基于B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計研究

米雁

摘 要：近幾年來，信息技術(shù)的發(fā)展推動了實驗室模式的改革，基于B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室在教育領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，極大改善了當(dāng)前高校在實驗教學(xué)過程中面臨的困境。文章便對基于B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的特點進行分析，并對該類型的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計方案進行了深入的研究。

關(guān)鍵詞：B/S結(jié)構(gòu)；虛擬實驗室；數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

中圖分類號：TP311.52 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）36-0090-02

引言

隨著教育領(lǐng)域改革浪潮的不斷深入，高校自身所具備的實驗設(shè)施已經(jīng)無法滿足學(xué)生實踐能力與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而以計算機為代表的信息技術(shù)的大量涌現(xiàn)，為高校的實驗教學(xué)帶來了全新的契機，虛擬實驗室的創(chuàng)建豐富了高校的教學(xué)資源，實現(xiàn)了資源的共享與交互，突破了時間與空間上的限制。但是，隨著虛擬實驗室數(shù)據(jù)的不斷累積，如何對這些龐大的數(shù)據(jù)內(nèi)容進行科學(xué)的保管與管理也已成為高校急需解決的問題。從結(jié)構(gòu)上來說，虛擬實驗室主要分為C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)，由于C/S結(jié)構(gòu)的成本較高，并且兼容性與靈活性較差，這也使C/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室逐漸被B/S結(jié)構(gòu)所取代。為此，以下便對B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的特點及設(shè)計進行深入的研究。

1 B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的特點

B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)相比于C/S結(jié)構(gòu)來說具備以下特點，首先，B/S結(jié)構(gòu)具體經(jīng)濟性與便捷性的特點，在B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，只需要安裝瀏覽器就能夠?qū)?shù)據(jù)進行高效的管理，并且對數(shù)據(jù)的維護與更新也較為方便。其次，B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具備開放性的特點，用戶只需要利用瀏覽器就能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的訪問與操作，并且能夠突破時間與空間的約束，使用戶能夠隨時隨地的對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分類、篩選等操作，并且還能夠依靠這些數(shù)據(jù)來進行實驗。再次，B/S結(jié)構(gòu)具備良好的擴展性，該數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)能夠進行任意擴展，它能夠從單臺服務(wù)器擴展成由多臺服務(wù)器構(gòu)成的大型數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，從而增強系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的存儲能力與處理能力。最后，B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)具備較高的靈活性，該系統(tǒng)能夠借助于互聯(lián)網(wǎng)來對數(shù)據(jù)進行處理、發(fā)布與傳輸，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實時共享，有效解決了數(shù)據(jù)管理過程中產(chǎn)生大量不規(guī)則信息的問題。

2 基于B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計方案研究

2.1 虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)從功能上進行分解可以分為四個層面，分別是表示層、數(shù)據(jù)層、功能層與網(wǎng)絡(luò)層，每個層面都是相互獨立且存在密切聯(lián)系的。表示層能夠?qū)⑾到y(tǒng)中的數(shù)據(jù)通過接口顯示到屏幕中，并且用戶還能夠通過鍵盤來對數(shù)據(jù)進行錄入，它是實現(xiàn)人機數(shù)據(jù)交互的主要平臺。數(shù)據(jù)層是數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的核心部分，它能夠?qū)?shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行存儲、讀取與管理等工作，還能對數(shù)據(jù)的完整性、安全性與一致性進行訪問，并且能夠?qū)?shù)據(jù)進行實時的更新與檢索。功能層主要用于數(shù)據(jù)的處理服務(wù)，它是由大量的應(yīng)用程序組成的，這些程序能夠根據(jù)用戶要求來對數(shù)據(jù)進行處理，并能夠?qū)?shù)據(jù)處理結(jié)果生成相應(yīng)的頁面反饋給用戶，可以說，功能層是連接表示層與數(shù)據(jù)層之間的紐帶。網(wǎng)絡(luò)層主要是以當(dāng)前主要采用的www技術(shù)來構(gòu)成的，它內(nèi)部包含通信協(xié)議及規(guī)范，如TCP/IP協(xié)議、HTTP協(xié)議等，網(wǎng)絡(luò)層能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸與共享功能，此外用戶還能夠通過網(wǎng)絡(luò)層來對數(shù)據(jù)進行篩選與獲取。

2.2 虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計

用戶能夠通過虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)來進行遠程實驗與本地實驗，該數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)是通過網(wǎng)絡(luò)將實驗用戶、數(shù)據(jù)及實驗室聯(lián)系起來，從而形成一個具備開放性、共享性特征的虛擬實驗環(huán)境，用戶能夠通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)來獲取數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)來進行實驗操作，從而實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高效利用。因此，為了使大量用戶能夠通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)來獲取數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)的通暢性是必不可少的，應(yīng)確保網(wǎng)絡(luò)環(huán)境能夠始終保持通暢，這樣能夠使不同的用戶借助于網(wǎng)絡(luò)來獲取數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的線路應(yīng)采用光纖線，交換機應(yīng)為千兆以上。

2.3 虛擬器件建模的設(shè)計

基于B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在虛擬器件建模上可采用兩種方法，分別是正向操作建模與逆向操作建模，正向操作建模是依據(jù)虛擬器件中的數(shù)理邏輯屬性來進行模型構(gòu)建的。逆向操作建模則是依據(jù)器件自身的輸出輸入接口中的數(shù)據(jù)，采用推理的方法來進行模型構(gòu)建的。對虛擬器件的設(shè)計方法應(yīng)根據(jù)虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的管理需要進行選擇。應(yīng)確保虛擬器件建模后應(yīng)具備占用空間小、良好的交互性、形象逼真、較強的封裝性與可利用性。

2.4 虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的構(gòu)成及功能

虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的構(gòu)成主要包括用戶管理、儀器設(shè)備管理、資源交流與實驗教學(xué)管理。用戶管理是系統(tǒng)對使用用戶的個人信息及相關(guān)權(quán)限信息等數(shù)據(jù)進行管理。儀器設(shè)備管理是對實驗過程中的設(shè)備與虛擬元器件的設(shè)備參數(shù)、實驗參數(shù)、輸出圖形信息等進行新建、管理與維護。資源交流是將系統(tǒng)中師生間的交流信息、經(jīng)驗、收獲、問題等相關(guān)數(shù)據(jù)反饋給不同的用戶，以此提高教學(xué)質(zhì)量。實驗教學(xué)管理是對用戶在實驗前、實驗中、實驗后的全過程數(shù)據(jù)進行管理，以供學(xué)生對實驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行查詢、接受數(shù)據(jù)指導(dǎo)來選擇與開展實驗等操作，教師則能夠根據(jù)實驗教學(xué)管理中的相關(guān)數(shù)據(jù)來進行實驗的發(fā)布、新建、布置、評價等操作。

2.5 虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的軟件編程設(shè)計

虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的難點在于軟件編程部分，對軟件的編程設(shè)計通常需要采取以下技術(shù)：其一是Java技術(shù)，該技術(shù)操作簡單，并且是一種具備可移植性、多線程等優(yōu)勢的動態(tài)語言，采用該語言來進行編程能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最大化利用，并且由Java技術(shù)設(shè)計的應(yīng)用程序不會受到環(huán)境與CPU的限制。除此之外，Java技術(shù)包含大量的類庫，設(shè)計人員可以通過這些類庫來非常方便的對虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)進行構(gòu)建。其二是VRML技術(shù)，該技術(shù)能夠?qū)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行形象化描述，從而將這些數(shù)據(jù)通過三維物體或行為來表現(xiàn)出來，進而增強用戶與數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的交互性。其三是ActiveX控制技術(shù)，該技術(shù)能夠通過ActiveX控件來實現(xiàn)用戶利用數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，并借助于網(wǎng)絡(luò)來對數(shù)據(jù)進行篩選與獲取，此外，它還能夠?qū)崿F(xiàn)對同一數(shù)據(jù)在多個實驗環(huán)境中進行重復(fù)使用。其四是LabVIEW技術(shù)，該技術(shù)屬于圖形化編程語言，采用該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集及對系統(tǒng)中各種儀器的控制功能。

3 結(jié)束語

基于B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)能夠顯著提高高校對數(shù)據(jù)的利用效率，強化高校對數(shù)據(jù)的管理能力，這也使其在教育領(lǐng)域中具有廣闊的發(fā)展空間，彌補了傳統(tǒng)實驗室在數(shù)據(jù)管理過程中存在的不足。當(dāng)然，該系統(tǒng)在教學(xué)效果上仍舊有待進一步的提高，例如教師和學(xué)生的互動方面、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境要求方面等。但該系統(tǒng)卻突破了時間與空間上的限制，降低了管理成本，改變了傳統(tǒng)的實驗室模式。相信隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，基于B/S結(jié)構(gòu)的虛擬實驗室數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)必將得到不斷完善與加強。

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