招生規模擴大對實驗室造成的資源需求壓力。實驗室開放是一種嶄新的教學模式，為此將與實驗室開放相關的各項內容統一規劃在此模塊中，模塊分為實驗室開放項目、實驗室開放安全管理、儀器設備開放管理三部分。通過此模塊，學生可以提前預約開放性實驗內容、時間、地點，并可以指定指導教師，教師審核通過后，通過該模塊進行確認，則預約成功。

6.儀器設備管理模塊

實驗室的儀器設備絕大部分是通過政府采購、中央財政撥款購置的，許多實驗室都由于設備信息不公開，存在儀器設備無計劃購置、重復購置的問題。此外，由于實驗室的管理體制不夠健全、管理方法不夠先進、儀器設備的購置和使用缺乏長期規劃、儀器設備閑置、開放共享程度低、儀器設備管理人員流動等問題造成實驗設備容易丟失、損壞等現象。

通過建設實驗教學管理平臺，將實驗設備全部在網上公示，從采購環節開始到報廢環節結束，每一環節都要準確標注設備狀態及負責人員，可以確保國有資產不流失，實現誰損壞誰賠償。將儀器設備的實時狀況及時在網上顯示出來，促進了儀器設備的合理使用、合理流動、資源共享，加強了儀器設備的管理，杜絕了設備閑置浪費、公物私化。該模塊分為儀器設備管理制度、儀器設備查詢、低值易耗品查詢、設備報廢、設備維修五部分。

7.用戶中心模塊

用戶中心模塊分為實驗預約、實驗課表、實驗論壇三部分。通過此模塊，學生對實驗課程進行預約，實驗教師對實驗預約進行確認，同時利用論壇，學生可以將自己遇到的問題、困難與實驗教師進行交流。

二、用戶權限分級

系統平臺的安全、穩定運行與系統平臺用戶的權限管理密切相關。系統管理員擁有系統平臺的最高權限，負責系統平臺的運行維護、平臺框架的修改、各級別用戶基本信息的錄入、權限分配、實驗課程信息設置等工作。[2]本系統平臺不設置自行注冊，由系統管理員通過學生、教師的一卡通信息統一對本院所有學生、教師進行注冊，根據權限，系統平臺用戶分為四個級別：

1.瀏覽級

瀏覽級用戶可以瀏覽平臺上所有與實驗室規章制度、實驗設備狀態、實驗內容的相關內容及已經完成預約的實驗課表等內容。

2.學生級

學生級用戶通過登錄界面可以進行實驗預約申請及論壇登錄。

3.教師級

教師級用戶可以對學生實驗預約申請進行審核，審核通過則預約成功，并可以增加實驗課程，修改實驗課程表。

4.管理級

管理級用戶除具有教師管理權限外，還可以對平臺的框架進行增加、刪除、修改等操作。

三、系統平臺的開發及數據庫選擇

黑龍江科技大學電氣與信息工程學院實驗室教學管理系統平臺，使用Microsoft Visual Studio作為開發平臺，采用B/S模式，分為三層結構：前端客戶機瀏覽器、Web服務器、后臺數據庫服務器。客戶通過瀏覽器客戶端發送HTTP協議向Web服務器發出請求，Web服務器接到客戶所發請求后把請求交給后臺數據庫服務器，后臺數據庫服務器對請求進行驗證，驗證通過后將處理結果以HTML格式返回給客戶機瀏覽器。采用B/S三層體系結構，客戶端無需安裝任何程序，既減輕了客戶端電腦的負荷，給數據訪問和應用程序執行帶來極大便利，也大大降低了系統維護與升級的成本及工作量。[3]

在網絡軟件的編寫過程中，將JS、VS、Ajax、C#進行結合，由于這些技術功能強大，在方便使用的同時，也帶來了一些安全問題。

1.系統權限設定確定的系統安全機制

由系統根據用戶級別，確定用戶所管理的工作內容，進入相應的管理頁面，各用戶級別之間信息保密，這是本系統權限管理的關鍵部分。并且用戶的每次登陸及數據的更改都做日志管理，這樣出現數據問題時，能很好地追蹤數據的來源。

2.網絡技術漏洞防范

B/S技術帶來了網絡技術的革命，但也帶來了諸多隱患，如SQL、XML的代碼注入問題，XSS的跨站攻擊問題，蠕蟲病毒感染，跨域發送代碼請求，防火墻問題等。隨著問題的出現，解決問題的方法也不斷涌現。針對這些問題的分析與解決方法，本系統平臺在數據更改入庫前加了一層代碼防攻擊保護層，最大限度地保證了入庫數據的安全，保證了平臺信息的正確性。

為防御黑客利用電腦的快速反應能力對用戶賬號進行連續攻擊，使用隨機驗證碼+限制登錄錯誤次數來保障用戶賬號安全。同一時間段連續三次輸入錯誤密碼進行登錄時，系統自動進行用戶鎖定處理，需要聯系管理員或者二小時后自動解封。

每學期實驗室的實驗班級和人數均固定，且系統用戶數量相對固定，這就決定了系統平臺數據量不大，用戶并發量不大。考慮到學校的實際運行環境，為簡化系統安裝，降低平臺維護難度與系統成本，本系統平臺采用access作為系統的數據庫，而未采用sql server、Oracle等中大型關系數據庫。經試運行，完全能滿足黑龍江科技大學電氣與信息工程學院實驗室的日常教學管理工作。

四、結束語

黑龍江科技大學電氣與信息工程學院實驗室教學管理系統平臺已通過試運行。試運行期間系統平臺顯現出突出特點：界面友好、權限分明、適應性好，克服了手工操作的諸多不便，節約了人力物力，實現了無紙化、網絡化管理，方便了師生，提高了管理效率，為實驗室的教學、管理提供了高效、可靠的保障。

參考文獻：

[1]王佳偉.淺談開放性實驗室的平臺建設及應用[J].實驗室研究與探索，2010，（3）.

[2]柴旺興.實驗室網絡管理系統在教學中的應用[J].中國電力教育，2009，（2）.

[3]蔡雙雙.基于ASP.NET的開放性實驗室綜合信息管理系統[J].軟件導刊，2013，（1）.

（責任編輯：孫晴）