基于实验项目的开放创新型实验管理系统探究

孙天昊， 杨梦宁， 王 茜， 朱征宇， 黄 仁

(重庆大学 a.计算机学院; b.软件学院，重庆 400044)



基于实验项目的开放创新型实验管理系统探究

孙天昊a， 杨梦宁b， 王 茜a， 朱征宇a， 黄 仁a

(重庆大学 a.计算机学院; b.软件学院，重庆 400044)

针对目前传统的人工实验管理方式改革，结合开放创新型实验教学体系建设，从开放式创新型人才的培养目标和实验的信息化精确管理需求出发,特别是“第二课堂”中的开放式、创新型实验，实现了一套基于实验项目的开放创新型实验管理系统，包括实验课排课，实验课预约，实验课成绩管理等系统核心功能。目前该系统已投入使用，并取得良好效果，为实验教学和学生素质培养提供平台支撑。

开放式实验； 创新型实验； 实验管理系统； 实验项目

0 引 言

实验、实践教学是培养学生创新精神和实践能力重要的教学环节，是培养学生应用实践能力的重要手段，是实现人才培养目标的有效途径和重要保证。如何提高实验教学质量，强化学生实践能力和创新能力培养，培养能够适应经济社会发展需要的高水平人才，成为各校必须研究和重视的课题。为了确保实验教学的质量，需要从开放式创新型人才的培养需要和实验教学的信息化精确管理需求这两个方面对目前实验管理体系进行研究，从而实现基于实验项目的开放创新型实验管理系统。

(1) 开放式创新型人才的培养需要。文献[1]从实验课程体系构建、实验项目设置、内容编排、实验课外活动安排等方面阐述了对实验教学适应学生自主选择需求的具体改革思路。文献[2]提出应该建立突出实践能力培养的实验教学体系,并且实验教学体系应体现实验教学和理论教学并重的思想，需要进行实验室开放，开展网上实验教学活动[3]。文献[4]提出了一种基于“关节点”课程的实践教学体系，并构建以“云计算平台”为基础的高性能实验教学平台。文献[5]指出创新实验教学体系的实施不仅催生了大量学生创新成果，而且营造了优良的科研与创新实践氛围。文献[6]提出一个以开放实验项目库建设为中心,围绕项目提出、项目选择、项目实施和项目评价4个环节构成的项目管理环形结构。文献[7]构建“多层次、模块化、开放式”法学实验教学体系。

(2) 实验教学的信息化精确管理本身的需求。高校实验室信息化管理建设旨在实现实验室管理的规范化、流程化和信息化，提高实验室的教学质量、管理水平和服务水平，为实验室主管部门的宏观管理和科学决策提供依据，为实验室的自身发展提供有利契机，为实验室全面信息化提供有力保障。文献[8]指出需要全面推进实验室管理信息化建设。

在实验管理系统的实现技术和方式上目前大家都偏向于基于Web的方式[9-16]。文献[9]实现了基于Web的实验网上选课系统。文献[10]利用SSH框架开发实验管理系统。文献[11]研究基于PHP+MYSQL技术的实验排课系统。文献[12]设计了一种基于Web 的分层次实验管理平台。文献[13]设计并实现了基于ASP .NET 技术上的开放实验管理系统。文献[14]设计与实现了基于B/S的实验管理系统,文献[15]设计与实现的开放式实验室管理系统。文献[16]开发与应用了实验室综合管理系统。

基于开放式创新型人才的培养需要和实验教学的信息化精确管理需求这两个方面，我校正在形成一套完整的开放创新型实验教学体系，我们研究和实现了一套与之匹配的基于实验项目的开放创新型实验管理系统，目前该系统已投入实际应用，见重庆大学实验教学管理系统(http://222.198.128.87)。系统为一个基于JavaEE的Web应用系统，系统中教务处，实验中心，老师和学生都可以根据已赋予的权限对实验教学信息进行方便的管理和查询，具体实验教学信息包括实验课程，实验项目，教学班级，人数，指导老师，值班老师，时间和地点等。该系统在我校的实验教学中起到很好的作用，改变了传统的实验教学管理方式和极大的提高了工作效率，方便了老师和学生的实验教学，满足了开放式创新型人才的培养需要和实验教学的信息化精确管理需求。

1 开放创新型实验管理体系的研究

开放性实验是对传统实验教学体系的一次改革，使得高校的实验教学体系从课堂内转到了课堂外，也就是俗称的“第二课堂”，实验教学不仅仅局限于在集中教学的课堂之上，而且应该是多层次多模式的。

近年来，第二课堂的模式也越来越丰富，传统形式包括兴趣小组、学科竞赛以及学术讲座与研讨，现在又增设了“国家级大学生创新训练项目”、“大学生科研训练计划”以及“产学合作教育”等等，这些创新的大学生实践活动，增加了新的实验教学层次，并且均是着力于“创新”二字，我校的开放创新型实验教学体系的层次结构如表1所示,其中“第一课堂”满足课内实验和课程设计的内容，“第二课堂”满足开放式实验和创新型实验的要求。

表1 开放创新型实验教学体系

围绕“坚持提高教学质量、走内涵发展道路”的总体思路，根据我院正在实施的重庆市重大教改项目“强化课程教学过程和评价，全面提升学生的综合能力”，我院正在形成一整套完整的“第一课堂”实验教学体系。包括制定完善的实验教学规范，课程设计规范，课程实践项目规范。其中课程实践项目是这次改革的一个亮点，我们将在讲授每门课程的同时，同步推进课程实践项目，该项目是一个更为综合性的能够贯穿课堂多个理论知识点的实验内容。以“计算机网络”课程为例，制定了4个课程实践项目，分别是消息封/解装仿真系统的设计与实现，滑动窗口协议模拟,以太网CSMA/CD协议仿真系统的设计与实现和路由分组转发仿真系统的设计与实现。通过“第一课堂”多个层次的实验教学体系能够锻炼学生对理论知识的掌握和实际动手能力的培养。

“第二课堂”的实验体系也正在形成和逐渐完善中，具体包括“国家大学生创新训练项目”(已进行至第7届)，“大学生创新性实验计划”(SRTP，已进行至第5届)，重庆大学大学生创新班级和创新团队(已进行至第3届), 和各级别学科竞赛。

学校每年组织国家大学生创新训练项目、重庆大学大学生科研训练计划(SRTP)等专项创新实践活动的开展，每年参与学生3 000余人，覆盖全校所有专业每届40%的学生，让学生在大学期间接受了一次项目研究的全过程训练。大学生创新性实验计划的实施，启迪了创新思维，促进了个性化发展，加强了大学生创新实践能力的培养，项目的实施同时促进了实验教学的深化改革。

学科竞赛是培养学生实践能力和创新精神的重要载体，逐渐成为培养高素质应用型人才的重要突破口。参加学科竞赛，可以充分调动学生的主观能动性，鼓励他们动手、创新、协作，积极进取，学以致用。目前我院学生参加的学科竞赛具体有：

(1) 国际级竞赛。国际ACM竞赛，国际数模竞赛，美国大学生数学建模竞赛等；

(2) 国家级竞赛。“挑战杯”全国大学生课外学术科技竞赛，中国大学生计算机设计大赛，全国大学生数学建模竞赛，全国大学生网络商务创新应用大赛，全国大学生电子商务挑战赛，全国大学生电子设计竞赛嵌入式系统专题邀请赛，全国大学生电子设计竞赛信息安全技术专题邀请赛等；

(3) 市级竞赛。重庆市高校数据库应用程序设计大赛，重庆市程序设计大赛, 中国大学生计算机设计大赛重庆市级赛等；

(4) 企业级竞赛。微软创新杯软件设计大赛，淘宝网TOP应用设计大赛，安利杯全国大学生计算机作品赛等；

(5) 校级竞赛。重庆大学计算机设计大赛，重庆大学程序设计大赛等。

学校每年组织开展全国大学生数学建模竞赛、全国大学生电子设计竞赛、全国大学生英语竞赛等20余项学科竞赛，每年参与学生超过6 000人次，覆盖全校所有专业。各个级别的学科竞赛为优秀学生提供了广阔的天地，正成为培养创新型人才的重要突破口，是开放创新型实验体系的一个重要部分。

2 开放创新型实验管理系统的实现

根据实际基于实验项目的开放创新型实验管理需求，设计和实现了开放创新型实验管理系统，主要实现对“第一课堂”的实验教学，课程设计，课程实践项目和“第二课堂”的开放式实验，创新型实验的管理，并提供给教务处实践教学科，实验室管理人员，实验室人员，任课老师，学生等角色进行使用。

2.1 整体流程

实验教学包括教学计划阶段，教学运行阶段和教学工作管理阶段。教学计划阶段包括课程体系，培养方案和开课计划，这三个环节对应的工作实验教学只是参与，不存在属于这三个环节但需要实验教学系统功能支持的业务；教学运行阶段包括：教学任务，教学执行任务，任务分配，课程安排(排课和预约)，调课，考勤和实验成绩；教学工作管理阶段完成需要实践教学科完成的工作，包括经费核算，报表和相关指标统计分析(实验教学状态)。实验教学主要由教务处实践教学科负责。

图1 实践教学管理流程图

2.2 系统功能

在理论课和部分实验课已经安排的情况下，将未安排的实验课程任务分配到实验中心，实验中心提供实验二次排课(自动寻找学生、教师和实验室共同空闲时间)和学生自由预约实验的功能，同时支持实验成绩管理、数据报表等功能要求。

具体功能包括：系统管理，基础信息，任务管理，实验课排课，实验课预约，实验课成绩，进度监控，统计查询，数据报表和数据共享等10个功能模块。

图2 系统功能结构图

(1) 系统管理。管理整个系统的用户和权限信息。包括角色管理，权限管理，组织机构，用户管理，系统设置和系统日志。

(2) 基础信息。统一管理系统中使用的系统级元数据，可以根据实际业务的变化发生改变。包括：实验中心，实验室，实验课程，实验项目，实验人员，学院专业，学生信息，教师信息。

(3) 任务管理。管理学生完成选课后生成的教学计划任务。包括：执行任务，任务分配和任务查询。

(4) 实验课排课。依据学生，教师和实验室的公共空闲时间，以课程教学班为单位安排课程的实验项目任务，同时可实现分组分项目的实验课排课。其中公共空闲时间，教学班人数和实验室容量是实验课排课的关键要素。包括：单个、多个群体的空闲时间查询(教学班，行政班，学生)、整班排课，合班排课，拆班排课(手动拆班和自动拆班)。

(5) 实验课预约。实验中心设置实验课程是否开放预约并设置实验室开放时间，学生根据自己的课表安排自己的实验课上课时间，管理员可以根据实际情况调整最终的预约结果。包括预约课程设置，实验室设置，学生预约，预约结果调整。

(6) 实验课成绩。管理学生实验课成绩。实验课成绩由课程的实验项目成绩构成，但不同课程的成绩构成规则不一样。包括实验成绩构成规则管理，实验成绩管理和实验成绩查询。

(7) 进度监控。监控实验教学管理中相关事务的进度，是管理者更直观的关注事务进度，督促事务进展。包括：排课进度监控，预约进度监控，成绩录入监控，未完成实验学习学生的监控。

(8) 统计查询。包括学生空闲时间，教学班空闲时间，老师空闲时间，实验室空闲时间，学生课表，教师课表和实验室课表。

(9) 数据报表。实验教学运行数据报表。包括实验项目表，专业实验人员表，实验室基本情况表，实验室费用情况表。

(10) 数据共享。为学生提供完成的学习课表(理论、实验)，为成绩登载提供准确的学生选课数据。

3 结 语

本文对目前采用的传统人工管理的实验管理体系进行改革，从开放式创新型人才的培养目标和实验教学的信息化精确管理需求两方面研究开放创新型实验管理体系，形成一套较为完善的开放创新型实验管理体系，并设计和实现了一套基于实验项目的开放创新型实验管理系统，为实验教学和学生素质培养提供平台支撑。通过该管理系统能够对实验教学的“第一课堂”和“第二课堂”进行精确地信息化管理，提高工作效率，改善教学效果，促进教学质量，为培养创新型人才提供平台保证。

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Exploration on Open Innovative Experimental Management System Based on Experimental Items

SUNTian-haoa,YANGMeng-ningb,WANGQiana,ZHUZheng-yua,HUANGRena

(a. College of Computer Science; b. School of Software Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China)

Aiming at the present traditional way of artificial experiment management, combining construction of opening and innovative experimental teaching system, based on two aspects of the training objectives of open innovation talents and the accurate information management demand, we research on the opening innovation experiment management system, especially the open, innovative experiment of “second classroom”, implement an experimental item-based opening innovation experiment management system. System core functions include experimental course scheduling, experiment course booking, experimental course score management, etc. This system has been put into use, and achieved good results. This system provides the platform for experiment teaching and the cultivation of students’ quality.

open experiment; innovative experiment; experimental management system; experimental items

2014-10-25

重庆市高等教育教学改革研究重大项目(1201013,1201026);重庆市研究生教育教学改革研究项目(YJG123026);重庆大学教学改革研究项目(2013Y10)资助

孙天昊 ( 1979 -)，男，河南南阳人，博士，讲师，主要研究方向为计算机网络，Web服务。

Tel.：15922967709；E-mail：sthing@cqu.edu.cn

TP 391;G 642.0

A

1006-7167(2015)08-0227-04