基于B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統的設計研究

米雁

摘 要：近幾年來，信息技術的發展推動了實驗室模式的改革，基于B/S結構的虛擬實驗室在教育領域中得到了廣泛應用，極大改善了當前高校在實驗教學過程中面臨的困境。文章便對基于B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統的特點進行分析，并對該類型的虛擬實驗室數據管理系統的設計方案進行了深入的研究。

關鍵詞：B/S結構；虛擬實驗室；數據管理系統

中圖分類號：TP311.52 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）36-0090-02

引言

隨著教育領域改革浪潮的不斷深入，高校自身所具備的實驗設施已經無法滿足學生實踐能力與創新能力的培養，而以計算機為代表的信息技術的大量涌現，為高校的實驗教學帶來了全新的契機，虛擬實驗室的創建豐富了高校的教學資源，實現了資源的共享與交互，突破了時間與空間上的限制。但是，隨著虛擬實驗室數據的不斷累積，如何對這些龐大的數據內容進行科學的保管與管理也已成為高校急需解決的問題。從結構上來說，虛擬實驗室主要分為C/S結構與B/S結構，由于C/S結構的成本較高，并且兼容性與靈活性較差，這也使C/S結構的虛擬實驗室逐漸被B/S結構所取代。為此，以下便對B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統的特點及設計進行深入的研究。

1 B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統的特點

B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統相比于C/S結構來說具備以下特點，首先，B/S結構具體經濟性與便捷性的特點，在B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統中，只需要安裝瀏覽器就能夠對數據進行高效的管理，并且對數據的維護與更新也較為方便。其次，B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統具備開放性的特點，用戶只需要利用瀏覽器就能夠實現對系統中數據的訪問與操作，并且能夠突破時間與空間的約束，使用戶能夠隨時隨地的對這些數據進行統計、分類、篩選等操作，并且還能夠依靠這些數據來進行實驗。再次，B/S結構具備良好的擴展性，該數據管理系統結構能夠進行任意擴展，它能夠從單臺服務器擴展成由多臺服務器構成的大型數據管理系統，從而增強系統對數據的存儲能力與處理能力。最后，B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統具備較高的靈活性，該系統能夠借助于互聯網來對數據進行處理、發布與傳輸，從而實現了數據的實時共享，有效解決了數據管理過程中產生大量不規則信息的問題。

2 基于B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統的設計方案研究

2.1 虛擬實驗室數據管理系統架構設計

基于B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統從功能上進行分解可以分為四個層面，分別是表示層、數據層、功能層與網絡層，每個層面都是相互獨立且存在密切聯系的。表示層能夠將系統中的數據通過接口顯示到屏幕中，并且用戶還能夠通過鍵盤來對數據進行錄入，它是實現人機數據交互的主要平臺。數據層是數據管理系統中的核心部分，它能夠對數據庫中的數據進行存儲、讀取與管理等工作，還能對數據的完整性、安全性與一致性進行訪問，并且能夠對數據進行實時的更新與檢索。功能層主要用于數據的處理服務，它是由大量的應用程序組成的，這些程序能夠根據用戶要求來對數據進行處理，并能夠將數據處理結果生成相應的頁面反饋給用戶，可以說，功能層是連接表示層與數據層之間的紐帶。網絡層主要是以當前主要采用的www技術來構成的，它內部包含通信協議及規范，如TCP/IP協議、HTTP協議等，網絡層能夠實現數據的傳輸與共享功能，此外用戶還能夠通過網絡層來對數據進行篩選與獲取。

2.2 虛擬實驗室數據管理系統網絡結構的設計

用戶能夠通過虛擬實驗室數據管理系統來進行遠程實驗與本地實驗，該數據管理系統是通過網絡將實驗用戶、數據及實驗室聯系起來，從而形成一個具備開放性、共享性特征的虛擬實驗環境，用戶能夠通過數據管理系統來獲取數據，并根據數據來進行實驗操作，從而實現對數據的高效利用。因此，為了使大量用戶能夠通過數據管理系統來獲取數據，網絡的通暢性是必不可少的，應確保網絡環境能夠始終保持通暢，這樣能夠使不同的用戶借助于網絡來獲取數據管理系統中的數據。網絡結構的線路應采用光纖線，交換機應為千兆以上。

2.3 虛擬器件建模的設計

基于B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統在虛擬器件建模上可采用兩種方法，分別是正向操作建模與逆向操作建模，正向操作建模是依據虛擬器件中的數理邏輯屬性來進行模型構建的。逆向操作建模則是依據器件自身的輸出輸入接口中的數據，采用推理的方法來進行模型構建的。對虛擬器件的設計方法應根據虛擬實驗室數據管理系統的管理需要進行選擇。應確保虛擬器件建模后應具備占用空間小、良好的交互性、形象逼真、較強的封裝性與可利用性。

2.4 虛擬實驗室數據管理系統的構成及功能

虛擬實驗室數據管理系統的構成主要包括用戶管理、儀器設備管理、資源交流與實驗教學管理。用戶管理是系統對使用用戶的個人信息及相關權限信息等數據進行管理。儀器設備管理是對實驗過程中的設備與虛擬元器件的設備參數、實驗參數、輸出圖形信息等進行新建、管理與維護。資源交流是將系統中師生間的交流信息、經驗、收獲、問題等相關數據反饋給不同的用戶，以此提高教學質量。實驗教學管理是對用戶在實驗前、實驗中、實驗后的全過程數據進行管理，以供學生對實驗結果數據進行查詢、接受數據指導來選擇與開展實驗等操作，教師則能夠根據實驗教學管理中的相關數據來進行實驗的發布、新建、布置、評價等操作。

2.5 虛擬實驗室數據管理系統的軟件編程設計

虛擬實驗室數據管理系統的難點在于軟件編程部分，對軟件的編程設計通常需要采取以下技術：其一是Java技術，該技術操作簡單，并且是一種具備可移植性、多線程等優勢的動態語言，采用該語言來進行編程能夠實現網絡的最大化利用，并且由Java技術設計的應用程序不會受到環境與CPU的限制。除此之外，Java技術包含大量的類庫，設計人員可以通過這些類庫來非常方便的對虛擬實驗室數據管理系統進行構建。其二是VRML技術，該技術能夠對數據管理系統中的數據進行形象化描述，從而將這些數據通過三維物體或行為來表現出來，進而增強用戶與數據管理系統的交互性。其三是ActiveX控制技術，該技術能夠通過ActiveX控件來實現用戶利用數據管理系統，并借助于網絡來對數據進行篩選與獲取，此外，它還能夠實現對同一數據在多個實驗環境中進行重復使用。其四是LabVIEW技術，該技術屬于圖形化編程語言，采用該技術能夠實現對系統數據的采集及對系統中各種儀器的控制功能。

3 結束語

基于B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統能夠顯著提高高校對數據的利用效率，強化高校對數據的管理能力，這也使其在教育領域中具有廣闊的發展空間，彌補了傳統實驗室在數據管理過程中存在的不足。當然，該系統在教學效果上仍舊有待進一步的提高，例如教師和學生的互動方面、網絡環境要求方面等。但該系統卻突破了時間與空間上的限制，降低了管理成本，改變了傳統的實驗室模式。相信隨著科學技術水平的發展，基于B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統必將得到不斷完善與加強。

參考文獻：

[1]呂睿.基于B/S體系的電工電子網絡虛擬實驗室設計研究[J].電子設計工程，2015，23（11）：57-59+63.

[2]趙紅，李著成.基于B/S的網絡虛擬實驗室系統構建與實現[J].實驗技術與管理，2011，28（09）：86-88.

[3]馬梅娟.基于B/S和C/S混合結構的電工電子虛擬實驗室建設[J].實驗室研究與探索，2010，29（10）：54-57+76.endprint