基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統設計

任靖娟，曹 莉

（河南中醫藥大學信息技術學院 河南 鄭州 450000）

0 引言

SSH框架是現在大多數軟件設計過程中都會使用的一種框架集。而這種框架是基于MVC的開發，且MVC模式已經成為現代J2EE開發中的一種常用模式[1]。本文基于SSH架構設計一種計算機課程實驗教學輔助系統，以便于學生對于計算機課程的學習。SSH架構具有技術優勢，可以提高系統的功能性，擴展應用空間[2]。SSH框架在業務對象的平臺專用性上沒有特殊的限定要求，在SSH框架中業務邏輯的實現通過普通的Java對象即可完成，為計算機實際操作提供一個堪比現實環境的仿真場景，達到提升使用效果的目的。

1 基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統

1.1 硬件設計

計算機課程實驗教學輔助系統流程，見圖1。

基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統的設計，將實驗教學的應用場景從課堂延展到分布式的教學網點，通過靈活的網絡架構將各種教學資源匯集在一起，為教師提供更為豐富和靈活的教學手段，為學生展現一個接近于實戰的演練環境，實現對計算機課程的立體化呈現[3]。為了滿足系統運行的流暢度要求，在設計中兼顧性價比，硬件部分選用kingston 8 GB×2內存的普通PC機，硬盤大于500 G，操作系統選擇使用Win10系統，一般連接外置打印機協助操作。硬件環境可選擇Internet網絡或局域網，服務器CPU選擇3.2 G以上，內存1 G?？蛻舳嗽O計采用“瘦身化”設計理念，可以是任意連入互聯網的智能終端，考慮到輔助教學系統的應用對象和使用場景，優先考慮臺式計算機。通過普遍配置的瀏覽器軟件，實現教學內容的上傳下載和顯示。由于將運算功能設置在服務端，因此客戶終端的運算處理能力不做要求，其功能主要為在實驗操作中的必要動作和模擬顯示結果，因此客戶端的硬件環境要求設定在輸入操控能力和細膩的顯示效果展示方面，依托臺式計算機必備的鍵盤鼠標以及系統內置的瀏覽器，完成教學輔助系統的應用所需[4-6]。

網絡關系鏈一般可以分成3種，內、外部網絡以及DMZ網絡。外部網絡學校網絡連接Internet的重要端口，通常需要防火墻級別的設備來分隔Internet、Intranet和DMZ網絡。進出的網絡流量根據防火墻的訪問規則進行控制，用來保證各項系統模塊的安全。遠程用戶通過瀏覽器提供的交互界面設置程序參數，作為系統運行的參數傳輸到服務器端，在服務器端由Matlab Builder JA構建的Java組件中進行運算。內部網絡根據學校的組織結構和規模，根據下屬單位和業務性質來控制對內部資源的訪問，規劃不同的內部功能網段，學生可以通過內部網絡，快速傳輸網絡數據，獲取學校內部資源，達到資源共享的目的。通過對3個物理區域的劃分，每個網絡區域根據不同的功能和服務對象保留自己的特點和功能。

1.2 軟件設計

1.2.1 實驗教學資源整合模塊

系統軟件為SSH框架，采用B/S設計和開發，其架構維護起來較為簡單。由于程序數據的存儲和操作都體現在服務器本身，若要更加方便地管理系統，提高執行的效率和速度，就必須將操作執行分配給各個不同的計算機。根據需求，系統軟件設計結構見圖2。

創建一個通用數據庫，名稱設置為studentDB，并選擇最常用的服務器。數據庫服務器主要由高性能的Hibernate機組成。Hibernate可以自動生成SQL語句，自動執行，使得Java程序員可以隨心所欲地使用對象編程思維來操縱數據庫。 Hibernate可以應用在任何使用JDBC的場合，既可以在Java的客戶端程序使用，也可以在Servlet/JSP的Web應用中使用。在SSH架構應用程序中，可以使用DAO在Hibernate的O/R映射管理環境中模擬SSH架構頁面中的圖形，對圖形進行優化設置，分級呈現圖形細節在保證數據庫通信流暢的前提下，保證使用者對圖像細節的表現要求[7-9]。Hibernate用反射機制實現持久化對象操作，實現與IDE(integrated development environment）的耦合度。Hibernate使用數據庫和配置信息為應用程序提供持久化服務。從配置文件中讀取數據庫相關參數，將持久化類和數據表對應使用。用Hibernate API對象持久化，利用映像信息將持久化操作翻譯為SQL語句進行查詢。使用SSH架構需要一個Java對象作為函數的返回值，作為接入系統數據庫管理的接口，該返回值還可作為交互數據信息的備份，確保系統在發生事故后能夠快速恢復[10]。

1.2.2 用戶登錄及權限管理模塊

在典型的三層架構中，具有圖形界面的程序安裝在單個客戶的計算機上。這些程序允許用戶通過特定格式的表單輸入適當的信息，以便與服務器進行交互。整合教學資源后，對學生及教師等不同使用者設置不同權限。子體主要是針對大多數和學生自身一樣的同級用戶，母體主要是針對學校，輔助主要是針對老師等人員。根據使用者不同的身份設置不同的權限，在登錄時完成角色識別和權限分配，登錄流程見圖3。

母體是輔助系統的底層管理職能，對系統的運行參數、運行狀態、用戶管理、權限設定具有最高的控制權；輔助面向教輔人員，具有班級管理、人員增刪、課件導入、情景設定、教學模型選擇等權限，是作為計算機課程實驗的組織者和指導者；子體的用戶是學生，通過用戶創建過程中對學號、姓名、專業、課程體系等信息的標簽化管理，建立學生使用權限和內容訪問權限。它的功能是接受使用者數據輸入以創建用戶，并作出結果輸出。本系統采用帶有進入權限的預約系統，由管理員設置教師建立課堂的權限，教師邀請學生憑密碼進入課堂，實驗過程管理模塊會自行在培訓后臺進行操作。系統會自動記錄學生的登錄時間和退出時間記錄實驗課程的選擇，學生還可以使用課程表功能查看過去的課程，對以往課程的知識點進行回顧溫習，也可以查看尚未開始的課程，提前做好課程預習，并有選擇地準備課件作業。

計算機實驗教學內容創建基于SSH架構的用戶登錄及權限管理，在建立系統時，應根據基本的邏輯推理使用系統模式，創建SSH架構用戶功能。在系統中需要首先建立用戶信息，通過注冊頁面，分類確定使用者的角色，并根據分支進入管理者、教師、學生3個不同架構中注冊新用戶，對應不同權限和信息，在輸入時顯示密碼以便下次登錄。對于網站管理員來說，可以將分類信息存儲在數據庫中，方便信息傳輸和終端顯示。系統內置管理和維護功能，可以通過Internet Explorer的遠端控制端口進行內容更新以及系統維護。權限管理界面見圖4。

1.2.3 教學輔助系統數據庫設計

數據庫服務器推薦使用Ts300-e5。它是一款內置P5BP-E/4L高性能主板和Intel LGA775 Xeon 7100系列中央處理器的立式/機架式5U服務器。系統的主要功能設定是實驗教學，因此以數據庫作為開發的基礎，系統的數據庫需要設計冗余，并具備備份功能，從而保證數據源的穩定性。利用工具可以導出指定的教學計劃表，共享給用戶，并添加定時提醒功能，便于教師和學生實現同步操作。在數據服務層，數據庫負責將數據提供給操作邏輯層，傳輸給用戶界面層。用戶在使用中僅接觸到操作邏輯層，不會對數據服務層的數據進行改動，從而提高系統安全性。系統中架構采用不同的操作模式，每一層都可以由不同的團隊使用不同的編程語言和工具進行開發，具體見表1。

2 對比實驗

2.1 實驗準備

通過用戶管理功能添加某信息技術學院的在職教師和大二學生，以驗證基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統的大用戶量訪問管理能力；通過一個時間段的實際應用，對比同等條件下系統性能的實用性。根據軟件功能設定，要求管理員、任課教師和學生登錄系統，在系統中注冊自己的信息，觀察幾百人規模下系統在身份識別、權限分配、運行流暢度等指標的運行穩定性。確認全員登錄系統后，選取實際教學中的實訓內容設定為實驗教學課程，教師在系統中設定實驗目標，明確實驗要求，指導實驗路徑，并檢查學生的實驗作業，在系統中批改。學生在系統中參與實驗課程，根據教師要求，完成實驗操作，并獨立完成實驗作業，提交教師審查。經過半個學期的使用，對比傳統的教學輔助系統與本文設計系統的資源整合完整度。

2.2 實驗結果

在大二年級6個班級實施了實驗教學輔助系統后，記錄傳統系統與本文設計系統的資源整合完整度，見表2。

由表2可知，使用基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統經過長時間的正常教學使用，其資源整合完整度依然很高，系統運轉良好，傳統教學輔助系統雖然完整度也較高，但略遜于本文設計系統，由此證明本文設計的基于SSH架構的計算機課程實驗教學輔助系統能夠滿足日常教學需求，且系統功能較為完善。

3 結語

網絡信息技術的進步加快了信息的流通，提高了網絡教學流通的效率。傳統的教學方式雖然有其優勢所在，但為了適應教育行業發展以及一些特殊情況下的學習方式，網絡教學逐漸被人們所接受，對于整個教學過程進行電子化，減少了資源的浪費，也可以提高教學質量和效率?；赟SH架構的計算機實驗教學輔助系統，以實踐教學為核心，利用SSH架構和數據庫技術實現實驗資源與教學組織的整合，以豐富教學資源，實現交互式學習，不受時間地點限制，提供給學生一個自主學習的平臺。