孟亚辉 王瑞东 张明辉

摘 要：随着计算机的大面积普及，高校计算机类实验占据很大比例，计算机辅助教学系统作为一种重要的教学技术，引起越来越多的人重视，但效果却不尽人意。目前，还没有一款真正参与计算机实验全过程的软件系统，大多说实验室管理软件都是对实验作业的收发和实验室管理事务的处理，因此，提出一款真正参与计算机实验全过程的智能实验室管理系统，该系统可以监控并录制实验的全过程、智能识别检测娱乐软件的启动、查看指导教师对实验过程的评语、远程答疑等功能，从而提高实验教学的质量。

关键词：实验室 智能 管理系统

中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）04（a）-0029-03

Abstract：With the popularization of computers， university computer experiments occupy a large proportion. As an important teaching technology， computer-aided teaching system has attracted more and more attention， but the effect is not satisfactory. At present， there is not yet a software system that really participates in the whole process of computer experiments. Most of them say that laboratory management software deals with the sending and receiving of experimental tasks and laboratory management affairs. Therefore， a smart computer that really participates in the whole process of computer experiments is proposed. Laboratory management system， the system can monitor and record the entire process of the experiment， intelligent recognition detection and start of entertainment software， view the instructor's comments on the experimental process， remote answer questions and other functions， thereby improving the quality of experimental teaching.

Key Words：laboratory； Intelligent； Management system

1 开发背景分析

计算机辅助教学是利用计算机作为主要的教学媒体来进行教学活动，即利用计算机来辅助教师执行教学。计算机不仅能呈现单纯的文字、数字等字符教学信息，而且还能输出动画、视频、图像和声音，能非常容易做到教学信息的图、文、声并茂，这种多维立体的教育信息传播，增强了信息的真实感和表现力，这些是幻灯、电视等单向电教媒体无法比拟的。可见计算机辅助教育已发挥出越来越大的作用，但就当前计算机辅助教学的实际使用和效果上，反映却不尽人意。实验指导教师无法摆脱对学生繁重的纪律管理，无法将精力集中于解决学生们在实验过程中遇到的问题以及对学生相互学习与指导。因此，开发一个真正参与计算机实验全过程的软件系统显得很重要，也很迫切。

2 智能型計算机类实验管理系统设计

针对目前现有的实验室管理系统的不足，现提出一种智能型计算机类实验管理系统。该系统分为学生端和控制端两个部分，实验管理模式分为开放实验和课内实验两种。开放实验是学生利用课余时间进行的科技制作、探索性实验等；课内实验是针对某课程计划内课时的实验。对于开放实验的管理，主要通过屏幕录像的方式和自动检测非正常程序的方式实现对学生实验过程的管理；而课内实验则可以设置屏幕录像实时监控和自动检测非正常程序的启动，学生可以电子举手提问，教师可以选择远程辅导，对于同学们普遍存在的问题，也可以通过屏幕广播，可以在辅导的过程中录制屏幕供以后使用 。

2.1 系统功能框图

智能型计算机类实验管理系统功能框图如图1所示，该管理系统具体功能分为控制端和学生端，控制端主要是给教师使用，对学生端进行监控，具体功能有：课程信息发布、教师注册、课程参数设置、查看学生实验过程、设置是否启动非正常程序监控及非正常程序的设置、屏幕录像数据存储等功能；学生端主要是给学生使用，学生端功能有：获取屏幕录像并发送到控制端、电子举手、查看教师回复、提交问题及文件、自动检测非正常程序等功能。

2.2 控制端功能流程

控制端功能包含管理员和任课教师。管理员登录具有修改密码、添加教师、注册课程及任课教师、维护非正常程序列表、维护提示程序和锁定系统程序列表等功能。任课教师在登录系统后，接收并记录学生端发送的屏幕录像信息，回放学生实验过程，发布课程信息和上传实验教学需要使用的资料，同时可以对学生提问进行管理等等。这里我们列出教师对学生屏幕录像的检查和实时监视过程，具体如下。

学生屏幕录像的运行过程：学生机获取屏幕图像信息→学生机压缩图像数据→学生机发送压缩后的图像信息→控制端接收屏幕信息→控制端存储屏幕信息→控制端读取屏幕信息→控制端解压、播放（还原屏幕图像）。

教师实时监视过程为： 学生机获取屏幕图像信息→学生机压缩图像数据→学生机发送压缩后的图像信息→控制端接收屏幕信息→控制端解压、播放（还原屏幕图像）。

控制端用例图如图2所示。

2.3 学生端功能流程

开机后，首先锁定系统，然后检测是否可以正常连接服务器，连接正常则要求登录，否则给出出错信息，要求管理员处理，如正常登录，则解锁系统。学生首次登录，则切换到欢迎界面；如果不是首次使用系统，则首先快速回放上次实验过程录像。关闭后，计算机可以自由使用。系统获取屏幕图像信息，并将其压缩后发送到服务器，若发送失败，则给出出错信息后锁定系统，要求管理员处理。系统实时检测系统中启动的程序，若出现非正常程序，则给出提示信息或锁定系统。对于新出现的程序，负责发送程序进程名称到服务器。课内实验模式下，学生遇到问题时，可以电子举手，请求老师帮助。实验过程中还可以查看别人的提问及教师答复的内容等。学生端用例图如图3所示。

2.4 系统架构

智能型计算机类实验管理系统整体上采用C/S和B/S共存架构，即除了学生提问和教师答复以外的部分，使用C/S架构，答疑部分则采用B/S架构。在学生机上主要安装屏幕录像和压缩软件。数据库采用SQLServer2008或以上版本。系统整体采用面向对象的三层结构，三层架构具有降低层与层之间的依赖、利于各层逻辑复用、降低后期维护成本等优点，系统三层体系结构图如图4所示。答疑系统采用B/S架构，在系统控制端安装HTTP服务器软件，将网页部署在HTTP服务器上，学生和教师通过访问HTTP服务器实现答疑系统的功能。

2.5 系统UML类图

采用UML类图进行数据类的设计，对于关系数据库来说，可以用类图描述数据库模式，用类描述数据库表，用类的操作描述触发器和存储过程。数据类之间的关系如图5所示。

3 系统特色

（1） 实验管理系统整体上采用C/S和B/S共存的架构，即除了学生提问和教师答复以外的部分，使用C/S架构，答疑部分则采用B/S架构。

（2） 学生端实时发送屏幕录像，打破传统的定时发送。与此同时，对学生实验过程进行全程屏幕录像，方便教师、学生回顾实验过程和寻找出错原因，以便下次上课时做相应的变化。

（3） 本實验教学管理系统针对了传统MCAI的弊端进行改良，使得教师可以将更多的心思放到实验指导上，同时也给学生提供较大的创新思维的自由空间，更能培养学生的创新思想，让教师的教学效率大大提高。实时监督学生和制约学生利用计算机进行娱乐活动，检测非正常娱乐程序的启动，从而将学生精力扭转到实验过程。

4 结语

项目针对目前市场实验室管理系统模块的不足，提出的一款智能实验室管理系统，使得高校实验室管理更加便捷轻松，极大地弥补了目前高校实验室智能管理的一个空白区域，创新性强。该项目综合应用Java、前端和数据库设计等多种技术，在技术上具有综合应用的创新性和现实使用性。与此同时，本智能实验室管理系统能够极大地促进计算机教学工作的顺利进行，极大地提高了计算机课堂教学的质量和实验教学管理。

参考文献

[1] 孟亚辉.基于校园网的多协议节约资源型离线下载系统设计[J].广东石油化工学院学报，2016（4）：32-36.

[2] 孟亚辉，张明辉，王博.基于互联网的大学生易校行系统的设计[J].科技资讯，2017，15（11）：207-210.