基于云存储的实验教学平台的设计和实现

黄广坤

摘 要 简要分析云服务器的优势、数据库结构、如何搭建服务器数据平台，以及系统主要功能及类模块的设计，构建了一个基于云存储的实验教学平台，可通过计算机和移动设备2个终端进行实验教学的信息采集、信息发布及教学管理，实现了对实验教学的智能信息化管理。

关键词 云存储 ；实验教学平台 ；信息化管理

中图分类号 TP311

Design and Implementation of Experimental Teaching Platform Based on Cloud Storage

HUANG Guangkun

（Mechanical and Electrical Engineering College， Hainan University， Haikou， Hainan 570228）

Abstract Experimental teaching is an important link of teaching in universities. The aim of is to realize the intelligent information management of experiment teaching. Method is to build an experimental teaching platform based on storage， information for experimental teaching by the two terminal computer and mobile publishing and teaching management. Through this platform， a college can grasp the information in the classroom； on the other hand， the platform is helpful to improve the teachers teaching quality.

Key words cloud storage ； experimental teaching platform ； teaching informatization

云存储是计算机领域当前最热门的一个研究方向，是在云计算概念基础上延伸和发展出来的一个新概念。云存储能将需要存储的数据，通过云算法存储在一个广域分布、存储介质数量不单一、硬件类型不唯一的存储设备中，使用者可以在任何时间、任何地方，透过任何可连网的装置连接到云上方便地存取数据[1]。实验教学是高校教学体系中的基本组成部分，是学生深入领悟课堂知识的重要环节。而实验教学信息化能够提高实验教学的质量，加强教师与学生之间的信息沟通，从侧面丰富教学内容。一个完善的教学管理平台，能够影响高等学校的教学工作水平和人才培养质量，对于提高教师教学质量和学科建设也具有重要意义。根据高校实际教学的需求，以系统化的软件平台为基础，不断完善实验教学网络延伸体系，以实现实验教学信息化。目前，已有学者开展了云存储在教学资源整合[2]、教学资源管理[3]、管理模式与管理系统设计[4]、典型应用[5]、架构研究与设计[6-8]等方面的研究。笔者围绕高效实验教学管理，研究基于云存储的实验教学平台的设计和实现。

1 云服务器的优势

由于一般的校园网服务器或企业级服务器无法满足瞬时迸发通讯、大数据计算等要求，为实现教师与学生的计算机与手机2种终端能够联结，本系统采用云服务器。

1.1 超大规模

Google的“云”拥有上百万服务器，国内的阿里云也拥有将近百万的多类型服务器，巨量的云服务器结合一起，能赋予用户前所未有的通讯及计算能力。

1.2 虚拟化服务器端

不需要用户自己架设光纤及服务器，不需要了解运行时服务器的具体位置，只要链接服务器的IP，就可以获取服务。

1.3 高可靠及安全性

由于传统的B/S管理系统的局限性，不可避免会遇到外来的攻击破坏。“云”使用了数据多副本容错、计算节点同构可互换等措施以保障服务的高可靠性，使用云计算比使用本地计算机更加可靠。同时，阿里云、谷歌等顶级云服务器服务供应商都有一批专业的数据安全管理人员，比传统的中小型服务器安全性高得多。

1.4 多终端通用性

云计算不针对特定的应用，在“云”的支撑下可以构造出千变万化的应用，同一片“云”可以同时支撑不同的应用运行。计算机、移动终端、嵌入式设备和各类型中小服务器等都可以加入云服务器。

2 数据库结构

2.1 学生信息表

记录学生的学籍信息，包括姓名、学号、性别、班级和联系方式等。由于学生学号唯一且不为空，学生的学号是最主要的索引数据列，系统中的大部分与学生相关的数据表都用学生学号作为索引。

2.2 教师信息表

记录教师的基本信息，包括姓名、工号、性别和联系方式等。由于工号唯一且不为空，工号是最主要的索引数据列，系统中的大部分与教师相关的数据表都用工号作为索引。

2.3 课程信息表

记录所有课程的基本信息，包括课程名、考试或考查课和课程索引号等。由于课程是维持数年不变的，而班级是每学期变动的，因此以班号及课程号为双索引。

2.4 学生考勤表

记录所有学生的出勤信息。以学生学号作为查阅学生的索引，以课程索引号作为查阅课程的索引。每一堂课每一个学生都有相应的出勤登记，出勤登记列数值为BOOL类型.

2.5 学生课程成绩表

记录所有学生所有课程成绩，用学生学号作为查阅学生成绩的索引。

2.6 教师布置作业表

记录教师每节课的作业布置，以课程号和班级号作为双索引，作业内容为LONGTXT类型。

2.7 学生奖惩表

记录每个学生的奖惩，以学号作为索引。

2.8 教师备课表

记录每个教师每堂课的备课信息，以课程号及教师工号作为索引。

2.9 教师课堂评分表

记录教师的课程评分，评分由教学组督导打分。

2.10 教室情况表

记录学校所有教室的信息。

3 搭建服务器数据平台

云服务器要实现数据管理平台的功能，就需要在云服务器上搭建一个统一的数据集控制器，将所有的信息服务都布置在云服务器上。

3.1 在云端开通一个面向实验教学管理平台的端口

通过该端口可以联结云服务器中的某一区域，这一区域数据容量是固定的，但硬件绝对地址是不固定的，即端口所面向的硬件设备由云端中心处理器以云算法分配，可随时变更。端口架设完成后，服务器管理员可以通过“远程桌面”直接管理云数据。

3.2 Web应用程序平台

通过“远程桌面”，在云服务器上安装WAMP，WAMP是Windows下的一组用来搭建服务器的开源集成平台，由Apache、Mysql/MariaDB、Perl/PHP/Python组成。平台的各个软件本身都是各自独立的程序，但因为放在一起使用，拥有越来越高的兼容度，共同组成一个强大的Web应用程序平台。

3.3 在WAMP搭建的平台上搭建数据库

数据库统一采用UTF-8编码。

4 系统主要功能及类模块的设计

4.1 学生课堂出勤记录

为实现平台自动记录学生课堂出勤情况，教师在每堂课开始前，在讲台上布置一个摄像头。每个学生都要在摄像头前停留2-3 s，摄像头扫描学生相貌。摄像头扫描到学生的相貌后，平台通过人脸识别模块分辨学生。人脸识别的实现是通过购买比较完善的人脸识别模块，在此基础上进行二次开发。每一个被摄像头扫描到的学生，将会在本课堂的出勤表上自动添加记录。

4.2 教师布置作业

教师以自己的帐号及密码登录平台后，布置每一堂课的作业，作业以文本的形式记录在数据库中，学生可以通过手机、电脑浏览作业信息。

4.3 学生与教师对话留言

学生可以在平台上给教师留言。留言板做成聊天室样式，本平台是B/S结构，采用jquery、ajax结合实现界面无刷新。如果做成自动更新通话内容，需要在客户端加入时间触发器，触发时间间隔以秒计算，这样会给服务器造成极大的负载，因此通话内容由手动更新。

4.4 平台管理员信息管理

平台管理员可以对平台的所有信息进行增删改及信息维护。

4.5 数据库防注入模块

为了平台数据安全，在平台中加入防治注入模块。当应用程序使用输入内容来构造动态sql语句以访问数据库时，会发生sql注入攻击。如果代码使用存储过程，而这些存储过程作为包含未筛选的用户输入的字符串来传递，也会发生sql注入。sql注入可能导致攻击者使用应用程序登陆在数据库中执行命令。相关的sql注入可以通过测试工具pangolin进行。如果应用程序使用特权过高的帐户连接到数据库，这种问题会变得更严重。在某些表单中，用户输入的内容直接用来构造动态sql命令，或者作为存储过程的输入参数，这些表单特别容易受到sql注入的攻击。而许多网站程序在编写时，没有对用户输入的合法性进行判断或者程序中本身的变量处理不当，使应用程序存在安全隐患。用户倘若提交一段数据库查询的代码，根据程序返回的结果，获得一些敏感的信息或者控制整个服务器，于是sql注入就发生了[1]。

为了防治注入，必须在每一个信息加入点添加以下模块：

function unhtml（$content）{

$content = str_replace（">"，">；"，$content）；

$content = str_replace（"<"，"<；"，$content）；

$content = str_replace（" "，" ；"，$content）；

$content = str_replace（" "，" ；"，$content）；

$content = str_replace（"＼""，""；"，$content）；

$content = str_replace（"＼'"，"'；"，$content）；

$content = str_replace（"＼n"，"

"，$content）；

return trim（$content）；}

4.6 基于AJAX的信息添加模块

所有信息的添加都通过相同的信息添加模块完成，模块如下：

$.ajax（{

type： 'POST'，

url： 'admin_zuohao_mingxi.php'，

data： {'id'：MingxiID}，

dataType：'json'，

success：function（json）{

}}

其中url为需要链接数据库的PHP文件地址，data是需要添加的数据。

通过平台的实际运用，实验教学已经实现教师和学生通过电脑、移动2种终端的互动联结，同时利用网络的强大功能，实现课程作业、师生交流、教师备课、学生出勤等信息化。实验教学平台在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用，它能激发学生学习兴趣，调动学生学习积极性，为培养学生的创新意识，提高实际动手能力和设计能力，提供了新的教学手段和模式。通过该平台，学校可以深入掌握各个实验教学课堂情况，还有助于提高教师的实验教学质量。

参考文献

[1] 叶新伟. PHP+AJAX WEB2.0编程技术与项目开发大全[M]. 北京：电子工业出版社，2008.

[2] 高宏卿，汪 浩. 基于云存储的教学资源整合研究与实现[J]. 现代教育技术，2010（3）：97-101.

[3] 王文增. 基于云存储的教学资源管理系统设计与开发[D]. 天津：天津师范大学，2013.

[4] 张延玲，刘金鹏. 高校教学资源云存储模式研究[J]. 福建电脑，2014（2）：44-45，64.

[5] 谢志昆，黄天慧，孙宙红. 云存储服务在高校教学中的应用[J]. 软件导刊（教育技术），2013（4）：79-81.

[6] 顾邦军，王福来，田 毅，等. 教学资源的云存储架构研究[J]. 福建电脑，2013（9）：44-45，129.

[7] 郭晓晨，张 磊. 高校教学资源云存储中心的研究与设计[J]. 通化师范学院学报，2013（6）：33-35.

[8] 刘 鹤，宋玉琴. 探析云存储在教学管理平台的应用[J]. 农业网络信息，2012（11）：129-131，150.

2.6 教师布置作业表

记录教师每节课的作业布置，以课程号和班级号作为双索引，作业内容为LONGTXT类型。

2.7 学生奖惩表

记录每个学生的奖惩，以学号作为索引。

2.8 教师备课表

记录每个教师每堂课的备课信息，以课程号及教师工号作为索引。

2.9 教师课堂评分表

记录教师的课程评分，评分由教学组督导打分。

2.10 教室情况表

记录学校所有教室的信息。

3 搭建服务器数据平台

云服务器要实现数据管理平台的功能，就需要在云服务器上搭建一个统一的数据集控制器，将所有的信息服务都布置在云服务器上。

3.1 在云端开通一个面向实验教学管理平台的端口

通过该端口可以联结云服务器中的某一区域，这一区域数据容量是固定的，但硬件绝对地址是不固定的，即端口所面向的硬件设备由云端中心处理器以云算法分配，可随时变更。端口架设完成后，服务器管理员可以通过“远程桌面”直接管理云数据。

3.2 Web应用程序平台

通过“远程桌面”，在云服务器上安装WAMP，WAMP是Windows下的一组用来搭建服务器的开源集成平台，由Apache、Mysql/MariaDB、Perl/PHP/Python组成。平台的各个软件本身都是各自独立的程序，但因为放在一起使用，拥有越来越高的兼容度，共同组成一个强大的Web应用程序平台。

3.3 在WAMP搭建的平台上搭建数据库

数据库统一采用UTF-8编码。

4 系统主要功能及类模块的设计

4.1 学生课堂出勤记录

为实现平台自动记录学生课堂出勤情况，教师在每堂课开始前，在讲台上布置一个摄像头。每个学生都要在摄像头前停留2-3 s，摄像头扫描学生相貌。摄像头扫描到学生的相貌后，平台通过人脸识别模块分辨学生。人脸识别的实现是通过购买比较完善的人脸识别模块，在此基础上进行二次开发。每一个被摄像头扫描到的学生，将会在本课堂的出勤表上自动添加记录。

4.2 教师布置作业

教师以自己的帐号及密码登录平台后，布置每一堂课的作业，作业以文本的形式记录在数据库中，学生可以通过手机、电脑浏览作业信息。

4.3 学生与教师对话留言

学生可以在平台上给教师留言。留言板做成聊天室样式，本平台是B/S结构，采用jquery、ajax结合实现界面无刷新。如果做成自动更新通话内容，需要在客户端加入时间触发器，触发时间间隔以秒计算，这样会给服务器造成极大的负载，因此通话内容由手动更新。

4.4 平台管理员信息管理

平台管理员可以对平台的所有信息进行增删改及信息维护。

4.5 数据库防注入模块

为了平台数据安全，在平台中加入防治注入模块。当应用程序使用输入内容来构造动态sql语句以访问数据库时，会发生sql注入攻击。如果代码使用存储过程，而这些存储过程作为包含未筛选的用户输入的字符串来传递，也会发生sql注入。sql注入可能导致攻击者使用应用程序登陆在数据库中执行命令。相关的sql注入可以通过测试工具pangolin进行。如果应用程序使用特权过高的帐户连接到数据库，这种问题会变得更严重。在某些表单中，用户输入的内容直接用来构造动态sql命令，或者作为存储过程的输入参数，这些表单特别容易受到sql注入的攻击。而许多网站程序在编写时，没有对用户输入的合法性进行判断或者程序中本身的变量处理不当，使应用程序存在安全隐患。用户倘若提交一段数据库查询的代码，根据程序返回的结果，获得一些敏感的信息或者控制整个服务器，于是sql注入就发生了[1]。

为了防治注入，必须在每一个信息加入点添加以下模块：

function unhtml（$content）{

$content = str_replace（">"，">；"，$content）；

$content = str_replace（"<"，"<；"，$content）；

$content = str_replace（" "，" ；"，$content）；

$content = str_replace（" "，" ；"，$content）；

$content = str_replace（"＼""，""；"，$content）；

$content = str_replace（"＼'"，"'；"，$content）；

$content = str_replace（"＼n"，"

"，$content）；

return trim（$content）；}

4.6 基于AJAX的信息添加模块

所有信息的添加都通过相同的信息添加模块完成，模块如下：

$.ajax（{

type： 'POST'，

url： 'admin_zuohao_mingxi.php'，

data： {'id'：MingxiID}，

dataType：'json'，

success：function（json）{

}}

其中url为需要链接数据库的PHP文件地址，data是需要添加的数据。

通过平台的实际运用，实验教学已经实现教师和学生通过电脑、移动2种终端的互动联结，同时利用网络的强大功能，实现课程作业、师生交流、教师备课、学生出勤等信息化。实验教学平台在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用，它能激发学生学习兴趣，调动学生学习积极性，为培养学生的创新意识，提高实际动手能力和设计能力，提供了新的教学手段和模式。通过该平台，学校可以深入掌握各个实验教学课堂情况，还有助于提高教师的实验教学质量。

参考文献

[1] 叶新伟. PHP+AJAX WEB2.0编程技术与项目开发大全[M]. 北京：电子工业出版社，2008.

[2] 高宏卿，汪 浩. 基于云存储的教学资源整合研究与实现[J]. 现代教育技术，2010（3）：97-101.

[3] 王文增. 基于云存储的教学资源管理系统设计与开发[D]. 天津：天津师范大学，2013.

[4] 张延玲，刘金鹏. 高校教学资源云存储模式研究[J]. 福建电脑，2014（2）：44-45，64.

[5] 谢志昆，黄天慧，孙宙红. 云存储服务在高校教学中的应用[J]. 软件导刊（教育技术），2013（4）：79-81.

[6] 顾邦军，王福来，田 毅，等. 教学资源的云存储架构研究[J]. 福建电脑，2013（9）：44-45，129.

[7] 郭晓晨，张 磊. 高校教学资源云存储中心的研究与设计[J]. 通化师范学院学报，2013（6）：33-35.

[8] 刘 鹤，宋玉琴. 探析云存储在教学管理平台的应用[J]. 农业网络信息，2012（11）：129-131，150.

2.6 教师布置作业表

记录教师每节课的作业布置，以课程号和班级号作为双索引，作业内容为LONGTXT类型。

2.7 学生奖惩表

记录每个学生的奖惩，以学号作为索引。

2.8 教师备课表

记录每个教师每堂课的备课信息，以课程号及教师工号作为索引。

2.9 教师课堂评分表

记录教师的课程评分，评分由教学组督导打分。

2.10 教室情况表

记录学校所有教室的信息。

3 搭建服务器数据平台

云服务器要实现数据管理平台的功能，就需要在云服务器上搭建一个统一的数据集控制器，将所有的信息服务都布置在云服务器上。

3.1 在云端开通一个面向实验教学管理平台的端口

通过该端口可以联结云服务器中的某一区域，这一区域数据容量是固定的，但硬件绝对地址是不固定的，即端口所面向的硬件设备由云端中心处理器以云算法分配，可随时变更。端口架设完成后，服务器管理员可以通过“远程桌面”直接管理云数据。

3.2 Web应用程序平台

通过“远程桌面”，在云服务器上安装WAMP，WAMP是Windows下的一组用来搭建服务器的开源集成平台，由Apache、Mysql/MariaDB、Perl/PHP/Python组成。平台的各个软件本身都是各自独立的程序，但因为放在一起使用，拥有越来越高的兼容度，共同组成一个强大的Web应用程序平台。

3.3 在WAMP搭建的平台上搭建数据库

数据库统一采用UTF-8编码。

4 系统主要功能及类模块的设计

4.1 学生课堂出勤记录

为实现平台自动记录学生课堂出勤情况，教师在每堂课开始前，在讲台上布置一个摄像头。每个学生都要在摄像头前停留2-3 s，摄像头扫描学生相貌。摄像头扫描到学生的相貌后，平台通过人脸识别模块分辨学生。人脸识别的实现是通过购买比较完善的人脸识别模块，在此基础上进行二次开发。每一个被摄像头扫描到的学生，将会在本课堂的出勤表上自动添加记录。

4.2 教师布置作业

教师以自己的帐号及密码登录平台后，布置每一堂课的作业，作业以文本的形式记录在数据库中，学生可以通过手机、电脑浏览作业信息。

4.3 学生与教师对话留言

学生可以在平台上给教师留言。留言板做成聊天室样式，本平台是B/S结构，采用jquery、ajax结合实现界面无刷新。如果做成自动更新通话内容，需要在客户端加入时间触发器，触发时间间隔以秒计算，这样会给服务器造成极大的负载，因此通话内容由手动更新。

4.4 平台管理员信息管理

平台管理员可以对平台的所有信息进行增删改及信息维护。

4.5 数据库防注入模块

为了平台数据安全，在平台中加入防治注入模块。当应用程序使用输入内容来构造动态sql语句以访问数据库时，会发生sql注入攻击。如果代码使用存储过程，而这些存储过程作为包含未筛选的用户输入的字符串来传递，也会发生sql注入。sql注入可能导致攻击者使用应用程序登陆在数据库中执行命令。相关的sql注入可以通过测试工具pangolin进行。如果应用程序使用特权过高的帐户连接到数据库，这种问题会变得更严重。在某些表单中，用户输入的内容直接用来构造动态sql命令，或者作为存储过程的输入参数，这些表单特别容易受到sql注入的攻击。而许多网站程序在编写时，没有对用户输入的合法性进行判断或者程序中本身的变量处理不当，使应用程序存在安全隐患。用户倘若提交一段数据库查询的代码，根据程序返回的结果，获得一些敏感的信息或者控制整个服务器，于是sql注入就发生了[1]。

为了防治注入，必须在每一个信息加入点添加以下模块：

function unhtml（$content）{

$content = str_replace（">"，">；"，$content）；

$content = str_replace（"<"，"<；"，$content）；

$content = str_replace（" "，" ；"，$content）；

$content = str_replace（" "，" ；"，$content）；

$content = str_replace（"＼""，""；"，$content）；

$content = str_replace（"＼'"，"'；"，$content）；

$content = str_replace（"＼n"，"

"，$content）；

return trim（$content）；}

4.6 基于AJAX的信息添加模块

所有信息的添加都通过相同的信息添加模块完成，模块如下：

$.ajax（{

type： 'POST'，

url： 'admin_zuohao_mingxi.php'，

data： {'id'：MingxiID}，

dataType：'json'，

success：function（json）{

}}

其中url为需要链接数据库的PHP文件地址，data是需要添加的数据。

通过平台的实际运用，实验教学已经实现教师和学生通过电脑、移动2种终端的互动联结，同时利用网络的强大功能，实现课程作业、师生交流、教师备课、学生出勤等信息化。实验教学平台在培养学生的实践能力、研究能力、创新能力和综合素质等方面有着其他教学环节所不能替代的独特作用，它能激发学生学习兴趣，调动学生学习积极性，为培养学生的创新意识，提高实际动手能力和设计能力，提供了新的教学手段和模式。通过该平台，学校可以深入掌握各个实验教学课堂情况，还有助于提高教师的实验教学质量。

参考文献

[1] 叶新伟. PHP+AJAX WEB2.0编程技术与项目开发大全[M]. 北京：电子工业出版社，2008.

[2] 高宏卿，汪 浩. 基于云存储的教学资源整合研究与实现[J]. 现代教育技术，2010（3）：97-101.

[3] 王文增. 基于云存储的教学资源管理系统设计与开发[D]. 天津：天津师范大学，2013.

[4] 张延玲，刘金鹏. 高校教学资源云存储模式研究[J]. 福建电脑，2014（2）：44-45，64.

[5] 谢志昆，黄天慧，孙宙红. 云存储服务在高校教学中的应用[J]. 软件导刊（教育技术），2013（4）：79-81.

[6] 顾邦军，王福来，田 毅，等. 教学资源的云存储架构研究[J]. 福建电脑，2013（9）：44-45，129.

[7] 郭晓晨，张 磊. 高校教学资源云存储中心的研究与设计[J]. 通化师范学院学报，2013（6）：33-35.

[8] 刘 鹤，宋玉琴. 探析云存储在教学管理平台的应用[J]. 农业网络信息，2012（11）：129-131，150.