畢會英 徐美林 徐義爽 蔡桂雙 張 欣 張素杰 李 徽

(北京科技大學(xué)天津?qū)W院 天津 301830)

(收稿日期：2016-03-28)

?

《大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)》的開發(fā)設(shè)計*

畢會英 徐美林 徐義爽 蔡桂雙 張 欣 張素杰 李 徽

(北京科技大學(xué)天津?qū)W院 天津 301830)

(收稿日期：2016-03-28)

從北京科技大學(xué)天津?qū)W院物理實驗教學(xué)和管理的實際需求出發(fā)，對大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計與研究；主要從大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的設(shè)計需求、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能設(shè)計、頁面設(shè)計等幾個方面對系統(tǒng)的研究成果進(jìn)行了總結(jié)；目的是通過該系統(tǒng)平臺的構(gòu)建，實現(xiàn)教學(xué)資源共享、教學(xué)管理信息化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，解決實驗教學(xué)過程中出現(xiàn)的預(yù)習(xí)難、復(fù)習(xí)難、管理難的問題，從而改善實驗教學(xué)效果和提高管理效率.

大學(xué)物理實驗 教學(xué)管理 系統(tǒng)設(shè)計 研究

物理實驗教學(xué)是必須借助實驗儀器才能完成的教學(xué)活動.由于受到實驗儀器、實驗場地、教學(xué)資源的限制，物理實驗教學(xué)呈現(xiàn)預(yù)習(xí)難、復(fù)習(xí)難、管理難的特點.利用計算機(jī)信息技術(shù)和實驗教學(xué)管理的高度融合，構(gòu)建大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)平臺，可以使學(xué)生不受時間和空間的限制進(jìn)行學(xué)習(xí)，有效擴(kuò)大學(xué)生的受益面，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、空間、時間、人員、設(shè)備等的高效利用，推動課程管理、師生交流、教學(xué)評價的信息化，更好地滿足學(xué)生學(xué)習(xí)、教師教學(xué)和實驗室管理的需求.目前，許多高校對物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究[1～4].本文討論的大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)是將北京科技大學(xué)天津?qū)W院物理實驗室作為主要目標(biāo)用戶，根據(jù)目標(biāo)用戶的實際教學(xué)和管理需求進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)的,是一套完全適合目標(biāo)用戶物理實驗教學(xué)需求的、具有擴(kuò)展性的教學(xué)管理系統(tǒng)平臺.通過該系統(tǒng)平臺，可以高效管理教學(xué)資源，實現(xiàn)教學(xué)資源共享、教學(xué)管理信息化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，改善實驗教學(xué)效果和提高管理效率，更好滿足開放式實驗教學(xué)的需求.

大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)基于B/S概念和MVC模式，數(shù)據(jù)庫采用Oracle9i，綜合使用structs1.x，spring2.5，hibernate3.x，jsp等Java web編程技術(shù)，利用MyEclipse技術(shù)進(jìn)行開發(fā).它集中了網(wǎng)絡(luò)、管理和軟件的相關(guān)技術(shù)，是一套具有完整的實驗教學(xué)輔助和管理功能、符合目標(biāo)用戶教學(xué)管理實際需要的管理軟件，在實際應(yīng)用中，實現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容、空間、時間、人員、設(shè)備等的高效利用，達(dá)到了教學(xué)資源共享，教學(xué)管理信息化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，提高實驗教學(xué)效果和管理效率的目的.

下面從系統(tǒng)的設(shè)計需求、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、模塊和功能設(shè)計、網(wǎng)頁設(shè)計等方面對系統(tǒng)的研究進(jìn)行闡述.

1 系統(tǒng)的設(shè)計需求

本系統(tǒng)是一個為教學(xué)管理服務(wù)的信息系統(tǒng)，它必須能夠根據(jù)用戶的需要，及時提供所需要的信息，并實時完成所需操作.該系統(tǒng)用戶分為3類：教師、學(xué)生、管理員，不同的用戶有不同的需求.根據(jù)對國內(nèi)一些高校的研究[1～5]，結(jié)合對目標(biāo)用戶需求的調(diào)查研究，確定了目標(biāo)用戶的系統(tǒng)設(shè)計需求.

(1)系統(tǒng)功能需求

教師是本系統(tǒng)部分信息的維護(hù)人員，其主要功能需求是：查看信息、發(fā)布信息、上傳資料、編輯和修改教學(xué)資源、管理學(xué)生成績等.學(xué)生是本系統(tǒng)的主要使用者，其主要功能需求是：查看所有課程的相關(guān)信息,下載、打印所需信息資源,互動提問.管理員是本系統(tǒng)的最終信息維護(hù)人員，其主要功能需求是：瀏覽、查詢、審核、統(tǒng)計、添加、修改教師及學(xué)生的信息等.

(2)系統(tǒng)性能需求

用戶對系統(tǒng)性能的需求主要有以下幾個方面：

第一,系統(tǒng)應(yīng)易于操作和維護(hù)：系統(tǒng)用戶主要是學(xué)生、教師和實驗室管理人員.所以系統(tǒng)的操作和維護(hù)要盡量簡單、方便，用戶界面友好，能夠易學(xué)易用，適應(yīng)不同人員的操作習(xí)慣.

第二,系統(tǒng)應(yīng)具有較強的安全保密性：系統(tǒng)應(yīng)提供完善的授權(quán)機(jī)制，拒絕未被授權(quán)的人員訪問、修改數(shù)據(jù)信息，特定的人員只能對特定的信息進(jìn)行特定的操作.系統(tǒng)應(yīng)提供數(shù)據(jù)的備份和恢復(fù)功能.

第三,系統(tǒng)應(yīng)具有高可靠性和穩(wěn)定性：系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障將直接影響實驗室正常的工作和學(xué)生的實驗課程學(xué)習(xí)，所以系統(tǒng)必須具有很高的可靠性和穩(wěn)定性.

第四,系統(tǒng)應(yīng)具有一定的開放性：隨著信息化的進(jìn)一步推進(jìn)，還有其他很多的系統(tǒng)會陸續(xù)實施，故系統(tǒng)必須具有一定的開放性，應(yīng)預(yù)留與其他系統(tǒng)交互數(shù)據(jù)的接口.

第五，可擴(kuò)展性：系統(tǒng)是針對目前實驗教學(xué)的現(xiàn)狀和未來幾年的一個大體規(guī)劃設(shè)計的，隨著學(xué)校和實驗室規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)建，很有可能目前的功能難以滿足需求，所以應(yīng)便于升級維護(hù)，便于增加功能和模塊.

2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于B/S模式的大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)采用3層B/S體系結(jié)構(gòu)，如圖1所示.

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

第1層是用戶界面層，即用戶瀏覽器，它是用戶與整個系統(tǒng)的接口，直接跟用戶進(jìn)行交互，用于數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)顯示等.客戶的應(yīng)用程序精簡到一個通用的瀏覽器軟件，如微軟公司的IE瀏覽器.瀏覽器將HTML代碼轉(zhuǎn)化成圖文并茂的網(wǎng)頁，網(wǎng)頁還具備一定的交互功能，允許用戶輸入信息提交后臺，并提出處理請求.

第2層是業(yè)務(wù)邏輯層，它處于數(shù)據(jù)訪問層與表現(xiàn)層中間，實現(xiàn)業(yè)務(wù)規(guī)則，調(diào)用Web服務(wù)器.客戶機(jī)的后臺即是Web服務(wù)器，它將啟動相應(yīng)的進(jìn)程來響應(yīng)客戶機(jī)的請求，利用JSP動態(tài)生成一串HTML代碼，其中嵌入處理的結(jié)果，返回客戶機(jī)的瀏覽器.業(yè)務(wù)邏輯層起到了紐帶的作用，當(dāng)用戶請求操作的時候，頁面訪問層通過調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層的響應(yīng)方法，來完成對數(shù)據(jù)的操作[6].

第3層為數(shù)據(jù)層，是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，用于專門跟數(shù)據(jù)庫進(jìn)行交互.執(zhí)行數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改和顯示等.所有的數(shù)據(jù)對象只在這一層被引用，除數(shù)據(jù)層之外的任何地方都不應(yīng)該出現(xiàn)數(shù)據(jù)對象的引用.

3 系統(tǒng)模塊和功能設(shè)計

根據(jù)不同用戶的不同需求，大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)共分為5個功能模塊：普物實驗教學(xué)系統(tǒng)、演示實驗教學(xué)系統(tǒng)、實驗成績管理系統(tǒng)、實驗室開放預(yù)約系統(tǒng)、實驗論壇,如圖2所示.

圖2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

各模塊功能設(shè)計如下：

(1)普物實驗教學(xué)系統(tǒng)：教師可通過網(wǎng)絡(luò)登錄的方式，在普物實驗教學(xué)系統(tǒng)中上傳、編輯、修改普通物理實驗教學(xué)相關(guān)資料；學(xué)生可通過實驗教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)；相關(guān)資料的下載和打印.

(2)演示實驗教學(xué)系統(tǒng)：教師可通過網(wǎng)絡(luò)登錄的方式，在演示實驗教學(xué)系統(tǒng)中上傳、編輯、修改演示實驗教學(xué)相關(guān)資料；學(xué)生可通過實驗教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)；相關(guān)資料的下載和打印.

(3)實驗成績管理系統(tǒng)：教師可以記錄、修改學(xué)生的實驗報告成績、實驗操作成績、平時表現(xiàn)成績和考試成績，并對學(xué)生成績進(jìn)行統(tǒng)計、分析、排名等；學(xué)生可自助查詢本人的各項成績.

(4)實驗室開放預(yù)約系統(tǒng)：學(xué)生可以通過該系統(tǒng)進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)約實驗，按照相同預(yù)約時間，系統(tǒng)自動生成實驗課班級和學(xué)生名單；教師可以發(fā)布實驗內(nèi)容、實驗時間、實驗地點、實驗教師等相關(guān)教學(xué)信息；對預(yù)約信息進(jìn)行瀏覽，并打印學(xué)生名單.

(5)實驗論壇：可實現(xiàn)教師與學(xué)生的互動，學(xué)生可以通過系統(tǒng)提問與教師進(jìn)行交流；教師可以就學(xué)生提出的相關(guān)問題進(jìn)行解答和討論.

4 系統(tǒng)網(wǎng)頁設(shè)計

一個優(yōu)秀的系統(tǒng)必然是一個構(gòu)思巧妙的系統(tǒng)，它應(yīng)當(dāng)能夠在后臺為用戶處理大量的事務(wù)并提供簡單、明晰的操作界面.本系統(tǒng)的開發(fā)力求做到使用戶承擔(dān)最少的工作量，對系統(tǒng)的操作成為一件輕松簡單的事情.

北京科技大學(xué)天津?qū)W院大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)登錄主界面如圖3所示.主界面上方為一級主菜單項，主菜單下拉二級菜單；按照操作需要進(jìn)入下一級菜單進(jìn)行操作，就可完成相應(yīng)的操作和學(xué)習(xí).

圖3 系統(tǒng)主操作界面

大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)主菜單及二級菜單詳情如表1所示.

表1 系統(tǒng)主菜單設(shè)計

教師和學(xué)生可依據(jù)自己的教學(xué)管理需求，在系統(tǒng)平臺上進(jìn)行相應(yīng)的操作.

例如：普物實驗教學(xué)系統(tǒng)提供大學(xué)物理基礎(chǔ)實驗、設(shè)計性實驗、綜合實驗、創(chuàng)新實驗等實驗內(nèi)容的學(xué)習(xí)資料，學(xué)生可以自行選擇感興趣的實驗內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí).學(xué)生首先找到普物實驗主菜單項，進(jìn)入普物實驗教學(xué)系統(tǒng)主操作界面(如圖4所示)后，選中所要學(xué)習(xí)的實驗內(nèi)容，打開網(wǎng)頁即可進(jìn)行電子教案、PPT課件、教學(xué)視頻等資料的查看、下載、在線學(xué)習(xí)等操作.

圖4 普物實驗操作界面

大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的開發(fā)實現(xiàn)為教學(xué)資源共享提供了平臺，為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供了方便.學(xué)生可以不受上課時間和空間的限制，通過系統(tǒng)平臺查看、下載電子教案、PPT課件、實驗儀器的操作說明和教學(xué)視頻等相關(guān)教學(xué)資料進(jìn)行課下的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，學(xué)生的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)更方便、更具有針對性.圖5所示是北京科技大學(xué)天津?qū)W院物理實驗室教師自主開發(fā)的實驗內(nèi)容與儀器設(shè)備操作的多媒體課件示例.

圖5 多媒體教學(xué)課件示例圖

5 結(jié)束語

本文介紹了北京科技大學(xué)天津?qū)W院大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的設(shè)計需求、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計、模塊和功能設(shè)計、網(wǎng)頁設(shè)計等.該系統(tǒng)從2014年9月份開始籌劃，經(jīng)過一年多的設(shè)計研究，現(xiàn)在已基本開發(fā)完成，并進(jìn)入了實際的測試運行階段.系統(tǒng)共設(shè)有普物實驗教學(xué)系統(tǒng)、演示實驗教學(xué)系統(tǒng)、實驗成績管理系統(tǒng)、開放預(yù)約系統(tǒng)、實驗論壇等5個主要的功能模塊，基本滿足了學(xué)生進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)、預(yù)約實驗、查詢信息、下載資料,教師進(jìn)行成績管理、答疑、發(fā)布信息等各用戶的需求.它具有網(wǎng)絡(luò)化、智能化、高性能、低維護(hù)、界面友好、操作簡單、功能強大、管理方便、平臺優(yōu)秀等一系列的優(yōu)點，能夠完全按照開發(fā)設(shè)計的初衷，穩(wěn)定、安全、快速地運行于校園局域網(wǎng)之上，實現(xiàn)了校園網(wǎng)內(nèi)的任意計算機(jī)都能進(jìn)行物理實驗信息的查詢、下載、打印，實驗預(yù)約、成績管理、師生互動等操作，訪問相關(guān)信息.

大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)實現(xiàn)了以下功能：(1)通過系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了教學(xué)資源共享，有效緩解了儀器設(shè)備有限和學(xué)生學(xué)習(xí)需求之間的矛盾；使更多的學(xué)生不受時間和空間的限制進(jìn)行學(xué)習(xí)，有效擴(kuò)大學(xué)生的受益面，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、空間、時間、人員、設(shè)備等的高效利用.(2)解決了教學(xué)過程中學(xué)生預(yù)習(xí)難、復(fù)習(xí)難、教師成績管理難等問題.(3)實現(xiàn)了教學(xué)管理的信息化、規(guī)范化、系統(tǒng)化，達(dá)到了改善實驗教學(xué)效果和提高管理效率的目的，更好地滿足了開放式實驗教學(xué)的需求.

1 譚佐軍，盧軍，謝靜,等.中心開放式大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的設(shè)計.大學(xué)物理實驗，2013，26(5)：118～121

2 王墨林，羅樂.“大學(xué)物理實驗”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計，實驗室研究與探索.2012，31(12)：140～144

3 趙龍.大學(xué)物理實驗教學(xué)與管理系統(tǒng)的研究.信息系統(tǒng)工程，2012(1):145～146

4 譚司庭，何毅，徐富新.大學(xué)物理實驗教學(xué)輔導(dǎo)系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計.物理實驗，2012，32(9)：18～21

5 莊發(fā)文.實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的主要功能及實現(xiàn).長春理工大學(xué)學(xué)報，2012(8)：137～139

6 何玉潔.數(shù)據(jù)庫原理與應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.120～138

Development and Design on the Teaching Management System of University Physics Experiment

Bi Huiying Xu Meilin Xu Yishuang Cai Guishuang Zhang Xin Zhang Sujie Li Hui

(Tianjin College, University of Science and Technology Beijing, Tianjin 301830)

The research on the teaching management system of college physics experiment is based on the physics experiment teaching management needs of Tianjin college, university of science and technology Beijing.The purpose is that sharing teaching resource and achieving information management. With the establishment of the system platform, the difficult problem of preview,review and management in the experimental teaching process are resolved.Consequently, teaching effect and management efficiency are improved. In this paper,the author conclude the results on system design requirements, overall structure design,function design and web design.

college physics experiment; teaching management; system design; research

*北京科技大學(xué)天津?qū)W院基金項目“大學(xué)物理實驗教學(xué)管理系統(tǒng)的開發(fā)與研究”，項目編號：201403

畢會英(1967- )，女，碩士，高級實驗師，研究方向為物理實驗.