开放实验室管理系统设计方案比较及探究

李婉芬

西安交通工程学院，陕西 西安 710300

近年来，高校招生人数越来越多，传统主要依靠人工的实验室管理系统，已无法满足当前师生日益增长的实验需求。因此，如何利用现代化技术将现有的教学资源进行有效利用，成为各大高校目前亟待解决的问题。下文便将传统实验室管理系统与本文基于J2EE 技术所开发的管理系统进行比较分析。

一、开放实验管理系统的比较

（一）传统实验管理系统的弊端

高校实验管理系统中的重要功能便是教师端与学生端的管理系统。而在传统学生端的管理系统中，普遍存在的问题便是对于实验室资源的利用率不高，而造成此现象的原因可分为两方面说明，具体如下。

一是流程繁琐。传统实验室管理系统中，学生申请实验室使用权的流程比较繁琐，通常需要学生填写纸质申请表，并递交给相关教师，通过教师审核后才能获取实验室的使用权。甚至部分高校所使用的实验室管理系统，需要教师收到学生的手写申请表后录入系统，再进行人工审批，此种方式无疑增加了教师的工作量。同时，学生在使用实验室过程中也需要教师进行现场值守，对实验器材进行分配与管理，这便使得整个实验室申请、使用过程效率极为低下。

二是信息透明度较差。由于信息不透明，学生对当前实验室的使用情况难以判断，极易出现扎堆申请实验室使用的情况，而实验室与器材的数量是有限的，同一时刻只能满足少数人的实验需求。此外，对于器材仪器占用情况也缺乏实时查看渠道，这便使得学生在使用某些实验器材与仪器时发生冲突，出现器材仪器集中使用或无人使用的情况，这便产生了资源浪费。

在上述流程中可发现，此种传统的实验室管理系统，流程较为冗杂，不论是学生还是教师，在操作过程中极易出现错误。而上述流程却仅仅是一个学院的一个专业，若出现跨专业甚至跨院系的学生同时选修、必修多门课程时，此流程的复杂程度将会呈几何级数增长。

（二）开放式实验管理系统的优势

基于上述分析可以发现，传统实验管理系统在时间、空间以及内容方面均存在局限，这便限制了学生自主能力以及实验能力的提高，降低了其学习效率，难以为学生提供创新发展的平台。针对此问题，如何对现有的实验室资源进行整合，增强实验室的开放程度与共享程度是目前亟待解决的问题。而基于J2RR 技术开发的实验室管理系统便可增加实验室的开放程度，能够满足学生当前日益增长的实验需求。相较于传统实验管理系统，该开放式实验管理系统的优势可分三方面说明。

一是该系统实现了实验室资源申请的无纸化流程。学生在申请实验室的过程中能够完全摒弃填写申请单的形式，简化了申请程序。对于主管教师而言，可避免数量较多的纸质文档出现，简化了教学流程，只需对学生线上所提交的电子文档进行审批即可。

二是大幅度减少了教师管理实验室时的工作量。学生们可通过线上查看实验室器材的占用情况，并利用线上提交申请，教师也在线上进行批复。此举极大程度上为师生的实验室使用提供了便利条件。

三是对高校现有的教学资源进行了优化，为教师与学生提供了互相沟通交流的平台，如此便避免了传统实验室管理模式中需要线下通知、汇总的缺陷，学生可以利用此平台与教师进行实时沟通，教师可利用此平台对学生进行答疑解惑。

基于上述对比可以发现，此基于J2EE 技术所开发的开放式实验管理系统能够简化实验室管理流程，大幅度缩减教师的工作量，学生也可通过线上平台查看实验室、器材仪器的占用状态，整合了高校现有的实验室资源。下文便对此实验室管理系统的设计方案进行探究。

二、基于J2RR 技术的开放实验室管理系统的设计方案探究

基于该系统的优势，下文便从整体技术架构、功能设计两个角度对其设计方案进行探究。

（一）整体技术架构

该系统是基于J2EE 技术开发而成，其开发框架采用了当前主流的后端开发框架，Spring、MVC、MyBatis，数据库设计方面采用了MySQL技术，并将Log4j 当作日志框架。在前端开发技术的选择方面，采用Jquery，结合FreeMarker 模板技术，此种组合方式能够最大限度降低开发难度。基于上述框架与网络七层协议，能够将该系统的技术架构划分为四层，分别为前端、业务、持久以及数据。具体如图1。

前端层主要功能是处理用户请求并响应，此层面与用户使用该系统的感受密切相关。该部分可分为两种，前端页面构建与SpringMVC。页面构建需要采用HTML 以及Java 技术。而Spring MAC 则是对用户的请求进行处理。当教师或学生发出申请后，服务器接受此指令，将指令发送至SpringMAC，再根据具体请求信息，进行查找，找到可以处理该请求的service 方法。此过程中的Controller 会按照请求内容在业务层以及持力层中调用方法处理，并返回模型。最后，由图像解析器利用FreeMarker 技术找到相应的模板，渲染后返回用户，如此完成用户的查询、申请过程。

业务层的主要功能是逻辑实现，所以该系统的大部分业务逻辑处于该层面。具体是通过一系列方法实现对实验报告以及评分流程业务的处理。此层结构主要是对前端层请求进行接收，以接口的形式，实现自身的调用。此外，该层面在处理业务时候还向下进行调用对数据进行读写。此层结构所包含的具体功能有学生方面的信息管理，教育资源管理，实验所产生的报告管理，预约管理以及答疑通道。

持力层主要功能是连接程序以及数据库。当业务层读写数据时，提供接口对上层进行调用，保证相应功能的实现。此部分所采用的框架为

MyBatis。

数据层主要是存储数据以及其他缓存信息，并与持力层、业务层进行连接，接受前端层的调用。

除上述外，该系统采用的Log4j 日志更方便开发人员的错误查询以及系统维护，使得开发速度更快，维护难度更低。

（二）系统功能设计

根据上文业务层中的功能，该系统关键功能设计为权限管理、教学资源管理、实验报告管理、预约管理以及师生答疑模块，具体如下。

1.权限管理模块

系统最终需要交付予用户使用，而该开放式实验管理系统作为多用户共同使用的系统，如何对权限进行分配是重点。首先需要明确，对于系统整体，权限管理模块的作用是进行选线拦截，当用户访问相关数据时，需要对用户权限进行检查，检查其是否具备访问权限，以此作为该系统的第一道安全防线。

为降低该系统的使用难度，可将该系统接触学校的认证系统，教师、学生只需要通过学校认证便可使用该系统，不需要进行再次注册。为实现教师与学生的权限分离，该系统采用了二次验证信息的方式，以此对其权限进行识别。当用户进行访问时，该系统会跳转至学校的认证界面，通过认证后跳转至该系统进行二次验证，与系统内数据库的信息进行匹配。为使得数据库能够顺利匹配信息数据，需要在其中存储教师与学生的基本信息，并以此为基础实现教师对学生信息的管理。该系统将学生信息的数据库与教师端进行直接连接，教师可对该部分信息进行自由添加、修改、删除。例如学生违纪后，教师可通过修改其信息限制其权限。同时，考虑到学生人数较多，该系统在学生信息管理部分采用分页设计，以此减少同时显示的信息数量，减轻客户端的运行压力。在分页数据的获取方面则是采用AJAX 异步通信进行获取，当用户点击翻页时，会将其具体请求信息封装，由服务器进行解析，转化为数据库查询语句，最终返回用户［1］。

2.预约管理模块

此部分同时涉及教师与学生，因此该模块可分为实验室预约功能与设备管理功能，具体如下。

一是实验室预约功能。该部分功能可实现学生对实验室的使用情况进行查看，并进行预约申请，接收教师的审批结果等。学生在客户端中发出请求查看预约情况的信息，并填写相关信息，通过HTTP POST 与数据连接，教师端再从数据库中调用申请信息，审批后通过AJAX 返回学生客户端，同时教师端与数据库的信息传输也需要通过AJAX 进行。采用AJAX 的原因是避免短时间内大量数据同时访问使得客户端卡顿，实现信息的分流，以分页式形式展现预约信息。

二是设备管理功能。此功能与预约功能类似，学生仅需要填写所需器材设备的名称、使用时间、结束使用时间与申请用途便可。后续流程与预约功能相同。但不同之处为该项功能会多出一项可申请数量，该系统将此处设计为下拉形式，在此处显示实验室器材仪器的剩余数量。

虽然两者功能相近，但考虑到可能存在仅需器材仪器的需求，故将其分为两个子功能［2］。

3.教学资源管理模块

此部分包括规章制度管理与教育资源管理两部分功能。

一是规章制度管理。此部分属于通用内容，所以该系统将此作为用户登录后的背景界面。学生端仅具备查看权限，教师端可对其进行修改。由于信息量较少，功能简单，因此该系统使用HTTP GET 的方式进行请求。

二是教育资源管理。此部分功能是根据课程的区别，将高校内部的实验教育资源划分，其中教师具有添加章节、课程的权限，可上传相关视频、课件资源以及课后作业。当学生对相关资源进行访问时，仅具有播放视频权限，其他课件资源与作业具有下载权限。其中教育资源的上传功能通过HTTP 实现，教师创建课程后会以HTTP 形式发送至该系统的服务器中，当服务器接收到该请求后，会对相关程序进行调用，利用SpringMVC进行解析，最终将其存储至数据库中。而学生的视频播放功能则是通过调用Ckplayer 软件进行实现，该软件会将数据库中的视频资源转换为流媒体数据，返回至学生端。此外，考虑到教师所上传的课件资源与课后作业相关数据的规模可能会较大，所以此部分会采用AJAX 进行分页显示，减轻客户端的处理压力。

4.实验报告管理模块

此部分功能的实现步骤分为三步，具体如下。

一是实验报告的上传，由学生填写相应的实验名称，提交报告文件。此过程可采用HTTP 技术，当服务器接收到请求后，便会将其存入存储器中，同时该系统会更新文件记录。

二是教师下载学生所上传的实验报告，并在审批后上传成绩。教师可通过浏览实验报告列表，发送下载请求，此时服务器会对系统所更新的文件记录进行查询，为教师提供下载链接。教师审批后，可通过HTTP 进行成绩上传，存储数据库中［3］。

三是成绩查看。教师将审批结果上传完毕后，学生可通过AJAX 向服务器发送HTTP 请求，此时服务器会对数据库进行查询，进而实现成绩查看功能。

5.师生答疑模块

该系统在师生答疑模块增设了历史问题保存功能，并通过AJAX 进行分页。具体实现步骤如下：

首先，当学生产生问题后，可到历史问题中查询，以此提高教师答疑的效率。对于此部分功能，系统基于SQL 查询技术为学生提供了搜索功能，学生可发送HTTP 请求进行查看。服务器在接收请求后会将请求转换为SQL 查询语句，自动在数据库中查询，并将结果返回至学生端。

其次，当学生无法在历史问题中得到答案的时候，可发出HTTP 请求，在系统中上传问题，并填写联系方式。服务器会对此请求进行解析，存放至数据库中。

最后，教师访问本模块后，可直接看到学生最近提出的问题，此时便可通过HTTP 发送请求，将答案上传至系统数据库中［4］。

根据上述发现，此部分功能极大程度上提升了教学效率。

三、结语

本文将传统实验管理系统与基于J2EE 技术开发的开放式实验管理系统进行了比较，并从整体技术架构与功能设计两个角度对其设计方案进行了探究，发现该系统能够简化实验室管理流程，学生也可通过线上平台查看实验室、器材仪器的占用状态，相关人员可以此作为参考对开放实验室管理系统进行应用或研发。