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摘 要：本文从实验教学管理出发,针对开放教学与管理的实际需求，在.NET平台上成功构建了基于WEB的开放实验教学管理系统的总体方案，介绍了系统的功能模块，分析了系统实现的关键技术；开放实验教学管理系统的建立，改变了传统实验教学单一的教学模式，适应网络环境下的开放式教学管理模式，提高了实验教学与管理的质量和效率。
关键词：开放实验教学管理 ASP.NET B/S 结构
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1673-8454（2008）07-0069-03
一、系统设计思想
1．实现教学计划和教学过程的动态管理，体现培养方式的多样性和个性化。学生可以在教学计划指定的实验项目中自主地选择实验内容，确保学习方式的指导性和主体化。学生还可以预约实验项目，自由选定时间和项目，确保学习时间的弹性。
2．提高实验室分级管理效率。根据实验室管理人员相应的工作职责，设定不同的操作权限。通过校园网实现实验室的高效管理，形成实验室的网络化管理模式。
3．减轻实验教学管理工作量。利用系统管理功能，实现教学计划、学生的基本信息、预约实验、实验成绩、实验完成情况等信息的统筹管理，大大减轻了实验教学管理人员和教师的工作量。
4．保证系统的严密性，实现实验教学的安全管理。
二、系统体系结构
考虑到系统的可扩展性和安全性，系统采用多层结构B/S模型，以.NET技术和数据库技术为基础，利用“瘦客户端”－WEB浏览器作为客户端。如图1所示。
图2 开放实验教学管理系统主要功能模块
1．学生预约实验系统
通过校园网实现学生网上预约实验系统是整个系统中较为重要的部分，具体要求有：学生用户登录及注册，学生凭借注册账号和密码进行预约，除学生本人外，其他用户无权删改预约；在线预约、统计预约是否已满，若已订满，则提示更换时间；根据实验室列出的实验科目以及对应的时间安排，结合自己的专业限制、时间安排、知识体系等因素，选择自己感兴趣的实验题目和对应时间，完成预约实验选课；对未按预约时间做实验学生的警告以及禁选实验科目等；查看或打印已经预约过的实验。
学生根据课程的实验教学要求和自己的学习兴趣，进入实验预约系统，查询实验室开设的实验项目和时间安排，学生选择自己要作的实验项目和实验时间，进行实验预约，预约好以后提交确定。为了避免预约人重复预约，需确认用户名是否唯一，当用户单击提交按钮时，将用户输入的学号与数据库中存储的学号进行比较，如果在数据库表中找不到相同的学号，就执行插入记录操作，否则就取消操作，打开告警页面通知预约人不能重复预约。具体实现的流程图如图3所示。
图3 学生预约实验流程图
2．实验室管理系统
通过实验室管理系统查看实验室规章制度（实验教学管理规定、学生实验守则、安全检查制度、仪器设备维修管理规定、实验技术人员岗位规范等）；仪器设备管理（仪器名称、编号、厂家、价格、使用说明书电子版、使用及维修记录等）、实验耗材的使用管理，及时了解实验耗材的去向与使用率，给学生自选实验器材提供依据。
3．实验教学管理系统
实验教学管理人员和实验课教师输入身份及密码,通过验证后便可以进入教务管理系统界面。教务管理人员可以统计各实验室教学工作量,审定各实验教学项目,收发各实验室的电子信息,了解开放型实验教学的进度以及查看并回复学生反馈的信息等。
实验课教师可以发布实验信息，管理有关预约实验项目、学生预约名单锁定、实验课表安排等信息。教师对学生实验考核完毕后要在网上登记学生实验项目成绩，实验课成绩的评定和考核根据学生的实际动手能力和应用知识技能等指标综合完成。每当学生完成开放性实验后，应当综合评估学生的成绩, 任课教师在确认无误的情况下，将最终的成绩录入到实验成绩管理系统中, 学生可以查询打印，其他用户无权进行修改。
系统还可实现实验教学的部分功能，主要包括BBS论坛、网上仿真实验室、教师点评等，这些功能以实现师生双向式互动教学为目的，以综合性、设计性实验项目为目标，增加学生自由思维的空间，调动学生的积极性和创造性。例如任课教师发布实验项目的CAI教学课件或用于实验仿真的软件（如MATLAB），以供学生预习实验或仿真实验用。教师也可以对学生设计的实验项目进行点评，指出实验的关键步骤和指导建议，进一步加深学生对实验技能的认识，有效提升学生的实验知识水平。
4．数据库管理系统
数据库维护及管理主要是提供给专职教务管理人员进行系统基本参数信息录入与初始化、数据库备份、报表统计分析等。为防止非法人员入侵和误操作发生，网络应用部分设有健全的访问权限管理，数据服务器的运行采用双机冗余备份，确保数据服务器能够安全稳定地运行管理系统。[3]
四、系统实现的关键技术
1．数据存取技术
开放实验教学管理系统是一个典型的数据库应用系统，数据的存储量和数据的访问量都很大，ADO.NET的使用能够有效地减少网络往返以及数据库同时连接数量，为系统的稳定运行提供了保证。
ADO.NET是重要的应用程序级别接口，用于在.NET平台中提供数据访问服务。用ADO.NET可以访问.NET数据源和OLE DB.NET数据源。ADO.NET是专为基于消息的Web应用程序而设计的，同时还能为其他应用程序结构提供较好的功能。通过支持对数据的松耦合访问，减少了与数据库的活动连接数目（即减少了多个用户争用数据库服务器上的有限资源的可能性），从而实现了最大程度的数据共享。[4]
我们用数据集命令从后台数据库中提取数据填充数据集；也可以用XML模式文件生成数据集架构,然后用XML数据文件填充数据集。ADO.NET提供了一组用来连接到数据库、运行命令、返回记录集的类库，通过一系列的对象和编程模型，并与XML紧密结合，使得在.NET中的数据操作十分方便和高效。[5]
2．数据显示技术
开放实验教学管理系统的一项重要功能就是信息查询，可以向全校教师和学生提供丰富的实验教学信息，为实验教学服务。如何将复杂的实验数据信息最清晰、最准确地展示给用户，是系统开发中的一个重要技术。
ASP.NET定义了许多在服务器端运行的Web控件，可以将它们嵌入Web页面中以显示不同类型的数据，它们当中有一部分与HTML语法中的表单控件相似，但功能比表单控件丰富。其中DataGrid是ASP.NET的一个服务器端Web控件，可用于在Web页面中以表格的形式显示数据。DataGrid的用法非常灵活，在简单的形式下，只需要几行代码，就可以将一个DataGrid控件与某个数据源绑定，并将其中的数据以指定的形式在Web页面中显示；另一方面也可以根据要求，使用代码对DataGrid进行定制，以充分发挥DataGrid控件的强大功能，例如通过DataGrid对数据库学生预约实验项目数据的在线编辑、更新、删除，以及对显示数据进行排序、分页显示等。[6]
在系统开发中，我们多次使用DataGrid控件，来实现数据的显示。其灵活简单的特性，使程序开发变得更为容易。
3．多级安全机制
开放实验教学管理系统存储了大量重要的数据资料，如学生基本信息、学生预约实验信息、实验成绩、实验课表等，数据一旦被侵入破坏，整个系统将面临崩溃。为此，我们在提高系统安全性方面采用了多方面的措施。
（１）对用户进行细分
开放实验教学管理系统的使用面广，为了提高系统的安全性，我们对用户进行了细分，不同的用户有不同的权限。教务管理员是级别最高的一类用户，能访问几乎所有的数据信息；实验课任课教师可以查询到自己所开设实验课程的学生预约名单、实验项目和实验课表等信息以及管理BBS论坛；学生则只能查询到与自己有关的成绩、实验公告等信息，以及为自己选实验项目和预约实验。
（２）采用ＩＰ绑定技术
为了获得更高的安全性，对于用户的登录界面采取了IP限制的手段，只有在指定IP范围内的用户才能访问系统。数据库表中存放了校园网的有效IP地址段，在登录界面程序中添加了IP访问控制。只有在数据表中的IP地址段才能够访问系统模块，如果非校园网用户访问系统模块，将显示“您来自于未授权的用户，您无权登录系统”，并重新定向至登录界面。如果校园网IP地址段发生了调整，可以通过程序修改数据库表中的数据。
（３）ｓｅｓｓｉｏｎ认证
为了防止某些学生用户通过直接键入页面的http地址而跳过登录页面的恶意操作，我们在程序中加入了session认证。
在每个登录程序中，都在合法登录的用户的session中写入其用户信息。如教师登录程序LoginTeacher.aspx中：
session(＂deptid＂) = deptid (deptid为一字符串变量，其内容为用户输入的用户名）。
在所有需要用户名和密码才能使用的程序中，都需要先进行session验证。在教师功能模块中的每个页面，加入了如下程序段：
deptid = session("deptid")
If deptid = "" Then
Response.Redirect("../LoginTeacher.aspx")
End If
如果没有经过正规的登录验证，session中的“deptid”变量将为空，把用户重新定向到教师功能模块登录界面。想通过记住网页地址而绕过登录控制的企图，就被这样阻断了。
而且长时间不使用，session会过期，这也是采用session认证的一大好处。比如，某教师已经成功地进入了系统，并且在成绩管理单元进行成绩的录入。由于某些原因，他离开了办公室但是忘了关闭电脑，session的自动过期能避免长时间离开时，其他人的误操作甚至是别有用心的行为。
4．并发控制机制
开放实验教学管理系统面向全校的用户，每个学期在开设实验课后集中几天内大量学生会完成实验课的预约选课。由于涉及全校的学生，选课时间段内系统访问量激增。巨大的访问量会使服务器负担过重，甚至使整个系统瘫痪。
我们在IIS中将连接数目限制到一个固定数目（比如30个），当连接数目达到最大限制后，用户必须等待其他用户释放连接，才能够使用系统，这样能从某种程度上保证系统的稳定。同时，在程序编写中，尽量减少频繁地与数据库连接操作，并对数据库查询语句进行优化，基本保证实验预约的实时性和并发性要求。
五、结论
本文结合开放实验教学管理的实际需求，在校园网的基础上进行开发，建立了一个基于WEB的开放实验教学管理系统。系统程序模块化，按照用户第一的原则，采用面向对象的思想，按使用用户设计系统模块，采用ASP.NET技术和三层B/S开发模式，适应WEB环境下教学管理模式的要求。实践表明，该系统具有良好的性能，能满足开放实验教学与管理的各项功能要求，为学生们提供了开放的交互式实验教学环境，改变了传统实验教学单一的教学模式，取得了较好的效果。
参考文献：
[1]Ullman C.康博译.ASP.NET入门经典－C#编程篇[M].北京:清华大学出版社,2002：43-47.
[2]张润杰等.基于B/S模式的网络版实验室管理系统[J].首都师范大学学报(自然科学版)，2005，26（2）：16-18.
[3]林华.基于校园网教学管理系统的设计[J].福建电脑，2002（3）：29-31.
[4]王焕彬,张水平.数据访问技术ADO.NET、ADO和OLE DB的比较[J]. 铁路计算机应用,2003,12（11）:16-18.
[5]孟现飞,李浩,孙统风. ADO.NET数据访问模型研究[J].微机发展,2003,13（6）: 94-97.
[6]廖春盛，潘战生. ASP.NET DataGrid控件的使用[J]. 广东职业技术师范学院学报，2004（4）：37-44.
关键词：开放实验教学管理 ASP.NET B/S 结构
中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：1673-8454（2008）07-0069-03
一、系统设计思想
1．实现教学计划和教学过程的动态管理，体现培养方式的多样性和个性化。学生可以在教学计划指定的实验项目中自主地选择实验内容，确保学习方式的指导性和主体化。学生还可以预约实验项目，自由选定时间和项目，确保学习时间的弹性。
2．提高实验室分级管理效率。根据实验室管理人员相应的工作职责，设定不同的操作权限。通过校园网实现实验室的高效管理，形成实验室的网络化管理模式。
3．减轻实验教学管理工作量。利用系统管理功能，实现教学计划、学生的基本信息、预约实验、实验成绩、实验完成情况等信息的统筹管理，大大减轻了实验教学管理人员和教师的工作量。
4．保证系统的严密性，实现实验教学的安全管理。
二、系统体系结构
考虑到系统的可扩展性和安全性，系统采用多层结构B/S模型，以.NET技术和数据库技术为基础，利用“瘦客户端”－WEB浏览器作为客户端。如图1所示。
图2 开放实验教学管理系统主要功能模块
1．学生预约实验系统
通过校园网实现学生网上预约实验系统是整个系统中较为重要的部分，具体要求有：学生用户登录及注册，学生凭借注册账号和密码进行预约，除学生本人外，其他用户无权删改预约；在线预约、统计预约是否已满，若已订满，则提示更换时间；根据实验室列出的实验科目以及对应的时间安排，结合自己的专业限制、时间安排、知识体系等因素，选择自己感兴趣的实验题目和对应时间，完成预约实验选课；对未按预约时间做实验学生的警告以及禁选实验科目等；查看或打印已经预约过的实验。
学生根据课程的实验教学要求和自己的学习兴趣，进入实验预约系统，查询实验室开设的实验项目和时间安排，学生选择自己要作的实验项目和实验时间，进行实验预约，预约好以后提交确定。为了避免预约人重复预约，需确认用户名是否唯一，当用户单击提交按钮时，将用户输入的学号与数据库中存储的学号进行比较，如果在数据库表中找不到相同的学号，就执行插入记录操作，否则就取消操作，打开告警页面通知预约人不能重复预约。具体实现的流程图如图3所示。
图3 学生预约实验流程图
2．实验室管理系统
通过实验室管理系统查看实验室规章制度（实验教学管理规定、学生实验守则、安全检查制度、仪器设备维修管理规定、实验技术人员岗位规范等）；仪器设备管理（仪器名称、编号、厂家、价格、使用说明书电子版、使用及维修记录等）、实验耗材的使用管理，及时了解实验耗材的去向与使用率，给学生自选实验器材提供依据。
3．实验教学管理系统
实验教学管理人员和实验课教师输入身份及密码,通过验证后便可以进入教务管理系统界面。教务管理人员可以统计各实验室教学工作量,审定各实验教学项目,收发各实验室的电子信息,了解开放型实验教学的进度以及查看并回复学生反馈的信息等。
实验课教师可以发布实验信息，管理有关预约实验项目、学生预约名单锁定、实验课表安排等信息。教师对学生实验考核完毕后要在网上登记学生实验项目成绩，实验课成绩的评定和考核根据学生的实际动手能力和应用知识技能等指标综合完成。每当学生完成开放性实验后，应当综合评估学生的成绩, 任课教师在确认无误的情况下，将最终的成绩录入到实验成绩管理系统中, 学生可以查询打印，其他用户无权进行修改。
系统还可实现实验教学的部分功能，主要包括BBS论坛、网上仿真实验室、教师点评等，这些功能以实现师生双向式互动教学为目的，以综合性、设计性实验项目为目标，增加学生自由思维的空间，调动学生的积极性和创造性。例如任课教师发布实验项目的CAI教学课件或用于实验仿真的软件（如MATLAB），以供学生预习实验或仿真实验用。教师也可以对学生设计的实验项目进行点评，指出实验的关键步骤和指导建议，进一步加深学生对实验技能的认识，有效提升学生的实验知识水平。
4．数据库管理系统
数据库维护及管理主要是提供给专职教务管理人员进行系统基本参数信息录入与初始化、数据库备份、报表统计分析等。为防止非法人员入侵和误操作发生，网络应用部分设有健全的访问权限管理，数据服务器的运行采用双机冗余备份，确保数据服务器能够安全稳定地运行管理系统。[3]
四、系统实现的关键技术
1．数据存取技术
开放实验教学管理系统是一个典型的数据库应用系统，数据的存储量和数据的访问量都很大，ADO.NET的使用能够有效地减少网络往返以及数据库同时连接数量，为系统的稳定运行提供了保证。
ADO.NET是重要的应用程序级别接口，用于在.NET平台中提供数据访问服务。用ADO.NET可以访问.NET数据源和OLE DB.NET数据源。ADO.NET是专为基于消息的Web应用程序而设计的，同时还能为其他应用程序结构提供较好的功能。通过支持对数据的松耦合访问，减少了与数据库的活动连接数目（即减少了多个用户争用数据库服务器上的有限资源的可能性），从而实现了最大程度的数据共享。[4]
我们用数据集命令从后台数据库中提取数据填充数据集；也可以用XML模式文件生成数据集架构,然后用XML数据文件填充数据集。ADO.NET提供了一组用来连接到数据库、运行命令、返回记录集的类库，通过一系列的对象和编程模型，并与XML紧密结合，使得在.NET中的数据操作十分方便和高效。[5]
2．数据显示技术
开放实验教学管理系统的一项重要功能就是信息查询，可以向全校教师和学生提供丰富的实验教学信息，为实验教学服务。如何将复杂的实验数据信息最清晰、最准确地展示给用户，是系统开发中的一个重要技术。
ASP.NET定义了许多在服务器端运行的Web控件，可以将它们嵌入Web页面中以显示不同类型的数据，它们当中有一部分与HTML语法中的表单控件相似，但功能比表单控件丰富。其中DataGrid是ASP.NET的一个服务器端Web控件，可用于在Web页面中以表格的形式显示数据。DataGrid的用法非常灵活，在简单的形式下，只需要几行代码，就可以将一个DataGrid控件与某个数据源绑定，并将其中的数据以指定的形式在Web页面中显示；另一方面也可以根据要求，使用代码对DataGrid进行定制，以充分发挥DataGrid控件的强大功能，例如通过DataGrid对数据库学生预约实验项目数据的在线编辑、更新、删除，以及对显示数据进行排序、分页显示等。[6]
在系统开发中，我们多次使用DataGrid控件，来实现数据的显示。其灵活简单的特性，使程序开发变得更为容易。
3．多级安全机制
开放实验教学管理系统存储了大量重要的数据资料，如学生基本信息、学生预约实验信息、实验成绩、实验课表等，数据一旦被侵入破坏，整个系统将面临崩溃。为此，我们在提高系统安全性方面采用了多方面的措施。
（１）对用户进行细分
开放实验教学管理系统的使用面广，为了提高系统的安全性，我们对用户进行了细分，不同的用户有不同的权限。教务管理员是级别最高的一类用户，能访问几乎所有的数据信息；实验课任课教师可以查询到自己所开设实验课程的学生预约名单、实验项目和实验课表等信息以及管理BBS论坛；学生则只能查询到与自己有关的成绩、实验公告等信息，以及为自己选实验项目和预约实验。
（２）采用ＩＰ绑定技术
为了获得更高的安全性，对于用户的登录界面采取了IP限制的手段，只有在指定IP范围内的用户才能访问系统。数据库表中存放了校园网的有效IP地址段，在登录界面程序中添加了IP访问控制。只有在数据表中的IP地址段才能够访问系统模块，如果非校园网用户访问系统模块，将显示“您来自于未授权的用户，您无权登录系统”，并重新定向至登录界面。如果校园网IP地址段发生了调整，可以通过程序修改数据库表中的数据。
（３）ｓｅｓｓｉｏｎ认证
为了防止某些学生用户通过直接键入页面的http地址而跳过登录页面的恶意操作，我们在程序中加入了session认证。
在每个登录程序中，都在合法登录的用户的session中写入其用户信息。如教师登录程序LoginTeacher.aspx中：
session(＂deptid＂) = deptid (deptid为一字符串变量，其内容为用户输入的用户名）。
在所有需要用户名和密码才能使用的程序中，都需要先进行session验证。在教师功能模块中的每个页面，加入了如下程序段：
deptid = session("deptid")
If deptid = "" Then
Response.Redirect("../LoginTeacher.aspx")
End If
如果没有经过正规的登录验证，session中的“deptid”变量将为空，把用户重新定向到教师功能模块登录界面。想通过记住网页地址而绕过登录控制的企图，就被这样阻断了。
而且长时间不使用，session会过期，这也是采用session认证的一大好处。比如，某教师已经成功地进入了系统，并且在成绩管理单元进行成绩的录入。由于某些原因，他离开了办公室但是忘了关闭电脑，session的自动过期能避免长时间离开时，其他人的误操作甚至是别有用心的行为。
4．并发控制机制
开放实验教学管理系统面向全校的用户，每个学期在开设实验课后集中几天内大量学生会完成实验课的预约选课。由于涉及全校的学生，选课时间段内系统访问量激增。巨大的访问量会使服务器负担过重，甚至使整个系统瘫痪。
我们在IIS中将连接数目限制到一个固定数目（比如30个），当连接数目达到最大限制后，用户必须等待其他用户释放连接，才能够使用系统，这样能从某种程度上保证系统的稳定。同时，在程序编写中，尽量减少频繁地与数据库连接操作，并对数据库查询语句进行优化，基本保证实验预约的实时性和并发性要求。
五、结论
本文结合开放实验教学管理的实际需求，在校园网的基础上进行开发，建立了一个基于WEB的开放实验教学管理系统。系统程序模块化，按照用户第一的原则，采用面向对象的思想，按使用用户设计系统模块，采用ASP.NET技术和三层B/S开发模式，适应WEB环境下教学管理模式的要求。实践表明，该系统具有良好的性能，能满足开放实验教学与管理的各项功能要求，为学生们提供了开放的交互式实验教学环境，改变了传统实验教学单一的教学模式，取得了较好的效果。
参考文献：
[1]Ullman C.康博译.ASP.NET入门经典－C#编程篇[M].北京:清华大学出版社,2002：43-47.
[2]张润杰等.基于B/S模式的网络版实验室管理系统[J].首都师范大学学报(自然科学版)，2005，26（2）：16-18.
[3]林华.基于校园网教学管理系统的设计[J].福建电脑，2002（3）：29-31.
[4]王焕彬,张水平.数据访问技术ADO.NET、ADO和OLE DB的比较[J]. 铁路计算机应用,2003,12（11）:16-18.
[5]孟现飞,李浩,孙统风. ADO.NET数据访问模型研究[J].微机发展,2003,13（6）: 94-97.
[6]廖春盛，潘战生. ASP.NET DataGrid控件的使用[J]. 广东职业技术师范学院学报，2004（4）：37-44.