基于MVC模式的高校實驗排課系統設計與實現

古衛濤，趙　鋒

(1.西安郵電大學 教務處，陜西 西安 710121；2.西安郵電大學 通信與信息工程學院，陜西 西安 710121)

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基于MVC模式的高校實驗排課系統設計與實現

古衛濤1，趙鋒2

(1.西安郵電大學 教務處，陜西 西安 710121；2.西安郵電大學 通信與信息工程學院，陜西 西安 710121)

為實現高校實驗課程的在線排課管理，設計了一個高校實驗排課系統，該系統基于“模型-視圖-控制器”模式進行開發，前端使用HTML5、CSS3.0、Javascript語言，后端腳本使用PHP語言，數據庫采用Mariadb10。系統運用于教學，運行表明，滿足教師、學生、教學管理人員等各類角色使用需求，實現高校各類實驗課程排課的統一管理。

MVC；實驗課；排課；系統設計

實驗教學是高校本科教學的重要環節，實驗教學的質量影響著高校人才培養的水平和層次。實驗教學管理信息化是保障教學運行和實施實驗教學質量監控的基礎性條件。與理論教學相比，實驗教學由于所需條件復雜、參與人員角色較多、學生人數不固定、開展方式靈活等原因，實驗教學管理的信息化困難較大[1-2]。實驗教學管理信息化的基礎是實驗排課的信息化。

目前，實驗教學管理系統的研究和應用主要有3個方面：第一，實驗室綜合管理，主要以提高實驗資源利用率、促進實驗室規范化管理為目標，解決實驗室內部管理的信息化問題，如實驗資源開放共享管理、使用預約管理、實驗耗材管理等[3-7]。第二，實驗過程管理，主要研究實驗室(中心)的實驗課程管理和實驗課過程管理，探討實驗課程選課、實驗預約、學生考評、成績記錄、信息查詢等實驗教學過程管理問題[8-9]。第三，實驗排課管理，主要研究實驗室或學院實驗排課或教學管理的信息化，如某個實驗室或某類實驗課程的排課管理，系統工作流程相對簡單、用戶角色較少，數據量也比較小[10-11]。模塊化的高校實驗教學管理系統的研究和應用較多，對高校實驗教學統一管理系統的設計和實現還有待進一步研究。

本文擬采用“模型-視圖-控制器”模式(Model View Controller， MVC)設計開發一種高校實驗排課管理系統，系統的主要功能是對高校各類實驗、實踐課程在線排課進行統一管理，為學校教學管理部門、學院教務管理人員、實驗室、實驗指導教師、學生等各類用戶角色提供一個統一的實驗教學服務和管理工作平臺。

1　系統功能

實驗排課系統的核心對象是實驗課程，實驗課程一般包括課內實驗、獨立設課實驗以及集中實踐環節：課內實驗是包含在理論課程中的實驗；獨立設課實驗是指完全的實驗課程；集中實踐環節是安排在固定周次集中和連續進行的實踐課程，參加學生在當周暫停理論課，因此需要實驗室在安排時優先考慮。根據各類實驗課程的特點，實驗排課的一般原則是首先安排集中實踐環節，其次安排獨立設課實驗，最后安排課內實驗。

1.1用戶角色

用戶角色系統包括教師和學生。教師角色包含校長、督導、院長、教學院長、專業負責人、教務處、教務員、實驗室、實驗教師等9種角色。為方便登錄和使用，在系統登錄驗證時，只顯示教師和學生。學生的角色是固定的，部分教師會有多重角色，在進入系統后可進行角色切換。

1.2主要功能模塊

系統主要功能模塊有：系統設置模塊、教學資源管理模塊和實驗教學管理模塊。系統主要的功能模塊，如圖1所示。

(1)系統設置模塊

包括系統的操作時間設定、角色管理。操作時間設定是指各角色或各業務單元的操作時間期限，即開始時間和結束時間，以保證數據的準確性。角色管理是對校長、督導、院長、教學院長、專業負責人、教務處、教務員、實驗室、實驗教師、學生10種用戶角色進行賬號管理。

(2)教學資源管理模塊

教學資源管理模塊由學生管理、師資管理、教學內容、教學機構、教學場所5個子模塊構成，學生管理、師資管理子模塊分別對學生、教師的信息進行管理。教學內容子模塊包含培養方案、課程大綱、實驗教材等實驗教學文檔。教學機構管理對學校的院系、專業、實驗室、房間相關信息進行管理和維護。

(3)實驗教學管理模塊

該模塊是系統的核心模塊，主要完成實驗任務下達、實驗場地選定、實驗時間安排、課表生成等功能。

圖1　系統功能結構圖

1.3系統流程

首先，教師用戶分角色登錄系統，系統進行角色和權限審查，出現相應角色的操作界面。實驗排課系統工作流程，如圖2所示。其具體操作步驟是：第一步，系統與教務管理主系統進行數據對接，實驗任務進入實驗排課系統；第二步，教務處根據實驗課程的任務歸屬，同時考慮實驗任務量的均衡，將實驗課程分配到學院；第三步，學院教務人員根據各實驗課程所需條件將實驗課程安排到相應的實驗室；第四步，實驗室安排集中實踐課程時間；第五步，實驗教師確定獨立設課和課內實驗課程時間。

圖2　系統流程圖

2　系統設計

MVC模式是一種將系統應用程序的輸入、處理和輸出分開的設計方法，適用于中大型數據庫開發，可以減少編碼的復雜性，具有耦合性低、復用性高、可擴展以及可維護性強等優點[12]。考慮到高校實驗課程排課過程復雜，參與角色多，數據量大的特點，實驗排課管理系統基于CodeIgniter的 MVC設計模式進行開發，前端使用HTML 5、CSS 3.0、Javascript語言，后端腳本使用PHP語言，數據庫采用Mariadb10。

2.1MVC設計模式

MVC設計模式采用將業務邏輯、數據、界面顯示分離的方法編寫代碼，在進行系統改進、個性化修改界面、以及用戶交互時，不需要重新構造業務邏輯。MVC業務模型，如圖3所示。

圖3　MVC業務模型

(1)模型

數據模型包含可重用的對數據庫關系進行增、刪、改、查的方法，系統主要有教師角色、實驗任務、實驗課程、學院、實驗室、房間、時段、學生班級等8個數據模型類，所有的模型類都繼承基類CI_Model的數據和方法。

(2)視圖

系統主要有登錄、個人設置、師資管理、教學內容、教學機構、教學場所、學生管理、時間設置、權限管理、教學任務、課程查詢、實驗排課、實驗課表等13個主要的頁面。

(3)控制器

系統主要包含用戶角色審查、課程歸屬、實驗室歸屬、實驗室房間歸屬、學生專業班級、實驗任務管理、實驗任務分配、實驗場所選擇、實驗時間安排、課表查詢等11個程序邏輯控制器，所有的控制器類均繼承基類CI_Controller。

2.2業務流程的安全性

前端控制器是系統的入口，完成用戶權限驗證、URL地址重寫以及資源文件加載，用戶請求路由器對HTTP 請求進行分發，安全組件對 HTTP 請求進行安全處理，應用程序控制器加載模型、核心類庫、輔助函數以及其他所有處理請求所需的資源，最后渲染視圖并發送至瀏覽器 。

2.3數據庫設計

面對的角色眾多，業務處理過程繁雜。不同實驗課程類型對應不同的流程與過程管理文檔。基于系統的特點，數據庫設計時盡量減少數據冗余，避免數據的不一致。系統數據庫設計按照BCNF范式的要求，防止出現數據增刪改的異常。系統數據庫的實體都滿足[13]：

(1)所有非主屬性對每個碼都是完全函數依賴。

(2)所有的主屬性對每一個不包含它的碼,是完全函數依賴。

(3)沒有任何屬性完全函數依賴于非碼的任何一組屬性。

圖4　系統ER圖

2.4關鍵技術

系統的關鍵技術是MVC模式下的控制器設計，控制器定義和實現了各種業務邏輯的處理。以教師選擇實驗地點的操作為例，部分腳本代碼如下：

class Exp_arr_do extends CI_Model

{

/**

* 通過教師工號查詢課程任務

* @param $teacher_number 教師工號

* @return $teacher_course 教師對應的課程數組

*/

function t_to_c($teacher_number)

{

// $sql = "SELECT col_task_id,col_course_name FROM tmp_arr1 WHERE col_teacher_number = ?";

$sql = "SELECT col_id,col_coursename FROM course_task WHERE col_teacher_code = ?";

$teacher_course = $this->db->query($sql,array($teacher_number))->result_array();

return $teacher_course;

}

*通過課程任務id查詢實驗室

* @param $task_id 課程任務id

* @return $course_lab 課程對應的實驗室數組

*/

function c_to_l($task_id)

{

// $sql = "SELECT col_lab_name,col_student_num,col_course_hour FROM tmp_arr1 WHERE col_task_id = ?";

$sql = "SELECT col_lab,col_stu_num,col_labhour FROM course_task WHERE col_id = ?";

$course_lab = $this->db->query($sql,array($task_id))->result_array();

return $course_lab;

}

/**

* 通過實驗室名稱查詢下設房間

* @param $lab_name 實驗室名稱

* @return $lab_room 實驗室下設房間

*/

function l_to_r($lab_name)

{

// $sql = "SELECT col_room_code FROM tmp_arr2 WHERE col_lab_name = ?";

$sql = "SELECT col_room_code FROM view_lab_room WHERE col_lab_name = ?";

$lab_room = $this->db->query($sql,array($lab_name))->result_array();

return $lab_room;

}

/**

* 房間電腦數量查詢

* @param $room_code 房間號

* @return $computer_num 電腦數量

*/

function get_computer_num($room_code)

{

// $sql = "SELECT col_computer_num FROM tmp_arr2 WHERE col_room_code = ?";

$sql = "SELECT col_computer_num FROM view_lab_room WHERE col_room_code = ?";

foreach ($room_code as $row) {

$computer_num[] = $this->db->query($sql,array($row))->result_array();

}

return $computer_num;

}

3　系統實現

3.1實驗任務管理

系統通過與教務管理主系統對接導入每個學期的實驗任務，系統提供實驗任務管理功能，可以根據需要進行實驗任務的增加、刪除、修改操作。如圖5所示。

在分配實驗任務時，系統會默認按照開課學院的原則將實驗任務分配， 如果是普通上機類實驗，由于相當多的實驗室都配置有一定數量的計算機，因此，需要根據各實驗室計算機的利用情況，做到全校范圍內計算機利用率的大體均衡。如圖6所示。

圖5　實驗任務管理

圖6　實驗任務分配

3.2選擇實驗場所

學院接到實驗任務后，根據實驗課程所需條件和要求，將實驗任務安排到各實驗室，如果該實驗室有多個房間，實驗課程指導教師再根據所承擔實驗課程的學生數、實驗分組情況，選擇實驗室的房間號。如圖7所示。

3.3確定實驗課程時間

集中實踐課程，如課程設計和科研訓練，一般安排在固定的周次，連續上課中途不間斷，故需優先進行排課，集中實踐課程排完后，實驗教師再進行其他實驗課程的排課，在進行排課操作時只需要在對應時間的位置上選擇即可。如圖8所示。

3.4生成實驗課表

當各類實驗課程完成排課后，系統可自動生成實時實驗課表，還可根據實驗課程的相關信息，如教師姓名、學生班級、課程名稱等信息進行查詢，為教務處、督導組、學院及時掌握實驗課程情況和實施教學質量監控提供支持。如圖9所示。

圖7　選擇實驗場地

圖8　實驗排課

4　結語

采用MVC模式設計和開發了一個高校在線實驗排課系統，系統實現了實驗課程管理、實驗資源管理、實驗排課、實驗課表生成、實驗課程查詢等功能，滿足了學校教務處、督導處、學院教務辦、實驗管理人員、實驗指導教師、學生等各類用戶的使用需求。

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[責任編輯：汪湘]

Design and realization of university experimental course scheduling system based on MVC

GU Weitao1，ZHAO Feng2

(1. Office of Educational Administration， Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China;2. School of Communication and Information，Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China)

In order to achieve online scheduling management of the experimental courses in university, an experiment course scheduling system is designed and implemented. The system is based on the “Model-View-Controller” model with front end of system using HTML5, CSS3.0 and Javascript language, backend script of system using PHP language，and database system using Mariadb10. The system is unified for the management of various types of experiment courses scheduling，and it meets usage requirements from teachers, students, education managers and other all kinds of roles. The system is put into use successfully.

MVC, experiment course, scheduling, system design

10.13682/j.issn.2095-6533.2016.05.014

2016-07-18

陜西省高等教育教學改革研究項目(15BZ47)

古衛濤(1980-)，男，碩士，工程師，從事管理科學與工程、高教管理研究。E-mail:124403878@qq.com

趙鋒(1979-)，男，碩士，講師，從事管理信息系統、信息安全研究。E-mail: peakzhao@gmail.com

G434

A

2095-6533(2016)05-0069-07