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开放实验室管理系统

 一. 系统背景

国内高校发展和改革的步伐日趋加快,办学规模不断扩大,学校在实验室建设的方面越来越重视,投入也是逐年增加,特别是文科专业方面的实验室建设,现在出现了很多文科方面的实验软件,使学生从理论学习过度到理论加动手操作,实现了飞跃,加深了学生对知识的感性认识,提高了教学效果。
虽然学校在前期购买了大量的管理、会计、物流、国际贸易等相关的教学软件(很多软件是B/S结构),也建设了很多实验室设备,面对规模庞大、事务烦杂的实验室管理工作,暴露很多问题:
1.       这些软件和设备都比较孤立,不够系统,同时也增加了维护的难度;
2.       学生只有在上实验课的时候才能使用,利用率比较低,不能开展面向学生的开放服务,让学生在任何有互联网的情况下都有机会利用实验室资源开展学习和科研实践
3.       不能及时的掌握教学实验的效果和学生反馈信息;
4.       随着教务管理实行“学分制”改革的不断深入,教务开放选课已经全面铺开,传统的按班上实验课的模式很难实现“学分制”的要求,手工安排实验教学进度又变得异常艰难;
5.       高校由多个校区构成,实验室主管部门和实验室之间缺少方便快捷的协作通道,教师和大多学生之间也缺少必要的沟通渠道,多个校区间的协同办公和沟通的成本加大。
我们经过认真的需求调研和分析,整合实验室的常规管理、实践教学开放和选课、资源共享等业务,采用新的设计思想,推出了一整套解决方案和成熟产品。避免了目前高校信息化建设中的“各业务系统不兼容、互不通信”的信息孤岛现状。系统的设计既考虑到各个高校实验室管理的通用性,又可以根据高校的特殊需求进行特定开发,满足高校的各种需求。
 
系统的功能结构如下所示:
功能结构图
1.业务管理
a) 实验管理
主要包括课程管理、实验报告管理和资料管理等模块,学生登录后能够看到所学专业四年的所有课程,供学生查看和预习(通过课程大纲、教学课件),并可查看每个课程所对应的实验。列出大学四年所有的模拟实验,并可按学期显示学生每个学期应该学习的模拟实验。学生可点击直接进入模拟实验平台(无需再次登录)。系统自动记录进入时间,每次学习时长,并保存。学生进入模拟实验平台学习不受学期限制。
b) 网上办公
主要包括:在线备课、收发邮件等功能。老师可以通过系统进行备课,系统存储着老师的备课模板,通过邮件管理可以实现课程备课信息的共享。老师和同学还可以通过发邮件方法实现交流。
c) 毕业/课程设计管理
主要包括:课题申报、过程管理和论文管理等功能。实现了对毕业和课程设计从开始到结束的整个过程的管理和控制,减轻了老师的工作强度,提高的效率。
d) 评教/评价管理
主要包括:评教管理和评价管理等。评教管理是老师根据学生的平时表现和系统自动的评定结果给出一个公平、合理的分数。评价管理主要是学生根据老师的在线时间、指导次数和教授的情况对老师进行一个客观的评价。
e) 选课系统
由教师排好课程、时间、地点、指导老师、容纳人数,由学生根据自己的时间安排自主选择课程。
2.交流管理
a) 在线交流
提供在线服务工具,学生所学课程与指导教师自动匹配,在做课程实验时遇到问题可以和老师实时的进行交流。
b) 离线交流
学生可以离线给老师留言或者通过论坛和老师、同学进行交流。进入论坛不要重新登录,用户名分别是学生的学号和老师的工号。
3.系统管理
a) 用户管理
提供了对登录用户的管理功能,用户类型包括:学生、老师和管理员,根据用户类型的不同系统赋予他们不同的权限和页面显示风格。
b) 基础数据管理
对系统运行的基本数据进行管理,主要包括:专业信息管理、班级信息管理、软件信息管理、课程信息管理和单位信息管理等。可以对基础数据进行增、删、改和查操作。
c) 数据备份
将系统运行的数据进行备份,备份的文件可以保存到服务器或者下载到本地进行保存,当系统发生重大事故时,可以通过这个操作进行恢复数据。
d) 系统接口
主要提供了和教务系统的接口和其它实验软件的接口。
本软件提供了和主流教务系统的接口,可以将教务系统中的人员信息、课程安排等信息同步到开放实验室管理系统中,实现了无缝的链接,大大减少了管理员的劳动强度,提高了工作效率。
通过CAS系统实现和其它实验软件的单点登录,即学生、老师和管理员从本系统登录成功后,进入其他实验软件系统不需要重新进行登录验证,根据当前的用户名和密码直接进入到其它系统中,系统自动记录进入时间,每次学习时长,并保存。学生进入模拟实验平台学习不受学期限制。
系统的架构如图所示:
系统架构
本系统部署到校园网上,学生在宿舍、实验室或者网吧都可以访问到我们的系统,可以对要做的实验提前预习或者对感兴趣的知识进行提前学习等,老师可以在家或者办公室进入系统对学生进行辅导和监督学生做实验的情况。
系统拓扑结构图
1.系统登录
 
 
2. 学生首页
 
 
3. 老师首页
 
4. 管理员首页
 
单点登录的英文名称为Single Sign-On,简写为SSO,是开放实验室管理系统的核心,允许学生登录系统后,可以访问任意的实验室软件而不需要登录,系统还可以方便的和实验室软件进行数据交换。
SSO将一个学校所有学生和老师的用户登录和用户账号管理集中到一起,有很多好处:
1.       减少学生和老师在不同系统中登录耗费的时间;
2.       便于对各种实验数据进行统一管理;
3.       避免了处理和保存多套系统用户的认证信息;
4.       减少了系统管理员维护用户数据的时间;
5.       增加了安全性:系统管理员有了更好的方法管理用户,包括可以通过直接禁止和删除用户来取消该用户对所有系统资源的访问权限
现在学校有很多B/S软件,每套系统都有登录系统,单点登录可以大大方便教师和学生的使用便利,增加软件的利用率,使老师和学生从一堆的用户名和密码中解放出来。
统一用户
统一用户是指不同的系统,使用同一套用户处理的机制。用户ID全局唯一,用户登录名,密码全局唯一,并且统一存储在单一系统中;用户的一些属性,如姓名、电话、地址、邮件等,统一存储在单一系统中。尽管各应用系统还可以自行增加一些属性,但是基本的属性应该统一存储和管理。
应用系统不应该直接对用户信息的进行增加、修改和删除,但是可以进行查询。对用户信息的增加、修改和删除,应该由专门的系统进行统一的管理,统一用户管理之后,每个应用程序仍然保留自己的用户管理功能,用于额外的属性设置。
开放实验室管理系统是一个平台系统,对现有的教学软件进行管理,由于教学软件都有一套数据库和用户管理与验证机制,系统为了实现单点登录,首先要对数据库结构进行设计,建立统一的用户管理库,以便进行验证的。
各个数据库之间的关系图,如下图所示:
数据库结构关系图
B/S结构的实验软件都有单独的数据库,数据库的类型也不相同(主要有MySQLSQL service等),每个软件都有用户管理模块,用户模块对系统的运行有很重要的作用。
开放实验室管理系统要实现对这些的系统单点首先要建立统一的用户数据库,单点服务器系统从统一数据库中读取用户信息进行认证,统一数据库中的数据由开放实验室管理系统进行管理,所有单点上的实验软件的用户数据都要和统一数据库中的用户数据保持一致。
用户数据同步关系图
实验软件为了和统一数据库的用户数据保持一致,对外提供Web Service接口,开放实验室管理系统通过调用这些接口,使用户信息保持一致。
2.2          系统特点
1           功能强大,业务整合能力强;
2           相关业务数据共享,相互支撑;
3           强大的在线和离线交流能力,帮助同学和老师建立一个快速沟通的桥梁;
4           良好的数据通信能力,能与多应用系统紧密结合,不再是一个个“信息孤岛”;
5           单点登录使系统使用更方便,操作更简单;
6           良好的安全性,对系统的安全运行提供保障;
目前高校在用的一些实验室管理软件大多是一些单一业务系统和数据上报系统,这些软件突出数据管理和上报功能,过程管理和业务支持不够完善,也很难将信息管理的任务合理分解到职能部门、实验室、教师和学生之间,绝大部分工作依靠主管部门来完成。我们在学习和理解这些软件产品的设计思想的基础上,整合业界先进的管理理念,重点突出产品的如下设计思想和产品优势:
1.         开放性
系统部署到校园网或者互联网上,这样学生、教室和管理员都可以通过网络随时随地的访问到我们的系统,查看课程信息、备课、做实验等。提高学生学习的积极性和主动性,教室可以方便对学生进行辅导,及时的了解学生实验的情况。
2.         沟通便利性
学生遇到问题可以给老师留言、发邮件或者在线和老师进行交流,老师可以对学生的问题及时的做出反馈,增加了学生、老师的互动性,交流的及时性。
3.         整体性
系统提供了和主流教务系统的接口,通过CAS系统进行单点登录,可以无障碍的访问各种实验软件,程序自动和实验软件进行用户数据的同步。
使教务软件、实验软件方便、无缝的和我们的系统进行连接,提高系统的整体统一性,方便了学生和老师的操作
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