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摘 要：当今时代，计算机实际动手操作能力尤为重要，由于学生在校计算机的实践操作较少，所以文章主要研究基于计算机类实验课堂教学环境管理系统的设计，通过发挥实验教学的优势，提高学生的实践能力。利用对国内外研究现状的了解，对系统设计需求进行分析，通过整体构架以及功能模块的构建对系统进行详细设计研究。
关键词：计算机；实验教学；管理系统
学生对知识的掌握程度，需要通过实际动手能力来体现，因而参加上机实验学习很重要。因此本文开发了一套计算机类实验课堂教学环境管理系统，发挥实验教学的优势，提高学生的综合能力。
1 国内外研究现状
根据国内对实验教学环境管理系统的研究及应用来分析，系统的大体功能基本相似，一般包括用户模块、教师模块、学生模块等几大功能模块[1]。而应用于实际教学中的实验教学环境管理系统从设计模式上包括C/S的两层设计结构和B/S的3层设计结构。
C/S结构是由美国Borland公司研发的软件系统体系结构，其优点在于响应速度比较快，多样个性化，可以实现复杂的业务流程。缺点在于C/S结构硬件一般需要建立在专用的网络，并且对软件的重用性不高，系统在升级维护方面也比较困难。整体来讲，C/S结构管理系统客户端有事物层和表现层，服务器端有数据逻辑层和存储层。所以导致客户端很庞大，系统升级困难，而且事物层不能完成平台和客户端共享的功能，从而缺少数据逻辑层来供应数据存储层。
B/S结构是由美国微软公司研发的浏览器和服务器结构，随着网络技术的兴起，用户的工作界面可以通过浏览器来实现，主要事物可以通过服务器端实现，对客户端电脑载荷进行简化，降低系统升级与维护的成本[2]。B/S 3层设计结构具有以下优势：对硬件的换进高要求较低，无需专门的网络硬件环境，并且升级与维护方式比较简单。目前已经应用的实验教学管理系统大多数是基于C/S结构，个别高校会使用B/S结构。
国外的实验教学环境管理系统相对开放，针对学生选择具有随意性，学生可以被安排相应的导师进行实验。相对于国内，这种教学模式还不能够应用到实验课教学管理中。因此，本文主要研究如何使用基于B/S的结构来开发计算机类实验教学环境管理系统，通过应用4层设计结构把应用逻辑从Web服务器与数据库中分离出来，最终形成应用服务器层。
2 实验教学管理系统设计需求分析
计算机实验教学环境管理通常在沿用C/S结构的管理系统，随着对教学质量的要求不断提高，需要寻找新的课堂环境管理方法。所以本文从如何最大限度地提高教学效果出发，对系统需求进行研究：
2.1 教师用户需求分析
教师在实验教学管理中对学生起到指导作用，教师连接Internet后对实验内容进行设计，实验后针对成果好的发布给学生，教师针对学习成绩进行录入、查询及修改。
2.2 学生用户需求分析
在实验教学中，学生是主体，所以系统的设计要确保学生可以利用课余的时间查询成绩，实验教学中随时得到教师指导，实验后便于提交成果。
2.3 性能需求分析
此系统允许多人同时访问，简单容易操作，作业的操作需要进行时间限制。
總之，现有的实验教学环境管理系统已经满足师生用的基本需求，一定要采取新的设计结构，开发出新的实验教学环境管理系统。
3 系统功能设计分析
此实验教学管理系统的使用用户主要包括教师、学生和管理员，所以需要从该3方面对系统功能进行分析。
3.1 教师用户功能
教师用户针对实验内容在课前需要设计和修改，将实验录入系统中，并且可以通过账号登录，对学生所设计的实验内容进行修改。教师可以对学生成绩进行录入、查询及修改。
3.2 学生用户需求
学生在实验内容完成之后要具备提交权限，将自己的实验成果提交到系统中，方便及时查看成绩列表。学生可以通过登录系统对自己的个人信息进行修改。
3.3 管理员用户功能
管理员对用户具有修改和添加的功能。为了更好地对学生实验信息的管理，需要对学生所在的专业和班级进行管理。除此之外，管理员需要对系统数据库进行更新及维护，包括数据备份及还原操作。
4 系统构架设计
该系统构架主要通过4个层次构成：Web浏览器层、Web服务器层、应用服务器层和数据访问层。
4.1 Web浏览器层
Web浏览器层是用户的交互界面，该功能是接收用户输入信息，具有用户体验，此系统的设计主要用于教师、学生、管理员的使用，该层主要是作为整个解决方案中的Web项目实现的。
4.2 Web服务器层
也称为业务逻辑层，是实现用户交互与数据表示，对数据进行收集，向应用逻辑层请求调用核心服务处理。在实验课堂教学环境管理系统的设计中，业务逻辑层主要是完成账户处理、实验管理以及专业班级管理、数据的收集等[3]。在账户管理中，业务逻辑层会对用户信息进行接收与显示，将数据简单处理之后传递给应用层进行验证，最后将验证结果反馈给用户。实验管理中业务逻辑层主要接收教师所设计的实验内容，然后传递到应用服务器层进行处理。在成绩管理中，Web服务器可以对教师录入的学生成绩直接传递给应用服务器层进行操作，然后将结果返回Web服务器层，并且显示。
4.3 应用服务器层
应用服务器层是由业务组件构成，组件对数据加工提交，反馈到客户端。在管理系统中，操作基本通过应用服务器层来实现，通过接收Web服务器层传递来的数据进行处理，接收的数据包括用户身份信息、设计实验信息、学生成绩信息以及班级管理信息和课程信息等。
4.4 数据访问层
数据访问层包括数据、视图、存储过程等，主要对系统的数据资源进行操作，为应用逻辑层提供数据处理服务，为了确保管理数据可以被多次访问，在具体操作中使用统一的数据访问接口，来提高访问效率。
5 系统实现
此系统主要应用于员工培训、建立系统平台、数据库构建、应用程序设计、程序测试、文档验收等。教师端可以实时在网上提交故障问题与处理状况，管理端具有实验课堂问题处理功能，包括问题的描述以及提醒。
该系统具有一定的实用性，避开了常规的管理软件思路，抓住管理的关键，实用性强。该系统解决了教学管理的需求，在开发过程中采用组件式开发，模块化程度高、系统清晰。最后，该系统扩展性强，预留了接口，可以连接蓝牙设备、单片机等技术进行声音报警或者进行安全监控等。
6 结语
目前，高校计算机实验室实现了网络化管理，计算机硬件设备和实验软件也增多，给管理中心带来新的问题。本文所涉及的计算机类实验课堂教学环境管理系统采用B/S4层构架体系结构，层与层之间结构清晰，系统随时随地为用户提供登录，帮助教师进行实验设计，系统可以帮助学生尽早了解实验，更方便提交实验以及随时查看实验成绩。
[参考文献]
[1]赵伟.网络多媒体教学课件管理系统设计与实现[J].信息与电脑（理论版），2012（12）：229-230.
[2]米雁.基于B/S结构的虚拟实验室数据管理系统的设计研究[J].科技创新与应用，2017（12）：90-92.
[3]王中杰.实验室智能视频监控系统开发[J].自动化技术与应用，2016（5）：115-117.
关键词：计算机；实验教学；管理系统
学生对知识的掌握程度，需要通过实际动手能力来体现，因而参加上机实验学习很重要。因此本文开发了一套计算机类实验课堂教学环境管理系统，发挥实验教学的优势，提高学生的综合能力。
1 国内外研究现状
根据国内对实验教学环境管理系统的研究及应用来分析，系统的大体功能基本相似，一般包括用户模块、教师模块、学生模块等几大功能模块[1]。而应用于实际教学中的实验教学环境管理系统从设计模式上包括C/S的两层设计结构和B/S的3层设计结构。
C/S结构是由美国Borland公司研发的软件系统体系结构，其优点在于响应速度比较快，多样个性化，可以实现复杂的业务流程。缺点在于C/S结构硬件一般需要建立在专用的网络，并且对软件的重用性不高，系统在升级维护方面也比较困难。整体来讲，C/S结构管理系统客户端有事物层和表现层，服务器端有数据逻辑层和存储层。所以导致客户端很庞大，系统升级困难，而且事物层不能完成平台和客户端共享的功能，从而缺少数据逻辑层来供应数据存储层。
B/S结构是由美国微软公司研发的浏览器和服务器结构，随着网络技术的兴起，用户的工作界面可以通过浏览器来实现，主要事物可以通过服务器端实现，对客户端电脑载荷进行简化，降低系统升级与维护的成本[2]。B/S 3层设计结构具有以下优势：对硬件的换进高要求较低，无需专门的网络硬件环境，并且升级与维护方式比较简单。目前已经应用的实验教学管理系统大多数是基于C/S结构，个别高校会使用B/S结构。
国外的实验教学环境管理系统相对开放，针对学生选择具有随意性，学生可以被安排相应的导师进行实验。相对于国内，这种教学模式还不能够应用到实验课教学管理中。因此，本文主要研究如何使用基于B/S的结构来开发计算机类实验教学环境管理系统，通过应用4层设计结构把应用逻辑从Web服务器与数据库中分离出来，最终形成应用服务器层。
2 实验教学管理系统设计需求分析
计算机实验教学环境管理通常在沿用C/S结构的管理系统，随着对教学质量的要求不断提高，需要寻找新的课堂环境管理方法。所以本文从如何最大限度地提高教学效果出发，对系统需求进行研究：
2.1 教师用户需求分析
教师在实验教学管理中对学生起到指导作用，教师连接Internet后对实验内容进行设计，实验后针对成果好的发布给学生，教师针对学习成绩进行录入、查询及修改。
2.2 学生用户需求分析
在实验教学中，学生是主体，所以系统的设计要确保学生可以利用课余的时间查询成绩，实验教学中随时得到教师指导，实验后便于提交成果。
2.3 性能需求分析
此系统允许多人同时访问，简单容易操作，作业的操作需要进行时间限制。
總之，现有的实验教学环境管理系统已经满足师生用的基本需求，一定要采取新的设计结构，开发出新的实验教学环境管理系统。
3 系统功能设计分析
此实验教学管理系统的使用用户主要包括教师、学生和管理员，所以需要从该3方面对系统功能进行分析。
3.1 教师用户功能
教师用户针对实验内容在课前需要设计和修改，将实验录入系统中，并且可以通过账号登录，对学生所设计的实验内容进行修改。教师可以对学生成绩进行录入、查询及修改。
3.2 学生用户需求
学生在实验内容完成之后要具备提交权限，将自己的实验成果提交到系统中，方便及时查看成绩列表。学生可以通过登录系统对自己的个人信息进行修改。
3.3 管理员用户功能
管理员对用户具有修改和添加的功能。为了更好地对学生实验信息的管理，需要对学生所在的专业和班级进行管理。除此之外，管理员需要对系统数据库进行更新及维护，包括数据备份及还原操作。
4 系统构架设计
该系统构架主要通过4个层次构成：Web浏览器层、Web服务器层、应用服务器层和数据访问层。
4.1 Web浏览器层
Web浏览器层是用户的交互界面，该功能是接收用户输入信息，具有用户体验，此系统的设计主要用于教师、学生、管理员的使用，该层主要是作为整个解决方案中的Web项目实现的。
4.2 Web服务器层
也称为业务逻辑层，是实现用户交互与数据表示，对数据进行收集，向应用逻辑层请求调用核心服务处理。在实验课堂教学环境管理系统的设计中，业务逻辑层主要是完成账户处理、实验管理以及专业班级管理、数据的收集等[3]。在账户管理中，业务逻辑层会对用户信息进行接收与显示，将数据简单处理之后传递给应用层进行验证，最后将验证结果反馈给用户。实验管理中业务逻辑层主要接收教师所设计的实验内容，然后传递到应用服务器层进行处理。在成绩管理中，Web服务器可以对教师录入的学生成绩直接传递给应用服务器层进行操作，然后将结果返回Web服务器层，并且显示。
4.3 应用服务器层
应用服务器层是由业务组件构成，组件对数据加工提交，反馈到客户端。在管理系统中，操作基本通过应用服务器层来实现，通过接收Web服务器层传递来的数据进行处理，接收的数据包括用户身份信息、设计实验信息、学生成绩信息以及班级管理信息和课程信息等。
4.4 数据访问层
数据访问层包括数据、视图、存储过程等，主要对系统的数据资源进行操作，为应用逻辑层提供数据处理服务，为了确保管理数据可以被多次访问，在具体操作中使用统一的数据访问接口，来提高访问效率。
5 系统实现
此系统主要应用于员工培训、建立系统平台、数据库构建、应用程序设计、程序测试、文档验收等。教师端可以实时在网上提交故障问题与处理状况，管理端具有实验课堂问题处理功能，包括问题的描述以及提醒。
该系统具有一定的实用性，避开了常规的管理软件思路，抓住管理的关键，实用性强。该系统解决了教学管理的需求，在开发过程中采用组件式开发，模块化程度高、系统清晰。最后，该系统扩展性强，预留了接口，可以连接蓝牙设备、单片机等技术进行声音报警或者进行安全监控等。
6 结语
目前，高校计算机实验室实现了网络化管理，计算机硬件设备和实验软件也增多，给管理中心带来新的问题。本文所涉及的计算机类实验课堂教学环境管理系统采用B/S4层构架体系结构，层与层之间结构清晰，系统随时随地为用户提供登录，帮助教师进行实验设计，系统可以帮助学生尽早了解实验，更方便提交实验以及随时查看实验成绩。
[参考文献]
[1]赵伟.网络多媒体教学课件管理系统设计与实现[J].信息与电脑（理论版），2012（12）：229-230.
[2]米雁.基于B/S结构的虚拟实验室数据管理系统的设计研究[J].科技创新与应用，2017（12）：90-92.
[3]王中杰.实验室智能视频监控系统开发[J].自动化技术与应用，2016（5）：115-117.