基于Web教学管理系统的设计与实现1164.pdf

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1、 24 基于 Web 的实验教学管理系统的设计与实现 陈兵 陈六平*（中山大学化学与化学工程学院 广州 510275）摘要 本文阐述了基于 Web 的实验教学管理系统的开发与设计思想，以及应用 ASP 技术实现其前台和后台信息交互的方法及过程。发展了一个新的实验教学管理模式，对于促进实验教学实施科学的网络化和信息化管理具有现实意义。关键词 基于 Web，实验教学管理系统，C/S 模型，Web 服务，数据库系统。Internet 的迅速发展及校园网的建成，加快了高校教学网络化的进程。整个社会信息变革的同时，学校也面临信息化管理的挑战。作为教学管理的一个重要环节，实验教学管理要负责教学、教研、考核

2、、管理等多项任务，工作复杂、繁琐，模式固定，信息交换频繁。因此，针对某些学科专业的基础实验课程，非常有必要建立一个基于 Web 的实验教学管理系统。覆盖了全校的校园网络为建立基于 Web 的管理信息系统提供了良好的基础。而各部门计算机的普及，使用计算机的人员越来越多，这就为管理系统的运行和维护提供了人员保障。另外，管理系统的建立也有利于各级领导及时、全面地了解实验教学情况。针对化学基础实验课程的教学特点，本文设计开发了一套实验教学网络管理系统，下面对此予以介绍。1.系统设计目标 基于 Web 的实验教学管理系统应当具备这样的功能1：在校园内任何一台联网计算机上，学生可以进行实验项目的相关查询，

3、教师也可以方便地登录学生实验的成绩；有合理的成绩评定方式，能充分发挥奖勤罚惰的作用；有相应的安全保障，避免预约信息资料的丢失或破坏，以及实验成绩不被篡改；具有很强的统计及报表输出功能；能够建立起有效的师生交流渠道等。*基金项目：中山大学化学学院创新化学实验研究基金（批准号：01005）资助。第一作者：陈兵（1980年），中山大学化学与化学工程学院 98 基地班 通讯联系人：陈六平 副教授 E-mail: 25 要实现这些目标，系统的设计必须遵循以下原则:（1）较快的响应速度和较高的工作率；（2）充分利用现有资源，包括局域网，数据资料等，尽量减少重复投入；（3）适应能力强，可扩充，易维护，操作简

4、单；（4）以学生为主要应用对象，充分考虑学生的经济承受力；（5）有效处理数据访问的并发操作。2.系统开发思想 基于 Web 的实验教学管理系统，实质上是在校园网上实现预约信息数据库的异地 Web 访问。在 Web平台上，实现数据库的访问有多种方式。它既可以通过 CGI(Common Gateway Interface，通用网关接口)、JDBC(Java Database Connectivity，Java 与数据库的连接技术)、SSI(Server Side Include，服务器端插件)、ISAPI(Internet Server Application ProgramInterface，服

5、务器应用程序接口)，也可以使用象 Oracle、Sybase等数据库系统所提供的专用开发工具，建立起动态 HTML 页与数据库之间的连接，使浏览器可以利用 SQL 语句实现数据库的查询，甚至增加、删除、修改数据库信息等。在物理实现上，本系统采用了 C/S（Client/Server，客户机/服务器）结构体系2，见图 1。前端 Web 浏览器通过 Web 服务器向数据库发出命令请求或者接受数据，Web 服务器和数据库之间则采用 ODBC 进行通讯。采用这种体系结构便于集中管理。应用程序、数据库和相关构件全部集中在服务器上，客户端只需要有 Web 浏览器即可。而且系统更新、维护和数据管理都在服务器

6、上面实现，利于系统的管理。26 3.系统总体结构和功能 按照模块化的设计思想，我们设计出了系统的总体框架，见图 2。系统由最高管理员模块、管理员模块、教师模块和学生模块等四个模块组成，同时具备了设定数据库，访问数据库，修改数据库等多种功能，各个功能模块相互协调工作。除了以上功能，还考虑到本系统使用的范围大，涉及面广，使用对象包括学生、教师、管理员、系统管理员等，使用层次不一，系统在安全方面做了相应处理。如系统管理员给管理员授权安排工作，管理员给教师安排工作等。而根据登陆用户的权限的不同，系统提供了相应范围的功能。实验教学管理系统最高管理员学生教师普通管理员设置数据库查询功能用户管理新学期设置向

7、导删除数据库更新功能更改密码查询任课情况成绩管理注册个人资料查询实验安排查询成绩注册个人资料图 2、系统功能结构图 4.系统的设计细节 基于 Web 的实验教学管理系统的设计，需要经过以下几个阶段：（1）选择合适的开发技术；（2）建立合适的 Web 服务器；（3）选择合适的数据库服务器，建立合适的数据库；（4）选择恰当的数据库访问方式；（5）建立实现数据库交换的 Web 页面和服务器处理程序；（6）系统并发机制控制；（7）安全性控制。1.开发技术的选择 目前用于开发交互式动态 Web 站点的技术主要为 ASP(Active Server Page)、PHP(Personal Home Page

8、)和 JSP(Java Server Page)。而本系统采用目前比较流行的 ASP 技术编写。ASP 是目前进行 Web 应用开发 27 的理想选择。ASP(Active Server Page，动态服务页面)是IIS 3.0以上版本的附加组件，综合了传统的HTML文件、ActiveX 脚本程序语言及 ActiveX 组件技术3。利用 ADO(ActiveX Data Objects)组件与数据库对话，用户还可以自己定义组件加入其中，使自己的动态网页几乎具有无限的扩张能力，这是传统的 CGI等方式所不能比的。相对于传统方式，ASP 方式具有开发效率高、容易编译、交互性好、安全性强、跨平台、可

9、扩充和面向对象等多种优点。2.Web服务器的建立 由于本系统采用了 ASP 技术编写应用程序，而 ASP 作为 IIS3.0 以上产品的附带组件，开发 ASP 应用程序的 Web 服务器平台首选 Windows NT Server 上的 IIS(3.0 以上版本)。还可以使用 Windows NT workstation 或 Windows 95/98 的 Personal Web Server（PWS），也可以使用其他选择，如来自 Chili！Soft公司的 Chili！ASP 等4。本系统采用了 IIS5.0，操作系统采用了 Windows2000 Advanced Server。相比前几

10、个版本，IIS5.0 版新增了很多功能5，有助于 Web 管理员创建可升级的、灵活的应用程序，如安全通信、服务器网关加密、权限向导、进程限制、改进的自定义错误消息、应用程序保护等。3.数据库服务器的建立 由于本系统涉及的专业、学生人数较多，有必要采用关系数据库。相比非关系模型，其数据结构简单、清晰，用户易懂易用，数据独立性好，安全性高，利于程序员开发、工作。本系统采用的关系数据库为 Microsoft SQL Server2000。作为 Microsoft 公司在关系数据库方面的主要产品，它与 Windows NT系统紧密连接。其建立于成熟和强有力的关系模型上，是 Windows 系列平台上首

11、选的数据存储和检索模型。本系统中最主要的信息是实验课程的安排情况和学生的成绩统计。随着学期和课程的进行，这些数据会不断变化。因此，我们设计了四个关系表。用户信息表用于保存管理员、教师、实习研究生和学生的资料，如密码、姓名、联系方式等。大组信息表用于保存各个专业年级的基本情况，包括人数、实验数、小组数及实验名称等。小组信息表用于保存各个小组的基本设置，包括小组所在大组、组员数、小组实验时间、任课教师等。学生成绩表，用于保存各个学生各个实验的具体得分。各个表中将自动完成合法性检验，如一个学生不可以同时出现于两个小组中等。4.访问数据库 ASP 中推荐的数据操作方式是 ActiveX 数据对象（AD

12、O）。它功能强大，使用方便，是 ASP 的核心技术之一。在 ASP 网页中使用 ADO 必须先配置服务器，提供一条使 ADO 定位、标识和数据库通信的 28 途径，即建立一个数据源。数据源包括了如何与一个数据提供者进行连接的信息。数据库驱动程序使用Data Source Name（DSN）定位和标识特定的 ODBC（Open DataBase Connectivity，开放式数据库互联技术）兼容数据库，将信息从 Web 应用程序传递给数据库。采用 ODBC 最大的优点在于通用性好。不仅开发程序不会因数据库的改变而做大的改动，提高了系统的开发效率，而且增强了系统的扩充、升级能力。对数据库的直接操

13、作是通过 Transact-SQL(Structured Query Language)语言来实现的。Transact-SQL 对使用 Microsoft SQL Server 非常重要。与 SQL Server 通讯时的所有应用程序都通过向服务器发送 Transact-SQL 语句来进行通讯，而与应用程序的用户界面无关。SQL 是一个通用的、功能极强的关系数据库语言。它集数据查询（Data Query）、数据操纵（Data Manipulation）、数据定义（Data Definition）和数据控制（Data Control）功能于一体，语言风格统一，可以独立完成数据库生命周期中的全部活

14、动，包括定义关系模式、插入数据、建立数据库、查询、更新、维护、数据库重构、数据库安全性控制等一系列操作要求6。另外，SQL 语言虽然功能极强，但是由于设计巧妙，语言十分简捷，完成基本的核心功能只使用了 9 个动词（包括用于数据查询的 SELECT，用于数据定义的 CREATE、DROP 和 ALTER，用于数据操纵的 INSERT、UPDATE 和 DELETE，用于数据控制的 GRANT 和 REVOKE 等）。而且它接近英语口语，容易学习，容易使用7。5.应用程序开发 按照模块化的设计思想，本系统由最高管理员模块、管理员模块、教师模块和学生模块四个模块组成，同时具备了设定数据库，访问数据库

15、，修改数据库等多种功能，各个功能模块相互协调工作。同时，各个模块中的具体功能为了降低复杂性，也使用了模块化设计的思想，建立了更小规模的模块。以上功能模块的设计主要是围绕与用户交互和数据库操作两方面进行的。ASP 与用户交互主要通过内置的 Response、Request、Session 和 Application 等对象实现，而与数据库交流通过 ADO 内置的Connection、Command、RecordSet 和 Errors 等对象实现。ASP 内置了 Request、Response、Server、Session、Application 和 ObjectContext 六个对象。这些

16、对象由 ASP 本身提供，使用时不需要经过任何声明或建立的过程，因此称为 ASP 内置对象8。这些对象使用户更容易收集通过浏览器请求发送的信息、响应浏览器以及存储用户信息，从而减少开发的工作量。本系统中主要使用 Request、Response、Session 和 Application 四个对象。这四个内置对象的功能简介如下表 1。29 表 1、ASP 内置对象功能 对象名称 对象功能 Request 从用户端接受信息 Response 传递信息给用户 Session 存储个别用户的信息，以便重复使用 Application 存储数据以供多个用户使用 ASP对数据库的操作是通过ADO实现的。

17、在正确安装了数据库的ODBC驱动程序后，即可通过ADO存取和修改数据源的数据或增加数据到指定的数据源。ADO 主要由 Connection 对象、Command 对象、Parameter 对象、RecordSet 对象、Field 对象、Property 对象和 Error 对象等七个对象以及 Fields 数据集合、Properties 数据集合、Parameters 数据集合和 Errors 数据集合等四个数据集合所组合而成8。在本系统中主要使用 Connection 对象、Command 对象、RecordSet 对象、Field 对象、Error 对象、Fields 数据集合和Erro

18、rs 数据集合。其功能概述如下：Connection 对象：负责与指定的数据源进行连接。Command 对象：负责对数据库提供请求，也就是传递指定的 SQL 命令。但其必须通过一个已经建立的连接(Connection 对象)传递。RecordSet 对象：负责浏览与操作从数据库中取出的数据。Field 对象：表示指定的 RecordSet 对象的数据字段。Error 对象：负责记录连接过程中所发生的错误信息。Fields 数据集合：包含于 RecordSet 对象中，用于表示 RecordSet 对象的所有 Field 数据字段对象。Errors 数据集合：包含与 Connection 对象中

19、，用于表示数据源响应失败时所建立的 Error 对象。6.并发机制控制 数据库的一个重要特性就是允许多个用户同时使用，同一时刻可以有上百个事务同时运行。这就有可能发生多个用户并发存取同一数据的情况。若对并发操作不加控制就可能会存取和存储不正确的数据，破坏数据库的一致性。在本系统中，采用以下方法控制并发机制：严格控制用户权限。例如，只有指导某学生某实验的老师才有权限修改该学生该 实验成绩的权限，只有管理员才能修改大组和小组设置，学生只能查询而不能修改成绩等。30 采用封锁（Locking）技术。即事务 T 在对某个数据对象进行操作之前，先向系统 发出请求，对其加锁。加锁后的事务 T 就对该数据对

20、象有了一定的控制权。在事务 T 结束控制，释放它的锁之前，其他事务不能更新此数据对象。减少管理员用户数量。由于管理员拥有较高权限，原则上该权限只授予实验教学 负责人。而最高管理员权限则只授予系统维护员。7.安全性控制 由于本系统在教学管理中起着非常重要的作用，因此它的安全性非常重要。本系统采取了多项措施来保证数据的安全性。（1）分级管理。对于不同用户分配不同的访问权限。为所有用户设立密码，各用户根 据自己的密码登陆，系统确认后引导至相应权限的页面。（2）定期备份数据库。（3）服务器操作系统和数据库安全性独立。NT Server 搭配 SQL Server 共有三种安全模 式：整体安全、标准安全

21、及混和安全。本系统采用标准安全，标准安全支持非信任连接。用户登陆数据库服务器的帐号密码与登陆 NT Server 的帐号密码不同。（4）设置防火墙。利用防火墙对流入的信息进行有选择的控制，区别哪些数据的存取 是系统所允许的，从而保证服务器不受侵害。（5）禁止 Windows NT Guest 帐户。由于任何人都可以用这个帐户访问操作系统。如果 在服务器上建立了 FTP 服务器，非法用户就有可能使用这个帐户破坏系统信息。（6）控制目录浏览。由于 NT 系统的安全性漏洞，有能力的用户可以跳过注册步骤直接 访问系统。所以为了安全起见，要在 NT 安全管理方式下控制目录浏览。（7）控制来访 IP。由于

22、本系统为内部教学使用，故在 Web 服务器上设置来访 IP 控制，仅允许校内 IP 登陆系统，禁止一切校外 IP。（8）使用 Windows NT 的 NTFS 安全机制和磁盘分区。这种设置使得易于控制各种目 录结构的访问和控制权限，有效地管理安全性。另外，遭到破坏可以及时恢复。（9）采用 RAID 磁盘阵列。5.结论 本文所介绍的基于 C/S 结构，采用 SQL、ASP 为开发工具的实验教学管理系统，实质上是一个网络数据库系统。它在信息采集、信息更新、信息处理等方面具有很大优势，在使用、管理等方面也有得天 31 独厚的优良特征。因而，所开发基于 Web 的实验教学管理系统具有很强的现实意义，

23、对于促进教学管理向科学化、网络化、无纸化的轨道迈进具有重大作用，是一个有很好应用价值的教学管理系统。由于网络信息时代的飞速发展，要求留有发展的空间，所以在设计本系统的结构时，对各个功能模块之间的协同工作能力考虑很多，留有很大的扩展余地。现在，系统主要包括数据查询、更新、维护等功能。以后，新的功能如打印、自动报表生成、统计数据生成等，都可以根据需要加入本系统。本系统是中山大学化学与化学工程学院首个基于 Web 形式的实验教学管理系统，它已首先应用在物理化学实验教学中，显示出显著的优越性，主要表现在：(1)使实验教学管理简洁、科学、高效；（2）主讲教师能随时掌握实验教学的全面运行情况；（3）学生能

24、随时了解自己的实验表现情况及实验成绩；（4）系统为师生交流提供了良好的互动平台；（5）减轻了任课教师，特别是主讲教师的工作负担。该系统经稍作修改，即可用于其他化学实验课程的教学管理。因此，希望通过本系统的开发带动其他专业学科的实验教学管理网络化，以适应学校管理信息化的发展趋势。参考文献 1 Wang Jun(王军),Pan Ju-Ling(潘举玲),Microcomputer Applications(微型计算机应用)J,2000,16(11):27-29 2 Andrew S.T.,Computer Networks(Third Edition)M.Upper Saddle River,Ne

25、w Jersey:Prentice Hall International,Inc.1998 3 Documents of Microsoft ASPEB/OL,Microsoft Company,1998 4 Liu Hong-Feng(刘宏峰),Chen Jing-Bo(陈镜波),Dictionary of ASP Technique(ASP 技术大全),Beijing:Peoples Post Press,2001 5 Documents of Microsoft IISEB/OL,Microsoft Company,1999 6 Date C.J.,An Introduction to

26、Database Systems(Ed.6)J,Boston:Addison-Wesley,1995 7 Sa Shi-Xuan(萨师煊),Wang Shan(王珊),Introduction to Database System(数据库系统概论),Beijing:High Education Press(高等教育出版社),2000 8 Lin Jin-lin(林金霖),Classic Applications of ASP(ASP 实务经典)M,Beijing:China Railway Press,1999 32 The Design and Implementation of a Web

27、-based Management System for Experimental Teaching CHEN Bing,CHEN Liu-Ping*(School of Chemistry and Chemical Engineering,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510275,China)Abstract This paper introduces ASP and Database techniques,and describes in detail the design concepts of the Web-based management sy

28、stem for experimental teaching.It also introduces how to alternate the frontstage and backstage information of a Web-based management system for experimental teaching which is realized with ASP technique.Based on this system,a kind of brand-new mode of experimental teaching is developed,it can promot the networking and informationization of experimental teaching management.Keywords Web-based,managerial system for experimental teaching,Web services,Client/Server model,Database system.