基于實驗項目的開放創新型實驗管理系統探究

孫天昊， 楊夢寧， 王 茜， 朱征宇， 黃 仁

(重慶大學 a.計算機學院; b.軟件學院，重慶 400044)

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基于實驗項目的開放創新型實驗管理系統探究

孫天昊a， 楊夢寧b， 王 茜a， 朱征宇a， 黃 仁a

(重慶大學 a.計算機學院; b.軟件學院，重慶 400044)

針對目前傳統的人工實驗管理方式改革，結合開放創新型實驗教學體系建設，從開放式創新型人才的培養目標和實驗的信息化精確管理需求出發,特別是“第二課堂”中的開放式、創新型實驗，實現了一套基于實驗項目的開放創新型實驗管理系統，包括實驗課排課，實驗課預約，實驗課成績管理等系統核心功能。目前該系統已投入使用，并取得良好效果，為實驗教學和學生素質培養提供平臺支撐。

開放式實驗； 創新型實驗； 實驗管理系統； 實驗項目

0 引 言

實驗、實踐教學是培養學生創新精神和實踐能力重要的教學環節，是培養學生應用實踐能力的重要手段，是實現人才培養目標的有效途徑和重要保證。如何提高實驗教學質量，強化學生實踐能力和創新能力培養，培養能夠適應經濟社會發展需要的高水平人才，成為各校必須研究和重視的課題。為了確保實驗教學的質量，需要從開放式創新型人才的培養需要和實驗教學的信息化精確管理需求這兩個方面對目前實驗管理體系進行研究，從而實現基于實驗項目的開放創新型實驗管理系統。

(1) 開放式創新型人才的培養需要。文獻[1]從實驗課程體系構建、實驗項目設置、內容編排、實驗課外活動安排等方面闡述了對實驗教學適應學生自主選擇需求的具體改革思路。文獻[2]提出應該建立突出實踐能力培養的實驗教學體系,并且實驗教學體系應體現實驗教學和理論教學并重的思想，需要進行實驗室開放，開展網上實驗教學活動[3]。文獻[4]提出了一種基于“關節點”課程的實踐教學體系，并構建以“云計算平臺”為基礎的高性能實驗教學平臺。文獻[5]指出創新實驗教學體系的實施不僅催生了大量學生創新成果，而且營造了優良的科研與創新實踐氛圍。文獻[6]提出一個以開放實驗項目庫建設為中心,圍繞項目提出、項目選擇、項目實施和項目評價4個環節構成的項目管理環形結構。文獻[7]構建“多層次、模塊化、開放式”法學實驗教學體系。

(2) 實驗教學的信息化精確管理本身的需求。高校實驗室信息化管理建設旨在實現實驗室管理的規范化、流程化和信息化，提高實驗室的教學質量、管理水平和服務水平，為實驗室主管部門的宏觀管理和科學決策提供依據，為實驗室的自身發展提供有利契機，為實驗室全面信息化提供有力保障。文獻[8]指出需要全面推進實驗室管理信息化建設。

在實驗管理系統的實現技術和方式上目前大家都偏向于基于Web的方式[9-16]。文獻[9]實現了基于Web的實驗網上選課系統。文獻[10]利用SSH框架開發實驗管理系統。文獻[11]研究基于PHP+MYSQL技術的實驗排課系統。文獻[12]設計了一種基于Web 的分層次實驗管理平臺。文獻[13]設計并實現了基于ASP .NET 技術上的開放實驗管理系統。文獻[14]設計與實現了基于B/S的實驗管理系統,文獻[15]設計與實現的開放式實驗室管理系統。文獻[16]開發與應用了實驗室綜合管理系統。

基于開放式創新型人才的培養需要和實驗教學的信息化精確管理需求這兩個方面，我校正在形成一套完整的開放創新型實驗教學體系，我們研究和實現了一套與之匹配的基于實驗項目的開放創新型實驗管理系統，目前該系統已投入實際應用，見重慶大學實驗教學管理系統(http://222.198.128.87)。系統為一個基于JavaEE的Web應用系統，系統中教務處，實驗中心，老師和學生都可以根據已賦予的權限對實驗教學信息進行方便的管理和查詢，具體實驗教學信息包括實驗課程，實驗項目，教學班級，人數，指導老師，值班老師，時間和地點等。該系統在我校的實驗教學中起到很好的作用，改變了傳統的實驗教學管理方式和極大的提高了工作效率，方便了老師和學生的實驗教學，滿足了開放式創新型人才的培養需要和實驗教學的信息化精確管理需求。

1 開放創新型實驗管理體系的研究

開放性實驗是對傳統實驗教學體系的一次改革，使得高校的實驗教學體系從課堂內轉到了課堂外，也就是俗稱的“第二課堂”，實驗教學不僅僅局限于在集中教學的課堂之上，而且應該是多層次多模式的。

近年來，第二課堂的模式也越來越豐富，傳統形式包括興趣小組、學科競賽以及學術講座與研討，現在又增設了“國家級大學生創新訓練項目”、“大學生科研訓練計劃”以及“產學合作教育”等等，這些創新的大學生實踐活動，增加了新的實驗教學層次，并且均是著力于“創新”二字，我校的開放創新型實驗教學體系的層次結構如表1所示,其中“第一課堂”滿足課內實驗和課程設計的內容，“第二課堂”滿足開放式實驗和創新型實驗的要求。

表1 開放創新型實驗教學體系

圍繞“堅持提高教學質量、走內涵發展道路”的總體思路，根據我院正在實施的重慶市重大教改項目“強化課程教學過程和評價，全面提升學生的綜合能力”，我院正在形成一整套完整的“第一課堂”實驗教學體系。包括制定完善的實驗教學規范，課程設計規范，課程實踐項目規范。其中課程實踐項目是這次改革的一個亮點，我們將在講授每門課程的同時，同步推進課程實踐項目，該項目是一個更為綜合性的能夠貫穿課堂多個理論知識點的實驗內容。以“計算機網絡”課程為例，制定了4個課程實踐項目，分別是消息封/解裝仿真系統的設計與實現，滑動窗口協議模擬,以太網CSMA/CD協議仿真系統的設計與實現和路由分組轉發仿真系統的設計與實現。通過“第一課堂”多個層次的實驗教學體系能夠鍛煉學生對理論知識的掌握和實際動手能力的培養。

“第二課堂”的實驗體系也正在形成和逐漸完善中，具體包括“國家大學生創新訓練項目”(已進行至第7屆)，“大學生創新性實驗計劃”(SRTP，已進行至第5屆)，重慶大學大學生創新班級和創新團隊(已進行至第3屆), 和各級別學科競賽。

學校每年組織國家大學生創新訓練項目、重慶大學大學生科研訓練計劃(SRTP)等專項創新實踐活動的開展，每年參與學生3 000余人，覆蓋全校所有專業每屆40%的學生，讓學生在大學期間接受了一次項目研究的全過程訓練。大學生創新性實驗計劃的實施，啟迪了創新思維，促進了個性化發展，加強了大學生創新實踐能力的培養，項目的實施同時促進了實驗教學的深化改革。

學科競賽是培養學生實踐能力和創新精神的重要載體，逐漸成為培養高素質應用型人才的重要突破口。參加學科競賽，可以充分調動學生的主觀能動性，鼓勵他們動手、創新、協作，積極進取，學以致用。目前我院學生參加的學科競賽具體有：

(1) 國際級競賽。國際ACM競賽，國際數模競賽，美國大學生數學建模競賽等；

(2) 國家級競賽。“挑戰杯”全國大學生課外學術科技競賽，中國大學生計算機設計大賽，全國大學生數學建模競賽，全國大學生網絡商務創新應用大賽，全國大學生電子商務挑戰賽，全國大學生電子設計競賽嵌入式系統專題邀請賽，全國大學生電子設計競賽信息安全技術專題邀請賽等；

(3) 市級競賽。重慶市高校數據庫應用程序設計大賽，重慶市程序設計大賽, 中國大學生計算機設計大賽重慶市級賽等；

(4) 企業級競賽。微軟創新杯軟件設計大賽，淘寶網TOP應用設計大賽，安利杯全國大學生計算機作品賽等；

(5) 校級競賽。重慶大學計算機設計大賽，重慶大學程序設計大賽等。

學校每年組織開展全國大學生數學建模競賽、全國大學生電子設計競賽、全國大學生英語競賽等20余項學科競賽，每年參與學生超過6 000人次，覆蓋全校所有專業。各個級別的學科競賽為優秀學生提供了廣闊的天地，正成為培養創新型人才的重要突破口，是開放創新型實驗體系的一個重要部分。

2 開放創新型實驗管理系統的實現

根據實際基于實驗項目的開放創新型實驗管理需求，設計和實現了開放創新型實驗管理系統，主要實現對“第一課堂”的實驗教學，課程設計，課程實踐項目和“第二課堂”的開放式實驗，創新型實驗的管理，并提供給教務處實踐教學科，實驗室管理人員，實驗室人員，任課老師，學生等角色進行使用。

2.1 整體流程

實驗教學包括教學計劃階段，教學運行階段和教學工作管理階段。教學計劃階段包括課程體系，培養方案和開課計劃，這三個環節對應的工作實驗教學只是參與，不存在屬于這三個環節但需要實驗教學系統功能支持的業務；教學運行階段包括：教學任務，教學執行任務，任務分配，課程安排(排課和預約)，調課，考勤和實驗成績；教學工作管理階段完成需要實踐教學科完成的工作，包括經費核算，報表和相關指標統計分析(實驗教學狀態)。實驗教學主要由教務處實踐教學科負責。

圖1 實踐教學管理流程圖

2.2 系統功能

在理論課和部分實驗課已經安排的情況下，將未安排的實驗課程任務分配到實驗中心，實驗中心提供實驗二次排課(自動尋找學生、教師和實驗室共同空閑時間)和學生自由預約實驗的功能，同時支持實驗成績管理、數據報表等功能要求。

具體功能包括：系統管理，基礎信息，任務管理，實驗課排課，實驗課預約，實驗課成績，進度監控，統計查詢，數據報表和數據共享等10個功能模塊。

圖2 系統功能結構圖

(1) 系統管理。管理整個系統的用戶和權限信息。包括角色管理，權限管理，組織機構，用戶管理，系統設置和系統日志。

(2) 基礎信息。統一管理系統中使用的系統級元數據，可以根據實際業務的變化發生改變。包括：實驗中心，實驗室，實驗課程，實驗項目，實驗人員，學院專業，學生信息，教師信息。

(3) 任務管理。管理學生完成選課后生成的教學計劃任務。包括：執行任務，任務分配和任務查詢。

(4) 實驗課排課。依據學生，教師和實驗室的公共空閑時間，以課程教學班為單位安排課程的實驗項目任務，同時可實現分組分項目的實驗課排課。其中公共空閑時間，教學班人數和實驗室容量是實驗課排課的關鍵要素。包括：單個、多個群體的空閑時間查詢(教學班，行政班，學生)、整班排課，合班排課，拆班排課(手動拆班和自動拆班)。

(5) 實驗課預約。實驗中心設置實驗課程是否開放預約并設置實驗室開放時間，學生根據自己的課表安排自己的實驗課上課時間，管理員可以根據實際情況調整最終的預約結果。包括預約課程設置，實驗室設置，學生預約，預約結果調整。

(6) 實驗課成績。管理學生實驗課成績。實驗課成績由課程的實驗項目成績構成，但不同課程的成績構成規則不一樣。包括實驗成績構成規則管理，實驗成績管理和實驗成績查詢。

(7) 進度監控。監控實驗教學管理中相關事務的進度，是管理者更直觀的關注事務進度，督促事務進展。包括：排課進度監控，預約進度監控，成績錄入監控，未完成實驗學習學生的監控。

(8) 統計查詢。包括學生空閑時間，教學班空閑時間，老師空閑時間，實驗室空閑時間，學生課表，教師課表和實驗室課表。

(9) 數據報表。實驗教學運行數據報表。包括實驗項目表，專業實驗人員表，實驗室基本情況表，實驗室費用情況表。

(10) 數據共享。為學生提供完成的學習課表(理論、實驗)，為成績登載提供準確的學生選課數據。

3 結 語

本文對目前采用的傳統人工管理的實驗管理體系進行改革，從開放式創新型人才的培養目標和實驗教學的信息化精確管理需求兩方面研究開放創新型實驗管理體系，形成一套較為完善的開放創新型實驗管理體系，并設計和實現了一套基于實驗項目的開放創新型實驗管理系統，為實驗教學和學生素質培養提供平臺支撐。通過該管理系統能夠對實驗教學的“第一課堂”和“第二課堂”進行精確地信息化管理，提高工作效率，改善教學效果，促進教學質量，為培養創新型人才提供平臺保證。

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Exploration on Open Innovative Experimental Management System Based on Experimental Items

SUNTian-haoa,YANGMeng-ningb,WANGQiana,ZHUZheng-yua,HUANGRena

(a. College of Computer Science; b. School of Software Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China)

Aiming at the present traditional way of artificial experiment management, combining construction of opening and innovative experimental teaching system, based on two aspects of the training objectives of open innovation talents and the accurate information management demand, we research on the opening innovation experiment management system, especially the open, innovative experiment of “second classroom”, implement an experimental item-based opening innovation experiment management system. System core functions include experimental course scheduling, experiment course booking, experimental course score management, etc. This system has been put into use, and achieved good results. This system provides the platform for experiment teaching and the cultivation of students’ quality.

open experiment; innovative experiment; experimental management system; experimental items

2014-10-25

重慶市高等教育教學改革研究重大項目(1201013,1201026);重慶市研究生教育教學改革研究項目(YJG123026);重慶大學教學改革研究項目(2013Y10)資助

孫天昊 ( 1979 -)，男，河南南陽人，博士，講師，主要研究方向為計算機網絡，Web服務。

Tel.：15922967709；E-mail：sthing@cqu.edu.cn

TP 391;G 642.0

A

1006-7167(2015)08-0227-04