基于網絡的實踐課程智能管理系統的研究

劉麗娟?武文革

摘要：提出了一種應用于機械工程專業的高校實踐課程的方法與系統，建立了基于一卡通的RFID自選式學院實驗中心。實驗器材分配唯一的條碼，將一卡通與實驗器材關聯，實現實驗室的無人管理，對于降低實驗室運行成本起到了很大的作用。建立了實踐課程智能系統，教師可以全程了解學生在實踐教學各環節中的具體表現，給出公正的成績，并將成績導入學校統一的成績錄入系統。系統選用B/S模式，通過瀏覽器向Web服務器發出請求，通過中間組件訪問后臺數據庫，并將操作結果以HTML頁面的形式返回給前端瀏覽器，實現了對高校機械工程專業實踐課程的系統管理，選用PHP+Dreamweaver+MySQL方案，系統運行良好。

關鍵詞：實驗室；網絡；數據庫；RFID

作者簡介：劉麗娟（1975-），女，山西原平人，中北大學機械與動力工程學院，講師；武文革（1967-），男，山西太原人，中北大學機械與動力工程學院，教授。（山西 太原 030051）

基金項目：本文系山西省高等學校青年學術帶頭人項目、山西省重點實驗室開放基金項目（項目編號：2007031007）、中北大學自然科學基金項目的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）08-0182-02

實驗室作為學生實踐活動的基地，在高校的人才培養、科學研究以及服務經濟等方面具有獨特的、不可替代的作用，建設并管理好實驗室是建設高水平大學的必要條件之一?，F有的實驗室由于場地等的限制，必須合理共享有限的硬件資源，大多實驗是在同一實驗室通過不斷輪換實驗器材來完成繁重的教學任務，實驗器材利用率增高，損壞率也隨之增高，無法確認損壞時間與人員，實驗室的運行成本不斷提高。如何對高校實驗室進行科學管理，使得實驗室的管理智能化，是我國大多數高校實驗管理面臨的一個現實問題。

一、基于RFID的自選式實驗室管理

本系統建立了一種基于RFID的自選式學院實驗中心。RFID（Radio Frequency Identification），射頻識別技術，是一項利用射頻信號通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞并通過所傳遞的信息達到識別目的的技術，多用于管理系統。該實驗方法以學院為單位進行建立并管理，各個系的實驗室統一到學院進行管理，以機械工程實驗中心為例，涵蓋了先進制造實驗室、機械性能實驗室、互換性與測量技術實驗室、精密與特種加工實驗室、機械原理及零件實驗室、計算機實驗室等多個專業的實驗室。在購置實驗器材時統一采購，分配唯一的條碼并入庫。數據庫系統記錄實驗器材的入庫時間、購入金額、實驗項目、故障與維修、使用時間、使用人等信息。該開放平臺可以最大限度地滿足學生進行實驗課程的需求。從實驗項目上完全開放，學生可自主選擇實驗項目，不僅可以完成與理論相配套的經典實驗課程，而且可以完成教學計劃規定內容以外的開放選修實驗，培養學生的動手實踐能力和創新能力。

將學院各系的實驗室統一到學院建立與管理，分成計算機區、機床區、檢測儀器區、電氣設備區、刀具區、實驗臺區、配件區以及開放實驗區，如圖1所示。各類實驗器材分門別類地進行存放。開放實驗區主要用于學生完成開放性實驗，如自選課程的實驗、參加各類創新性比賽需要完成的實驗以及參加科研項目需要完成的各類實驗等。

實驗室配置TSC條形碼打印機3臺，SymbolMC70數據采集器2臺，掃描槍5把，磁卡閱讀器10只。條形碼由13位數碼組成，1位奇偶校驗碼，3位分類碼，后9位按類別設置，主要用于實驗內容的分類，如配件碼、年份碼、實驗類別碼、數量碼等，確保記錄對象的唯一性。光電掃描平臺利用光源系統，由光電轉換器將光信號轉換成電信號，并對電信號進行放大和整形，最后以二進制脈沖信號輸出給譯碼器。條形碼譯碼器將掃描器輸出的脈沖數字信號解釋成計算機可識別的信號，并傳輸給計算機。實驗器材購置后要進行入庫、校驗、使用、維修、報廢等一系列過程，帶有自己的“身份證”，整個實驗器材管理流程有條不紊地進行下去。新購入器材時，根據各自的“身份證”將各儀器器材自編條形碼，自編條形碼打印系統軟件自動生成EAN-13碼，可以使用TSC條碼打印機打印。然后通過掃描器掃入條形碼并傳入計算機，進入入庫操作。工作人員將器材的條碼掃入計算機直接進行校驗，并將校驗結果自動記錄入庫，需優化數據的在優化后將優化數據一并入庫，將校驗合格的器材數據通過接口程序輸入服務器中的數據庫中。學生預約實驗時，利用一卡通的號碼建立賬戶，做實驗時通過磁卡閱讀器讀入一卡通，將需要的器材等通過掃描平臺或掃描槍讀入自己的賬戶，實驗開始記錄時間，儀器定時兩小時，如超時儀器將自動關閉。每臺儀器安裝一套自測系統，當實驗完畢后需再次刷卡，系統記錄實驗操作時間，這時儀器自測啟動，運行無誤后儀器自動關閉，這時學生方可離開實驗室。這樣可以及時發現實驗過程中儀器的損壞，并相關到人。

二、實踐課程智能系統

實踐課程智能系統包括三個子系統：實驗室智能系統、課程設計交互系統，以及實習工作系統。系統整體框圖如圖2所示。

1.實驗室智能系統

實驗室智能系統是該系統的主要子系統，包括預約系統、實驗器材管理系統、網上實驗室以及成績評定系統。這里主要介紹網上實驗室系統。

網上實驗室可進行軟件實驗與虛擬實驗。實驗由兩部分組成：學習部分與實驗部分。學生在做實驗前可進入學習模塊，學習該實驗的先修課程，了解注意事項，下載相關圖紙，將問題提前上傳至數據庫或與教師線上交流，完成一些小的測試環節，保證做實驗時的質量與進度。通過局域網，開展網上實驗室，學生可以與教師在線交流，教師根據學生實驗情況評定成績。如在數控編程實驗環節中，為教師和學生提供一個能夠不依賴機床硬件而存在的數控編程平臺，避免由于數控機床數量不能滿足教學要求和直接在數控機床上做實驗對設備的損壞。在數控編程課程的測驗中，教師通過局域網向學生發送編程任務，并對學生的編程結果進行評價。在該模塊中有兩個分支系統：學生可以根據系統提示進入學習模塊，系統根據學生輸入的信息進行處理，經過邏輯推理和專家智能判斷得出比較接近的程序供學生參考，學生可將這些程序導入程序軟件進行編譯并輸出結果。開發此模塊的主要目的是讓學生能掌握數控編程的基本流程，并且在實踐中學習，達到日后也成為一個數控編程專家的目的。在本模塊中包含有具體的編程實例、對實例的分析以及對圖紙的分析等。另外還對實際工作中會用到的一些事項進行介紹，如具體工作步驟、參數的設定、刀具補償、對刀等。另一個分支系統是學生在學習分支完成學習后，教師在線對學生實驗過程進行考核。

2.實習工作系統

實習教學是實踐教學的一個模塊，包括實習前準備工作、實習報告工作、實習成績評定工作。在實習前準備中，學生可以通過網絡下載實習表格以及實習相關知識資料，在出發前對實習地點、實習內容、實習方向等進行詳細了解，做到有的放矢；實習報告環節主要是完成實習回校后做的工作，這時學生可以通過網絡與實習教師進行在線交流，下載相關技術資料以及注意事項，并上交實習報告的電子稿，教師可以根據學生在實習中的表現以及在實習報告過程中學生的表現評定成績，并將它導入學校成績錄入系統。

3.課程設計交互系統

在課程設計模塊中，教師可以瀏覽到由審核員發布的課程設計題目，能瀏覽相關信息以及題目下載等；可以上傳教師的課程設計題目和相關信息及說明文檔，提交到數據庫中去，由審核員審核后進行發布；可以查看學生的情況，瀏覽學生的選題，做到一人一題；可以下載學生提交的課程設計說明書及圖紙，指導學生進行課程設計及說明書的修改。學生通過自己的賬號進入系統，瀏覽經過教研審核入庫的題目，查找自己的設計題目與設計要求、指導教師以及相關資料等；學生選擇題目后可以與指導教師聯系，在教師的指導下完成具體設計并提交設計說明書；另外，還為學生提供下載有關課程設計撰寫過程中需要的相關資料。管理員的主要工作有課程設計的瀏覽、審核、入庫，將學生提交的所有說明書顯示，由審核員點擊查看具體要求和說明，審核說明書是否符合要求。如果通過審核則進行發布。處于發布狀態的論文將不能再發布，教師和學生登錄時只能看見由審核員通過了發布的論文；當答辯結束后，由審核組成員將學生的成績錄入到數據庫，并將學生的課程設計相關資料刻成光盤，記錄下光盤的序號，以便后期查找。學生的答辯記錄以文檔的形式生成到指定的文件夾下，能夠以報表的形式打印下載。

4.網絡與數據庫技術

用戶通過IE、Netseape等瀏覽器向Web服務器發出的請求，web服務器響應請求，通過web服務的中間組件訪問后臺數據庫，并將操作結果以HTML頁面的形式返回給前端瀏覽器。本智能系統選用B/S模式通過瀏覽器，如IE就能實現在Intemet或hitranet上的應用和管理，并且在客戶端無需進行任何配置。數據庫放在服務器端集中管理，系統的升級和改進比較方便。操作系統為Windows Server，選擇PHP作為開發工具，開發環境為Dreamweaver。它同時支持多種服務器技術生成由動態數據庫支持的web應用程序。Dreamweaver MX是建立Web站點和應用程序的專業編輯器，與Dreamweaver配合使用，建立用數據庫連接web服務和舊式系統Internet應用程序。

系統采用MySQL作為數據庫后臺。新建一個名為“sjxt”的數據庫，為了使各個表之間不產生冗余，把每個表里可能出現的數據字段寫在一個表里，表與表之間通過關鍵字相連。這樣，出現冗余的情況就減少，表與表之間的聯系也更加緊密。本系統可以根據要求建立三個大型數據庫文件，以課程設計為例進行說明。在課程設計子系統中建立一個名為“kssj”的數據庫，包括11個表，分別為： 系統設置（by_config）；留言板（by_gb）；評分表（by_mark）；信息表（by_msg）；新聞表（by_news）；用戶表（by_user）；用戶數據內容表（by_userdata）；button編輯器表（ewebeditor_button）；style編輯器表（ewebeditor_style）；system編輯器表（ewebeditor_system）；toolbar編輯器表（ewebeditor_toolbar）。MYSQL可通過兩種方式通過PHP與WEB相連，一種通過PHP的MYSQL相關函數，另一種通過PHP的ODBC相關函數。PHP連接MYSQL需要4個參數：數據庫地址、數據庫名、數據庫用戶名、數據庫密碼。

三、實踐課程系統的實現

由于該系統內容較多，不能一一介紹，這里僅對系統的核心模塊——實驗室智能模塊進行簡單介紹。該模塊匯總了我院所有的實驗器材，對各類數據進行分類與管理，可根據用戶要求對實驗設備器材等進行在線入庫、出庫、查詢、修改等操作，還可對實驗課程進行管理，可預約、查詢、修改、刪除等，如圖3所示。

四、總結

本文提出了應用于機械工程專業的高校實踐課程的技術與方法，建立了基于一卡通的RFID自選式學院實驗中心以及高校機械工程實踐課程智能管理系統，為高校機械工程專業實踐課程提供有益的參考和指導作用。系統選用Windows Server為操作系統，PHP與Dreamweaver為開發工具，MySQL為數據庫后臺，以實現管理為目標，具有較強的現實可行性。

參考文獻：

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[4]王月英，施吉祥，任祖平.網絡化制造實驗室探索與研究[J].實驗室研究與探索，2008，27（1）：4-7.

（責任編輯：王祝萍）