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計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室自主排課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室自主排課系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
劉毅，俞炘
�。ńK大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與通信工程學(xué)院，江蘇鎮(zhèn)江212013）
摘要：本文總結(jié)了目前計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室自主排課系統(tǒng)的主要模式，針對當(dāng)前各類移動終端的普及，為了進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)水平和管理效率，利用目前最新的跨平臺開發(fā)框架PhoneGap，結(jié)合使用HTML5等新技術(shù)，設(shè)計(jì)了一套移動計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室自主排課系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室自主排課從PC端到移動端的轉(zhuǎn)移，系統(tǒng)使用的離線緩存機(jī)制，提高了系統(tǒng)的健壯性和用戶體驗(yàn)。
關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室管理；排課系統(tǒng)；跨平臺；PhoneGap；HTML5
基金項(xiàng)目：江蘇省普通高校研究生科研創(chuàng)新計(jì)劃（CXZZ11_0575）；江蘇省自然科學(xué)基金（BK20130529）；中國博士后科學(xué)基金（2013M541616）
作者簡介：劉毅（1979-），男，江蘇張家港人，碩士，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：信息安全、嵌入式系統(tǒng)、人工智能。
一、引言
從運(yùn)行方式的角度來看，目前高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的排課系統(tǒng)主要有兩種：一種是將計(jì)算機(jī)上機(jī)課和教室課程混合在一起，由教務(wù)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(wù)系統(tǒng)掌握計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的詳細(xì)情況，包括機(jī)器數(shù)、操作系統(tǒng)、軟件等。其優(yōu)點(diǎn)是不需要人干預(yù)，完全自動實(shí)現(xiàn)排課。其缺點(diǎn)是不容易實(shí)現(xiàn)。首先計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的操作系統(tǒng)、軟件每隔一段時間可能有更新，需要教務(wù)系統(tǒng)能夠及時的同步相關(guān)信息，而目前大部分教務(wù)系統(tǒng)都是獨(dú)立運(yùn)行的，并沒有與計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室連接。其次，對于自動排課來說，計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課不同于普通的教室排課，不僅要保證時間、地點(diǎn)、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(yīng)，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(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課和教務(wù)系統(tǒng)分開排的情況，實(shí)驗(yàn)課的編排由任課教師自主到計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室預(yù)約完成。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)上比較容易實(shí)現(xiàn)，同時對于教師、學(xué)生或者機(jī)房來說比較靈活。筆者所在的江蘇大學(xué)計(jì)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(shí)現(xiàn)的架構(gòu)來看，自主式的計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)主要有兩種一種是C/S（Client/Server）架構(gòu)，另一種是B/S（Browser/Server）架構(gòu)。C/S架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于事務(wù)處理能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快；缺點(diǎn)在于系統(tǒng)部署、維護(hù)、升級需要在每臺客戶端進(jìn)行，增加了難度和成本。B/S架構(gòu)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(diǎn)是系統(tǒng)的部署、維護(hù)和升級只要在服務(wù)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(shí)時性要求不高的系統(tǒng)來說，B/S架構(gòu)比C/S架構(gòu)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(yùn)行在PC機(jī)上，即使是B/S架構(gòu)的，通過瀏覽器訪問系統(tǒng)也不能適應(yīng)移動端如手機(jī)、平板電腦的屏幕大小。而隨著無線通信技術(shù)及嵌入式技術(shù)的發(fā)展，通過智能手機(jī)、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(yù)約計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課，學(xué)生可以隨時隨地查詢計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)課表，將大大節(jié)省師生的時間，對于提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)排課系統(tǒng)的問題，運(yùn)用最新的跨平臺開發(fā)技術(shù)，設(shè)計(jì)一套可以在移動端如手機(jī)、平板電腦運(yùn)行的自主排課系統(tǒng)，以進(jìn)一步提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)水平和管理效率。
二、移動應(yīng)用開發(fā)
�。ㄒ唬┮苿討�(yīng)用開發(fā)簡介
移動應(yīng)用開發(fā)就是在移動設(shè)備（如智能手機(jī)、平板電腦等）上開發(fā)應(yīng)用程序。由于目前不同的移動設(shè)備往往基于不同的操作系統(tǒng)平臺，若要讓應(yīng)用程序在不同的移動設(shè)備上運(yùn)行，就需要分別在相應(yīng)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(yīng)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(hù)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(yīng)用軟件為了在不同的移動終端上需要進(jìn)行多次的開發(fā)，大大增加了開發(fā)、運(yùn)營、維護(hù)的成本。為了解決這一問題，跨平臺開發(fā)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。利用跨平臺開發(fā)技術(shù)，開發(fā)者只要開發(fā)一次應(yīng)用便可以讓程序在不同的平臺上運(yùn)行，開發(fā)者不再需要為不同的移動終端平臺重復(fù)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(shí)現(xiàn)方式的不同，現(xiàn)有的跨平臺開發(fā)技術(shù)主要通過兩種技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，跨平臺運(yùn)行引擎技術(shù)和跨平臺應(yīng)用編譯技術(shù)�？缙脚_運(yùn)行引擎技術(shù)主要是通過安裝在目標(biāo)設(shè)備上的引擎來屏蔽終端底層操作系統(tǒng)差異來實(shí)現(xiàn)，開發(fā)者開發(fā)應(yīng)用部署或編譯打包后，用戶下載到目標(biāo)設(shè)備上由引擎解釋執(zhí)行；跨平臺應(yīng)用編譯技術(shù)則通常采用一種標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)語言開發(fā)應(yīng)用，應(yīng)用開發(fā)完成后由代碼編譯器針對不同目標(biāo)終端平臺分別進(jìn)行編譯，生成有針對性的可執(zhí)行程序。
跨平臺開發(fā)技術(shù)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(bào)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(diào)用移動設(shè)備的核心功能，包括GPS、攝像頭、重力感應(yīng)、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(yīng)用程序，并發(fā)布到AppleStore、Google Play等各個平臺應(yīng)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(diǎn)：（1）開源、免費(fèi)。（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(yīng)用。（3）基于HTML5標(biāo)準(zhǔn)的手機(jī)應(yīng)用框架，支持HTML5、CSS3、JavaScript等Web技術(shù)。（4）提供非常豐富的API，它們包括Accelerometer移動感應(yīng)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(jī)、指南針、GPS、文件訪問等。
三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
�。ㄒ唬┫到y(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及功能
本文設(shè)計(jì)的跨平臺機(jī)房預(yù)約系統(tǒng)也是一種基于B/S結(jié)構(gòu)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(dǎo)用戶進(jìn)入相應(yīng)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(shí)驗(yàn)室排課情況、實(shí)驗(yàn)室公告或者計(jì)算機(jī)有關(guān)信息的人。訪客不用登錄系統(tǒng)，可以查看本學(xué)期的實(shí)驗(yàn)室預(yù)約情況，實(shí)驗(yàn)室公告（如實(shí)驗(yàn)室否有考試等活動通知），實(shí)驗(yàn)室不同教室計(jì)算機(jī)的配置、軟件等。訪客的功能方便學(xué)生、教師等快速的了解實(shí)驗(yàn)室的狀況。
2.教師模塊。教師模塊主要有五部分功能。①預(yù)約機(jī)房。教師可以根據(jù)機(jī)房狀況（機(jī)房是否空閑、機(jī)器配置、所裝軟件）和課程情況預(yù)約相應(yīng)機(jī)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(jì)查詢。教師可以統(tǒng)計(jì)查詢自己預(yù)約或歷史上機(jī)情況，導(dǎo)出自己的課表。
3.管理員模塊。管理員由計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)管理擔(dān)任，管理員模塊主要包括如下功能模塊。①機(jī)房信息管理，包括計(jì)算機(jī)機(jī)房的數(shù)量、計(jì)算機(jī)的配置、計(jì)算機(jī)上所安裝的軟件等信息的更新維護(hù)。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(guān)公告通知的發(fā)布。④統(tǒng)計(jì)查詢，主要是針對所有機(jī)房，機(jī)時、費(fèi)用、人員等相關(guān)新的查詢、統(tǒng)計(jì)和匯總，可以將結(jié)果導(dǎo)出到EXCEL表中，方便統(tǒng)計(jì)和報(bào)告，為實(shí)驗(yàn)室管理提供數(shù)據(jù)支撐。⑤系統(tǒng)設(shè)置模塊。
（二）關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)
本系統(tǒng)的實(shí)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(yùn)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(luò)不穩(wěn)定。一般情況下在程序運(yùn)行過程中如果出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中斷的情況，可能會導(dǎo)致程序界面鎖死、程序崩潰等問題，因此如何保證在網(wǎng)絡(luò)狀況不佳的情況下能夠保持系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，是無線應(yīng)用APP開發(fā)的一個關(guān)鍵問題。
本系統(tǒng)使用了離線緩存機(jī)制，在網(wǎng)絡(luò)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(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的增刪改查操作。網(wǎng)絡(luò)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(luò)通暢再與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行同步。離線緩存機(jī)制如圖2所示。
四、結(jié)語
在智能手機(jī)、平板電腦等移動設(shè)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(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的一個重要基地，開發(fā)移動計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)，方便教師、學(xué)生的查詢預(yù)約，可以提高計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的服務(wù)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(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室排課系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了不同智能終端平臺上的系統(tǒng)的運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)師生隨時隨地進(jìn)行排課預(yù)約與查詢等工作。系統(tǒng)使用的離線緩存機(jī)制確保了終端程序能夠在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不理想的環(huán)境下系統(tǒng)的流暢運(yùn)行，提高了系統(tǒng)的健壯性和用戶的體驗(yàn)。此系統(tǒng)的不僅可用于計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室，通過修改也可用于教室或別的類型的實(shí)驗(yàn)室。
參考文獻(xiàn)：
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