虚拟仿真在线实验教学及管理系统设计论文

虚拟仿真在线实验教学及管理系统设计

摘 要

当今的社会是信息化的社会，计算机网络的发展更是日新月异。伴随着网络的高速发展，在线实验教学及管理的教学模式也随着发展，变得更加复杂，原因主要有两点：不断涌现出许多不同的新设备；这些设备需要支持许多不同的协议。在线实验教学及管理教学模式的研究是伴随着网络不断发展而形成的一大热点。

随着电子技术的不断发展, 电子类课程在高教中的地位日趋重要。而作为该类课程教学重要组成部分的实验教学，也越来越受到了人们的重视。它对于提高教学质量，培养学生的实际动手能力及创新思维能力具有无可比拟的作用。长期以来，高教研究者、工作者一直为此探索，并希望找到一个行之有效的方法。为此，人们借助现有的电子技术手段，建立了多种门类的实验平台（如电路分析实验室、模拟电子线路实验室、数字电路实验室、信号与系统实验室等），并在此平台上开设了相应的实验课程。尽管如此，这些措施并未达到预期的效果。特别是在电子技术高速发展的今天，这些方法及手段已经显得不再适宜，建立一套新的实验手段及方法已成为高教研究者、工作者的共识。

本文主要内容如下：

1．介绍了在线实验教学及管理系统的基本特点及其体系结构，对比分析了国内、外知名的在线实验教学及管理系统，并简单对系统进行了业务分析，总体要求分析，功能需求分析，给出系统用例图，系统时序图，重点阐述了本系统提供了在线实验、教学论坛、站内消息、教学活动管理、虚拟实验管理、实验智能指导、实验结果自动批改、实验报告电子化管理、教学过程监督、教学效果评价等功能。

2、依据需求分析进行了系统架构设计，给出了开发框架、技术架构和应用结构，采用功能结构图、顺序图等工具阐述了系统功能设计，给出了数据库表结构。

【关键词】 在线实验 实验教学 教学管理.

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Abstract

Today's society, information society, the development of computer networks is changing. Along with the rapid development of the network, the teaching mode of teaching and management of online experiments with the development becomes more complex, there are two main reasons: emerging out of many different devices; these devices need to support many different protocols. Online teaching and management of experimental teaching model along with the network development and the formation of a hot topic.

With the continuous development of electronic technology, electronic courses in higher education will become more important. Important as class teaching part of the experimental teaching, more and more people's attention. It has an unparalleled role in improving the quality of teaching and to develop students' practical ability and creative thinking ability. A long time, higher education researchers, workers have been exploring this end, and hope to find an effective way. To this end, with the existing electronic techniques, the establishment of a platform for a variety of categories of experimental laboratory (such as circuit analysis, analog electronic circuits laboratory, digital circuit lab, Signals and Systems Laboratory, etc.), and on this platform on the opening of the experimental course. Nevertheless, these measures did not achieve the desired results. Especially in the rapid development of electronic technology today, these methods and means have seemed no longer appropriate; the establishment of a new set of experimental tools and methods has become the consensus of the higher education researchers, workers.

The main content of this paper is as follows:

1. online experimental teaching and the basic characteristics of the management system and its architecture, comparative analysis of domestic and foreign well-known online experiment teaching and management systems, and system business analysis, the overall requirements analysis, functional requirements analysis, given case diagram, system timing diagram, focusing on elaborated this system provides online experiment teaching forums, news station, the management of teaching activities and knowledge assisted learning, the management of virtual experiments, experiments intelligent guidance, experimental results automatically correcting, experimental report on

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electronic technology management, supervision of the teaching process.

2. Based on needs analysis, system architecture design, given the development framework, technology architecture and application structure, functional structure diagram, sequence diagram and other tools on the system functional design, given the structure of the database table.

Keywords: 0nline experiments

Experimental teaching 3

Teaching management.

目录

摘 要 .......................................................... 1 Abstract ......................................................... 2 目录 ............................................................. 4 第一章 绪论 ...................................................... 6

1.1课题研究背景和意义 ....................................... 6

1.1.1研究背景 ........................................... 6 1.1.2研究意义 ........................................... 7 1.2 国内外研究现状和应用分析 ................................. 8 1.3系统特点 ................................................. 9

1.3.1内涵 ............................................... 9 1.3.2特点 .............................................. 10 1.4本文的组织构架 .......................................... 10 第二章 相关技术综述 ............................................. 11

2.1Java技术 ................................................ 11 2.2ActiveX技术 ............................................. 14 2.3VRML技术 ................................................ 16 2.4Mysql技术 ............................................... 18 第三章 系统需求分析 ............................................ 20

3.1系统业务分析 ............................................ 20

3.1.1角色分析 .......................................... 20 3.1.2 系统业务流程分析 .................................. 22 3.2系统功能需求分析 ........................................ 25 3.3在线实验教学内容需求 .................................... 39 3.4数据需求分析 ............................................ 40 第四章系统设计 .................................................. 42

4.1系统功能结构设计 ........................................ 42

4.1.1在线实验功能设计 .................................. 42 4.1.2教学论坛功能设计 .................................. 48 4.1.3站内消息功能设计 .................................. 50 4.1.4用户管理功能设计 .................................. 51 4.1.5知识库维护功能设计 ................................ 54 4.2在线实验设计 ............................................ 55

4.2.1 电路分析虚拟实验的设计 ............................ 55 4.2.2模拟电路虚拟实验的设计 ............................ 58 4.2.3数字电路与逻辑设计虚拟实验的设计 .................. 60 4.3数据库的设计 ............................................ 62 第五章 总结与展望 ........................................ 67 参考文献 ........................................................ 69

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致谢 ............................................ 错误！未定义书签。

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第一章 绪论

如今是网络盛行，各种教学资源异常丰富的时代，迅速崛起的现代化教育技术把在线实验引入到了实验教学中，在线实验的应用改变了传统的教育模式，使得“教与学”的方式发生了性的变化。目前，用于实验教学的计算机实验软件非常丰富，加上高校计算机及网络资源，为在线实验的开设提供了必要的基础条件，使用在线实验教学及管理，能够通过计算机在虚拟软件中模拟真实的实验现象，它不仅仅能够提高实验教学效果、降低教学成本，更能打破实验教学中时间与空间的，只需通过学校已有的校园网络平台，学生同样能够身临其境地观察实验现象。

1.1课题研究背景和意义

1.1.1研究背景

大多数学校开展实验都是采用实物形式来进行实验教学的，这种形式让学生能够对实验有比较深的感性认识，同时也存在如下问题：

(1)实验室建设费用高昂

传统的实验教学主要依赖费用高昂的实验设备，存在前期投入大、后期维护、更新费用高，开展过程受时间、地点、人力、物力、财力等问题，致使实验教学无法有效开展，严重影响教学质量。

(2)实验内容较为陈旧

在科学、经济飞速发展的今天，传统的实验教学内容往往跟不上新知识和新技术的产生，不能让学生及时了解前沿的知识和技术，学生仅仅是机械的按照教材上的实验流程在走，自身的思维得不到拓宽。

(3)实验教学形式单一．教学手段落后

实验教学依附于理论教学，一般都是老师讲，学生听的传统灌输式的教学模式，且验证性实验和孤立的单元性操作实验多，设计性、综合性、创新性实验少，大大抑制了学生的创新思维，使学生的创造能力得不到培养，个性得不到发展。

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（4）实验学时少

实验学时与总学时的比例不到20％，甚至有些专业的不到13％，远远不满足实验教学的要求。再加上教师除了上实验课外很少进实验室，教师和学生对实验的重视不够，学生的动手机会大大减少，动手能力、分析问。

（5）不能实行因材施教

高校规模的不断扩大，学生数量的不断增加，学生层次多样化更加显著。以往的教学模式都将学生同等对待，使得动手能力强的学生“吃不饱”，能力较差者又感到吃力，实验教学目的很难达到。 1.1.2研究意义

随着高校教学改革的逐步推进，实验室建设的进一步信息化、人性化，高校开展实验工作也变得更加繁重和复杂，这就迫切需要采用计算机信息化技术对传统实验教学进行有效地补充。

在线实验教学及管理有如下优点： (1)克服了实验时间与空间上的

现在全国很多高职院校日常的网络课程教学资源，无论从场地面积还是学习时间上都是无法满足教学要求的，这对于进一步加强学生的网络理论知识和动手能力是个瓶颈。由于在线实验教学及管理是基于B/S结构的，学生可以在任何有网络终端的地方，利用该系统提供的网络实验平台，开展设计性实验，以及进行与实验有关的活动。

(2)减少了设备消耗、节省了实验经费

由于国内，特别是西部欠发达地区高职院校资金缺乏，导致网络实验设备本身数量不足，再加上日常教学中由于学生使用不当造成的设备损耗，网络设备更新换代较快等情况，如想达到较好的教学、实践效果，就必然要提高教学成本的结果。使用在线实验教学及管理：一方面，学生开展设计性、综合性实验时，可以先在网络上进行模拟仿真实验，在得到最佳方案后再进行实物实验，另一方面，对一些复杂的实验项目或有一定危险性的实验项目，可由仿真来完成，既减少了元器件的损耗，又降低了电子仪器的损坏率。

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(3)促进了学生创新意识和创新能力的培养

在线实验教学及管理设计与实现教学手段的现代化为学生开展创新活动营造了良好的条件。学生可以在网络环境下开展综合性的实验和创新型的实验，彻底摆脱了原有实验条件单一、枯燥的约束，在更深、更广的知识领域内探索。

（4）完善了网络教育技术

实验教学一直都是很多高职学校网络类知识教育中的一个薄弱环节，本系统的实现对深入开展网络教育是一个很大的促进。通过实验教学辅助系统、实验报告提交系统、网上答疑系统的实现，极大地方便了学生的自学和自我检查，提高了实验管理的现代化水平。同时，在很大程度上减轻了教师的工作量。

综上所述，只有充分发挥传统实验教学和计算机信息化技术的优势，并使它们各自的优势得到互补，才能不断把实验教学提高到新的层次。

1.2 国内外研究现状和应用分析

网络实验教学系统实现的基础是多媒体计算机技术与网络技术的结合。无论是学生还是教师，都可以自由地、无顾虑地随时进入在线实验教学及管理操作仪器，进行各种实验，为实验类课程的教学改革及远程教育提供了条件和技术支持。

许多国内外从事实验室工作的研究者们从不同的层面实现了在线实验教学及管理。

1.印地安那州立大学的MBL化学实验室

该实验室在给新生开化学实验课时用计算机辅助做一些事情，如用计算机采集与分析实验数据，用计算机展示实验，在网上发布相关的实验指导材料。

2.芝加哥伊利诺伊大学数字化有机化学实验室

该实验室充分利用网络资源，在网上提供了一系列的实验教学指导：在线实验教材；实验教学时间表；实验测评方法、形式、时间；虚拟实验；相关教学资源的链接等。

3.卡罗莱纳州立大学的LAAP（Learn Anytime Anywhere Physics）

他们利用Java技术建立了基于Web的探索式虚拟物理实验室，主要有以下几

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个模块：基于Java Applet的虚拟实验设备和实验设施；相关的实验课程模块；实验学习结果评价模块；协作学习模块。

4.北京邮电大学的开放式虚拟实验教学系统OWVLab（Open Web Virtual Lab） 北京润尼尔网络科技有限公司以北京邮电大学强势的网络、通讯、电子三门学科为基础，采用Java Applet技术、B/S结构、J2EE框架，为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，由北京邮电大学网络教育技术研究所组织精英力量，经过多年研究，开发出了配套的可在校园网络上开展的虚拟实验系统。

上述通过国内、外软件实验系统相比较，我们不难发现：国外在线实验有着比国内开发的时间早10年以上、器材丰富、功能比较多的优点；但同时国外软件产品价格过高，技术难度上不适合学生，更适合工程师使用，国外有很多成熟实验产品不支持网络Web化操作，也只能安装到本地计算机上运行，没有配套的教学管理和知识辅助学习，而北京邮电大学的OWVLab除很大程度上改善了这些不足之处，更加适合国内高等院校的实验教学需求。

1.3系统特点

1.3.1内涵

在线实验教学及管理系统是一种运用虚拟现实技术模拟真实实验的计算机教学软件，是面向教学的一个系统。在线实验教学管理系统提供全方位的实验教学辅助功能，包括：实验前的预习、实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的指导、实验结果的批改、实验成绩统计查询等功能，为实验教学环境提供服务并开展应用。在线实验教学及管理可以促进学生学用结合，实验的安排更加灵活方便且不受时间空间。只要有网络的地方就可以动手做实验，实现真正意义上的开放实验室。在线实验可减少实验设备的维护强度，缓解当前实验设备不足，实现理论教学和实践教学的有机融合，可以解决计算机、电子、通信等学科中的实验教学问题，完善现有实验教学体系。

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1.3.2特点

在线实验教学及管理系统现有如下的特点：

（1）提供一整套完善的实验管理系统，可以和其他教学教务系统无缝集成； （2）采用多媒体技术手段，提供了丰富的实验教学资源，方便学生学习； （3）提供实验结果自动批改功能，减轻了教师的工作量；

（4）由丰富的实验教学专家精心设计典型实验，能够培养学习者的动手操作能力、设计和创新能力；

（5）将知识学习和实验动手能力的培养有机融合，形成完整的实验教学体系； （6）界面友好直观、所有的仿真器材操作贴近实际，真实感强；

（7）可扩展性强，可根据教学需要灵活添加实验器材及典型实验，提供个性化定制服务；

探究学习理论为在线实验教学及管理设计与实现的建设提供了理论支持。在线实验是从具体学科领域抽象出来，通过构建逼真的实验情境，引起学习者的注意，极大的激发学习者的学习兴趣。同时，通过学生自主地在虚拟实验情境中进行实验操作、体验、发现问题、解决问题等探索活动，获得知识、技能的发展，培养探索精神和创新能力。

1.4本文的组织构架

第一章主要探讨了本文的研究背景和意义，对国内外研究现状来分析了在线实验教学及管理的应用。

第二章介绍系统的开发工具，相关技术的优势以及特点。

第三章是系统的需求分析，主要用UML设计出系统的各个模块的用例图和系统的数据库。

第四章详细分析了系统各模块的设计，包括在线实验模块、教学论坛模块、站内消息模块，用户管理模块和知识库维护模块。

第五章为总结和致谢。

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第二章 相关技术综述

2.1Java技术

Java虚拟机是软件模拟的计算机，可以在任何处理器上（无论是在计算机中还是在其它电子设备中）安全并且兼容的执行保存在.class文件中的字节码。java程序的跨平台主要是指字节码文件可以在任何具有java虚拟机的计算机或者电子设备上运行，java虚拟机中的java解释器负责将字节码文件解释成为特定的机器码进行运行。java源程序需要通过编译器编译成为.class文件（字节码文件）[1]。

java虚拟机的建立需要针对不同的软硬件平台做专门的实现，既要考虑处理器的型号，也要考虑操作系统的种类。目前在SPARC结构、X86结构、MIPS和PPC等嵌入式处理芯片上、在UNIX、Linux、windows和部分实时操作系统上都有java虚拟机的实现[2]。

图2-1： java虚拟机平台

1． 简单、面向对象和为人所熟悉

Java的简单首先体现在精简的系统上，力图用最小的系统实现足够多的功能；对硬件的要求不高，在小型的计算机上便可以良好的运行。和所有的新一代的程序设计语言一样，java也采用了面向对象技术并更加彻底，而且java采用的是相对简单的面向对象技术，去掉了运算符重载、多继承的复杂概念，而采用

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了单一继承、类强制转换、多线程、引用（非指针）等方式。无用内存自动回收机制也使得程序员不必费心管理内存，是程序设计更加简单，同时大大减少了出错的可能，java语言采用了C语言中的大部分语法。

2． 鲁棒并且安全

Java语言在编译及运行程序时，都要进行严格的检查。作为一种强制类型语言，java在编译和连接时都进行大量的类型检查，防止不匹配问题的发生。在java程序中不能采用地址计算的方法通过指针访问内存单元，大大减少了错误发生的可能性,这样也可以在检查中避免数组越界的发生。无用内存自动回收机制也增加了java的鲁棒性。java在运行应用程序时，严格检查其访问数据的权限，下载到用户计算机中的字节代码在其被执行前要经过一个核实工具，一旦字节代码被核实，便由java解释器来执行，该解释器通过阻止对内存的直接访问来进一步提高java的安全性。同时java极高的鲁棒性也增强了java的安全性

[3]

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3． 结构中立并且可以移植

网络上充满了各种不同类型的机器和操作系统，为使java程序能在网络的

任何地方运行，java编译器编译生成了与体系结构无关的字节码结构文件格式。任何种类的计算机，只有在其处理器和操作系统上有java运行时环境，字节码文件就可以在该计算机上运行。即使是在单一系统的计算机上，结构中立也有非常大的作用,使用java将使同一版本的应用程序可以运行在所有的平台上。java运行时系统可以移植到不同的处理器和操作系统上，java的编译器是由java语言实现的，解释器是由java语言和标准C语言实现的，因此可以较为方便的进行移植工作[4]。

4． 高性能

虽然java是解释执行的，但它仍然具有非常高的性能，在一些特定的CPU上，java字节码可以快速的转换成为机器码进行执行。而且java字节码格式的设计就是针对机器码的转换，实际转换时相当简便，自动的寄存器分配与编译器对字节码的一些优化可使之生成高质量的代码。随着java虚拟机的改进和\"即时编译\"（just in time）技术的出现使得java的执行速度有了更大的提高。

5． 解释执行、多线程并且是动态的

为易于实现跨平台性，java设计成为解释执行，字节码本身包含了许多编译

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时生成的信息，使连接过程更加简单。而多线程使应用程序可以同时进行不同的操作，处理不同的事件。在多线程机制中，不同的线程处理不同的任务，互不干涉，不会由于某一任务处于等待状态而影响了其它任务的执行，这样就可以容易的实现网络上的实时交互操作。java在执行过程中，可以动态的加载各种类库，这一特点使之非常适合于网络运行，同时也非常有利于软件的开发，即使是更新类库也不必重新编译使用这一类库的应用程序[5]。

（1） 全局变量

Java程序不能定义程序的全局变量，而类中的公共、静态变量就相当于这个类的全局变量。这样就使全局变量封装在类中，保证了安全性，而在C/C++语言中，由于不加封装的全局变量往往会由于使用不当而造成系统的崩溃。

（2）条件转移指令

C/C++语言中用go to语句实现无条件跳转，而java语言没有go to语言，通过例外处理语句try、catch、finally来取代之，提高了程序的可读性，也增强了程序的鲁棒性[6]。

（3） 指针

指针是C/C++语言中最灵活，但也是最容易出错的数据类型。用指针进行内存操作往往造成不可预知的错误，而且通过指针对内存地址进行显示类型转换后，可以类的私有成员，破坏了安全性。在java中，程序员不能进行任何指针操作，同时java中的数组是通过类来实现的，很好的解决了数组越界这一C/C++语言中不做检查的缺点。

（4） 内存管理

在C语言中，程序员使用库函数malloc()和free()来分配和释放内存，C++语言中则是运算符new和delete。再次释放已经释放的内存块或释放未被分配的内存块，会造成系统的崩溃，而忘记释放不再使用的内存块也会逐渐耗尽系统资源。在java中，所有的数据结构都是对象，通过运算符new分配内存并得到对象的使用权[7]。

（5） 数据类型的一致性

在C/C++语言中，不同的平台上，编译器对简单的数据类型如int、float等分别分配不同的字节数。例如：int在IBM PC上为16位，在VAX-11上就为

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32位，导致了代码数据的不可移植。在java中，对数据类型的位数分配总是固定的，而不管是在任何的计算机平台上，就保证了java数据的平台无关性和可移植性。

（6） 类型转换

在C/C++语言中，可以通过指针进行任意的类型转换，不安全因素大大增加。而在java语言中系统要对对象的处理进行严格的相容性检查，防止不安全的转换[8]。

（7） 头文件

在C/C++语言中使用头文件声明类的原型和全局变量及库函数等，在大的系统中，维护这些头文件是非常困难的。java不支持头文件，类成员的类型和访问权限都封装在一个类中，运行时系统对访问进行控制，防止非法的访问。同时，java中用import语句与其它类进行通信，以便访问其它类的对象。

（8） 结构和联合

C/C++语言中用结构和联合来表示一定的数据结构，但是由于其成员均为公有的，安全性上存在问题。java不支持结构和联合，通过类把数据结构及对该数据的操作都封装在类里面。

（9） 预处理

C/C++语言中有宏定义，而用宏定义实现的代码往往影响程序的可读性，而java不支持宏定义。

2.2ActiveX技术

ActiveX技术允许不同软件开发的组件在网络上可以互相进行操作。ActiveX使用了微软的组件对象技术使得本地的组件可以和网络上的组件进行通信，使用ActiveX开发的另一个好处在于它的代码复用性，也就是说在在线实验教学及管理的开发过程中，一个实验仪器可以在多个实验环境中重复使用，这一点对于持续开发过程尤为重要。这种技术使得一个大的工程项目可以划分成小块的组件，也就相当于把复杂工程简单为一个个组成部分，完成了每个组成部分之后集成起来就可以得到最终的项目。

Active平台是Microsoft的世界观。其基本思想是:使用ActiveX控件，来

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构筑包括从与用户交互和适应COM的事务处理监视器到Web服务器、全部实现自动化的机构。Active 平台包括两大部分:Active Server和Active Client。

Active Server实际上是中间层。使用组件或Active服务器页面，来提供用于业务逻辑和主要应用处理的场所。Active Server的技术，其核心是NT Server、Microsoft事务处理服务器、数据管理服务、目录服务、Web服务以及网络服务。

事务处理服务器是把线程产生和数据库多重化等传统的TP监控功能与Microsoft的基于组件的编程模型结合起来。数据管理服务等Active平台的其他组件是用OLE DB和ODBC ，访问DB2、Oracle、SQL Server等的数据源。目录服务是在DCOM(Distributed COM，分布式COM)的周围，提供目录服务层，这样使远程对象在网络上能相互搜索。Web服务以Inter net信息服务器为中心进行构筑，它为服务器上的Web应用开发，提供脚本生成(Scripting )机构。网络服务以DCOM为中心进行构筑，通过以同步MS-RPC为中介的网络，使之能够连接控件。

Active Client是一种交叉平台，具体实施计划是使用脚本引擎(Scripting Engine)。这种脚本引擎是由标准的HTML和带有Microsoft特色的Java虚拟机(JVM)、Microsoft的VBScript与Jscript所构成的。Active Client组装进了Microsoft的IE 3.0和4.0，通过ActiveX，可以变成用户的C/S应用的一部分。

从清一色采用Windows的企业用户来看，Active平台可以提供坚固的、具有可缩放性的服务器应用开发平台。Active Server在TP监视器这类高端产品的场合，也利用常见的一些工具和技术。因此，小型工作组和Intranet应用不会超越Active Server的能力。Active平台的目标机虽是异种机环境，但由于过分依赖IE，所以不能驱动客户端。尽管在一些非Windows平台上也推出了Explorer，但最好的支持、最新版本的Explorer还是在Window s上。

ActiveX控件是作为DDL编写的，为此，必须装载到某个容器中。ActiveX控件的原型容器是VB，除此之外，还有多种容器可供选择。目前，一个非常重要的控件容器是Microsoft 的Web浏览器

Apple和IBM推行的OpenDoc，曾是ActiveX控件的主要竞争对手。现在OpenDoc的赞助企业，已正式宣告中止资助。大部分与Microsoft对抗的企业，转而支持JavaBeans(基于Java的组件结构)。ActiveX控件，基本上都是和

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Windows捆绑在一起、以二进制机器代码发放的，而JavaBeans却不同，它在哪儿都能执行,要编写从公共Internet上能下载的组件时，应优先选择JavaBeans。

桌面组件市场在持续、急速增长。其中绝大部分是以ActiveX控件构筑的(目前Java Beans仍然是少数)。但服务器组件的标准化要落后一些。在桌面上，Web浏览器、VB以及 PowerBuilder这些编程环境，作为容器是强有力的,事务处理服务器是一个较好的选择。

Microsoft的竞争对手，千方百计要阻止MTS和NT称霸市场。他们正在快马加鞭地制订服务器上的组件标准，其中最有前途的是Enterprise JavaBeans。它是JavaBeans的扩充 ，并定义了事务处理服务器接口。Enterprise JavaBeans的支持者们，希望软件厂商不是将服务器组件作为COM组件来编写，而是要作为Beans来编写。

2.3VRML技术

VRML具有以下特点，使其在需要进行实时三维交互的领域有广阔的用途。 （1）平立性。当今的Internet是异构型网络，各个厂家的各个机器都连在上面，因此，如果一种语言对各种机器没有统一的运行机制，显然是不适合Internet的。VRML成功地解决了这个问题，它提出了一种新思路，即基于文件的运行机制。用该语言编制的程序不必经过任何的编译、连接等处理，当要显示虚拟场景时，文件从网络实时传输过来，由浏览器对该文件进行分析显示。也就是说只要机器配备了VRML浏览器，就可以浏览从网络上传输过来的虚拟场景。

（2）低带宽要求。由于Internet的负荷很重，因此如何在低带宽情况下很好地工作，成为一个突出的问题。VRML充分考虑了网络的优化问题：首先在文件格式的设计上，VRML文件本身是ASCII码格式的文本文件，产生的文件只占很小的存储空间，同样一个场景文件的长度远远小于其它格式的文件（如使用3DMAX构造的三维场景），所以在网络带宽有限的条件下，它更加适合于在计算机网络上进行传播，最后的场景由浏览器来产生，从而把网络的负担转移到机器的本地处理上。其次，一个大的场景被分解为许多文件（可以细到一个物体用一个文件），一般来说文件较小，并且可以时实时去取，免去了不必要的网络传输，也使访问的时间减到最少[9]。

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（3）灵活高效地创建三维场景。VRML由各种不同类型的节点组成，采用符合规范VRML的字符对节点的功能进行描述，然后将这些节点按照特定的场景图层次进行组合，形成ASCII文本格式的源文件。因为VRML是WWW上的模拟，所以VRML源文件能被VRML浏览器解释执行，从而在浏览器中显示所构造的3D场景，而用典型的程序语言设计的方法（如OpenGL）来建立空间则要复杂许多。因此，利用VRML的节点描述场景图层次的方法来构造3D虚拟空间具有灵活高效的特性。

（4）基于事件的交互。VRML允许用户的行为能够实时作用于场景，用户不仅可以在场景中随意漫步，还可以随时启动一个事件，它还支持多媒体，包括3D声音和各种格式的音频、视频以及动画等。

（5）结构化。VRML的元素具有良好的界面和描述简单的语法。 （6）可重组。用VRML生成的图形元素可被重复使用。

（7）易扩展。VRML不仅为JavaScript、Java等语言提供了调用的接口，还可以让开发者自己定义节点类型，为实现复杂多交互性的虚拟现实系统奠定了基础。

使用VRML构建三维实体及进行系统功能设计主要用以下方法步骤来实现： （1）实体模型构建。VRML中的造型具有几何尺寸和外观，两者由一个Shape节点定义,这些特征定义了创建和放置在虚拟空间中的造型。一个造型的确切几何尺寸和外观由给定节点和节点域的选择值控制,造型的外观由Appearance和Material节点来描述。VRML提供了Sphere、Box、cylinder， Cone四种原始几何造型，任何复杂的物体都可以由这四种原始几何造型构成。形状特殊的物体也可以用3D成型软件构建，然后转化为VRML格式，经过处理后参与整体的组合。

（2）动态的实现。以上构造出的场景只是静态不动的，为了使构造出来的VRML场景更接近于现实，体现其强大的交互性，必须通过编程实现VRML造型的动画功能，必要时可结合JavaScript或Java共同参与其交互功能。

（3）动态画面的切换与细化。为了观察的需要，画面的切换与细化是非常重要的，切换与细化是指在整体的效果图中可以按照观察者的意愿，点击其中某个部件，就可看到更细致、完整的部件效果图[10]。

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2.4Mysql技术

通过对MySQL的存储引擎的实现技术的分析，了解相关类的作用和相互之间的逻辑关系，了解MySQL是如何实现读写数据以及支持并发访问和索引功能的。创建自己的存储引擎，模拟实现MySQL服务器自身存储引擎的基本功能，完成对MySQL存储引擎技术的深入的认识。

对查询优化器的实现技术做深入的分析。理解MySQL的查询树的概念，并分析MySQL是如何通过使用查询树结构，如何运用查询优化树策略，实现其查询优化器的。并模拟实现一个自己的查询优化器，并添加到MySQL中，执行查询优化

针对MySQL数据库的开源特点，以MySQL的源码为基础，创建自己的数据库存储引擎和查询优化器，并将它们部署在windows系统上。

这一部分关键要实现存储引擎的必备功能，包括以下几个方面： 1) 对表文件的操作，即实现创建、打开、关闭和删除表文件的功能。 2) 对数据的读写以及更新和删除操作，即实现将数据的可重复写入和读出存储介质。

3) 实现索引功能，索引可以有效的实现对数据迅速的随机读写和区间查询操作，建立索引将涉及到对文件的相对复杂的操作，具体实施将会参考源码中所采用的方法。

4) 实现对事务的支持，对事务支持的重要性不言而喻，主要需要解决如何开始一个事务，以及如何提交和撤销事务。这一功能比较复杂，MySQL自带的存储引擎中也只有BDB和InnoDB实现了这一功能，可以从中作为参考[12]。

通过对MySQL数据库的优化技术的探讨，深入了解其优化技术，改进系统的执行性能，测试、分析并改进其效果，并灵活的应用于不同的应用环境中。主要解决以下问题：

1) MySQL架构优化方面，主要探讨架构优化下的数据类型的选择以及索引机制的合理使用。

2) MySQL查询优化方面，主要解决如何对查询进行重构，如何针对不同类型查询选择不同的优化方案，包括count、group by 和distinct, 以及limit 和offset等。最后还将通过相关资料探讨查询缓存和视图对优性能的影响。

3) MySQL配置参数对性能的影响，包括内存和I/O。内存方面具体的包括每

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个连接使用的内存以及连接池大小的选择，I/O方面主要讨论将数据同步到硬盘和进行恢复所产生的性能影响以及带来的风险。

最后还必须编写对所添加的存储引擎的测试程序，以及使用测试工具，对优化后所带来的性能上的预期目标进行验证，比如使用The MySQL Benchmark Suite、MySQL super-smack、My Bench等已有的专门针对MySQL的测试工具[13]。

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第三章 系统需求分析

3.1系统业务分析

为解决高校日趋紧张的实验设备及实验场地等实验教学问题，针对工科院校本科教育中的 《Linux操作系统系统管理》、《计算机网络》、《电路分析基础》、《数字电路与逻辑设计》、《模拟电路》课程的实验环节，开发出了配套的可在网上开展的基于B/S结构的虚拟实验系统，具有功能强、易扩展、安全性好、效率高、方便易用等特点。另外本系统可面对学生、教师、管理员等多种类型的用户，轻松实现远程实验教学与管理，可支持多用户同时在线操作。 3.1.1角色分析

经过调研及分析，在线实验教学及管理主要有三类重要角色，系统管理员，任课老师，学生，不同角色拥有不同的权限，如表3-1所示：

表3-1： 系统角色所具有的操作权限 角色 模块 在线实验 课程管理 自主实验 教学论坛 论坛管理 发表新贴 回复帖子 编辑帖子 站内消用户管理 息 接收消添加用户 息 管理用户 发送消学校管理 息 权限管理 修改个人资料 查看在线用户 查询用户 查询分组 接收消修改个人息 资料 发送消查看在线息 用户 查询用户 查询分组 知识库维护 器材列表 参数列表 操作列表 系统管操作理员 权限 操作教学管理 权限 自主实验 教师 发表新贴 回复帖子 编辑帖子 20

学生 完成实验发表新贴 任务 回复帖子 操作自主实验 编辑帖子 权限 接收消修改个人 息 资料 发送消查看在线息 用户 查询用户 查询分组 系统管理员在课程管理模块可以对实验课程进行添加、修改和删除管理，可以进行授课安排即为某个班级的某门实验课程设置授课老师。只有为实验课程设置了授课老师，授课老师可以对该班级的学生布置实验任务，进行教学管理中的实验安排。系统管理员也可以添加新的实验课程，对已有实验课程进行查看、修改或删除功能。在教学论坛中，系统管理员可以对论坛进行管理操作，包括创建、修改和删除讨论区和增加一个新的版块到讨论区中，也可以修改或删除目前存在的版块，还可以为版块设定和删除版主；同时可以对论坛中的帖子进行修改、删除和锁定操作。管理员可以审核已经提交注册信息的用户，可以添加分组，添加班级，系统管理员可以原有基础上添加新的学校，管理员可以进行用户权限管理，如添加角色、添加资源等操作，这里的资源是指权限资源。系统管理员也可以查看或修改器材详细信息

教师可以建立典型实验作为实验任务布置给学生，可以对典型实验的添加、发布、试做、修改、删除、导入和导出功能。教师也可以选择普通实验列表中的实验布置给自己担任授课老师的班级，可以对典型实验的添加、发布、试做、修改、删除、导入和导出功能，此前系统管理员必须设置好授课老师。教师也可以对成绩进行查询统计。教师在教学论坛中查看自己关心的帖子，并在感兴趣的栏目中发表个人见解，可以接受站内消息，在用户管理中可以对教师用户进行管理。

学生可以在实验任务列表中查看学生所在班级所有老师要求学生完成的实验，学生做完实验进行提交，等待老师的批改。当教师批改完实验并发布成绩后，学生可以进入实验批改成绩界面，可查看实验名称，实验成绩，教师评语，批改后的实验报告和实验平台。学生可通过“新建自主实验”，可对自己感兴趣的实验进行尝试。学生可以在教学论坛中用户可查看自己关心的帖子，并在感兴趣的栏目上发表个人见解，可以接收站内的消息。在用户管理中可以对学生用户进行管理。

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3.1.2 系统业务流程分析

在线实验教学及管理需要网络的支持，近年来，随着网络的不断发展，传统的教学改革势在必行，现有的传统实验方法已经不能满足学生实验的需要，如何合理的利用网络进行实验教学也成为现在高校工作者需要立即重视的问题。

本文的在线实验教学及管理的主要业务有五项：一是实现对在线实验的管理，系统管理员设置某门课程的任课老师，老师布置给所教班级布置实验，学生完成试验后提交，任课教师批改后发布成绩学生可以查询成绩。二是教学论坛的管理，系统管理员对论坛进行管理操作，教师和学生可以在教学论坛中用户可查看自己关心的帖子，并在感兴趣的栏目上发表个人见解，可以接收站内的消息。三是站内消息的管理，系统管理员，教师和老师都可以接收站内的消息和发送信息。四是完成用户的管理，系统管理员可以对登录这个系统的用户进行管理，包含用户名，密码，联系地址等管理，教师对教师用户进行管理，学生对学生用户进行管理。五是系统管理员对知识库维护的管理，包括对器材的管理，学校，班级的管理。

如下图3-1,图3-2,图3-3,图3-4,图3-5是在线实验教学及管理主要的流程图：

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系统管理员设置任课任课教师建立实验布置给学生 学生做完实验后提交 教师批改并发布成绩 学生查看成绩

图3-1 在线实验业务流程

系统管理员创建讨论区 教师或学生进入讨论区 教师或学生查看帖子 教师或学生发布帖子

图3-2 教学论坛业务流程

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用户提出申请 系统管理员进行审核 审核通过后进行权限管理 用户可进行权限内操作

图3-3 用户管理业务流程

系统管理员发布消息 教师或学生接受教师或学生发送消息

图3-4 站内消息业务流程

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系统管理员点击器材列表 查看器材 添加器材 提交

图3-5 系统管理员知识库维护业务流程

在在线实验教学及管理系统中，用户主要就是教师和学生，教师和学生在站内消息和教学论坛中权限是一样的，但在在线实验的权限是不一样的，不同的用户在这个系统中根据相应权限进行相应的操作，根据流程完成各个模块中的操作。

3.2系统功能需求分析

在线实验教学及管理系统采用的是系统基于B/S架构，扩展性、兼容性强。服务器采用Linux操作系统，安全性、稳定性较高，极少发现病毒感染。中间件和数据库采用开源技术，安装部署成本低。为了能更好的达到用户的需求，提高高校管理的服务要求，需要对系统进行整体的分析设计，并且能获取网上教学管理系统的功能需求。如下是在线实验教学及管理系统总的用例图：

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uc Business Process Model在线实验学生教学论坛任课老师站内消息用户管理系统管理员知识库维护 图3-6在线实验教学管理系统总的用例图

在在线实验教学及管理中，系统管理员，教师，学生可以对在线实验模块，教学论坛模块，站内消息模块和用户管理模块这四个模块进行操作，在知识库维护这个模块只有系统管理员才能用。

以下是对网上教学管理系统的5大主要功能模块做一个简要的功能需求。 1.在线实验

在线实验室是网上教学管理系统中最主要的一个模块，在这个模块中系统管理员的主要权限主要为课程管理和设置自主实验，任课老师可以对该班级的学生布置实验任务，进行实验安排。任课老师在这个模块中可以将实验分为典型实验和普通实验，进行实验安排，可以进行成绩查询统计。学生在这个模块中可以完成实验任务，如果实验结束时，此时学生也可以复习该实验。学生也可对自己感兴趣的实验进行尝试，进行自主实验。

在线实验用例图如下所示：

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uc Business Process Model实验课程安排任课老师安排系统管理员设置自主实验 图3-7系统管理员在线实验用例图

系统管理员在课程管理模块中主要是安排实验课程和对任课老师的安排，他可对实验课程进行添加、修改和删除管理，可为某个班级的某门实验课程设置任课老师。他也可以设置自主实验来满足学生的自主兴趣。

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uc Business Process Model建立典型实验对课程实验进行安排任课老师对课程实验进行成绩查询统计对自主实验进行成绩查询统计 图3-8 任课老师在线实验用例图

任课老师在在线实验的这个模块中先建立典型实验，然后选择典型实验列表中的实验布置给自己担任授课老师的班级，如果在实验类型中选择添加普通实验，则先要设置普通实验名称、实验要求和实验报告，学生如果已经完成实验并提交实验报告，任课老师可以对实验进行批改，填写评语和实验成绩，然后任课老师可以进行成绩查询统计。

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uc Business Process Model做任课老师布置的实验复习实验学生查看实验成绩老师批语做自主实验 图3-9 学生在线实验用例图

学生查看实验任务后，实验任务列表中列出了学生所在班级所有老师要求学生完成的实验，学生开始做实验完成后进行提交，等老师批改后就可以查看自己的成绩以及老师的评语。学生也可以按照自己的兴趣通过点击在线实验来做自己感兴趣的实验。

2.教学论坛

在这个模块中，系统管理员可对论坛进行管理操作。任课老师和学生的权限是一样的，在教学论坛中可查看自己关心的帖子，并在感兴趣的栏目上发表个人见解，编辑发布回复帖子。

教学论坛用例图如下所示：

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uc Business Process Model修改帖子创建讨论区删除帖子修改讨论区系统管理员锁定帖子删除讨论区发表帖子回复帖子 图3-10系统管理员教学论坛用例图

系统管理员可对论坛进行管理操作，包括创建、修改和删除讨论区和增加一个新的版块到讨论区中，也可以修改或删除目前存在的版块，还可以为版块设定和删除版主；同时可以对论坛中的帖子进行修改、删除和锁定操作。

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uc Business Process Model查看我的文章编辑帖子任课老师发表帖子回复帖子 图3-11任课教师教学论坛用例图

任课老师可以在教学论坛中用户可查看自己关心的帖子，并在感兴趣的栏目上发表个人见解。具体来说它包含可以在教学论坛中可查看“我的文章”，查看“我发表的文章”，可以查看“十大热门帖子”。

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uc Business Process Model查看我的文章编辑帖子学生发表帖子回复帖子 图3-12 学生教学论坛用例图

学生也可以在教学论坛中用户可查看自己关心的帖子，并在感兴趣的栏目上发表个人见解。具体来说它包含可以在教学论坛中可查看我的文章，查看我发表的文章，可以查看十大热门帖子。

3 站内消息

在站内消息中，用户可以接受消息，发送信息、，可以在系统中查看已发信息、、草稿信息以及信息记录。在这个模块中，系统管理员，任课教师和学生的权限是一样的。

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uc Business Process Model接收消息发送消息系统管理员查看已发信息查看草稿信息查看信息记录 图3-13 系统管理员站内消息用例图

系统管理员进入站内消息模块，进入个人通信界面，显示接收信息列表，可以在个人通信的功能菜单，包括发送信息、已发信息、接收信息、草稿信息以及信息记录。在接收信息列表中，可以点击标题下某一条信息记录查看信息详细情况，，也可以点击操作中的“回复”或“删除”来直接回复信息或删除信息。

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uc Business Process Model接收消息发送消息任课老师查看已发信息查看草稿信息查看信息记录 图3-14 任课老师站内消息用例图

任课老师进入站内消息模块，进入个人通信界面，显示接收信息列表，可以在个人通信的功能菜单，包括发送信息、已发信息、接收信息、草稿信息以及信息记录。在接收信息列表中，可以点击标题下某一条信息记录查看信息详细情况，，也可以点击操作中的“回复”或“删除”来直接回复信息或删除信息。

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uc Business Process Model接收消息发送消息学生查看已发信息查看草稿信息查看信息记录 图3-15 学生站内消息用例图

学生进入站内消息模块，进入个人通信界面，显示接收信息列表，可以在个人通信的功能菜单，包括发送信息、已发信息、接收信息、草稿信息以及信息记录。在接收信息列表中，可以点击标题下某一条信息记录查看信息详细情况，，也可以点击操作中的“回复”或“删除”来直接回复信息或删除信息。

4.用户管理

用户管理模块主要管理用户个人信息。在用户管理中，个人资料详细写明了用户的注册信息，包括用户姓名、性别、所属分组、所属角色、联系方式等，系统管理员，任课教师和学生都可以修改他们自己的资料，也可以查看当前在线用户，查询用户以及用户的分组。系统管理员还可以添加用户，管理用户，可以对学校进行管理，对不同的用户进行权限管理。

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uc Business Process Model添加班级查看在线用户添加学校修改个人资料添加资源系统管理员查询用户添加分组查询分组添加用户 图3-16 系统管理员用户管理用例图

系统管理员进入用户管理模块，页面出现用户管理列表，可进行用户管理、学校管理和权限管理。可以在户管理菜单中来添加系统的使用用户。管理员可以审核已经提交注册信息的用户。可以在用户管理菜单中“添加分组”在原有基础上添加新的分组，可以在用户管理菜单中在原有基础上添加新的班级，通过填写班级名、选择入学年份、所属组，来确定班级信息。可以左侧用户管理菜单中“分组列表”来显示相应的分组列表。

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uc Business Process Model查看在线用户修改个人资料任课老师查询用户查询分组 图3-17 任课老师用户管理用例图

任课老师在用户管理模块，主要管理教师个人信息。在用户管理页面个人资料中显示了详细的教师注册信息，包括教师姓名、性别、所属分组、所属角色、联系方式等。任课老师可以在用户管理页面菜单中可修改注册用户的资料，显示了目前在线的用户列表；可查看该用户的详细资料；可给该在线用户发送短消息。可以点击功能菜单中的查询用户，可以根据用户的姓名、账号、Email来进行查询。

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uc Business Process Model查看在线用户修改个人资料学生查询用户查询分组 图3-18 学生用户管理用例图

学生进入用户管理模块主要管理学生个人信息，在用户管理页面功能菜单中的个人资料显示了详细的学生注册信息，包括学生姓名、性别、所属分组、所属角色、联系方式等。在用户管理页面菜单中的修改资料，可修改注册用户的资料。可在用户管理页面功能菜单中显示了目前在线的用户列表；可查看该用户的详细资料；可给该在线用户发送短消息；可以根据用户的姓名、账号、Email来进行查询。

5知识库维护

知识库维护只有系统管理员来做，他通过查看器材的列表，可以添加器材，调整器材的参数和调整操作等。

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uc Business Process Model查看参数信息查看器材信息修改参数信息修改器材信息添加参数信息系统管理员添加器材添加操作查看操作信息修改操作信息 图3-19 系统管理员知识库维护用例图

系统管理员进入器材列表模块，它会显示系统中的器材列表，可以查看或修改器材详细信息；可以添加器材；可以查看或修改参数详细信息。可以添加参数，通过菜单中的“操作列表”来显示系统中的操作列表，可以查看或修改操作详细信息，可以添加操作。

3.3在线实验教学内容需求

本系统可对多个课程进行实验，如《电路分析基础》、《模拟电路》、《数字电路与逻辑设计》3门课程的实验，这三门课程需要的实验列表如下：

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表3-2电路分析课程的实验项目列表 实验序号 实验名称 1 伏安特性的测量 2 线性网络定理的验证 戴维南定理的验证 3 谐振电路的研究 4 5 信号频谱的测量 叠加原理的验证 6 基尔霍夫定律的验证 7 数字万用表的使用 8 一阶动态电路响应的研究 9

表3-3模拟电路课程的实验项目列表 实验序号 实验名称 1 单管交流放大电路 2 晶体管共射极单管放大电路 3 场效应管放大电路 4 负反馈放大器 5 射极跟随器 6 差动放大电路 7 RC正弦波振荡器 8 LC选频放大与LC正弦振荡电路 9 压控振荡器 10 积分与微分电路 11 低频功率放大器—OTL功率放大器 12 两极交流放大电路

表3-4 数字电路课程的实验项目列表 实验序号 实验名称 1 数字逻辑 2 编码器和译码器 3 数据选择器 4 数值比较器 5 计数器 6 半加器和全加器的逻辑功能验证 7 移位寄存器 3.4数据需求分析

在线实验教学是管理与在线实验相关的操作，其中涉及到任课老师的个人信

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息，学生的个人信息以及课程的信息，班级的信息和学校的信息等等，这些相关的操作对数据的要求都比较高，但是这些数据要从手工转换到系统中去，按照数据库的格式进行整合。

因为本系统中大量的数据都是对用户的各种资料的录入，从而形成本系统的数据库信息，在这个系统中要设计出各种格式的数据传入和输出，从而已经各种表格，证书等，从而方便统计管理。从两个方便来分析数据的需求：

1 普通数据

在线实验教学及管理需要任课老师，学生的基本信息，如用户名和密码等，一般我们对用户名设定为字母，设定为VARCHAR2型。对密码设置为数字，设定为NUMBER型。同时在系统中还需要大量的日期的数据，这个一般设置为CHAR型。如果需要对任课老师或对设备等进行详细的描写，一般也设置为VARCHAR型，一般设置的值也比较大。

2.表单，证书数据

本系统不仅需要管理单项的数据，还需要管理表单，证书等数据，这些是根据各个管理模块生成的，在在线实验中就包含多个实验流程和任课老师的批改流程，以及每个班级的表单；在用户管理模块中，也需要各个用户的详细资料表单在知识库维护中，需要器材的证书，器材的参数和操作详细表单，这些都需要自动的满足用户的需求。

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第四章系统设计

4.1系统功能结构设计

通过用户和软件开发人员的沟通和协调，对在线实验教学及管理的需求功能达成了共识，如下图所示的系统总体结构图，表示出了在线实验管理系统主要的5大模块功能。

在线实验教学及管理 在线实验 教学论坛 站内消息 用户管理 知识库维护 图4-1在线实验教学及管理系统总体结构图

4.1.1在线实验功能设计

在线实验包含三个角色，分别为系统管理员设置实验课程和任课老师，任课老师进行布置实验任务，设置典型实验和普通实验让学生来做，学生通过在线实验来完成老师布置的教学任务，也可以根据自己的兴趣来完成自主实验[14]。

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图4-2系统管理员在线实验教学时序图

管理员在课程管理模块可以对实验课程进行添加、修改和删除管理，可以进行授课安排即为某门实验课程设置授课老师。只有为实验课程设置了授课老师，教师才能进行教学管理中的实验安排。点击左侧功能菜单中的“实验课程”选项，出现实验课程列表。系统提供添加新的实验课程，对已有实验课程进行查看、修改或删除功能。点击“添加实验课程”按钮，进入添加实验课程页面。填写课程名称、课程描述、注意事项、选择课程所需实验插件和上传实验插件文件的路径，点击“提交”即可将新建的实验课程添加到实验课程列表中。打开实验课程列表，点击“查看”按钮，查看该实验课程的相关信息，点击“修改”按钮，进入修改实验课程页面。可以对课程名称、课程描述、注意事项、选择课程所需实验插件和上传实验插件文件的路径等内容进行修改，点击“提交”按钮，则保存修改结果。打开实验课程列表，点击某个想删除的实验课程对应“删除”按钮，系统将把该实验课程删除。为某个班级的某门课程设置授课老师，授课老师可以对该班

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级的学生布置实验任务，进行实验安排。

点击左侧功能菜单中的“ 授课安排”选项，出现班级老师列表，点击“添加授课老师”按钮，进入设置班级课程页面，将希望设置的教师从所有老师列表中选中，点击“添加”按钮，加入到已选老师列表中。点击“提交”按钮，保存设置并返回班级老师列表。打开班级老师列表，点击“修改”按钮，进入设置班级授课教师页面。点击“添加”或“删除”按钮，对已选老师列表进行修改。点击“提交”按钮，保存修改结果。打开班级老师列表，点击“删除”按钮，系统将把该项删除[15]。

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图4-3任课老师在线实验教学时序图

教师可以建立典型实验作为实验任务布置给学生。点击左侧功能菜单中的“ 典型实验”选项，出现典型实验列表。系统提供典型实验的添加、发布、试做、修改、删除、导入和导出功能。点击“添加典型实验”按钮，进入添加实验页面，填写实验名称、实验要求、实验报告等内容，在实验平台上可以编辑初始实验脚本。点击“提交”即可将新建的典型实验添加到实验列表中。

典型实验添加完后教师可以给出这个典型实验的正确答案，教师给出典型试验的正确答案之后需要设定评分标准，通过点击“评分标准”来添加评分标准，添加评分规则需要教师先选择器材设备，然后在选择知识点并给出相应的分值，点

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击“提交”保存设置，新评分规则就添加到评分标准中。评分标准建立好之后教师可以点击“批改标准答案”来检查所给的正确答案和评分标准是否正确，新建的典型实验只有发布后才能进行实验安排，所以只要是布置给学生的实验，在建立后都要进行发布操作，点击操作中的“发布实验”按钮。可以修改实验名称、实验要求、实验脚本等内容。点击“提交”即可将修改后的内容保存并返回实验列表中。打开实验列表，点击“删除”按钮，系统将把该实验删除。对典型实验可以进行导入和导出操作，以方便添加和管理。在添加实验页面中点击“导入实验”按钮，出现选择导入实验路径页面，教师可以选择典型实验列表中的实验布置给自己担任授课老师的班级。此前必须设置好授课老师（参考管理员中的授课安排）。

点击左侧功能菜单中的“实验安排”选项，出现实验安排列表.系统提供添加实验安排；查看实验安排；修改实验安排；删除实验安排以及查看提交（学生提交的实验报告和结果）；批改实验；发布成绩功能。点击“添加实验安排”按钮，进入添加实验页面，选择布置对象（班级）、实验的开始和结束时间、实验地点后，点击“提交”按钮，保存设置并返回实验安排列表。

如果在实验类型中选择添加普通实验，则先要设置普通实验名称、实验要求和实验报告，与添加虚拟实验安排相同：选择布置对象（班级）、实验的开始和结束时间、实验地点后，点击“提交”按钮，保存设置并返回实验安排列表。打开实验安排列表，点击“查看”按钮，显示该实验安排的相关信息，点击“删除”按钮，系统将把该实验安排删除。实验安排列表中的实验状态显示“实验中”，表示该典型实验在实验有效期中（未到实验截止日期）。此时，点击“查看提交”按钮，可以查看学生实验提交情况。点击“批改”按钮，进入学生提交实验列表。学生如果已经完成实验并提交实验报告，实验完成情况显示：“未批改”；否则显示“未完成”，教师根据学生提交的实验报告和实验区中的实验结果批改实验，填写评语和实验成绩。点击“提交”按钮，保存设置并返回学生提交的实验列表。教师批改完所有学生提交的实验报告后，点击“发布成绩”按钮，教师可以进行成绩查询统计。选择班级统计，然后选择年级、班级、课程、实验等选项；点击“提交”按钮，进行查询[16]。

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图4-4学生在线实验教学时序图

学生通过点击功能菜单中“实验任务”选项，出现了实验任务列表。在实验任务列表中列出了学生所在班级所有老师要求学生完成的实验，点击某一实验名称后面的操作“开始实验”，进入该实验的操作界面，按照实验名称，实验要求，在实验操作区搭建实验环境和进行实验操作，并在实验报告栏中填写实验报告内容，实验做完后点击“提交”按钮，则保存并提交实验结果和实验报告，等待老师批改。如果想取消此次操作，则点击“返回”按钮。

学生如果在做实验的过程中遇到不会的情况下，可以点击屏幕右上角的“实验帮助”来参考，也可以点击实验操作平台上方的“打开智能指导”，可以指导学生本次实验的知识点该如何完成，在实验任务截止日期前，学生可以重新做实验并修改实验报告，点击实验名称后面的“开始实验”，重新提交的实验结果、实验报告将覆盖原来提交的内容。当实验结果和实验报告都提交后，返回到实验任务列表。如果已经超过实验任务截止日期但教师还未批改实验和发布实验成绩，则实验状态显示“实验结束”，此时学生可以复习该实验，点击操作中的“复习实验”即可以重新做实验，当教师批改完实验并发布成绩后，实验状态显示“已发布成绩”。点击“查看成绩”按钮，进入实验批改成绩界面，可查看实验名称，实验成

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绩，教师评语，批改后的实验报告和实验平台，点击“在线实验”的功能菜单目录树的“自主实验”选项，出现自主实验列表，。系统提供有“新建自主实验”、“删除自主实验”功能。通过“新建自主实验”，学生可对自己感兴趣的实验进行尝试。点击“新建自主实验”按钮，显示新建自主实验平台，学生可以添加新的自主实验，填写实验名称并搭建好实验环境后，点击“提交”按钮，即可将新建的实验保存到自主实验列表中。打开自主实验列表，选择某个实验，点击“继续实验”，系统将显示出该实验的实验平台，学生可开始做实验。实验完成后点击“提交”按钮，则保存当前实验结果，并回到自主实验列表；点击“返回”按钮则取消此次操作。点击某个实验的“删除”按钮，系统将把该实验永久删除[17]。 4.1.2教学论坛功能设计

图4-5系统管理员教学论坛时序图

点击“论坛管理器”，出现教学论坛管理列表，可对论坛进行管理操作，点击“创建讨论区”，可以为论坛新建讨论区。添入讨论区名称和所属父讨论区，点击

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“提交”保存设置。点击“修改讨论区”，可以修改已有讨论区的名称和所属父讨论区，点击“提交”保存设置。点击“创建新版块”，可以为讨论区新建版块。添入版块名称、版块描述和所属讨论区，点击“提交”保存设置。点击“修改版块”，可以修改已有版块的版块名称、版块描述和所属讨论区，点击“提交”保存设置。点击“设定版主”按钮，可为该版块设定一个或多个版主。点击“添加用户”按钮，从用户列表中选择要添加为版主的用户名加入到新增版主列表中，点击“提交”保存设置。点击“删除版主”按钮，可以删除该版块的版主。从删除版主列表中选择要删除版主的用户名，点击“删除用户”按钮，然后点击“提交”保存设置。系统管理员可以对论坛中的帖子进行订阅、修改、删除和锁定操作。点击版块中某帖子对应的“订阅”按钮，可订阅帖子；点击“修改”按钮，可修改帖子的主题和内容；点击“删除”按钮，可删除帖子；点击“锁定”按钮，可将帖子锁定[18]。

图4-6任课老师或学生教学论坛时序图

点击首页导航菜单中的教学论坛，将出现教学论坛界面。中间部分为论坛快速导读，用户可以查看各种自己感兴趣帖子；使用教学论坛的用户菜单，可实现

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以下用户功能，点击教学论坛导读选项，可快速返回到教学论坛导读，点击十大热门帖子选项，可查看到所有论坛里发表的最热门的排名前十的文章列表，点击 “发表新贴”按钮，显示发表新贴页面，输入文章主题，在文章内容文本框内输入要发表的内容，点击“发表”，即提交了将要发表的内容。点击“重写”按钮，会清除所有输入内容，此时可重新输入内容。点击“返回”按钮，可返回到分论坛 [19]

4.1.3站内消息功能设计

图4-7系统管理员或老师或学生站内消息时序图

点击导航菜单中的站内消息，进入个人通信界面，显示接收信息列表，页面左侧是个人通信的功能菜单，包括发送信息、已发信息、接收信息、草稿信息以及信息记录。右侧是接收信息列表。接收信息列表中，可以点击标题下某一条信息记录查看信息详细情况，，也可以点击操作中的“回复”或“删除”来直接回复信息或删除信息。点击“返回”，则返回接收信息列表。点击界面左侧功能菜单中的发送信息，点击界面左侧功能菜单中的已发信息，点击已发信息列表中的信息标题查看已发信息的内容，如果对方还未接收你发送的消息，则你可以对其进行

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修改，通过点击操作中的“修改”来修改此已发信息。点击左侧菜单草稿箱，点击草稿信息列表中的信息标题可以查看草稿信息，也可以通过点击“修改”和“删除”来修改与删除此草稿信息。点击左侧功能菜单信息记录，显示和各个联系人的信息记录统计页面, 页面显示信息记录列表，可以点击联系人或者最后更新时间来对记录进行排序，通过点击“发消息”来给该联系人发消息，也可以点击“消息记录”可以查看到发给该联系人的信息的详细记录，对方未读时，可以进行修改和删除操作[20]。 4.1.4用户管理功能设计

图4-8系统管理员用户管理时序图

点击左侧用户管理菜单中“添加用户”来添加系统的使用用户，通过填写以上信息，点击“提交”来确定并保存用户信息。管理员可以审核已经提交注册信

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息的用户。点击左侧用户管理菜单中“管理用户”，显示非正常用户列表, 打开非正常用户列表，点击“查看”按钮，查看用户详细信息，点击“审核”按钮，通过对该用户注册的审核；点击“永久删除”按钮，彻底删除该用户。点击左侧用户管理菜单中“添加分组”在原有基础上添加新的分组。分组列表中的小组比班级要高一级，例如学院或系。通过填写组名、选择父组，以及是否继承权限来确定分组信息。其中排他性是本小组成员不能成为其他小组成员。点击“提交”保存设置。点击左侧用户管理菜单中“添加分组”在原有基础上添加新的班级，通过填写班级名、选择入学年份、所属组，来确定班级信息。点击“提交”保存设置。点击用户管理菜单中“用户列表”、“教师列表”和“学生列表”，系统显示相应的用户列表、教师列表和学生列表，具体的界面和相应的操作是相似的。可以点击每一个用户记录后边的“修改所属分组”来改变用户所属的分组。用户可以从右侧的列表框中选择一个分组名称，通过点击“添加”按钮来将相应的分组添加到左侧的列表框中，同时也可以通过点击“删除”把左侧列表框中的“已选分组”删除，退回到右侧的“所有分组”列表框中。最后点击“提交”按钮就可以确定所选的分组。可以点击每一个用户记录后边的 “修改所属角色”来改变用户所属的角色。点击左侧用户管理菜单中“分组列表”来显示相应的分组列表，可以点击每一个分组记录后边的 “修改包含用户”来改变分组（班级）所包含的用户。点击每一个分组记录后边的 “修改分组角色”来改变分组所属的角色。具体的操作与修改用户分组类似。点击每一个分组记录后边的 “设置管理员”来为分组（班级）设置管理员和副管理员。点击左侧菜单中“学校列表 ”可以显示系统中所有学校列表，通过点击每条记录后的“查看”或“修改”，可以查看或修改学校详细信息。点击左侧菜单中“添加学校 ”可以原有基础上添加新的学校，填写学校名、所在省份和城市等信息，点击“提交”保存设置到学校列表中。管理员可以进行用户权限管理，如添加角色、添加资源等操作，这里的资源是指权限资源。点击左侧菜单中的“角色列表”来显示系统中用户角色列表，其中“修改包含分组”与用户列表中修改所属分组相似，“修改包含用户”与分组列表中修改包含用户相似。通过点击“修改相关权限资源”可以设置角色的权限，，都是通过点击“添加”和“删除”来增加和减少角色的权限。点击菜单中“添加角色 ”可以在原有角色类别基础上添加新的角色，填写相关角色信息，点击“提交”保存设

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置，新角色就添加到角色列表中。点击左侧菜单中的“资源列表”来显示系统中权限资源列表，通过点击“权限资源相关角色”可以设置权限资源所属的角色。点击左侧菜单中“添加资源 ”可以原有权限类别基础上添加新的权限资源，填写相关权限资源信息，点击“提交”保存设置，新权限类别就添加到权限资源列表中[21]。

图4-9任课老师或学生用户管理时序图

点击导航菜单中的用户管理，进入用户管理模块，在此主要管理用户个人信息。点击用户管理页面左侧功能菜单中的个人资料，该页显示了详细的用户注册信息，包括用户姓名、性别、所属分组、所属角色、联系方式等。点击用户管理页面左侧功能菜单中的修改资料，点击用户管理页面功能菜单中的在线用户，该页显示了目前在线的用户列表；点击操作中的“查看”按钮，可查看该用户的详细资料；点击“发消息”按钮，可给该在线用户发送短消息。点击用户管理页面左侧功能菜单中的查询用户，可以根据用户的姓名、帐号、Email来进行查询，如果想通过精确匹配某一项来查找，请在“精确匹配某一项”后打钩，点击“提交”按钮进行查询。例如：知道用户姓名，就可以通过选择“精确匹配用户姓名”后提交信息来实现。点击用户管理页面左侧功能菜单中的查询分组，可以根据分组

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的分组名、分组描述来进行查询，具体操作和查询用户类似[22]。 4.1.5知识库维护功能设计

图4-10系统管理员知识库维护时序图

点击菜单中的“器材列表”来显示系统中的器材列表, 通过点击每条记录后的“查看”或“修改”，可以查看或修改器材详细信息。通过点击“添加器材”，可以添加器材，选择相关器材的程序代码并填写相关的器材名称，点击“提交”保存设置，新器材就添加到器材列表中。点击左侧菜单中的“参数列表”来显示系统中的参数列表，通过点击每条记录后的“查看”或“修改”，可以查看或修改参数详细信息。通过点击“添加参数”，可以添加参数，选择器材类型和程序代码并填入相应的参数名称和操作指导，操作指导是为了指导学生在做实验时如何才能正确配置此知识点，点击“提交”设置参数属性，选择参数的类型并填入相应的参数名称，点击“提交”保存设置，新参数就添加到参数列表中。点击左侧菜单中的“操作列表”来显示系统中的操作列表, 通过点击每条记录后的“查看”

54

或“修改”，可以查看或修改操作详细信息。通过点击“添加操作”，可以添加操作；选择器材类型和程序代码并填入相应的操作名称和操作指导，操作指导是为了指导学生在做实验时如何才能正确配置此知识点，点击“提交”设置操作参数属性，设置操作参数属性，选择操作参数的类型并填入相应的名称，点击“提

交”保存设置，新操作就添加到操作列表中[23]。

4.2在线实验设计

在线实验是针对大学实验课程配套开发的可在网上开展的虚拟实验，系统可以模拟真实实验中用到的器材和设备，提供与真实实验相似的实验环境，提供在线实验管理功能。

4.2.1 电路分析虚拟实验的设计

1..实验软件提供的器材

电路分析实验共需要六大类二十种实验器材，具体如下：

基本元件：

电阻 电阻箱 电容 电容箱 电感

发生源：

直流电压源 交流电压源 信号发生器

55

简单仪表： 直流电流表 直流电压表 交流毫伏表 检流计 复杂仪表： 万用表 示波器 选频电平表 开关：

单刀单置开关 单刀双置开关 其他元件： 滑动变阻器 电流表插口板 二极管 图4-11电路分析实验需要的器材

2.实验流程

在实验平台任意位置单击鼠标右键，点击显示器材栏，弹出器材实物栏及器

56

材属性窗口，从器材实物栏中选择实验所需要的器材，选择器材栏的某个器材并单击鼠标左键，将光标移动到实验平台的合适位置（这期间可以放松鼠标左键），再单击左键，这时，系统会自动在该器材实物的四周加上红框，于是所选器材实物将被添加到实验平台上。实验器材添加到实验平台上后，可以自由移动器材的位置。随光标在实验平台内任意移动，直到位置满意为止，放开左键，器材在新位置上显示出来。实验区的器材，均有接线处。器材节点（接线处）用黑色圆环表示。当光标在某一节点附近，光标变成小手形状，此时单击左键，从此点拖出蓝色导线。导线随光标位置移动。当光标靠近另一个黑色圆环时，在圆环处单击左键，完成连线，导线固定[24]。

3.电路分析实验的界面设计

图4-12电路分析实验的界面设计

属性栏：提供用户在实验区中所选择的器材的属性和和对复杂器材的操作。属性栏将随着器材的大小而改变大小。

器材栏：提供当前实验所要使用的器材。使用器材的图标和相应描述文字进

57

行显示和说明。

实验区：在此区域中，搭建实验电路，进行实验操作，仪表读数等。 提示信息出现在实验区的左上和中部，提示信息包括出错信息和个别特殊器材的操作帮助信息[25]。 4.2.2模拟电路虚拟实验的设计

1..实验软件提供的器材

器材栏内共有类91种实验器材。器材名称及型号如图所示：

 电阻：57种常用阻值的电阻和1个可自定义阻值的电阻  电容：9种常用电容值的电容和1个可自定义电容值的电容  电感：2种常用电感值的电感和1个可自定义电感值的电感  二极管：2种一般二极管和2种稳压管

 结型场效应管：2种JFET-NJF场效应管和2种JFET-PJF场效应管  双极型晶体管：2种BJT-PNP晶体管和3种BJT-NPN晶体管  仪器仪表：数字直流电流表、数字直流电压表、数字交流电流表、数字交流电压表、万用表、信号发生器、示波器、直流稳压电源  集成运算放大器：μA741集成运算放大器

普通电阻： 普通电容： 结型场效应管： 双极型晶体管： 一般二极管： 电感： 集成运算放大器：数字交流电流常用集成运算放大表： 器μA741 58

数字交流电压表： 信号发生器： 数字直流电压表： 数字直流电流 表： 直流稳压电源： 万用表： 示波器： 图4-13模拟电话虚拟实验需要的器材

2.实验流程

在实验平台任意位置单击鼠标右键，点击显示器材栏，弹出器材实物栏及器材属性窗口，从器材实物栏中选择实验所需要的器材，选择器材栏的某个器材并单击鼠标左键，将光标移动到实验平台的合适位置（这期间可以放松鼠标左键），再单击左键，这时，系统会自动在该器材实物的四周加上红框，于是所选器材实物将被添加到实验平台上。实验器材添加到实验平台上后，可以自由移动器材的位置。随光标在实验平台内任意移动，直到位置满意为止，放开左键，器材在新位置上显示出来。实验区的器材，均有接线处。器材节点（接线处）用黑色圆环表示。当光标在某一节点附近，光标变成小手形状，此时单击左键，从此点拖出蓝色导线。导线随光标位置移动。当光标靠近另一个黑色圆环时，在圆环处单击

59

左键，完成连线，导线固定[26]。

3.电路分析实验的界面设计

图4-14电路分析实验的界面设计

实验区：在此区域中，搭建实验电路，进行实验操作，仪表读数等。 器材栏：提供当前实验所要使用的器材。使用器材的图标和相应描述文字进行显示和说明。

属性栏：提供用户在实验区中所选择的器材的属性和和对复杂器材的操作[27]。 4.2.3数字电路与逻辑设计虚拟实验的设计

1..实验软件提供的器材

器材栏内共有三大类二十五种实验器材，具体如下： 基本元件 电阻： 高低电平端连通板 60

发光LED 数码管： 仪表： 直流稳压电源 信号发生器 脉冲笔 芯片：

图4-15数字电路与逻辑分析实验需要的器材

2.实验流程

在实验平台任意位置单击鼠标右键，点击显示器材栏，弹出器材实物栏及器材属性窗口，从器材实物栏中选择实验所需要的器材，选择器材栏的某个器材并单击鼠标左键，将光标移动到实验平台的合适位置（这期间可以放松鼠标左键），再单击左键，这时，系统会自动在该器材实物的四周加上红框，于是所选器材实物将被添加到实验平台上。实验器材添加到实验平台上后，可以自由移动器材的位置。随光标在实验平台内任意移动，直到位置满意为止，放开左键，器材在新位置上显示出来。实验区的器材，均有接线处。器材节点（接线处）用黑色圆环表示。当光标在某一节点附近，光标变成小手形状，此时单击左键，从此点拖出蓝色导线。导线随光标位置移动。当光标靠近另一个黑色圆环时，在圆环处单击

61

左键，完成连线，导线固定[28]。

3.数字电路与逻辑设计实验的界面设计

图4-16电路分析实验的界面设计

属性栏：提供用户在实验区中所选择的器材的属性和和对复杂器材的操作。属性栏将随着器材的大小而改变大小。

器材栏：提供当前实验所要使用的器材。使用器材的图标和相应描述文字进行显示和说明。

实验区：在此区域中，搭建实验电路，进行实验操作，仪表读数等[29]。

4.3数据库的设计

数据库概念设计是整个数据库设计的关键，概念结构设计能真实充分地反映现实世界事物和事物之间的联系，而且易于理解，能够使得用户积极地参与。描述概念模型的工具就是E-R模型。本文通过设计在线实验教学及管理系统的E-R图作为数据库的基础。在线实验教学及管理系统的E-R如下图所示：

62

编号 电话 用户名 密码 编码 用户名 密码 教师 系统管理员 地址 电话 地址 1 管理 授课 M 电话 N N N M 学生 所属学院 所属专业 课程 选课 任课老师ID

名称 上课地点 上课时间 学生ID 用户名 密码 图4-17 在线实验教学及管理系统E-R图

数据是实现系统的基础，为了达到一定的性能，对数据的设计有一定的要求。本系统主要有三类用户：系统管理员，任课老师，学生。因此首先要建立系统管理员基本信息表，任课老师基本信息表，学生的基本信息表，用户注册表[30]。

1) 系统管理员在本系统中处于重要的作用，管理着用户的基本信息和操作信

息，下表是系统管理员的基本信息表：

63

表4-1 系统管理员基本信息表 字段名 系统管理员ID 用户名 密码 姓名 性别 固定电话 家庭住址 移动电话 Email QQ/MSN 数据类型 Int(10) Varchar(20) Varchar(10) Varchar(8) Char(5) Number(20) Varchar(30) Number(20) Varchar(20) Number(20) 允许空 否 否 否 否 否 否 能 否 否 能 注释 主键

2）任课老师在本系统中负责为每门班级教课实验，下表是任课老师的基本信息表：

表4-2任课老师基本信息表 字段名 任课老师ID 用户名 密码 姓名 性别 固定电话 家庭住址 移动电话 Email QQ/MSN 数据类型 Int(10) Varchar(20) Varchar(10) Varchar(20) Varchar(8) Number(20) Varchar(30) Number(20) Varchar(20) Number(20) 允许空 否 否 否 否 否 否 能 否 能 能 注释 主键 ,

3）每门课程都需要老师，学生来上课，下表是每位教师上课的信息表：

表4-3 任课老师任课信息表 字段名 任课老师ID 所教课程名称 所教课程满分 所教班级 所教班级人数 上课时间 上课地点 数据类型 Int(10) Varchar(30) Number(30) Varchar(20) Number(20) data time Varchar(30) 允许空 否 否 否 否 否 否 否 注释 主键

4）学生也是本系统的重要角色，学生的基本信息都存储在以下表中：

表4-4 学生基本信息表 字段名 学生ID 用户名 密码 Email 姓名 性别 所属学校 所在院系 专业 职务 固定电话 移动手机 QQ 数据类型 Int(10) Varchar(20) Varchar(10) Varchar(20) Varchar(20) Varchar(8) Varchar(20) Varchar(20) Varchar(20) Varchar(20) Number(20) Number(20) Number(20) 允许空 否 否 否 否 否 否 否 否 否 能 能 能 能 注释 主键

5）每门课程都需要学生和教师，下表就是每门课程的信息表：

65

表4-5 课程信息表 字段名 课程ID 课程名称 学时 满分 适合专业 适合开课年级 适合开课学期 负责教师姓名 校区 上课时间 上课地点 实验室名称 先修课程 课程介绍 数据类型 Int(10) Varchar(20) Varchar(20) Number(30) Varchar(20) Varchar(20) Varchar(20) Varchar(20) Varchar(20) data time Varchar(20) Varchar(20) Varchar(20) Varchar(20) 能否空 否 否 否 否 否 能 能 否 否 否 否 否 能 否 注释 主键

66

第五章 总结与展望

本系统集成了我国近年来网络教育和虚拟实验的技术和研究成果，有利于解决现有\"实验动手\"和\"知识学习\"结合不足的问题，有利于推进实验教学管理的信息化、规范实验室管理、扩大实验室的对外知名度、降低学生进入实验室的门槛、启迪学生的设计能力和创新能力、改进实验教学设计、积累实验教学成果[35]。

在线实验教学及管理在有网络的前提下可以很好的得到应用，随着网络的不断发展，越来越多的基于网络的系统得到了开发，在线实验教学及管理的开发可以使高校的实验课程得到很好的应用，只要有网络的地方，随时随地都可以进行实验。在线实验教学及管理节约了大量的财力和物力，我们不需要购买设备，只需要把器材的参数和属性输入进去，可以在网上模拟实验就可以完成我们课程中需要的实验[36]。

经过几个月的前期资料的收集和整理工作，结合实验教学的工作性质，对在线实验教学及管理进行了需求分析，管理系统设计了相关的教学功能。包括实验要求发布、实验结果记录、实验报告提交、实验批改、成绩统计等可满足实验教学环节的需要。采用UML用例图对该系统的在线实验模块，教学论坛模块，站内消息模块，用户管理模块，知识库维护模块进行了简要分析。依据需求分析的结果，进行了系统的设计，给出了系统功能的结构图，用UML的顺序图，表达了模块的设计的顺序以及部分的界面 [37]。

系统的特点：

1.克服了实验时间与空间上的

学生可以在任何有网络终端的地方，利用系统提供的网络实验平台，开展设计性实验，以及进行与实验有关的活动。通过在线实验，可以开展实验的设计、仿真，进行实验内容的预习等。

2. 促进了学生创新意识和创新能力的培养

实验教学手段的现代化为学生开展创新活动营造了良好的条件。学生可以在网络环境下开展综合性的实验和创新型的实验，彻底摆脱了原有实验条件的约束，在更深、更广的知识领域内探索[38]。

3 减少了设备消耗、节省了实验经费

67

一方面，学生开展设计性、综合性实验时，可以先在网络上进行模拟仿真实验，在得到最佳方案后再进行实物实验，这有效地避免了学习的盲目性，极大地提高了实验的成功率；另一方面，对一些复杂的实验项目或有一定危险性的实验项目，可由仿真来完成，既减少了元器件的损耗，又降低了电子仪器的损坏率。

4 完善了网络教育技术

实验教学一直都是网络教育中的一个薄弱环节，本系统的实现对深入开展网络教育是一个很大的促进。通过实验教学辅助系统、实验报告提交系统、网上答疑系统的实现，极大地方便了学生的自学和自我检查，提高了实验管理的现代化水平。同时，在一定程度上减轻了教师的工作量[39]。

网上教学管理系统包含在线实验模块，教学论坛模块，站内消息模块，用户管理模块，知识库维护模块等功能，基本能够处理在线实验教学的管理员添加实验和任课老师，任课老师布置实验，学生完成实验的最基本的功能及后台的用户资料以及内部人员角色，权限的管理，并且具有一定的推广型，各个学校都可以根据自己的情况进行使用。但是由于时间有限，个人的能力以及硬件的，本文还存在很多的不足，实现了大的功能，一些小细节还需要在以后得到完善。

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