劉麗娟?武文革

摘要：提出了一種應(yīng)用于機(jī)械工程專業(yè)的高校實(shí)踐課程的方法與系統(tǒng)，建立了基于一卡通的RFID自選式學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心。實(shí)驗(yàn)器材分配唯一的條碼，將一卡通與實(shí)驗(yàn)器材關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的無(wú)人管理，對(duì)于降低實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行成本起到了很大的作用。建立了實(shí)踐課程智能系統(tǒng)，教師可以全程了解學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)各環(huán)節(jié)中的具體表現(xiàn)，給出公正的成績(jī)，并將成績(jī)導(dǎo)入學(xué)校統(tǒng)一的成績(jī)錄入系統(tǒng)。系統(tǒng)選用B/S模式，通過(guò)瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求，通過(guò)中間組件訪問(wèn)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，并將操作結(jié)果以HTML頁(yè)面的形式返回給前端瀏覽器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高校機(jī)械工程專業(yè)實(shí)踐課程的系統(tǒng)管理，選用PHP+Dreamweaver+MySQL方案，系統(tǒng)運(yùn)行良好。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室；網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)庫(kù)；RFID

作者簡(jiǎn)介：劉麗娟（1975-），女，山西原平人，中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，講師；武文革（1967-），男，山西太原人，中北大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，教授。（山西 太原 030051）

基金項(xiàng)目：本文系山西省高等學(xué)校青年學(xué)術(shù)帶頭人項(xiàng)目、山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2007031007）、中北大學(xué)自然科學(xué)基金項(xiàng)目的研究成果。

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）08-0182-02

實(shí)驗(yàn)室作為學(xué)生實(shí)踐活動(dòng)的基地，在高校的人才培養(yǎng)、科學(xué)研究以及服務(wù)經(jīng)濟(jì)等方面具有獨(dú)特的、不可替代的作用，建設(shè)并管理好實(shí)驗(yàn)室是建設(shè)高水平大學(xué)的必要條件之一?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室由于場(chǎng)地等的限制，必須合理共享有限的硬件資源，大多實(shí)驗(yàn)是在同一實(shí)驗(yàn)室通過(guò)不斷輪換實(shí)驗(yàn)器材來(lái)完成繁重的教學(xué)任務(wù)，實(shí)驗(yàn)器材利用率增高，損壞率也隨之增高，無(wú)法確認(rèn)損壞時(shí)間與人員，實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行成本不斷提高。如何對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)管理，使得實(shí)驗(yàn)室的管理智能化，是我國(guó)大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)管理面臨的一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

一、基于RFID的自選式實(shí)驗(yàn)室管理

本系統(tǒng)建立了一種基于RFID的自選式學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心。RFID（Radio Frequency Identification），射頻識(shí)別技術(shù)，是一項(xiàng)利用射頻信號(hào)通過(guò)空間耦合（交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng)）實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸信息傳遞并通過(guò)所傳遞的信息達(dá)到識(shí)別目的的技術(shù)，多用于管理系統(tǒng)。該實(shí)驗(yàn)方法以學(xué)院為單位進(jìn)行建立并管理，各個(gè)系的實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一到學(xué)院進(jìn)行管理，以機(jī)械工程實(shí)驗(yàn)中心為例，涵蓋了先進(jìn)制造實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械性能實(shí)驗(yàn)室、互換性與測(cè)量技術(shù)實(shí)驗(yàn)室、精密與特種加工實(shí)驗(yàn)室、機(jī)械原理及零件實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室等多個(gè)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室。在購(gòu)置實(shí)驗(yàn)器材時(shí)統(tǒng)一采購(gòu)，分配唯一的條碼并入庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)記錄實(shí)驗(yàn)器材的入庫(kù)時(shí)間、購(gòu)入金額、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、故障與維修、使用時(shí)間、使用人等信息。該開(kāi)放平臺(tái)可以最大限度地滿足學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)課程的需求。從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目上完全開(kāi)放，學(xué)生可自主選擇實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，不僅可以完成與理論相配套的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)課程，而且可以完成教學(xué)計(jì)劃規(guī)定內(nèi)容以外的開(kāi)放選修實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。

將學(xué)院各系的實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)一到學(xué)院建立與管理，分成計(jì)算機(jī)區(qū)、機(jī)床區(qū)、檢測(cè)儀器區(qū)、電氣設(shè)備區(qū)、刀具區(qū)、實(shí)驗(yàn)臺(tái)區(qū)、配件區(qū)以及開(kāi)放實(shí)驗(yàn)區(qū)，如圖1所示。各類實(shí)驗(yàn)器材分門別類地進(jìn)行存放。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)區(qū)主要用于學(xué)生完成開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)，如自選課程的實(shí)驗(yàn)、參加各類創(chuàng)新性比賽需要完成的實(shí)驗(yàn)以及參加科研項(xiàng)目需要完成的各類實(shí)驗(yàn)等。

實(shí)驗(yàn)室配置TSC條形碼打印機(jī)3臺(tái)，SymbolMC70數(shù)據(jù)采集器2臺(tái)，掃描槍5把，磁卡閱讀器10只。條形碼由13位數(shù)碼組成，1位奇偶校驗(yàn)碼，3位分類碼，后9位按類別設(shè)置，主要用于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的分類，如配件碼、年份碼、實(shí)驗(yàn)類別碼、數(shù)量碼等，確保記錄對(duì)象的唯一性。光電掃描平臺(tái)利用光源系統(tǒng)，由光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大和整形，最后以二進(jìn)制脈沖信號(hào)輸出給譯碼器。條形碼譯碼器將掃描器輸出的脈沖數(shù)字信號(hào)解釋成計(jì)算機(jī)可識(shí)別的信號(hào)，并傳輸給計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)器材購(gòu)置后要進(jìn)行入庫(kù)、校驗(yàn)、使用、維修、報(bào)廢等一系列過(guò)程，帶有自己的“身份證”，整個(gè)實(shí)驗(yàn)器材管理流程有條不紊地進(jìn)行下去。新購(gòu)入器材時(shí)，根據(jù)各自的“身份證”將各儀器器材自編條形碼，自編條形碼打印系統(tǒng)軟件自動(dòng)生成EAN-13碼，可以使用TSC條碼打印機(jī)打印。然后通過(guò)掃描器掃入條形碼并傳入計(jì)算機(jī)，進(jìn)入入庫(kù)操作。工作人員將器材的條碼掃入計(jì)算機(jī)直接進(jìn)行校驗(yàn)，并將校驗(yàn)結(jié)果自動(dòng)記錄入庫(kù)，需優(yōu)化數(shù)據(jù)的在優(yōu)化后將優(yōu)化數(shù)據(jù)一并入庫(kù)，將校驗(yàn)合格的器材數(shù)據(jù)通過(guò)接口程序輸入服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)中。學(xué)生預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用一卡通的號(hào)碼建立賬戶，做實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)磁卡閱讀器讀入一卡通，將需要的器材等通過(guò)掃描平臺(tái)或掃描槍讀入自己的賬戶，實(shí)驗(yàn)開(kāi)始記錄時(shí)間，儀器定時(shí)兩小時(shí)，如超時(shí)儀器將自動(dòng)關(guān)閉。每臺(tái)儀器安裝一套自測(cè)系統(tǒng)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)完畢后需再次刷卡，系統(tǒng)記錄實(shí)驗(yàn)操作時(shí)間，這時(shí)儀器自測(cè)啟動(dòng)，運(yùn)行無(wú)誤后儀器自動(dòng)關(guān)閉，這時(shí)學(xué)生方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室。這樣可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器的損壞，并相關(guān)到人。

二、實(shí)踐課程智能系統(tǒng)

實(shí)踐課程智能系統(tǒng)包括三個(gè)子系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)室智能系統(tǒng)、課程設(shè)計(jì)交互系統(tǒng)，以及實(shí)習(xí)工作系統(tǒng)。系統(tǒng)整體框圖如圖2所示。

1.實(shí)驗(yàn)室智能系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室智能系統(tǒng)是該系統(tǒng)的主要子系統(tǒng)，包括預(yù)約系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)器材管理系統(tǒng)、網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室以及成績(jī)?cè)u(píng)定系統(tǒng)。這里主要介紹網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)。

網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室可進(jìn)行軟件實(shí)驗(yàn)與虛擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)由兩部分組成：學(xué)習(xí)部分與實(shí)驗(yàn)部分。學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)前可進(jìn)入學(xué)習(xí)模塊，學(xué)習(xí)該實(shí)驗(yàn)的先修課程，了解注意事項(xiàng)，下載相關(guān)圖紙，將問(wèn)題提前上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)或與教師線上交流，完成一些小的測(cè)試環(huán)節(jié)，保證做實(shí)驗(yàn)時(shí)的質(zhì)量與進(jìn)度。通過(guò)局域網(wǎng)，開(kāi)展網(wǎng)上實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以與教師在線交流，教師根據(jù)學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況評(píng)定成績(jī)。如在數(shù)控編程實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，為教師和學(xué)生提供一個(gè)能夠不依賴機(jī)床硬件而存在的數(shù)控編程平臺(tái)，避免由于數(shù)控機(jī)床數(shù)量不能滿足教學(xué)要求和直接在數(shù)控機(jī)床上做實(shí)驗(yàn)對(duì)設(shè)備的損壞。在數(shù)控編程課程的測(cè)驗(yàn)中，教師通過(guò)局域網(wǎng)向?qū)W生發(fā)送編程任務(wù)，并對(duì)學(xué)生的編程結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。在該模塊中有兩個(gè)分支系統(tǒng)：學(xué)生可以根據(jù)系統(tǒng)提示進(jìn)入學(xué)習(xí)模塊，系統(tǒng)根據(jù)學(xué)生輸入的信息進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)邏輯推理和專家智能判斷得出比較接近的程序供學(xué)生參考，學(xué)生可將這些程序?qū)氤绦蜍浖M(jìn)行編譯并輸出結(jié)果。開(kāi)發(fā)此模塊的主要目的是讓學(xué)生能掌握數(shù)控編程的基本流程，并且在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，達(dá)到日后也成為一個(gè)數(shù)控編程專家的目的。在本模塊中包含有具體的編程實(shí)例、對(duì)實(shí)例的分析以及對(duì)圖紙的分析等。另外還對(duì)實(shí)際工作中會(huì)用到的一些事項(xiàng)進(jìn)行介紹，如具體工作步驟、參數(shù)的設(shè)定、刀具補(bǔ)償、對(duì)刀等。另一個(gè)分支系統(tǒng)是學(xué)生在學(xué)習(xí)分支完成學(xué)習(xí)后，教師在線對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行考核。

2.實(shí)習(xí)工作系統(tǒng)

實(shí)習(xí)教學(xué)是實(shí)踐教學(xué)的一個(gè)模塊，包括實(shí)習(xí)前準(zhǔn)備工作、實(shí)習(xí)報(bào)告工作、實(shí)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)定工作。在實(shí)習(xí)前準(zhǔn)備中，學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)下載實(shí)習(xí)表格以及實(shí)習(xí)相關(guān)知識(shí)資料，在出發(fā)前對(duì)實(shí)習(xí)地點(diǎn)、實(shí)習(xí)內(nèi)容、實(shí)習(xí)方向等進(jìn)行詳細(xì)了解，做到有的放矢；實(shí)習(xí)報(bào)告環(huán)節(jié)主要是完成實(shí)習(xí)回校后做的工作，這時(shí)學(xué)生可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與實(shí)習(xí)教師進(jìn)行在線交流，下載相關(guān)技術(shù)資料以及注意事項(xiàng)，并上交實(shí)習(xí)報(bào)告的電子稿，教師可以根據(jù)學(xué)生在實(shí)習(xí)中的表現(xiàn)以及在實(shí)習(xí)報(bào)告過(guò)程中學(xué)生的表現(xiàn)評(píng)定成績(jī)，并將它導(dǎo)入學(xué)校成績(jī)錄入系統(tǒng)。

3.課程設(shè)計(jì)交互系統(tǒng)

在課程設(shè)計(jì)模塊中，教師可以瀏覽到由審核員發(fā)布的課程設(shè)計(jì)題目，能瀏覽相關(guān)信息以及題目下載等；可以上傳教師的課程設(shè)計(jì)題目和相關(guān)信息及說(shuō)明文檔，提交到數(shù)據(jù)庫(kù)中去，由審核員審核后進(jìn)行發(fā)布；可以查看學(xué)生的情況，瀏覽學(xué)生的選題，做到一人一題；可以下載學(xué)生提交的課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及圖紙，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行課程設(shè)計(jì)及說(shuō)明書(shū)的修改。學(xué)生通過(guò)自己的賬號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)，瀏覽經(jīng)過(guò)教研審核入庫(kù)的題目，查找自己的設(shè)計(jì)題目與設(shè)計(jì)要求、指導(dǎo)教師以及相關(guān)資料等；學(xué)生選擇題目后可以與指導(dǎo)教師聯(lián)系，在教師的指導(dǎo)下完成具體設(shè)計(jì)并提交設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；另外，還為學(xué)生提供下載有關(guān)課程設(shè)計(jì)撰寫(xiě)過(guò)程中需要的相關(guān)資料。管理員的主要工作有課程設(shè)計(jì)的瀏覽、審核、入庫(kù)，將學(xué)生提交的所有說(shuō)明書(shū)顯示，由審核員點(diǎn)擊查看具體要求和說(shuō)明，審核說(shuō)明書(shū)是否符合要求。如果通過(guò)審核則進(jìn)行發(fā)布。處于發(fā)布狀態(tài)的論文將不能再發(fā)布，教師和學(xué)生登錄時(shí)只能看見(jiàn)由審核員通過(guò)了發(fā)布的論文；當(dāng)答辯結(jié)束后，由審核組成員將學(xué)生的成績(jī)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)，并將學(xué)生的課程設(shè)計(jì)相關(guān)資料刻成光盤(pán)，記錄下光盤(pán)的序號(hào)，以便后期查找。學(xué)生的答辯記錄以文檔的形式生成到指定的文件夾下，能夠以報(bào)表的形式打印下載。

4.網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

用戶通過(guò)IE、Netseape等瀏覽器向Web服務(wù)器發(fā)出的請(qǐng)求，web服務(wù)器響應(yīng)請(qǐng)求，通過(guò)web服務(wù)的中間組件訪問(wèn)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，并將操作結(jié)果以HTML頁(yè)面的形式返回給前端瀏覽器。本智能系統(tǒng)選用B/S模式通過(guò)瀏覽器，如IE就能實(shí)現(xiàn)在Intemet或hitranet上的應(yīng)用和管理，并且在客戶端無(wú)需進(jìn)行任何配置。數(shù)據(jù)庫(kù)放在服務(wù)器端集中管理，系統(tǒng)的升級(jí)和改進(jìn)比較方便。操作系統(tǒng)為Windows Server，選擇PHP作為開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)環(huán)境為Dreamweaver。它同時(shí)支持多種服務(wù)器技術(shù)生成由動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)支持的web應(yīng)用程序。Dreamweaver MX是建立Web站點(diǎn)和應(yīng)用程序的專業(yè)編輯器，與Dreamweaver配合使用，建立用數(shù)據(jù)庫(kù)連接web服務(wù)和舊式系統(tǒng)Internet應(yīng)用程序。

系統(tǒng)采用MySQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)后臺(tái)。新建一個(gè)名為“sjxt”的數(shù)據(jù)庫(kù)，為了使各個(gè)表之間不產(chǎn)生冗余，把每個(gè)表里可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)字段寫(xiě)在一個(gè)表里，表與表之間通過(guò)關(guān)鍵字相連。這樣，出現(xiàn)冗余的情況就減少，表與表之間的聯(lián)系也更加緊密。本系統(tǒng)可以根據(jù)要求建立三個(gè)大型數(shù)據(jù)庫(kù)文件，以課程設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明。在課程設(shè)計(jì)子系統(tǒng)中建立一個(gè)名為“kssj”的數(shù)據(jù)庫(kù)，包括11個(gè)表，分別為： 系統(tǒng)設(shè)置（by_config）；留言板（by_gb）；評(píng)分表（by_mark）；信息表（by_msg）；新聞表（by_news）；用戶表（by_user）；用戶數(shù)據(jù)內(nèi)容表（by_userdata）；button編輯器表（ewebeditor_button）；style編輯器表（ewebeditor_style）；system編輯器表（ewebeditor_system）；toolbar編輯器表（ewebeditor_toolbar）。MYSQL可通過(guò)兩種方式通過(guò)PHP與WEB相連，一種通過(guò)PHP的MYSQL相關(guān)函數(shù)，另一種通過(guò)PHP的ODBC相關(guān)函數(shù)。PHP連接MYSQL需要4個(gè)參數(shù)：數(shù)據(jù)庫(kù)地址、數(shù)據(jù)庫(kù)名、數(shù)據(jù)庫(kù)用戶名、數(shù)據(jù)庫(kù)密碼。

三、實(shí)踐課程系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

由于該系統(tǒng)內(nèi)容較多，不能一一介紹，這里僅對(duì)系統(tǒng)的核心模塊——實(shí)驗(yàn)室智能模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。該模塊匯總了我院所有的實(shí)驗(yàn)器材，對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行分類與管理，可根據(jù)用戶要求對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備器材等進(jìn)行在線入庫(kù)、出庫(kù)、查詢、修改等操作，還可對(duì)實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行管理，可預(yù)約、查詢、修改、刪除等，如圖3所示。

四、總結(jié)

本文提出了應(yīng)用于機(jī)械工程專業(yè)的高校實(shí)踐課程的技術(shù)與方法，建立了基于一卡通的RFID自選式學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心以及高校機(jī)械工程實(shí)踐課程智能管理系統(tǒng)，為高校機(jī)械工程專業(yè)實(shí)踐課程提供有益的參考和指導(dǎo)作用。系統(tǒng)選用Windows Server為操作系統(tǒng)，PHP與Dreamweaver為開(kāi)發(fā)工具，MySQL為數(shù)據(jù)庫(kù)后臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)管理為目標(biāo)，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)可行性。

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（責(zé)任編輯：王祝萍）