基于計算機類實驗課堂教學環境管理系統設計研究

王洪海

摘 要：當今時代，計算機實際動手操作能力尤為重要，由于學生在校計算機的實踐操作較少，所以文章主要研究基于計算機類實驗課堂教學環境管理系統的設計，通過發揮實驗教學的優勢，提高學生的實踐能力。利用對國內外研究現狀的了解，對系統設計需求進行分析，通過整體構架以及功能模塊的構建對系統進行詳細設計研究。

關鍵詞：計算機；實驗教學；管理系統

學生對知識的掌握程度，需要通過實際動手能力來體現，因而參加上機實驗學習很重要。因此本文開發了一套計算機類實驗課堂教學環境管理系統，發揮實驗教學的優勢，提高學生的綜合能力。

1 國內外研究現狀

根據國內對實驗教學環境管理系統的研究及應用來分析，系統的大體功能基本相似，一般包括用戶模塊、教師模塊、學生模塊等幾大功能模塊[1]。而應用于實際教學中的實驗教學環境管理系統從設計模式上包括C/S的兩層設計結構和B/S的3層設計結構。

C/S結構是由美國Borland公司研發的軟件系統體系結構，其優點在于響應速度比較快，多樣個性化，可以實現復雜的業務流程。缺點在于C/S結構硬件一般需要建立在專用的網絡，并且對軟件的重用性不高，系統在升級維護方面也比較困難。整體來講，C/S結構管理系統客戶端有事物層和表現層，服務器端有數據邏輯層和存儲層。所以導致客戶端很龐大，系統升級困難，而且事物層不能完成平臺和客戶端共享的功能，從而缺少數據邏輯層來供應數據存儲層。

B/S結構是由美國微軟公司研發的瀏覽器和服務器結構，隨著網絡技術的興起，用戶的工作界面可以通過瀏覽器來實現，主要事物可以通過服務器端實現，對客戶端電腦載荷進行簡化，降低系統升級與維護的成本[2]。B/S 3層設計結構具有以下優勢：對硬件的換進高要求較低，無需專門的網絡硬件環境，并且升級與維護方式比較簡單。目前已經應用的實驗教學管理系統大多數是基于C/S結構，個別高校會使用B/S結構。

國外的實驗教學環境管理系統相對開放，針對學生選擇具有隨意性，學生可以被安排相應的導師進行實驗。相對于國內，這種教學模式還不能夠應用到實驗課教學管理中。因此，本文主要研究如何使用基于B/S的結構來開發計算機類實驗教學環境管理系統，通過應用4層設計結構把應用邏輯從Web服務器與數據庫中分離出來，最終形成應用服務器層。

2 實驗教學管理系統設計需求分析

計算機實驗教學環境管理通常在沿用C/S結構的管理系統，隨著對教學質量的要求不斷提高，需要尋找新的課堂環境管理方法。所以本文從如何最大限度地提高教學效果出發，對系統需求進行研究：

2.1 教師用戶需求分析

教師在實驗教學管理中對學生起到指導作用，教師連接Internet后對實驗內容進行設計，實驗后針對成果好的發布給學生，教師針對學習成績進行錄入、查詢及修改。

2.2 學生用戶需求分析

在實驗教學中，學生是主體，所以系統的設計要確保學生可以利用課余的時間查詢成績，實驗教學中隨時得到教師指導，實驗后便于提交成果。

2.3 性能需求分析

此系統允許多人同時訪問，簡單容易操作，作業的操作需要進行時間限制。

總之，現有的實驗教學環境管理系統已經滿足師生用的基本需求，一定要采取新的設計結構，開發出新的實驗教學環境管理系統。

3 系統功能設計分析

此實驗教學管理系統的使用用戶主要包括教師、學生和管理員，所以需要從該3方面對系統功能進行分析。

3.1 教師用戶功能

教師用戶針對實驗內容在課前需要設計和修改，將實驗錄入系統中，并且可以通過賬號登錄，對學生所設計的實驗內容進行修改。教師可以對學生成績進行錄入、查詢及修改。

3.2 學生用戶需求

學生在實驗內容完成之后要具備提交權限，將自己的實驗成果提交到系統中，方便及時查看成績列表。學生可以通過登錄系統對自己的個人信息進行修改。

3.3 管理員用戶功能

管理員對用戶具有修改和添加的功能。為了更好地對學生實驗信息的管理，需要對學生所在的專業和班級進行管理。除此之外，管理員需要對系統數據庫進行更新及維護，包括數據備份及還原操作。

4 系統構架設計

該系統構架主要通過4個層次構成：Web瀏覽器層、Web服務器層、應用服務器層和數據訪問層。

4.1 Web瀏覽器層

Web瀏覽器層是用戶的交互界面，該功能是接收用戶輸入信息，具有用戶體驗，此系統的設計主要用于教師、學生、管理員的使用，該層主要是作為整個解決方案中的Web項目實現的。

4.2 Web服務器層

也稱為業務邏輯層，是實現用戶交互與數據表示，對數據進行收集，向應用邏輯層請求調用核心服務處理。在實驗課堂教學環境管理系統的設計中，業務邏輯層主要是完成賬戶處理、實驗管理以及專業班級管理、數據的收集等[3]。在賬戶管理中，業務邏輯層會對用戶信息進行接收與顯示，將數據簡單處理之后傳遞給應用層進行驗證，最后將驗證結果反饋給用戶。實驗管理中業務邏輯層主要接收教師所設計的實驗內容，然后傳遞到應用服務器層進行處理。在成績管理中，Web服務器可以對教師錄入的學生成績直接傳遞給應用服務器層進行操作，然后將結果返回Web服務器層，并且顯示。

4.3 應用服務器層

應用服務器層是由業務組件構成，組件對數據加工提交，反饋到客戶端。在管理系統中，操作基本通過應用服務器層來實現，通過接收Web服務器層傳遞來的數據進行處理，接收的數據包括用戶身份信息、設計實驗信息、學生成績信息以及班級管理信息和課程信息等。

4.4 數據訪問層

數據訪問層包括數據、視圖、存儲過程等，主要對系統的數據資源進行操作，為應用邏輯層提供數據處理服務，為了確保管理數據可以被多次訪問，在具體操作中使用統一的數據訪問接口，來提高訪問效率。

5 系統實現

此系統主要應用于員工培訓、建立系統平臺、數據庫構建、應用程序設計、程序測試、文檔驗收等。教師端可以實時在網上提交故障問題與處理狀況，管理端具有實驗課堂問題處理功能，包括問題的描述以及提醒。

該系統具有一定的實用性，避開了常規的管理軟件思路，抓住管理的關鍵，實用性強。該系統解決了教學管理的需求，在開發過程中采用組件式開發，模塊化程度高、系統清晰。最后，該系統擴展性強，預留了接口，可以連接藍牙設備、單片機等技術進行聲音報警或者進行安全監控等。

6 結語

目前，高校計算機實驗室實現了網絡化管理，計算機硬件設備和實驗軟件也增多，給管理中心帶來新的問題。本文所涉及的計算機類實驗課堂教學環境管理系統采用B/S4層構架體系結構，層與層之間結構清晰，系統隨時隨地為用戶提供登錄，幫助教師進行實驗設計，系統可以幫助學生盡早了解實驗，更方便提交實驗以及隨時查看實驗成績。

[參考文獻]

[1]趙偉.網絡多媒體教學課件管理系統設計與實現[J].信息與電腦（理論版），2012（12）：229-230.

[2]米雁.基于B/S結構的虛擬實驗室數據管理系統的設計研究[J].科技創新與應用，2017（12）：90-92.

[3]王中杰.實驗室智能視頻監控系統開發[J].自動化技術與應用，2016（5）：115-117.