基于C/S模式的机房实验教学系统设计与实现

　　中图分类号：TP311 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2014）08-73-03

　　Design and implementation of experiment teaching system of computer room based on C/S model

　　Wang Yan， Tan Xinliang， He Jianxin

　　（Department of Information Science and Engineering， Hunan City University， Yiyang， Hunan 413000， China）

　　Abstract： Focusing on the issue that the experiment teaching in computer room is difficult to manage and organize， an experimental teaching management system is designed and implemented in this paper. The C/S model and VC6.0 are utilized in this system， whose database is SQL Server 2000. The system successfully solves some technical problems， such as multimedia file sharing based on database， electronic attendance time determination， screen sharing flexible setting etc. The practical application shows that the system has reasonable performance， and stable function， and it is helpful to improve the quality of lab experimental teaching.

　　Key words： experimental teaching system； C/S model； SQL Server； multimedia file sharing； electronic attendance； screen sharing

　　0 引言

　　高校招生规模的不断扩大使计算机实验室实验教学活动不断面临新的问题和挑战，主要表现在大班教学、参差不齐的学生基础以及缺乏新的有效的机房实验教学技术手段[1]。机房实验教学受到这些不利因素的影响和制约，教学质量和教学效果的提升遭遇了瓶颈。教师面对庞大的学生群体，既要充当课堂纪律的维护者和管理者，又要充当实验教学的组织者和学生的辅导者，而缺乏高效的新型实验教学平台的支持，往往疲于奔命。学生在实验过程中，当碰到难于解决的问题时，很难在第一时间得到来自教师或者其他同学的帮助；当解决了某个问题时，学生也难于及时获得来自教师的关于解决方案优劣、实验结果对错等相关反馈评价。学生在实验过程中，由于缺乏自觉性和自我控制能力，往往会进行网络聊天、打游戏、看电影等与当前实验无关的活动，也难于及时被教师发现而得到提醒[2]。长此以往，教师和学生的积极性都必然受挫。因此，如何改革计算机实验室实验教学模式，探索和创造新的实验教学技术和手段，切实提高实验教学的质量与效率，成为高校实验教师和相关计算机工作者迫切需要面对的课题。

　　事实上，高校机房实验教学改革正如火如荼。众多的高校教师已纷纷展开机房实验教学改革研究与实践活动，而不少的研究者和公司研发了用于机房实验教学的软件系统[3，4]。本文针对机房实验教学的现状，结合现存机房实验教学系统的优缺点，基于C/S模式、自定义应用层网络协议[5]、网络数据库访问技术、套接字网络通信技术，设计和实现了一个机房实验教学管理系统。该系统采用Visual C++6.0作为开发工具，后台数据库使用SQL Server 2000实现。

　　1 系统设计

　　1.1 系统架构设计

　　机房实验教学系统的总体框架结构可划分为后台网络数据库、教师端软件和学生端软件三部分，这三者通过局域网联系在一起。后台网络数据库采用 SQL Server 2000，运行在Windows Server 2003等服务器版操作系统上。教师端软件运行在教师机上，学生端软件则运行在学生机上，教师端软件与学生端软件之间、运行于不同学生机的学生端软件之间通过Socket进行网络通信，两者均采用ADO（Active Data Object，活动数据对象）技术访问后台数据库。系统整体架构如图1所示。

　　实际上，在高校计算机实验室中，学生机数目从数十台至数百台不等，为了减低系统架构图的复杂性，图1中仅列出了两台学生机。

　　1.2 系统功能设计

　　如前所示，机房实验教学系统划分为后台数据库、教师端软件、学生端软件三部分。教师通过教师端软件设置机房实验教学任务，上传多媒体教学资料，对学生基本信息进行增删查改操作，查看学生签到、签离等考勤信息，实时查看并批阅学生实验作答情况，通过屏幕组播的方式向学生机广播教师机屏幕，方便学生观看教师的演示操作与讲解，通过在线讨论室与学生交流，并可允许或禁止学生发言，还可对学生机进行远程控制和设置，如同步设置学生机系统时间、远程关闭学生电脑等等。学生通过学生端软件登录系统后，可以进行签到、签离等操作，可以查看机房实验教学任务并作答，可以查看参考答案、参考解题过程、系统自动判卷以及教师手动判卷结果，并可下载多媒体教学资料进行自学，可接收教师机屏幕画面并显示，以观看教师演示操作和讲解，可通过文字与教师和学生在线交流和讨论，修改自己的登录口令。 　　1.3 数据库设计

　　机房实验教学系统的后台数据库主要包括8张表：①教师信息表（工号、姓名、口令、性别、院系编号、教研室编号等）；②在线教师信息表（工号、姓名、开始上课时间、教师机系统实时时间）；③学生基本信息表（学号、姓名、口令、班号、性别、电子照片等）；④学生实验记录表（实验任务编号、实验项目编号、教师工号、学号、主机名、IP地址、签到时间、签离时间、实验成绩、考勤状态、备注等）；⑤实验任务信息表（实验任务编号、实验任务名称、实验指导教师工号、实验班级班号、当前实验任务标志等）；⑥实验项目信息表（项目编号、所属实验任务编号、指导教师工号、实验项目名称、实验目的、实验课时、实验性质、实验环境、当前实验项目标志等）；⑦实验题目信息表（实验任务编号、实验项目编号、授课教师工号、题号、题目内容、参考答案、答案公开标志、参考解答过程、解答过程公开标志、多媒体教学文件、多媒体教学文件类型、多媒体教学文件公开标志、自动判卷标志）；⑧学生实验作答信息表（实验任务编号、实验项目编号、指导教师工号、题号、学生学号、学生答案、学生解题过程说明、首次提交时间、最后提交时间、提交时间、教师判卷结果、教师评语、教师评卷信息公开标志等）。

　　2 系统实现的关键技术

　　由于本系统开发所采用的socket通信技术、应用层自定义协议、ADO数据库访问技术均是非常成熟、流行的技术，在此不再赘述。下面，主要介绍系统实现中涉及的多媒体数据的存储、电子考勤、局域网屏幕共享方案等关键技术。

　　2.1 多媒体数据的存储与共享技术

　　机房实验教学系统中，牵涉到种类丰富的多媒体数据。为了更好地鉴别学生身份并加强监督，在后台SQL Server数据库中保存了学生的电子照片，在学生登录系统后，在学生端软件的主界面上将一直显示该生照片。在教师通过教师端软件对实验题目的具体内容进行设置时，允许教师上传有关的多媒体辅导教学文件，譬如演示文稿、图片文件、音频文件、视频文件等等，并允许教师在恰当时机进行设置，便于学生通过学生端软件下载文件并自由学习。

　　对于这些多媒体文件可仅在数据库中保存它们的存放路径，文件本身储存在操作系统指定路径的指定文件夹中。不过，当多媒体文件很多时，这种管理很不方便，尤其是在机房实验教学系统的实际运行环境中，不通过数据库服务器共享这些资源，寻求其他途径在教师机和学生机之间共享和传输资源，将大大增加系统设计与实现的复杂度和工作量。

　　实际上，SQL Server 2000中提供的image数据类型能够使问题迎刃而解。不少文献[6-7]指出image字段可存放图像数据，并介绍了具体方法。其实，image字段可存放任意的多媒体文件。为了便于image字段内容的理解和便捷处理，还应设置字段指明image字段所存储内容对应的文件类型。

　　现假设对于1.3节所述的数据库中的实验题目信息表，多媒体教学文件字段命名为HintFile，多媒体教学文件类型字段命名为HintFileType，现欲将C盘根目录下的1.mp3文件上传至数据库的实验题目信息表中。在VC6.0中利用ADO的_Connection对象已建立与后台数据库的连接，_RecordSet对象已打开实验题目信息表，则利用_StreamPtr接口上传文件的核心代码如下：

　　CString HintFileName=”C：＼＼1.mp3”；

　　CString HintFileSuffix=” mp3”；

　　m_pRecordset->AddNew（）； //添加新行

　　_StreamPtr pStm；

　　pStm.CreateInstance（ "ADODB.Stream"）；

　　variant_t varOptional（DISP_E_PARAMNOTFOUND，VT_ERROR）；

　　pStm->PutType（adTypeBinary）；

　　pStm->Open（ varOptional， adModeUnknown，

　　adOpenStreamUnspecified， _bstr_t（）， _bstr_t（））；

　　pStm->LoadFromFile（（_bstr_t）HintFileName）； //读入文件

　　variant_t varBLOB=pStm->Read（adReadAll）；

　　pStm->Close（）；

　　pStm.Release（）；

　　m_pRecordset->GetFields（）->GetItem（"HintFile"）->Value

　　=varBLOB；

　　m_pRecordset->GetFields（）->GetItem（"HintFileType"）->Value

　　=（_bstr_t）HintFileSuffix；

　　m_pRecordset->Update（）；

　　教师上传多媒体教学文件至后台数据库之后，根据实验教学实际需要，可在实验过程中的恰当时机通过教师端软件设置该多媒体文件为公开状态。学生通过学生端软件即可查询到该多媒体文件已公开，可通过_StreamPtr接口下载。需要注意的是，学生端软件将数据库中多媒体文件下载并保存为本地磁盘文件时，文件扩展名由该文件对应的HintFileType字段的值指定。

　　2.2 电子考勤的实现

　　机房实验教学系统提供了较为完善的电子考勤功能。学生登录系统后，可进行电子签到，即将签到时间写入后台数据库学生实验记录表的签到时间字段中。学生结束实验后，可进行电子签离，即将签离时间写入后台数据库学生实验记录表的签离时间字段中。此外，系统还允许学生查看自己本实验课程的所有考勤信息，教师能查看所有学生的考勤信息并导出。 　　签到时间和签离时间是决定学生某次实验课考勤结果为迟到、早退、旷课还是正常的关键因素。在局域网环境中，签到和签离时间如何确定至关重要。若学生孙某在实验课开始10分钟后进入机房，篡改学生机上的系统时间，启动学生端软件，进行电子签到操作，若此时简单地将学生机系统时间作为学生的签到时间写入数据库，显然将使得考勤结果丧失客观性。由此可见，为使电子考勤机制无懈可击，应将教师机的系统时间作为学生进行考勤操作的时间。

　　学生签到的整个工作流程可描述如下：

　　⑴ 学生登录学生端软件，点击“签到”按钮；

　　⑵ 学生端软件利用socket向教师端软件发送时间同步请求；

　　⑶ 教师端软件收到请求，获取系统时间，将该时间转化为字符串，通过socket回送给学生端软件；

　　⑷ 学生端软件收到教师机发送的系统时间，将该时间值作为自己的签到时间写入数据库；

　　⑸ 禁用“签到“按钮，提示学生签到成功。

　　教师端软件获取系统时间并转化为字符串的代码如下：

　　SYSTEMTIME locTm；

　　GetLocalTime（&locTm）； //获取系统时间

　　CString st；

　　st.Format（"%d-%d-%d %d：%d：%d"，（int）locTm.wYear，

　　locTm.wMonth，locTm.wDay，locTm.wHour，locTm.wMinute，

　　locTm.wSecond）； //转为为字符串

　　2.3 局域网屏幕共享方案

　　本文所采用的局域网屏幕共享方案是在文献[8]的基础上改进得到的。文献[8]采用套接字广播的方式实现屏幕共享，本文则采取组播的方式实现屏幕共享。教师端软件按指定时间间隔定时抓取本机屏幕图像，形成位图数据流，采用GDI+压缩为JPEG文件，然后采用套接字组播图像数据。学生端软件创建套接字，加入多播组，接收图像数据后在本机显示，从而实现屏幕共享。

　　为适应不同的软硬件和网络环境，教师端软件允许教师对屏幕广播的抓屏时间间隔、屏幕压缩的质量等参数进行设置，并将用户的这些设置保存在ini配置文件中，以便软件下次启动后能根据历史设置数据自动进行配置。屏幕广播参数设置的界面如图3所示。

　　3 结束语

　　结合高校机房实验教学管理的现状，利用Visual C++6.0作为开发工具、SQL Server 2000为后台数据库平台，本文设计和实现了一个基于C/S模式的机房实验教学管理系统，实现了各项功能。该系统已在我校推广，应用到各专业的机房实验教学的实践中，反响良好。实践证明，该系统结构简单合理，界面友好，功能丰富，性能稳定可靠。该系统适应了新形势下高校机房实验教学的实际需要，为实验教学质量的切实提高提供了坚实的技术保障，并将必然促进我校实验教学改革的健康发展。

　　本文实现的机房实验教学系统还有进一步拓展和完善的空间。教师与学生之间、学生与学生之间更好的交互方式的支撑技术，协作学习方式的系统支持，实验学习竞赛平台的开发与集成，结合具体课程特点的实验作答自动判卷技术等，将是我们进一步研究和设计的重点。

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