開放實驗室管理系統設計方案比較及探究

李婉芬

西安交通工程學院，陜西 西安 710300

近年來，高校招生人數越來越多，傳統主要依靠人工的實驗室管理系統，已無法滿足當前師生日益增長的實驗需求。因此，如何利用現代化技術將現有的教學資源進行有效利用，成為各大高校目前亟待解決的問題。下文便將傳統實驗室管理系統與本文基于J2EE 技術所開發的管理系統進行比較分析。

一、開放實驗管理系統的比較

（一）傳統實驗管理系統的弊端

高校實驗管理系統中的重要功能便是教師端與學生端的管理系統。而在傳統學生端的管理系統中，普遍存在的問題便是對于實驗室資源的利用率不高，而造成此現象的原因可分為兩方面說明，具體如下。

一是流程繁瑣。傳統實驗室管理系統中，學生申請實驗室使用權的流程比較繁瑣，通常需要學生填寫紙質申請表，并遞交給相關教師，通過教師審核后才能獲取實驗室的使用權。甚至部分高校所使用的實驗室管理系統，需要教師收到學生的手寫申請表后錄入系統，再進行人工審批，此種方式無疑增加了教師的工作量。同時，學生在使用實驗室過程中也需要教師進行現場值守，對實驗器材進行分配與管理，這便使得整個實驗室申請、使用過程效率極為低下。

二是信息透明度較差。由于信息不透明，學生對當前實驗室的使用情況難以判斷，極易出現扎堆申請實驗室使用的情況，而實驗室與器材的數量是有限的，同一時刻只能滿足少數人的實驗需求。此外，對于器材儀器占用情況也缺乏實時查看渠道，這便使得學生在使用某些實驗器材與儀器時發生沖突，出現器材儀器集中使用或無人使用的情況，這便產生了資源浪費。

在上述流程中可發現，此種傳統的實驗室管理系統，流程較為冗雜，不論是學生還是教師，在操作過程中極易出現錯誤。而上述流程卻僅僅是一個學院的一個專業，若出現跨專業甚至跨院系的學生同時選修、必修多門課程時，此流程的復雜程度將會呈幾何級數增長。

（二）開放式實驗管理系統的優勢

基于上述分析可以發現，傳統實驗管理系統在時間、空間以及內容方面均存在局限，這便限制了學生自主能力以及實驗能力的提高，降低了其學習效率，難以為學生提供創新發展的平臺。針對此問題，如何對現有的實驗室資源進行整合，增強實驗室的開放程度與共享程度是目前亟待解決的問題。而基于J2RR 技術開發的實驗室管理系統便可增加實驗室的開放程度，能夠滿足學生當前日益增長的實驗需求。相較于傳統實驗管理系統，該開放式實驗管理系統的優勢可分三方面說明。

一是該系統實現了實驗室資源申請的無紙化流程。學生在申請實驗室的過程中能夠完全摒棄填寫申請單的形式，簡化了申請程序。對于主管教師而言，可避免數量較多的紙質文檔出現，簡化了教學流程，只需對學生線上所提交的電子文檔進行審批即可。

二是大幅度減少了教師管理實驗室時的工作量。學生們可通過線上查看實驗室器材的占用情況，并利用線上提交申請，教師也在線上進行批復。此舉極大程度上為師生的實驗室使用提供了便利條件。

三是對高?，F有的教學資源進行了優化，為教師與學生提供了互相溝通交流的平臺，如此便避免了傳統實驗室管理模式中需要線下通知、匯總的缺陷，學生可以利用此平臺與教師進行實時溝通，教師可利用此平臺對學生進行答疑解惑。

基于上述對比可以發現，此基于J2EE 技術所開發的開放式實驗管理系統能夠簡化實驗室管理流程，大幅度縮減教師的工作量，學生也可通過線上平臺查看實驗室、器材儀器的占用狀態，整合了高?，F有的實驗室資源。下文便對此實驗室管理系統的設計方案進行探究。

二、基于J2RR 技術的開放實驗室管理系統的設計方案探究

基于該系統的優勢，下文便從整體技術架構、功能設計兩個角度對其設計方案進行探究。

（一）整體技術架構

該系統是基于J2EE 技術開發而成，其開發框架采用了當前主流的后端開發框架，Spring、MVC、MyBatis，數據庫設計方面采用了MySQL技術，并將Log4j 當作日志框架。在前端開發技術的選擇方面，采用Jquery，結合FreeMarker 模板技術，此種組合方式能夠最大限度降低開發難度?；谏鲜隹蚣芘c網絡七層協議，能夠將該系統的技術架構劃分為四層，分別為前端、業務、持久以及數據。具體如圖1。

前端層主要功能是處理用戶請求并響應，此層面與用戶使用該系統的感受密切相關。該部分可分為兩種，前端頁面構建與SpringMVC。頁面構建需要采用HTML 以及Java 技術。而Spring MAC 則是對用戶的請求進行處理。當教師或學生發出申請后，服務器接受此指令，將指令發送至SpringMAC，再根據具體請求信息，進行查找，找到可以處理該請求的service 方法。此過程中的Controller 會按照請求內容在業務層以及持力層中調用方法處理，并返回模型。最后，由圖像解析器利用FreeMarker 技術找到相應的模板，渲染后返回用戶，如此完成用戶的查詢、申請過程。

業務層的主要功能是邏輯實現，所以該系統的大部分業務邏輯處于該層面。具體是通過一系列方法實現對實驗報告以及評分流程業務的處理。此層結構主要是對前端層請求進行接收，以接口的形式，實現自身的調用。此外，該層面在處理業務時候還向下進行調用對數據進行讀寫。此層結構所包含的具體功能有學生方面的信息管理，教育資源管理，實驗所產生的報告管理，預約管理以及答疑通道。

持力層主要功能是連接程序以及數據庫。當業務層讀寫數據時，提供接口對上層進行調用，保證相應功能的實現。此部分所采用的框架為

MyBatis。

數據層主要是存儲數據以及其他緩存信息，并與持力層、業務層進行連接，接受前端層的調用。

除上述外，該系統采用的Log4j 日志更方便開發人員的錯誤查詢以及系統維護，使得開發速度更快，維護難度更低。

（二）系統功能設計

根據上文業務層中的功能，該系統關鍵功能設計為權限管理、教學資源管理、實驗報告管理、預約管理以及師生答疑模塊，具體如下。

1.權限管理模塊

系統最終需要交付予用戶使用，而該開放式實驗管理系統作為多用戶共同使用的系統，如何對權限進行分配是重點。首先需要明確，對于系統整體，權限管理模塊的作用是進行選線攔截，當用戶訪問相關數據時，需要對用戶權限進行檢查，檢查其是否具備訪問權限，以此作為該系統的第一道安全防線。

為降低該系統的使用難度，可將該系統接觸學校的認證系統，教師、學生只需要通過學校認證便可使用該系統，不需要進行再次注冊。為實現教師與學生的權限分離，該系統采用了二次驗證信息的方式，以此對其權限進行識別。當用戶進行訪問時，該系統會跳轉至學校的認證界面，通過認證后跳轉至該系統進行二次驗證，與系統內數據庫的信息進行匹配。為使得數據庫能夠順利匹配信息數據，需要在其中存儲教師與學生的基本信息，并以此為基礎實現教師對學生信息的管理。該系統將學生信息的數據庫與教師端進行直接連接，教師可對該部分信息進行自由添加、修改、刪除。例如學生違紀后，教師可通過修改其信息限制其權限。同時，考慮到學生人數較多，該系統在學生信息管理部分采用分頁設計，以此減少同時顯示的信息數量，減輕客戶端的運行壓力。在分頁數據的獲取方面則是采用AJAX 異步通信進行獲取，當用戶點擊翻頁時，會將其具體請求信息封裝，由服務器進行解析，轉化為數據庫查詢語句，最終返回用戶［1］。

2.預約管理模塊

此部分同時涉及教師與學生，因此該模塊可分為實驗室預約功能與設備管理功能，具體如下。

一是實驗室預約功能。該部分功能可實現學生對實驗室的使用情況進行查看，并進行預約申請，接收教師的審批結果等。學生在客戶端中發出請求查看預約情況的信息，并填寫相關信息，通過HTTP POST 與數據連接，教師端再從數據庫中調用申請信息，審批后通過AJAX 返回學生客戶端，同時教師端與數據庫的信息傳輸也需要通過AJAX 進行。采用AJAX 的原因是避免短時間內大量數據同時訪問使得客戶端卡頓，實現信息的分流，以分頁式形式展現預約信息。

二是設備管理功能。此功能與預約功能類似，學生僅需要填寫所需器材設備的名稱、使用時間、結束使用時間與申請用途便可。后續流程與預約功能相同。但不同之處為該項功能會多出一項可申請數量，該系統將此處設計為下拉形式，在此處顯示實驗室器材儀器的剩余數量。

雖然兩者功能相近，但考慮到可能存在僅需器材儀器的需求，故將其分為兩個子功能［2］。

3.教學資源管理模塊

此部分包括規章制度管理與教育資源管理兩部分功能。

一是規章制度管理。此部分屬于通用內容，所以該系統將此作為用戶登錄后的背景界面。學生端僅具備查看權限，教師端可對其進行修改。由于信息量較少，功能簡單，因此該系統使用HTTP GET 的方式進行請求。

二是教育資源管理。此部分功能是根據課程的區別，將高校內部的實驗教育資源劃分，其中教師具有添加章節、課程的權限，可上傳相關視頻、課件資源以及課后作業。當學生對相關資源進行訪問時，僅具有播放視頻權限，其他課件資源與作業具有下載權限。其中教育資源的上傳功能通過HTTP 實現，教師創建課程后會以HTTP 形式發送至該系統的服務器中，當服務器接收到該請求后，會對相關程序進行調用，利用SpringMVC進行解析，最終將其存儲至數據庫中。而學生的視頻播放功能則是通過調用Ckplayer 軟件進行實現，該軟件會將數據庫中的視頻資源轉換為流媒體數據，返回至學生端。此外，考慮到教師所上傳的課件資源與課后作業相關數據的規?？赡軙^大，所以此部分會采用AJAX 進行分頁顯示，減輕客戶端的處理壓力。

4.實驗報告管理模塊

此部分功能的實現步驟分為三步，具體如下。

一是實驗報告的上傳，由學生填寫相應的實驗名稱，提交報告文件。此過程可采用HTTP 技術，當服務器接收到請求后，便會將其存入存儲器中，同時該系統會更新文件記錄。

二是教師下載學生所上傳的實驗報告，并在審批后上傳成績。教師可通過瀏覽實驗報告列表，發送下載請求，此時服務器會對系統所更新的文件記錄進行查詢，為教師提供下載鏈接。教師審批后，可通過HTTP 進行成績上傳，存儲數據庫中［3］。

三是成績查看。教師將審批結果上傳完畢后，學生可通過AJAX 向服務器發送HTTP 請求，此時服務器會對數據庫進行查詢，進而實現成績查看功能。

5.師生答疑模塊

該系統在師生答疑模塊增設了歷史問題保存功能，并通過AJAX 進行分頁。具體實現步驟如下：

首先，當學生產生問題后，可到歷史問題中查詢，以此提高教師答疑的效率。對于此部分功能，系統基于SQL 查詢技術為學生提供了搜索功能，學生可發送HTTP 請求進行查看。服務器在接收請求后會將請求轉換為SQL 查詢語句，自動在數據庫中查詢，并將結果返回至學生端。

其次，當學生無法在歷史問題中得到答案的時候，可發出HTTP 請求，在系統中上傳問題，并填寫聯系方式。服務器會對此請求進行解析，存放至數據庫中。

最后，教師訪問本模塊后，可直接看到學生最近提出的問題，此時便可通過HTTP 發送請求，將答案上傳至系統數據庫中［4］。

根據上述發現，此部分功能極大程度上提升了教學效率。

三、結語

本文將傳統實驗管理系統與基于J2EE 技術開發的開放式實驗管理系統進行了比較，并從整體技術架構與功能設計兩個角度對其設計方案進行了探究，發現該系統能夠簡化實驗室管理流程，學生也可通過線上平臺查看實驗室、器材儀器的占用狀態，相關人員可以此作為參考對開放實驗室管理系統進行應用或研發。