基于Web的实践教学 管理信息系统的设计与实现.docx
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基于Web的实践教学管理信息系统的设计与实现
毕业设计（论文）诚信声明
本人郑重声明：
所呈交的毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。
就我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。
如在文中涉及抄袭或剽窃行为，本人愿承担由此而造成的一切后果及责任。
本人签名____________
导师签名__________
年月日
摘要
传统的实践教学管理不仅效率低，时效性差，而且造成大量的重复性工作。
针对如何利用Web技术来解决高校实践教学管理中存在的实际问题，本人设计并实现了基于ASP.NET2.0，SQLServer技术的实践教学管理信息系统。
重点介绍实践教学管理中的课内实验教学管理信息子系统的设计与实现，其中包括了系统总体架构的设计、系统需求分析，设计和实现的整体过程，同时详细阐述了为解决审核流程而设计的基于图论的工作流引擎。
在开发过程中还引入了面向服务架构体系（SOA）的概念，也实践了利用WebService实现校园各个独立系统之间的信息共享与互联互通。
关键字：
实践教学；信息化；工作流；SOA；信息共享
ABSTRACT
Thetraditionalpracticeteachingmanagementisnotonlyinefficient,poortimeliness,butalsocausesalotofrepetitivework.TosolvethepracticalproblemsinpracticeteachingmanagementwithWebtechnology,thePracticeTeachingManagementSystemisdesignedandimplementedbasedonASP.NET2.0,SQLServertechnology.ThispaperfocusesonthedesignandimplementationofCourseExperimentManagementSub-systemwhichincludestheoverallsystemarchitecturedesigning,systemrequirementsanalysis,systemdesignandimplementationofthewholedevelopingprocess.Atthesametime,thispaperelaboratesthedesignofworkflowenginebasedongraphtheorytoresolveapprovalprocess.Inthedevelopmentprocess,Service-OrientedArchitecture（SOA）conceptisalsopracticedbyusingWebServicetoimplementtheinformationsharingandinteroperabilitybetweentheindependentinformationsystems.
Keywords:
PracticeTeaching;Informationization;WorkFlow;SOA;InformationSharing
引言
随着教育产业化进程的逐步推进，各高校纷纷扩招，扩招带来的问题就是教学资源短缺，跟不上快速增长的需要，如何让有限的教学资源发挥它最大的作用成了亟待思考的问题。
实践教学管理是高校教育环节中极为重要的一个环节，是提高学生综合素质的重要途径，所以实践教学管理的质量直接影响到教学的质量。
在我校实践教学管理主要包括课内实验教学管理、毕业论文（设计）管理、课程设计管理、实习管理。
教务处实践教学科要管理好近1千名教职工和2万名学生的实践教学工作并保证教学质量，的确是一项艰巨的管理任务。
目前我校实践教学管理还没有实现信息化，在这样的情况下实施实践教学管理信息化是提高实践教学管理效率和管理成效的最可行也最迫切的解决方案。
实践教学信息系统的成功开发将给我校实践教学管理带来质的变化。
学生和教师可以通过系统安排和完成实践教学任务；管理者可以通过系统了解全校的实践教学运行情况，时时监控和及时调整实践教学安排，了解实验设备运行情况，购置必须的实验设备保证实践教学顺利进行。
然而在开发实践教学管理信息系统之前课题组必须思考，在近几年我校建设了一批校园信息系统，如：
学生注册系统、教务管理系统、科研管理系统、精品课程管理系统、校园网络课堂等，极大地推动了教育信息化工作进程。
但从大多数的工程实践看，还停留在一种单纯的信息共享模式上，并且在构建信息化平台的时候受到现有的数据交换技术的限制，没有打破“信息化壁垒”的格局，所有的系统都自成体系，各个系统之间没有实现信息共享，都形成了一个个信息孤岛，从而造成信息的不一致、大量冗余和重复建设的现象存在，不利于教育信息化工作的总体部署和规划。
本文主要以理论联系实践的方法来探讨如何构建新一代面向服务架构体系的校园信息化平台，以实践教学管理信息系统的实际开发项目为实践平台来探索新一代校园信息化平台建设的可行性，与此同时将详细介绍实践教学管理信息系统中的课内实验教学管理子系统整个分析与开发过程。
1系统开发的背景分析
1.1课题来源
本课题是指导教师受教务处委托进行的实践教学管理信息系统的实际项目开发。
本系统基于VisualStudio2005和SQLServer2000数据库平台开发，用于提高我校实践教学管理综合水平，实现实践教学管理信息化。
1.2理论及事实依据分析
1.2.1国内外高校实践教学信息化现状分析
在学术界和工程界，都已经提出了下一代的信息共享模式，即面向服务的架构（Service-OrientedArchitecture，SOA）模型，这将会促使新一代的信息系统的诞生，从而影响到现有各方面的信息化工作，并在一些领域中开始工程应用。
而在教育信息化领域同样需要运用该架构体系，解决目前存在的一些问题。
目前在实践教学环节中，实践教学信息化目前在我国各高校尚处于起步阶段，相对于高校内其他管理工作中信息化的日益成熟，该环节在全国各高校都存在着不同程度的信息化的空白点。
该教学环节的信息化程度处于这样的应用水平，主要是因为实践教学环节中管理工作的独特性，处理数据的依赖性等因素。
实践教学管理是整个校园的管理的重要环节，其信息化程度的高低影响着高校校园信息的全面化程度，因此，实践教学管理环节的信息化建设亟待加强。
如何利用现有教务系统的数据开发出数据同步的实践教学管理信息系统也正是需研究和解决的问题。
1.2.2实践教学信息化的发展趋势
随着网络技术的日益成熟，校园信息化已成为全国各高校的建设目标。
而校园信息化的深度和广度，也逐渐成为衡量一个高校管理水平高低的标准，相对于学生注册系统、教务管理系统、科研管理系统、精品课程管理系统等这些在全国多数高校相对成熟的系统来说，实践教学环节中信息技术的利用还处在较低的水平，而实践教学的信息化管理是整个校园信息化的重要环节，实践教学环节的信息化程度高低将影响整个校园内信息的共享、和其他管理系统数据的交互，校园信息化发展的必然趋势将推进实践教学环节的信息化建设。
1.2.3实践教学信息化在我校的实际应用价值
纵观我校现有的管理信息系统，它们在提高管理工作效率、简化管理过程等方面起到了积极作用。
相比之下，管理工作量大、管理过程复杂的实践教学环节却没有建立相应的信息系统。
为了填补该教学环节上的信息化空白点，使该环节信息技术的利用水平跟上理论课程教学、教务管理系统的应用水平，进一步改善教学环境，共享其他系统中的数据，实践教学信息化的应用价值日益显现出来。
1.3研究内容及需要解决的问题
1.3.1研究内容
本课题主要研究目前国际上正在兴起的新一代信息系统架构体系，即面向服务的架构体系（Service-OrientedArchitecture，SOA），并将该体系用于构建下一代“互连互通”的、整体、灵活的教育信息化平台上，以解决在教育信息化建设中存在的“信息孤岛”、重复建设等问题。
在研究问题的同时，开发出实践教学管理中的课内实验、教学大纲管理、实验室管理、设备管理几个实践教学管理模块。
1.3.2需要解决的难点
在整个系统的开发过程中有几个难点需要重点解决和突破，主要表现在以下几个方面：
（1）如何实现数据共享与整合
实践教学管理信息系统的开发必须利用现有教务系统的教务信息、人事部门的人事信息、物资管理部门的设备信息，如何做到共享这些部门的信息，实现信息的时时级联更新是首要需要解决的问题。
最原始的解决方案就是需要什么部门的数据就到什么部门去拷贝什么数据到本系统的数据库里，这种做法虽然能实现系统的整体功能，但不能实现各个部门系统之间的互联互通，无法实现各个部门之间的信息共享和时时更新。
实践教学管理信息系统的开发是站在全校信息化的高度来开发，为近一步实现校园真正的信息化做准备工作。
（2）如何适应多变的业务工作流程
实践教学管理信息系统是一个管理信息系统（MIS），管理的工作中会涉及到许多的审核问题，审核流程的多变性给系统的开发工作带来了一个挑战。
可以按照现有的审核流程来编写固定模式的代码来实现审核功能，但这样存在一个问题，如果审核的流程发生变化那么关于审核的数据库和程序代码将要重新设计和编写，这样将加大系统的维护工作量，并且系统的适应性降低。
如何设计一个能够适应这种多变的审核流程的应用程序，在审核流程改变的情况下，只需要做少量的配置工作就能适应这种变化，从而满足多变的业务需求是在设计该系统的时候需要考虑和实现的重要问题。
1.4技术实现分析
1.4.1SOA架构体系介绍
SOA即Service-OrientedArchitecture，就是面向服务的架构。
META组织将SOA定义为：
“一种以通用为目的、可扩展、具有联合协作性的架构，所有流程都被定义为服务，服务通过基于类封装的服务接口委托给服务提供者，服务接口根据可扩展标识符、格式和协议单独描述”。
SOA提供了一种构建信息系统的标准和方法，并通过建立起合并、可重用的服务体系来减少IT业务冗余并加快项目开发的进程，使得开发部门效率更高、开发周期更短、项目分发更快。
SOA是一种架构模式，它将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口联系起来。
接口是采用中立的方式进行定义的，它独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，这使得构建在系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交互。
SOA架构结构层次如图所示。
图11SOA架构层次
1.4.2WebService技术介绍
WebService是一种基于标准的应用集成方式，它可以将运行在Intranet/Internet分布式服务器上的应用集成在一起，使地理上分布在不同区域的计算机和设备协同工作，为用户提供各种各样的服务。
利用WebService，企业能够迅速地通过互联网向全球用户提供服务，在广泛的范围内寻找可能的合作伙伴。
WebService是基于WebService提供者、请求者和代理3个角色以及发布、发现和绑定3个动作构建的。
下面是WebService的体系结构：
图12WebService基本体系架构
1.4.3系统分析工具介绍
（1）UML分析工具——VISIO
UML是一种编制系统蓝图的标准化语言，可以实现大型复杂系统各种成分描述的可视化、说明并构造系统模型，以及建立各种所需的文档，它是一种定义良好、易于表达、功能强大且普遍适用的建模语言。
开发过程中课题组采用了MicrosoftVisio2003来完成系统的建模过程，主要出于以下几个原因：
①Visio2003是一款比较优秀的绘图软件，它将强大的功能和易用性结合在一起，可广泛应用于电子、机械、通信、建筑、软件设计和企业管理等众多领域。
②Visio2003没有如同RationalRose的默认软件开发过程模板，对于小型团队的开发过程能更加灵活加以定制。
③能更好地绘制打印基于图形的文档，在软件分析过程中能很好地建立业务模型、数据流程图、时序图等，而不受设计元素的强行限制。
（2）数据库分析工具——ERWIN
构建一个高效稳定、安全可靠的管理信息系统离不开一个健壮性好、稳定性高的数据库的支持，所以在构建实践教学管理信息系统的后台数据库时课题组采用的数据库设计与建模工具是ERWin。
使用ERWin作为数据库建模和设计工具主要是：
①ERWin是专业的数据库设计工具，它为设计、生成、维护高水平的数据库应用程序提供了高效的工作环境。
②ERwin不仅是数据库设计工具，而且还是一个功能强大的数据库开发工具，能够为所有主流的数据库自动生成数据表和存储过程以及触发器代码。
③ERWin有很好的比较技术，在允许迭代开发的过程中，把模型与数据库同步，把数据库与领先的开发环境集成在一起，加速以数据为中心的应用开发。
1.4.4系统开发工具介绍
（1）开发工具——MicrosoftVisualStudio2005
当今存在的WEB开发平台主流产品就是SUN公司的JAVA和微软的.NET，M是微软在2000年提出的新概念，其全称为“M下一代互联网软件和服务战略”。
它是一个用于构建、运行和体验下一代分布式应用程序的平台，以XML为基础，WEB服务为核心，并辅以其他技术实现。
提供了一套公共运行库，制定了一套公共语言规范，并且.NET提供了大量的服务，包括垃圾自动清理，面向对象的多线程，基于程序集的部署，异常处理，特性编程，远程处理，安全性等，使开发人员可以自由选择开发语言快速架构任何应用。
VisualStudio.NET为.NET框架编程提供了一个迅速集成开发应用程序的工具。
用于生成ASPWeb应用程序、XMLWebservices、桌面应用程序和移动应用程序。
VisualBasic.NET、VisualC++.NET、VisualC#.NET和VisualJ#.NET全都使用相同的集成开发环境（IDE），该环境允许它们共享工具并有助于创建混合语言解决方案，另外，这些语言利用了.NETFramework的功能，此框架提供对简化ASPWeb应用程序和XMLWebservices开发的关键技术的访问。
该平台的整体框架如下图所示：
图13.NET开发平台的整体框架
选取.Net作为开发平台的目的主要在于：
①能更好、更快地让开发团队上手；
②能提高系统开发的效率，尽量缩短开发周期；
③语言通用性让开发团队能最大限度地降低开发团队的组件门槛；
④有良好的应用程序开发基础框架，可以降低项目开发风险。
（2）辅助开发工具
在本系统的开发过程中，课题组还用到了团队资源管理器这一辅助工具。
团队资源管理工具（TeamFoundationServer）是一个软件开发的工作流协作的引擎，它允许一个团队使用他们自定义的流程。
使用团队资源管理工具能够帮助课题组完成以下工作：
①提供基于SharePoint文档共享和管理工具，从而提高了团队的沟通效率。
②制定并安排项目进度，并实时跟踪工作状态。
③提供源代码版本控制功能，按照团队角色和用户签出、签入、合并开发的源代码文件，实现团队开发工作方式。
2系统分析
2.1系统总体需求
2.1.1系统中的角色
实践教学管理系统的角色是为所有该系统的用户创建的，一个用户可以属于多个角色，每个角色在系统中实现的功能也是不尽相同的。
实践教学管理系统的角色以及职责表述信息如下：
表21系统角色与职责描述
角色名称
职责描述
学生
查看自己的实验任务
教师
提交实验计划，完成实验教学任务
实验室管理员
管理本实验室的实验安排、实验设备
实验室主任
管理下属子实验室的实验运行情况、设备使用情况
院教务
整体把握本学院的实践教学情况（课内实验、毕业设计（论文））
教务处
整体把握管理全校实践教学
教研室（系）主任
管理本教研室（系）的实践教学
院设备秘书
管理本学院设备使用
2.1.2系统功能概述
通过课内实验教学管理信息系统教务处可以总体、时时地把握实践教学的进展情况，包括教师实验任务的完成情况、实验室设备的运行情况、实验项目的开设情况等等，及时的调整和解决实验教学管理中的资源分配情况，保证实验教学管理的顺利进行；教师可以通过课内实验教学管理系统预约自己本学期的实验教学任务，轻松完成、查询自己实验任务的安排；实验室管理员、实验主任可以通过该系统方便快捷的安排处理预约在本实验室的实验安排和轻松完成本实验室的设备和开设实验项目的管理。
总之课内实验教学管理系统将会跟课内实验教学管理工作带来巨大的便利，将实现课内实验教学管理信息化。
课内实验教学的整个业务流程如下图所示：
图21课内实验教学管理业务流程图
2.2课内实验教学管理业务分析
原课内实验教学的整个流程是：
实验室根据实验教学大纲的要求开设相关实验项目（在这里实验教学大纲仅仅起到一个参考作用），教师根据本学期自己的实验教学任务向教务处提交本学期的实验教学计划，并到相关实验室与实验室管理员协商实验时间，调整冲突时间，确定实验时间，经过实验室管理员和实验室主任审核通过，然后通知学生在约定好的时间进行实验。
学期结束教务处将统计教师的实验任务完成情况和核算教师的工作量以及设备使用情况。
下面是课内实验教学的原业务流程图：
图22原课内实验教学的工作流程
2.3课内实验教学管理业务流程重组
通过业务流程分析，发现本来应该在实验教学中起主导作用的《实验教学大纲》仅仅是一个参考资料，这一点从管理上来说是不合理的，《实验教学大纲》应该是整个实验教学的中心，所有的实验教学都应该根据相应课程的《实验教学大纲》来执行。
考虑以上的因素，经过充分讨论，最后对课内实验的业务流程重新进行了规划和重组，重组后的业务流程是：
教务处严格制定实验课程的《实验教学大纲》，并将该课程需要完成的实验项目分配到可以开设这些实验项目的实验室中去。
实验室根据教务处分配下来的实验项目准备实验设备，接受教师的实验预约。
其它的流程和原来的一样。
下面是重组以后的课内实验教学的业务流程图：
图23重组后的课内实验教学的工作流程
2.4需求功能点
经过充分的需求调研和业务流程重组，需求基本稳定，也形成较为稳定的系统功能性需求，课内实验教学管理系统的需求功能点如下：
表22课内实验教学管理系统的需求功能点
功能类别
功能名称、标识符
描述
实验大纲管理
FunctionA.1
教务处可以登记、修改实验教学大纲
FunctionA.2
教务处可以登记、修改实验项目
FunctionA.3
教务处可以给子实验室分配需要开设的实验项目
FunctionA.4
实验室管理员为分配到本子实验室的项目分配实验设备及所需设备数量
FunctionA.5
所有系统用户可以查阅与自己教学相关的实验教学大纲及实验项目
实验设备管理
FunctionB.1
学院设备秘书可以登记、修改本学院的设备基本信息
FunctionB.2
学院设备秘书可以分配本学院的设备给子实验室
FunctionB.3
实验室管理员可以按照本实验室要求将分配来的实验设备归类
FunctionB.4
教务处可以新增、修改、删除自己实验室的设备类别
FunctionB.5
实验室管理员可以提交自己所管子实验室的设备状态修改申请到学院设备秘书
FunctionB.6
学院设备秘书可以修改实验设备状态
实验室管理
FunctionC.1
教务处可以创建中心实验室
FunctionC.2
教务处可以为中心实验室创建子实验室
FunctionC.3
教务处可以为中心实验室安排主任、副主任
FunctionC.4
教务处可以为子实验室安排实验室管理员
FunctionC.5
教务处可以启用/停用实验室
FunctionC.6
教务处可以删除中心实验室/子实验室
实验预约管理
FunctionD.1
教师可以取消因实验教学而冲掉的理论教学课时
FunctionD.2
教师可以恢复已取消的理论教学课时
FunctionD.3
教师可以查看的实验教学任务书、课表信息、需要执行的实验安排以及预约及调该审核以后的反馈信息
FunctionD.4
教师可以通过自己的实验教学任务预约实验
FunctionD.5
系统能够自动调出教师预约实验任务中需要完成的实验项目
FunctionD.5
系统能够自动调出教师预约实验项目所开设的实验室
FunctionD.6
系统能够自动提示教师所预约的实验项目应该完成的实验学生人数、已完成实验学生的人数、已预约未审核通过的实验学生人数、建议教师预约的最大实验学生人数
FunctionD.7
系统可以检测教师预约实验时间是否与其他教师预约的时间冲突
FunctionD.8
在教师预约申请未进入审核程序以前教师可以修改预约及调课申请
FunctionD.9
实验室管理员预审预约在本实验室的实验预约及调课申请
FunctionD.10
实验室主任终审实验室管理员审核过的实验预约申请，二审调课申请
FunctionD.11
系统可以对于审核通过的实验预约及调课申请按照预约及调课申请的人数自动通知同学
FunctionD.12
教务处终审实验调课申请
FunctionD.13
在实验室主任没有对预约及调课申请进行审核之前，实验室管理员可以对自己已审核的实验预约及调课申请的审核结果进行修改
FunctionD.14
在教务处没有对调课申请进行审核之前，实验室主任可以对自己已审的实验调课申请的审核结果进行修改
FunctionD.15
教师可以对审核通过的实验安排提出调课申请
FunctionD.16
系统在学期结束时可以统计出教师应完成的实验学时、实际完成的实验学时，可以检测出两个实践不一致的情况并进行汇总
2.5系统用例分析
2.5.1实验教学大纲管理用例分析
（1）用例图
图24实验大纲管理用例图
（2）用例表述
表23登记实验教学大纲用例描述
UseCase：
登记实验教学大纲
ID:
01
Actors:
教务处
Preconditions:
1教务处教师成功进入实验教学管理信息系统
Flowofevents:
1教务处教师输入教工号和密码，系统验证教工号和密码；
1.1验证通过，教务处教师进入实验教学管理信息系统；
1.2否则，终止本用例；
2教务处教师进入实验教学大纲管理主页，然后选择登记实验教学大纲页面
2.1教务处登记实验教学大纲，包含实验项目（一门课程只允许有一份实验教学大纲，登记实验项目的时候实验每组人数需要精确填写，用以满足统计设备繁忙程度需要）；
Postconditions:
1系统成功记录登记实验教学大纲后的数据；
2如果上述任何一个步骤出现错误，
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