李春生，李朝霞，劉 濤，胡亞楠

(東北石油大學(xué) 計算機與信息技術(shù)學(xué)院，黑龍江 大慶 163318)

0 引 言

百年大計，教育為本。為了提高全國人民的文化素質(zhì)，實現(xiàn)教育發(fā)展階段的質(zhì)的飛躍，國內(nèi)許多高校實行擴招政策，辦學(xué)規(guī)模和基礎(chǔ)設(shè)施也日趨完善。高校科研室在培養(yǎng)創(chuàng)新及應(yīng)用型人才中發(fā)揮著重要作用，同時也體現(xiàn)了高等院校的人才培養(yǎng)的水平。隨著學(xué)生人數(shù)的增多，越來越多高校意識到科研室管理的重要性。目前，許多高校對科研室的管理進行了研究，也取得了較好的成績。但從總體上來講，高?？蒲惺业墓芾砣源嬖谠S多的薄弱環(huán)節(jié)亟待解決。

(1)部分高校對科研室的管理更大程度上依賴于紙質(zhì)檔案的存儲?？蒲惺胰粘Ｊ聞?wù)，研究材料以及學(xué)生檔案都采取紙質(zhì)資料進行保存，由于紙質(zhì)材料的變質(zhì)和自然老化導(dǎo)致資料存儲年限縮短；其次，紙質(zhì)材料內(nèi)容的查找和使用需要大量的人力和物力，降低了科研室人員對資料的二次使用的檢索和利用效率；最后，紙質(zhì)材料以優(yōu)質(zhì)木材為原料，大量使用造成資源浪費。

(2)部分高校科研室已有滿足自身需求的科研室管理系統(tǒng)，但是科研室之間缺乏溝通、資源未能共享。

(3)科研室缺乏網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，不利于科研室成員進行自學(xué)習(xí)。

針對上述問題，文中開展了基于SSM(即Spring+SpringMVC+MyBatis)的科研室管理系統(tǒng)的研究，以期在實現(xiàn)科研室管理信息化的同時，打破科研室之間的“信息孤島”現(xiàn)象，實現(xiàn)各科研室資源共享，提高科研室工作效率，拓展科研室成員的知識水平。

1 SSM框架介紹

SSM框架[1]是對Spring、SpringMVC、MyBatis這3個框架進行整合[2]，是現(xiàn)今開發(fā)中較為常用的應(yīng)用框架組合。它的設(shè)計理念完全符合開源思想和JavaEE的標準。SSM 框架實現(xiàn)了分層思想的技術(shù)規(guī)范和要求，且最大程度降低耦合，提高內(nèi)聚，增強系統(tǒng)的健壯性、可擴展性和可維護性。同時，這種開發(fā)模式很好地將業(yè)務(wù)實現(xiàn)進行了模塊劃分；結(jié)構(gòu)設(shè)計也由傳統(tǒng)的可移植性差的EJB模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐恍┹p量級的框架結(jié)構(gòu)[3]。

1.1 Spring框架

Spring是2003 年發(fā)布的一個輕量級開源框架[4-5]，由Rod Johnson在其著作《Expert One-On-One J2EE Development and Design》[6]中闡述的部分理念和原型衍生而來。它是為了解決企業(yè)應(yīng)用開發(fā)的復(fù)雜性而創(chuàng)建的[7]，核心是IoC(控制反轉(zhuǎn)機制)[8]和AOP(面向切面編程)[9]。通過IOC實現(xiàn)對象、組件之間的解耦；通過AOP實現(xiàn)日志、事務(wù)等功能的集中式管理。

1.2 SpringMVC框架

SpringMVC是一個主要由處理器映射和視圖解析器組成的Web框架，在Web應(yīng)用開發(fā)過程中，SpringMVC框架容納了包括 JSP 在內(nèi)的大量視圖技術(shù)，可以靈活配置[10-11]。其次，SpringMVC分離了控制器、模型對象、分派器以及處理程序?qū)ο蟮慕巧@種分離讓它們更容易進行定制[12]。

1.3 MyBatis框架

MyBatis是一個基于Java的持久層框架[13]，消除了幾乎所有的JDBC代碼和參數(shù)的手工設(shè)置以及結(jié)果集的檢索[14]。MyBatis使用簡單的XML或注解用于配置和原始映射，將接口和Java POJOs映射成數(shù)據(jù)庫中的記錄[15]。

相對于其他的ORM框架，MyBatis適用于需求變化多的項目。

2 需求分析

科研室管理系統(tǒng)主要負責對科研室的日常事務(wù)及科研室資料進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)科研室管理的信息化、便捷化以及規(guī)范化，提高科研室資料的復(fù)用效率，更好地為科研室?guī)熒?wù)。

2.1 系統(tǒng)的總體需求

科研室管理系統(tǒng)設(shè)計的用戶主要包括科研室的教師與學(xué)生。因此，系統(tǒng)的角色主要包括管理員、教師、學(xué)生。具體如下：

管理員：首先，管理員主要負責管理員、教師、學(xué)生相關(guān)信息及權(quán)限的管理；其次，管理員對系統(tǒng)中各角色的權(quán)限進行管理；最后，管理員對實驗室的日常事務(wù)進行管理。

教師：首先，教師擁有管理的所有權(quán)限；其次，教師可以發(fā)布科研室任務(wù)。

學(xué)生：學(xué)生主要利用系統(tǒng)進行日常學(xué)習(xí)以及資料查詢，學(xué)習(xí)周報日報上傳等。

2.2 系統(tǒng)的功能性需求

功能需求是用戶通過在產(chǎn)品中必須實現(xiàn)的一些軟件功能來完成產(chǎn)品的開發(fā)，以此滿足業(yè)務(wù)的需求[16]?？蒲惺夜芾硐到y(tǒng)的功能分為登錄注冊、論文管理、經(jīng)費管理、項目研討、日常事務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源管理、系統(tǒng)管理等。

論文管理：負責對科研室現(xiàn)已發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及畢業(yè)論文的管理，方便科研室人員閱讀及借鑒。

經(jīng)費管理：負責科研室一切事務(wù)開銷的管理，實現(xiàn)開銷管理清晰化。

日常事務(wù)管理：負責管理科研室日常事務(wù)所需資料，如財務(wù)所需材料、開發(fā)所需工具等。

項目研討：負責管理科研室所有負責項目，包括項目材料，對項目的討論、總結(jié)與思考。

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源管理：負責科研室成員學(xué)習(xí)所需教學(xué)資源的管理，包括文本、音視頻等多種類型的教學(xué)資源管理。

系統(tǒng)管理：包括權(quán)限管理、平臺元數(shù)據(jù)管理以及業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)管理等。

2.3 非功能性需求分析

為了使科研室管理系統(tǒng)能夠滿足科研室成員的日常需求，要求科研室管理系統(tǒng)必須滿足以下非功能性需求：

(1)安全性。首先，系統(tǒng)需考慮系統(tǒng)建設(shè)的安全性，系統(tǒng)應(yīng)采用合理的模式，搭建安全可靠的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；其次，系統(tǒng)需考慮角色的安全性，即不同角色之間的權(quán)限限制必須嚴格區(qū)分；最后，系統(tǒng)需考慮數(shù)據(jù)的安全性，包括用戶的賬號及相關(guān)數(shù)據(jù)的安全性。

(2)可復(fù)性。可復(fù)性要求系統(tǒng)具有一定的容錯能力，即當系統(tǒng)發(fā)生故障后，能夠在最短的時間內(nèi)重建其性能水平并恢復(fù)移動數(shù)據(jù)。因此，在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要對每一個模塊進行嚴格的測試，保證系統(tǒng)的健壯性。

(3)友好性。科研室管理系統(tǒng)在設(shè)計時要充分考慮用戶界面的簡潔性、易用性，方便科研室成員操作。這包括頁面風格、系統(tǒng)操作的統(tǒng)一性，系統(tǒng)按鈕、字體等風格的一致性。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計

系統(tǒng)依照經(jīng)濟實用性、自適應(yīng)動態(tài)性及系統(tǒng)開放性等設(shè)計原則，應(yīng)用SOA(service-oriented architecture，面向服務(wù)的架構(gòu)體系)為科研室管理系統(tǒng)的總體框架，建立“數(shù)據(jù)層-業(yè)務(wù)邏輯層-應(yīng)用層”三層框架結(jié)構(gòu)，如圖1所示。數(shù)據(jù)管理層作為系統(tǒng)構(gòu)建的基礎(chǔ)，為系統(tǒng)運行提供知識與數(shù)據(jù)資源；業(yè)務(wù)邏輯層為系統(tǒng)中間層，負責業(yè)務(wù)邏輯，是系統(tǒng)應(yīng)用的核心；應(yīng)用層為用戶與系統(tǒng)交互層，直接為用戶提供各項功能服務(wù)。

圖1 系統(tǒng)總體框架

數(shù)據(jù)管理層：包括兩類數(shù)據(jù)，一類是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，另一類是教學(xué)資源數(shù)據(jù)?；A(chǔ)數(shù)據(jù)包括用戶信息、經(jīng)費信息、項目信息、工具信息等數(shù)據(jù)；資源數(shù)據(jù)包括科研室成員學(xué)習(xí)所需的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源數(shù)據(jù)，如學(xué)習(xí)知識、案例知識、問題知識等數(shù)據(jù)。

業(yè)務(wù)邏輯層：業(yè)務(wù)邏輯層關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)管理層與功能應(yīng)用層，業(yè)務(wù)邏輯層獲取數(shù)據(jù)層的請求數(shù)據(jù)，通過業(yè)務(wù)邏輯將處理的結(jié)果返回給應(yīng)用層具體實施。因此，業(yè)務(wù)邏輯層提供技術(shù)支撐，以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及教學(xué)資源為基礎(chǔ)，設(shè)計資源組織推理機制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化模型等服務(wù)，為應(yīng)用層各功能提供實施技術(shù)。

功能應(yīng)用層：為用戶提供直接支持，主要包括用戶信息管理、學(xué)習(xí)資源管理、經(jīng)費管理、日常事務(wù)管理、項目研討、學(xué)習(xí)管理、系統(tǒng)管理等，提供科研室管理系統(tǒng)所需的所有服務(wù)。

3.2 系統(tǒng)功能層次設(shè)計

通過對科研室的日常事務(wù)管理進行調(diào)研，從總體功能上將科研室管理系統(tǒng)劃分為四大模塊，分別為首頁、管理模塊、項目研討及學(xué)習(xí)樂園。具體如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能層次

從圖中可以看出，首頁包括科研室簡介、主要研究成果、信息公告等；管理模塊主要負責科研室的相關(guān)事務(wù)的管理，包括論文管理、經(jīng)費管理、人員管理、日常事務(wù)管理和系統(tǒng)管理。其中，論文管理包括期刊論文和科研室成員學(xué)位論文的管理，人員管理包括導(dǎo)師管理、教師管理及學(xué)生管理，日常事務(wù)管理包括財務(wù)所需材料、開發(fā)所需軟件管理，系統(tǒng)管理包括權(quán)限管理、平臺元數(shù)據(jù)管理及密碼修改等；項目研討負責日常項目的進展情況及已有科研項目資料的管理，其中項目進展情況以日報及周報的形式展示；學(xué)習(xí)樂園負責學(xué)習(xí)者的自主學(xué)習(xí)與提升，包括資源管理、學(xué)習(xí)空間與學(xué)習(xí)筆記等。

3.3 系統(tǒng)具體功能模塊設(shè)計

本小節(jié)對上述的四個功能模塊進行具體設(shè)計。

(1)首頁。

首頁是打開系統(tǒng)的呈現(xiàn)頁面，所有用戶都有權(quán)限訪問。其中，主要成果展示是對科研室已有的課題成果以及項目成果的展示，也包括科研室成員的科研成果的展示；消息公告是導(dǎo)師、教師或者管理員下達對科研室成員的通知消息，如科研室例會、放假安排等。

(2)管理模塊。

管理模塊是科研室管理系統(tǒng)的核心所在，是對科研室資料及日常事務(wù)的信息化管理。以下對各項管理功能進行詳細設(shè)計：

論文管理是科研室成員學(xué)術(shù)成果的一個匯總管理，包括每一屆科研室成員發(fā)表的期刊論文與學(xué)位論文，供科研室成員學(xué)習(xí)與借鑒。其中，學(xué)生對期刊論文及學(xué)位論文的操作包括查詢(可通過論文名稱、論文類別、論文作者等多個條件進行查詢)與下載；導(dǎo)師、教師及管理員對期刊論文及學(xué)術(shù)論文的操作包括上傳、查詢、刪除等，在上傳期刊論文時，需注明期刊等級、上傳人等，方便后續(xù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理與維護。

經(jīng)費管理負責科研室日常開銷明細，權(quán)限設(shè)置為導(dǎo)師、教師及管理員可見?？梢娪脩艨蓪?jīng)費管理進行查詢、新增、修改、刪除及導(dǎo)出等操作，在進行新增時，需注明經(jīng)費的明細，包括交易時間、經(jīng)費簡介、經(jīng)費收入或支出金額、經(jīng)費處理人及經(jīng)費余額等。

人員管理負責對系統(tǒng)用戶的統(tǒng)一管理，包括導(dǎo)師、教師及學(xué)生。導(dǎo)師與教師的基本信息包括姓名、年齡、職稱、電話、研究方向、導(dǎo)師簡介等；學(xué)生信息包括學(xué)號、姓名、性別、年齡、專業(yè)、研究方向、個人成果及獲獎情況等。學(xué)生僅能對成員進行簡單的查詢操作，方便科研室成員之間的互相了解。導(dǎo)師、教師及管理員能對成員管理執(zhí)行查詢、新增、修改、刪除等操作。

日常事務(wù)管理負責各項材料及開發(fā)軟件的管理，各項材料包括財務(wù)所需材料、課題材料、工程認證材料、學(xué)術(shù)材料等。學(xué)生對各項材料及軟件的操作包括查詢與下載；導(dǎo)師、教師、管理員對各項材料及開發(fā)軟件執(zhí)行查詢、上傳、刪除、下載等操作，在上傳時，須注明材料(軟件)的類型、名稱等。

系統(tǒng)管理包括權(quán)限管理、平臺元數(shù)據(jù)管理、密碼修改。密碼修改對所有用戶可見，其他功能僅管理員可見。權(quán)限管理包括服務(wù)功能及組件維護、角色及授權(quán)維護與用戶信息管理，其中，角色及授權(quán)維護是管理員對系統(tǒng)用戶的角色授權(quán)，管理員能創(chuàng)建新的角色及為各個角色賦能；平臺元數(shù)據(jù)管理包括組織機構(gòu)代碼維護、職務(wù)代碼維護及操作日志管理；業(yè)務(wù)元數(shù)據(jù)管理包括證件類型管理、民族類型管理及公共參數(shù)池維護。密碼修改是用戶可以根據(jù)個人意愿進行登錄密碼的修改，保證個人賬號的安全性。

(3)項目研討。

項目研討模塊負責科研室所有項目的資料管理及科研室負責項目的完成進度。

項目資料管理負責管理科研室所有的項目資料，包括縱向課題與橫向課題，其僅對導(dǎo)師、教師與管理員可見?？梢娪脩魧椖抠Y料管理執(zhí)行查詢、新增、項目信息的修改、刪除及下載等操作。其中，在新增項目信息時，需注明項目的類型、名稱、項目的起始時間、項目簡介、項目主要負責人等，以便資料的二次利用。

日報與周報負責實驗室當前項目工作的進展情況，即項目組成員上傳每日項目的進展、難點，并且每周形成一個小結(jié)，供導(dǎo)師與教師檢查及監(jiān)督項目進度，同時及時針對項目難點進行探討攻破。因此，導(dǎo)師教師及學(xué)生僅能對日報與周報進行查詢；管理員負責收集每位成員的日報與周報并上傳，主要執(zhí)行的操作包括查詢、新增、刪除與下載。其中，進行新增操作時，需注明文件類型、名稱、具體日期等。

(4)學(xué)習(xí)樂園。

學(xué)習(xí)樂園是科研室成員的一個自我提升的模塊，也是科研室管理系統(tǒng)的一個創(chuàng)新點。

資源組織負責網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的組織與管理，權(quán)限為導(dǎo)師、教師及管理員可見。科研室成員的研究方向以計算機軟件為主，因此，通過對網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源組織流程進行分析，同時結(jié)合計算機軟件類知識的特點，從學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)偏好與認知特點出發(fā)，充分考慮學(xué)習(xí)者技能需求的基礎(chǔ)上，文中提出基于虛擬教師的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源組織模型，如圖3所示。首先，獲取網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源并對其進行篩選；其次，對資源進行屬性標注；然后，依據(jù)學(xué)習(xí)者認知特點及計算機軟件類知識的特點將資源進行層級劃分；最后，對資源進行重組與開發(fā)、檢查并存儲形成網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源庫。在資源組織過程中，文中應(yīng)用Agent技術(shù)，設(shè)計虛擬教師，引入虛擬教師。以下，主要對資源獲取中再生資源的獲取及資源篩選進行詳細說明。

圖3 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源組織模型

在本研究中，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源組織的最終目的是方便學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，提升學(xué)習(xí)者的技能知識水平。在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者在與學(xué)習(xí)者、資源、教師之間的互動，會增生出新的學(xué)習(xí)資源，且隨著時間的推移，互動的增加使資源的增長呈現(xiàn)上升的趨勢，實現(xiàn)了資源的動態(tài)性的自增長。三者之間的互動過程如圖4所示。

圖4 學(xué)習(xí)者、資源、教師交互過程

如圖4所示，首先，虛擬教師通過獲取資源信息進行自學(xué)習(xí)；其次，虛擬教師對學(xué)習(xí)者提供培訓(xùn)指導(dǎo)，學(xué)生通過獲取資源信息進行學(xué)習(xí)，并與其他學(xué)習(xí)者交流互動并相互反饋；然后，學(xué)生對學(xué)習(xí)資源進行評價，并將評價信息及培訓(xùn)過程中對學(xué)習(xí)的總結(jié)及反思反饋給虛擬教師；虛擬教師根據(jù)反饋結(jié)果建設(shè)資源，形成再生資源。在這個過程中，虛擬教師的主要職能是負責與學(xué)習(xí)者及資源的交互，因此，將擁有此職能的虛擬教師命名為交互虛擬教師。交互虛擬教師通過Agent技術(shù)實現(xiàn)，因此其結(jié)構(gòu)主要包括接收信息模塊、信息解釋設(shè)備、反饋信息分析機制、知識庫、虛擬導(dǎo)師運行信息庫、控制器、通信機制和教學(xué)資源輸出模塊，如圖5所示。

圖5 交互虛擬教師

交互虛擬教師的工作流程如下：

首先，交互虛擬教師接收反饋信息，通過信息解釋設(shè)備將信息進行解釋，將解釋后的信息傳遞反饋信息分析機制；然后，反饋信息分析機制(推理機)依據(jù)知識庫中的分析規(guī)則分析信息類型；最后，反饋信息分析機制將已知類型的信息傳遞給控制器，控制器形成粗略的再生教學(xué)資源，并將資源交由資源輸出模塊輸出，并由虛擬教師運行信息庫進行行為記錄。

在資源篩選環(huán)節(jié)，通過篩選虛擬教師實現(xiàn)資源篩選。首先，學(xué)習(xí)者對已有教學(xué)資源進行量化評價；其次，篩選虛擬教師根據(jù)學(xué)習(xí)者的評價對資源是否剔除做出反應(yīng)。篩選虛擬教師的結(jié)構(gòu)主要包括信息模塊、信息解釋設(shè)備、資源評價機制、知識庫、虛擬教師運行信息庫、控制器、通信機制和資源評價結(jié)果輸出模塊，如圖6所示。

圖6 篩選虛擬教師

篩選虛擬教師的內(nèi)部工作流程如下：

首先，篩選虛擬教師接收大量的學(xué)習(xí)者對資源的量化評價信息，并將信息傳遞給信息解釋機制，并將解釋后的信息傳遞給資源評價機制；其次，資源評價機制依據(jù)知識庫中的分析規(guī)則對資源進行分析，并確定最終量化評價分值；然后，判斷機制獲取最終量化評價分值，根據(jù)判斷規(guī)則(閾值)，確定分析結(jié)果(刪除/保留)，將分析結(jié)果傳遞給控制器，控制器將分析結(jié)果交由評價結(jié)果輸出模塊輸出，并由虛擬教師運行信息庫進行行為記錄；最后，系統(tǒng)根據(jù)評價結(jié)果，執(zhí)行相應(yīng)命令。

學(xué)習(xí)空間負責學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)，包括學(xué)習(xí)者所學(xué)內(nèi)容的資料、課后測評等。

學(xué)習(xí)筆記類似于傳統(tǒng)的筆記本，用來記錄所學(xué)知識或?qū)W習(xí)心得。導(dǎo)師、教師能查看學(xué)生的學(xué)習(xí)筆記。

3.4 科研室管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

基于以上理論與設(shè)計，實現(xiàn)科研室管理系統(tǒng)，圖7是科研室管理系統(tǒng)的部分效果圖。

圖7 科研室管理系統(tǒng)效果圖

4 結(jié)束語

文中設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于SSM框架的科研室管理系統(tǒng)，詳細介紹了科研室管理系統(tǒng)的管理模塊、項目研討、學(xué)習(xí)樂園等模塊的功能設(shè)計，基于此完成管理系統(tǒng)的建設(shè)。在實現(xiàn)方面，基于SSM框架的科研室管理系統(tǒng)縮短了開發(fā)周期，降低了耦合度，提高了系統(tǒng)內(nèi)聚；在應(yīng)用方面，系統(tǒng)的應(yīng)用提高了科研室事務(wù)的管理效率，實現(xiàn)了各科研室間的溝通、資源共享，系統(tǒng)的學(xué)習(xí)樂園模塊滿足了科研室成員的學(xué)習(xí)需求，有利于成員的知識水平的提升，同時，也能為其他高?？蒲惺倚畔⒒ㄔO(shè)提供借鑒和參考。