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計算機實驗室自主排課系統(tǒng)的設計
計算機實驗室自主排課系統(tǒng)的設計
劉毅，俞炘
�。ńK大學計算機科學與通信工程學院，江蘇鎮(zhèn)江212013）
摘要：本文總結了目前計算機實驗室自主排課系統(tǒng)的主要模式，針對當前各類移動終端的普及，為了進一步提高計算機實驗室的服務水平和管理效率，利用目前最新的跨平臺開發(fā)框架PhoneGap，結合使用HTML5等新技術，設計了一套移動計算機實驗室自主排課系統(tǒng)，實現(xiàn)了計算機實驗室自主排課從PC端到移動端的轉移，系統(tǒng)使用的離線緩存機制，提高了系統(tǒng)的健壯性和用戶體驗。
關鍵詞：實驗室管理；排課系統(tǒng)；跨平臺；PhoneGap；HTML5
基金項目：江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計劃（CXZZ11_0575）；江蘇省自然科學基金（BK20130529）；中國博士后科學基金（2013M541616）
作者簡介：劉毅（1979-），男，江蘇張家港人，碩士，實驗師，研究方向：信息安全、嵌入式系統(tǒng)、人工智能。
一、引言
從運行方式的角度來看，目前高校計算機實驗室的排課系統(tǒng)主要有兩種：一種是將計算機上機課和教室課程混合在一起，由教務系統(tǒng)的排課系統(tǒng)通過智能算法統(tǒng)一來排。這種方式需要教務系統(tǒng)掌握計算機實驗室的詳細情況，包括機器數(shù)、操作系統(tǒng)、軟件等。其優(yōu)點是不需要人干預，完全自動實現(xiàn)排課。其缺點是不容易實現(xiàn)。首先計算機實驗室的操作系統(tǒng)、軟件每隔一段時間可能有更新，需要教務系統(tǒng)能夠及時的同步相關信息，而目前大部分教務系統(tǒng)都是獨立運行的，并沒有與計算機實驗室連接。其次，對于自動排課來說，計算機實驗課不同于普通的教室排課，不僅要保證時間、地點、人數(shù)的統(tǒng)一，而且對于不同課程所使用的軟件也要分別對應，增加了系統(tǒng)自動排課的難度。因此，目前的智能排課系統(tǒng)很難做到能夠完全滿足智能排課需求。第二種是計算機實驗課和教務系統(tǒng)分開排的情況，實驗課的編排由任課教師自主到計算機實驗室預約完成。這種方式的優(yōu)點是技術上比較容易實現(xiàn)，同時對于教師、學生或者機房來說比較靈活。筆者所在的江蘇大學計算中心便是這種方式，因此本文主要討論第二種方式。
從系統(tǒng)實現(xiàn)的架構來看，自主式的計算機實驗室排課系統(tǒng)主要有兩種一種是C/S（Client/Server）架構，另一種是B/S（Browser/Server）架構。C/S架構的優(yōu)點在于事務處理能力強、響應速度快；缺點在于系統(tǒng)部署、維護、升級需要在每臺客戶端進行，增加了難度和成本。B/S架構由于是基于網(wǎng)頁瀏覽模式的，只要有瀏覽器可以上網(wǎng)就可以使用，其優(yōu)點是系統(tǒng)的部署、維護和升級只要在服務器端就可以完成，不需要在客戶端操作。因此對于排課系統(tǒng)這種對實時性要求不高的系統(tǒng)來說，B/S架構比C/S架構具有更大的優(yōu)勢。
現(xiàn)有的排課系統(tǒng)絕大多數(shù)都是用于PC端的，只能運行在PC機上，即使是B/S架構的，通過瀏覽器訪問系統(tǒng)也不能適應移動端如手機、平板電腦的屏幕大小。而隨著無線通信技術及嵌入式技術的發(fā)展，通過智能手機、平板電腦上網(wǎng)越來越成為一種主流的上網(wǎng)方式。開發(fā)移動端的排課系統(tǒng)，讓老師隨時隨地可以預約計算機實驗課，學生可以隨時隨地查詢計算機實驗課表，將大大節(jié)省師生的時間，對于提高計算機實驗管理的效率具有重要的意義。
本文將從上述思想出發(fā)，針對目前計算機實驗排課系統(tǒng)的問題，運用最新的跨平臺開發(fā)技術，設計一套可以在移動端如手機、平板電腦運行的自主排課系統(tǒng)，以進一步提高計算機實驗室的服務水平和管理效率。
二、移動應用開發(fā)
�。ㄒ唬┮苿討瞄_發(fā)簡介
移動應用開發(fā)就是在移動設備（如智能手機、平板電腦等）上開發(fā)應用程序。由于目前不同的移動設備往往基于不同的操作系統(tǒng)平臺，若要讓應用程序在不同的移動設備上運行，就需要分別在相應的平臺上開發(fā)不同版本的程序。目前主要的移動操作系統(tǒng)平臺有：安卓（Android）、iOS、Windows Phone、黑莓（Black-Berry OS）等。在不同平臺上，開發(fā)應用的編程語言或者開發(fā)環(huán)境都是不同的，對于開發(fā)者來說，這無疑大大增加了開發(fā)的難度和維護成本。如下表1是目前最流行的四種操作系統(tǒng)所使用的開發(fā)語言。
�。ǘ┛缙脚_開發(fā)及PhoneGap
一款移動應用軟件為了在不同的移動終端上需要進行多次的開發(fā)，大大增加了開發(fā)、運營、維護的成本。為了解決這一問題，跨平臺開發(fā)技術應運而生。利用跨平臺開發(fā)技術，開發(fā)者只要開發(fā)一次應用便可以讓程序在不同的平臺上運行，開發(fā)者不再需要為不同的移動終端平臺重復開發(fā)，以大大降低開發(fā)成本和難度，縮短開發(fā)周期。根據(jù)實現(xiàn)方式的不同，現(xiàn)有的跨平臺開發(fā)技術主要通過兩種技術來實現(xiàn)，跨平臺運行引擎技術和跨平臺應用編譯技術。跨平臺運行引擎技術主要是通過安裝在目標設備上的引擎來屏蔽終端底層操作系統(tǒng)差異來實現(xiàn)，開發(fā)者開發(fā)應用部署或編譯打包后，用戶下載到目標設備上由引擎解釋執(zhí)行；跨平臺應用編譯技術則通常采用一種標準開發(fā)語言開發(fā)應用，應用開發(fā)完成后由代碼編譯器針對不同目標終端平臺分別進行編譯，生成有針對性的可執(zhí)行程序。
跨平臺開發(fā)技術的優(yōu)越性，也吸引了很多公司來開發(fā)跨平臺開發(fā)工具。根據(jù)VisionMobile 2012年移動開發(fā)者跨平臺開發(fā)工具報告，現(xiàn)有的跨平臺開發(fā)工具包括Flex、Titanium、AppMobi、PhoneGap、Mono-Touch/Droid等，其中被用的最多的是PhoneGap。
PhoneGap是Adobe公司的一款基于WEB的開源跨平臺開發(fā)框架，通過PhoneGap框架提供的API開發(fā)者可以非常方便調用移動設備的核心功能，包括GPS、攝像頭、重力感應、陀螺儀等功能。利用PhoneGap提供的開發(fā)平臺，開發(fā)者使用HTML5、JavaScript和CSS就可以快速開發(fā)出跨平臺的移動應用程序，并發(fā)布到AppleStore、Google Play等各個平臺應用商店。目前PhoneGap已支持幾乎所有主流移動操作系統(tǒng)包括Android、iOS、BlackBerry、WindowsPhone、Symbian等。
PhoneGap是作為一套優(yōu)秀的跨平臺開發(fā)框架，具有如下特點：（1）開源、免費。（2）支持主流多數(shù)移動平臺，支持云端編譯功能編譯成各種平臺下的應用。（3）基于HTML5標準的手機應用框架，支持HTML5、CSS3、JavaScript等Web技術。（4）提供非常豐富的API，它們包括Accelerometer移動感應器、Camera攝像頭、Notification等。（5）提供硬件訪問控制，比起傳統(tǒng)的Web程序，PhoneGap提供了一些列的JavaScript類，可以直接訪問硬件，比如加速、相機、指南針、GPS、文件訪問等。
三、系統(tǒng)設計
（一）系統(tǒng)體系結構及功能
本文設計的跨平臺機房預約系統(tǒng)也是一種基于B/S結構的系統(tǒng)。根據(jù)用戶角色的不同，系統(tǒng)包含了三個主要功能模塊，分別是訪客模塊、教師模塊和管理員模塊，如圖1所示，登錄界面提供不同角色的選擇引導用戶進入相應模塊。下面分別介紹這三大模塊的主要功能。
1.訪客模塊。訪客指的是那些僅僅想查看實驗室排課情況、實驗室公告或者計算機有關信息的人。訪客不用登錄系統(tǒng)，可以查看本學期的實驗室預約情況，實驗室公告（如實驗室否有考試等活動通知），實驗室不同教室計算機的配置、軟件等。訪客的功能方便學生、教師等快速的了解實驗室的狀況。
2.教師模塊。教師模塊主要有五部分功能。①預約機房。教師可以根據(jù)機房狀況（機房是否空閑、機器配置、所裝軟件）和課程情況預約相應機房。②班級管理。教師可以增加刪除自己所帶的班級。③課程管理。教師可以增加刪除自己所帶的課程。④個人信息管理。教師可以修改自己的密碼、聯(lián)系方式等個人信息。⑤統(tǒng)計查詢。教師可以統(tǒng)計查詢自己預約或歷史上機情況，導出自己的課表。
3.管理員模塊。管理員由計算機實驗室的系統(tǒng)管理擔任，管理員模塊主要包括如下功能模塊。①機房信息管理，包括計算機機房的數(shù)量、計算機的配置、計算機上所安裝的軟件等信息的更新維護。②人員信息，主要包括新注冊用戶的審核，教師密碼的初始化等。③公告管理，主要是有關公告通知的發(fā)布。④統(tǒng)計查詢，主要是針對所有機房，機時、費用、人員等相關新的查詢、統(tǒng)計和匯總，可以將結果導出到EXCEL表中，方便統(tǒng)計和報告，為實驗室管理提供數(shù)據(jù)支撐。⑤系統(tǒng)設置模塊。
（二）關鍵技術實現(xiàn)
本系統(tǒng)的實現(xiàn)使用最新的跨平臺開發(fā)框架PhoneGap，前端頁面使用HTML5、CSS3、Javascript，為了兼容現(xiàn)有的桌面版的排課系統(tǒng)，后臺數(shù)據(jù)庫沒有變化還是使用現(xiàn)有的SQL Server 2008。
運行在移動終端的程序和PC端的程序最大的變化就是網(wǎng)絡不穩(wěn)定。一般情況下在程序運行過程中如果出現(xiàn)網(wǎng)絡中斷的情況，可能會導致程序界面鎖死、程序崩潰等問題，因此如何保證在網(wǎng)絡狀況不佳的情況下能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，是無線應用APP開發(fā)的一個關鍵問題。
本系統(tǒng)使用了離線緩存機制，在網(wǎng)絡正常時，將用戶的個人排課信息讀取并保存在本地緩存文件中，正常情況下程序直接通過網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的增刪改查操作。網(wǎng)絡中斷時，用戶的增刪改查操作先記錄到本地緩存文件，等到網(wǎng)絡通暢再與數(shù)據(jù)庫進行同步。離線緩存機制如圖2所示。
四、結語
在智能手機、平板電腦等移動設備日益流行的今天，各個系統(tǒng)在移動端的開發(fā)是目前軟件開發(fā)的一個流行趨勢。大學計算機實驗室是培養(yǎng)學生實踐能力的一個重要基地，開發(fā)移動計算機實驗室排課系統(tǒng)，方便教師、學生的查詢預約，可以提高計算機實驗室的服務水平和管理效率。本文利用目前最新的跨平臺框架PhoneGap開發(fā)了一套移動計算機實驗室排課系統(tǒng)，實現(xiàn)了不同智能終端平臺上的系統(tǒng)的運行，從而實現(xiàn)師生隨時隨地進行排課預約與查詢等工作。系統(tǒng)使用的離線緩存機制確保了終端程序能夠在網(wǎng)絡環(huán)境不理想的環(huán)境下系統(tǒng)的流暢運行，提高了系統(tǒng)的健壯性和用戶的體驗。此系統(tǒng)的不僅可用于計算機實驗室，通過修改也可用于教室或別的類型的實驗室。
參考文獻：
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