赵 亮， 刘建国， 陈志奎

（大连理工大学软件学院，辽宁 大连 116620）

软件工程和网络工程专业人才的培养更侧重于提高学生的实践应用能力，所以，高质量的实践教学体系建设极为重要，而实践教学依赖于专业实验室的建设和发展［1-3］。越来越多的学生使实验室的规模不断增大，学生及学习资料的管理日渐困难。为提高学生管理的水平，优化资源，尽可能降低管理成本成为实验室建设和管理的新课题［4-6］。

现有的实验室管理主要依赖于拟定的规章制度，信息化建设程度不高。因此，以实验室信息化管理为目标，提出实验室学生在线管理的新思路，并以此为主体构建了基于JavaWeb的实验室管理系统。系统分为四大模块：游客管理模块、成员管理模块、教师管理模块和管理员管理模块，包含课程资源、用户、角色和菜单管理等主要功能，为建设信息化专业实验室管理提供一种可行方案。

1.1 设计目标

学生实验室管理系统的目标是为方便学校各实验室管理学生信息并为学生间提供一个信息共享的平台。同时为满足各实验室老师的需求，还要满足学习资源的提供，包括学生上传的各类资源及老师提供的公开课视频、PPT等资源。针对当前各学校实验室人数多，且每年新生参观量大，并且每周的组会视频都难以保存，因此借用这个系统可以很好地帮助低年级尤其是新学生更好地适应大学的实验室学习。此外，系统的报名方式也替代了传统的纸质填写报名方法，不仅节约了资源，还能够更有效率且便于管理。

1.2 功能需求

（1）用户管理。实验室网站系统的管理用户分为四大类，分别是游客、用户、老师、管理员。前台主要功能包括注册登录模块、个人中心的修改密码模块，设备管理模块，另外还有资源发布、资源浏览以及资源审核和敏感词库、报名邮件模块。后台包括管理员登录模块、管理员设置模块、修改与删除成员模块以及用户管理模块、角色管理模块、菜单管理模块以及用户学习情况分析图。四个不同级别的用户按照实际情况的需求来进行权限管理，按照学校实验室的一般学习以及管理流程，整理了以下的用户需求，如表1所示。

表1 用户需求表

（2）资源管理。资源管理模块主要负责学生对实验室网站中包含课程的学习，老师对课程中各章节的视频、PPT的编辑以及发布，还包括对设备的管理、项目组的管理和用户学习情况图表的分析。另外，为了规范学习资源的正确性以及规范性，系统采用两层过滤方法，包括系统的自动识别和管理员的人为识别，由于可能存在部分不法用户借用系统传播不法资源或者不良信息，因此需要对资源部分进行细心的审核处理。

1.3 用例分析

参与者（actor）：游客，成员，老师，管理员；
用例（use case）：注册，登录，修改密码，报名邮件，资源发布，资源浏览，资源审核，用户管理，角色管理，菜单管理。参与者之间的关系：游客需要注册发送邮件之后才能成为成员，成员和老师以及管理员之间的身份关系是可以由一个人同时兼任的，也就是说，一个用户既可以是成员，也可以是教师，也可以是管理员，这一个用户具有多个角色，可以享受多重权限。

（1）游客用例分析。普通的游客在没有账号的前提下，需要首先进行注册才能进入该系统，在没有注册的情况下无法进入系统，在进入系统之后需要对游客的身份进行再定义，也就是说这个游客注册账号成功后需要向管理员发送报名邮件来说明自己需要被定义为哪一种角色，在管理员的邮箱收到指定邮件后，再对这个游客的角色进行更改。如果游客不发送任何邮件的话，则用户只不过可以登入系统，但是同样没有浏览资源的权限。

游客在注册完成登录账号时，需要进行账号和双重密码的填写，以及验证码的校验，如果登录信息正确无误，则提示校验成功，进入个人主页面，如果登录信息错误，造成校验失败，则提示登录失败，返回登录页面重新登录，如图1所示。

（2）用户、教师、管理员用例分析。在四个等级用户不存在泛化关系的情况下，各个参与者的参与用例情况分别是：游客进行注册，发送报名邮件，修改密码；
成员可以进行资源浏览，修改密码；
教师可以进行资源发布，资源浏览以及修改密码；
管理员可以进行用户管理，角色管理和菜单管理以及资源发布，资源浏览，资源审核和敏感词库的设定。

但这里涉及泛化关系，也就是当多个用例共同拥有一种类似的结构和行为时，可以将他们的共性抽象成为父用例，其他的用例作为泛化关系的子用例。在用例的泛化关系中，子用例是父用例的一种特殊形式，它继承了父用例的所有结构、行为、关系。其中三角箭头指向父用例。由于泛化关系的存在，意味着一个用户如果是教师和成员也可以担任管理员角色，因此他们就可以参与管理员的用例。这样的话，我们就可以把管理员同时指向教师和成员，因为管理员拥有教师和用户的所有用例，也就是管理员继承了他们的所有结构行为。

2.1 设计原理

系统设计遵循如下的原则：

（1）数据库的完整性原则。在关系数据库的上下文中，如果所有引用的属性值都存在，则数据库具有引用完整性。换句话说，如果一个属性的值引用了另一个属性的值，则引用的值必须存在。对于实验室管理系统来说，系统设计业务完整性原则对于业务进行中的特殊情况能够做出及时、正确的响应，保证业务数据的完整性［7-8］。

（2）易操作性原则。对于一个系统来说，需要让用户有很好的操作体验。主要包括以下两个方面，①可用性。可用性与系统故障以及其后果有关，当系统不再提供其规范中所说的服务时，就出现了系统故障；
②易用性。易用性关注的是用户完成某个期望任务的难易程度。它包括：有效性、错误避免以及错误处理、用户自信和满意程度等。其实就是说用户使用某项功能是否觉得简单易用。实验室管理系统应该尽可能地使用户有很好的操作体验。

（3）可扩充性原则。系统在设计的过程中应该事先考虑到时间推移过程中可能出现的技术革新，或是需求的迭代更新。这样，在后期维护或更新平台时就可以节约时间精力。对于信息发布系统，首先要学会对系统的分层，通常将系统分为3层，即业务层、服务层和数据层，这也是常说的MVC思想［9-11］。这样的分层有利于在故障发生时，准确定位故障，并及时解决故障，而且最好将每次发生的故障信息保存到日志文件，这样更有利于故障复原和分析。而当网站的规模比较大，有较多的用户同时访问时，可以交给集群服务器，然后进行负载均衡，将流量和数据分摊到集群的多台服务器上，提高整体的处理能力，提高可用性。

（4）成熟性原则。在进行数据库操作时，应当把具有同一个主题的数据存储在一个数据表中，“一表一用”。另外，基于JavaWeb的实验室管理系统需要使用先进安全并且成熟的开发框架和系统，以免出现一些系统内部问题，因此使用当前流行的SMM框架，数据库使用mysql［12-14］。

2.2 功能结构设计

前台主要功能包括注册登录模块、个人中心的修改密码模块，另外还有资源发布、资源浏览以及资源审核和敏感词库、报名邮件模块。这些都基于用户的四个级别，其权限分别如下：①管理员。允许后台所有操作，包括用户管理，此外，管理员实时掌握信息发布情况，对不满足要求的素材进行审核、删除、修改、更新、撤销发布等操作。提供敏感词过滤功能，在加载内容时自动过滤敏感词，敏感词库可以进行增删改。②老师。允许网站有关内容的编辑、更新、修改以及内部栏目浏览、资源上传、下载。③成员。内部栏目浏览以及资源下载，系统可以实现不同格式的视频以及PPT、PDF文档的在线播放。④游客。只允许浏览相关基础板块，可以发送报名邮件，前后台功能结构设计如图2、3所示。

2.3 数据库设计

本系统在开发过程中使用的是MySQL数据库，其实体-关系模型如图4所示。系统中主要存在attat、info、info_attat、sense_word、sys_menu、sys_role、sys_user、sys_user_role、facility、project_team、activity等11个实体。

其中第1个实体代表的是课程资源的附件信息，第2个实体是每一个课程资源的标题以及内容信息，第3个实体则代表了第1和第2个实体的关联关系，第4个实体代表了敏感词库，第5个实体代表了每个角色所对应的菜单界面模块，第6个实体代表了系统的角色信息，第7个实体代表了使用该系统的用户信息，而八实体则是代表了用户和角色的关联关系，最后3个分别代表了设备、项目组和活动通知的信息。

需要特别注意的是，在info_attat以及sense_word和sys_menu的表中，都用到了外键，在info表中，用户的user_id作为外键的方式来做到每个发布用户与资源的一对多关系，同样，不仅在info_attat以及sense_word和sys_menu的表中用到了，在sense_word表中，也是一样的处理方式。在sys_menu表中，将role_id作为外键来做到不同级别用户分别对应多个菜单项。

系统中的资源模块主要存在attat、info、info_attat、sense_word、sys_menu、sys_role、sys_user、sys_user_role、facility、project_team等11个实体。

本系统是基于SSM框架［15］的实验室管理系统设计与实现，开发环境见表2。

表2 开发环境

基于Javaweb的实验室管理系统所实现的功能可以分为游客管理，用户管理，教师管理，管理员管理四大块，在此对每个模块进行详细的介绍。

（1）游客管理。游客没有观看权限，只可以先报名才能有权限，所以展示界面如图5所示。

游客在注册之后，系统会对其密码进行加密处理，所保存的均为经过哈希函数迭代加密100 000次后的数据。

（2）成员管理。成员可以观看浏览系统自动判定通过以及管理员审核通过的课程资源，如图6所示。

成员可以查看列表不同的课程资源，但是需要注意，必须属于这个资源所隶属的项目组，才有资格去查看这个资源，否则是不会显示，因为在数据库的设计中，资源是和项目组有关联，这里点击课程资源，进入之后，标题和内容可以直接显示在屏幕上，并且可以在线观看或者下载PPT和视频。

（3）教师管理。教师可以对不同项目组的资源进行发布操作，管理员和教师均可以进行资源发布，标题和内容部分都是以文字的形式呈现，如果有PPT或者视频和图片等其他文件，需要在附件进行上传，只有对应项目组用户才可以浏览到相关的资源内容。另外，发布完成后，不直接显示在系统中，而会经过短暂的审核时间，经过系统敏感词库审核通过后，须管理员进行再一轮审核，才能显示。教师还可以对设备是否购买以及价格、数量属性进行编辑操作，不仅实现了对人的管理，对设备也有所涉及。需要注意，设备都隶属于不同的项目组，每个组所需要的设备也不同。这里需对应实验室的实际情况把实验室的用户进行分组，每个小组分别负责不同的项目开发，而不同的项目组由于研究内容不同，因此对应的课程资源也由不同的老师来负责。图7展示了项目分组情况。

（4）管理员管理。登录管理员账号后，可以发现有待审核的资源列表，由于在敏感词库中把“三”和“问”设置为了敏感词，因此这部分的内容都被系统自动处理之后转换为了*号，另外在状态栏也显示了这个课程资源的状态是待审核（见图8），即需要再次经过管理员的审核才能在系统中显示。

这里，管理员需要对待审核的课程资源进行审核，点击审核，可以查看资源的详细信息，包括题目、内容和附件，点击同意或者不同意进行资源最终判定。

管理员除了能够进行资源审核，还可以进行用户管理（见图9）。针对性地对不同用户进行搜索，包括登录名、邮箱，另外如果某些用户不合法或者通过发送报名邮件想要更改角色等级，均可以通过这个界面进行更改，不合法的用户可以直接进行删除或者对用户进行状态关闭一段时间，类似于游戏里的封号一段时间的处理方法，如果用户满足合法状态后，可以将用户状态再打开，编辑按钮可以把用户的角色进行再定义，如从成员到教师的升级，重置操作可以重置用户的密码，以免某些用户忘记自己的密码之后，无法登录系统。除此之外，管理员还可以进行角色管理、对用户学习情况进行分析及发布相关通知等。

针对当前高校实验室的信息缺乏情况，设计实现了一个实验室管理系统，包括课程资源管理，用户管理，角色管理和菜单管理等功能。此系统有利于提高在校实验室成员的学习效率，可以共享学习资源，并且实用性强，易操作，且可拓展性强，可以让用户花费更少的时间掌握系统的使用方法。有利于实验室对内部成员的管理，也有利于实验室内部成员开展学习研究。

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