英语原文共 13 页

收稿日期：2017年2月25日 |接受日期：2017年8月13日DOI：10.1002 / cae.21882

研究文章

基于PHP的水力实验室协同教育管理系统

王海航 | 何旭 | 李强 | 于富

哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨

摘要

在线学习平台在工程教育中越来越受欢迎。通过将在线学习的教育形式与实验室信息管理系统（LIMS）相结合的方式，我们可以将教育和管理功能集成到一个系统中。本研究的目的是基于超文本预处理器（PHP）脚本语言为水力实验室开发一个协作教育和管理系统。该系统为整个实验课程的学生和教师提供了方便，多功能的教学和管理平台。此外，在我们的系统中使用了基于模型 - 视图 - 控制器（MVC）模型的B / S（Brower / Server）结构。描述了开发WathyLab系统的关键步骤，以及说明了关于水力材料的实际应用主题

。本文最后根据问卷调查对该系统进行了评估。对学生的态度进行了调查和分析。结果表明，该系统可以带来更好的教育效果和学习效率。

关键词：

协作，教育和管理系统，PHP，水力实验室

何旭，哈尔滨工程大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨。电子邮件：railway_dragon@163.com

资金信息

黑龙江省自然科学基金，授权号：F2016003;测试验证系统，授权号：KY10700150064;培训项目管理信息系统开发，拨款号：20140626;高等教育博士专业研究基金，

拨款号：20122304110014;中央大学基础研究基金，拨款号：HEUCFX1508;机械手数据处理开发，授权号：KY10700150065

|介绍

因特网为开发用于教育目的的各种应用提供了有价值的环境。同时，实验工作对工科学生的教育至关重要[4,19]. 因此，工程教育在线教育系统可以为学生和教师提供方便和多功能的平台。之后，生成了一种所谓混合学习的新形式的学习。实验室的教师指导实践实验，并整合在线学习，帮助学生在课后复习或做作业。为了实现这种先进的学习形式，我们开发了一个指定的在线学习系统，并已应用于我们的水力实验室。

为了开发学生在线实验教学和教师实验室管理系统，我们开发了一个基于PHP的协作教育和管理系统，名为WathyLab。关于水力液压领域的实验学习使用PHP托管在Apache服务器上。关于实验，用户访问以及实验数据等其他相关信息的每个教育课件数据都存储在MySQL数据库中。

WathyLab系统包含许多基本特征，团队合作是最重要的元素之一。协作学习是工程教育的自然选择，因为它鼓励学生互相交谈，相互提问，互相搜索意义[11].

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为了改善合作学习环境，提供更好的用户体验[12]，我们决定整合协作讨论板功能，为教师和学生提供有效的沟通。已有许多社交软件应用程序，如Microsoft MSN Messenger和腾讯QQ，支持多种通信，包括文本，图片，群聊，视频聊天等。但是，使用分离的软件进行参与者之间的通信可能会从学习材料中严重分散他们的注意力[7]。同时，还有很多类似的社交网站，如Facebook和微博。但是，这些网站大多是为娱乐而开发的。并且，很可能影响学生学习兴趣而不是发挥积极作用。

因此，我们构建了我们的协作讨论板并将其嵌入到我们的WathyLab系统中。

本文的其余部分结构如下。第二部分回顾了相关的工作。第三部分描述了目标实验教育场景及其结构的要求。第四部分介绍了基于PHP的协同教育管理系统（简称WathyLab系统）的设计与开发。第五部分介绍了WathyLab系统在水力学实验中的应用。第六部分提供了WathyLab系统的评估和结果的详细信息。最后，得出结论。

|相关作品

由于其可用性的增加和快速发展，计算机辅助工具在教育中具有很大的实用性[20]。 近年来，已经开发了许多的新研究方法，将水力材料计算机应用于教育方面，例如分支管道液压教学算法[23] 和软件[26] 和用于配水网络的方法[14,15] 。他们的调查结果都显示这些计算机辅助工具有助于加强学生的理解和提高学习效率。

WathyLab系统是一种实验室信息管理系统（LIMS）。LIMS旨在收集，分析，存储和发布实验室数据，以满足灵活性，安全性，数据处理等功能需求。在以前的研究中，为了各种目的和相关研究开发了许多LIMS[10,18]. 然而，很少有人专门针对LIMS在水力实验室中的使用方式以及它们的有效性开展过研究。此外，从实验课程的开始到结束的相关实验教育可能知之甚少，包括数据存档和处理，视频播放，协作讨论板和实验室管理。

大多数现有的LIMS仅提供文本数据和简单图形数据的管理。其中只有少数支持智能信息管理。例如，Cavenaugh等人[5] 开发了提供了强大的复杂查询的LIMS。它的数据库是由Microsoft Access构建的，其安全性很差，在处理大量数据时性能不佳。Yu等人[25] 为电力实验室开发了基于PHP的管理和培训系统。有人提到该系统缺乏数据处理，其未来的主要工作是实验数据后处理，这已在WathyLab系统中实现。PHP越来越多地用于开发LIMS。同样，MySQL已广泛用于数据库管理。因此，使用PHP与MySQL的完美合作伙伴，开发人员可以更高效，更省时。Vu等人的数据库[22] 使用MySQL，并提到其他几个数据库管理系统可以用作MySQL的替代品，例如Oracle，MongoDB。利用这些数据库管理系统与PHP协作。PHP与MySQL结合将是开发智能信息管理系统的最佳选择。

|目标实验教育情景要求和结构

• 1. |有针对性的实验教育情景

我们的WathyLab系统是一个教学工具，针对教学和学习场景，教师提供有关水力实验的教材，学生可以自己研究这些材料。我们的WathyLab系统不是一个开源工具。只有与水力实验课程相关的成员才能使用他们的帐户登录系统。我们的系统登录界面的URL是http://www. irafstech.com/admin/adminininm.php.登录我们的WathyLab网站后，学生可以提前预览他们的实验，在完成动手实验后查看实验视频，分析实验数据，并参加协作讨论板等。

|关于目标实验场景的要求

为了为学生学习水力学实验创造一个更有效和更好的平台，WathyLab系统需要支持以下功能：模拟支持，通信支持，友好的用户界面。

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|实验分析和评审支持

一方面，需要分析实验产生的大量数据，需要验证数据质量[21], 所有这些数据都需要以理想的方式呈现给客户，这是最合乎逻辑和最连贯的方式。另一方面，涉及强内在物理原理的水力实验设备是相当复杂的动态系统[7], 学生理解它们的原理和特点很困难。因此，实验分析和评审支持是一个重要指标。

|沟通支持

协作通常会带来比个人工作有更好的学习成果，有效的沟通对于协作教育环境至关重要[7]。 由于实验存在不可避免的问题和困难，学生与教师之间的沟通在工程实验教学中起着重要作用。协作讨论板是实现沟通支持和提高学生学习效率的有效方式[13].

|用户友好的界面

为了有助于学生对知识的消化理解，要设计用户友好的网站界面。开发人员可能会付出更多努力

实现这一要求，但优秀的用户界面可以反过来吸引更多对实验的关注。

|实验场景结构

根据目标实验教育情景及其要求，我们的WathyLab教育网站包含几个关于水力学实验的课程部分，如图1所示。

学生可以使用能够上网的计算机随时浏览我们的WathyLab系统。进入我们的WathyLab网站时，第一个界面是一个登录窗口，要求学生输入他们的ID和密码。登录后，他们将进入协作教育模块并访问三个课程部分：（i）关于水力学实验的基础知识和正常实验程序的介绍页，可以建立水力学课程的基本结构;（ii）包含原始示意图和水压设备的外观和功能的预览页面，用于满足实验课程前预览的基本需求;（iii）实验分析和评审页面，包括液压系统原理图，实验数据分析，以及高速摄像机记录的实验视频，以满足对模拟的支持和用户友好界面的要求。

教师可以登录系统并输入协作教育模块和协作管理模块，主要包括四个功能：

图1 WathyLab系统的实验场景结构

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用户管理，实验数据管理，协作讨论板管理和内容管理。

协同教育模块和协同管理模块构成了协同教育和管理系统，这两个模块是相互关联和合作的。此外，在教师允许的情况下，一些学生，例如组长和班长，可以类似地进入协作管理模块。

|WathyLab系统的设计与开发

• 1. |WathyLab系统的硬件和软件结构

WathyLab系统的设备可分为三个部分，如图2所示。第一部分包括实验设备，主要包括工业个人计算机和我们实验室的水压平台。水压平台是专门为水力实验和课程设计建立的。处于对信息安全的考虑，由水压平台产生的实验数据只能提交给IPC。然后，通过

图2 WathyLab系统内的设备关系

IPC（工业个人计算机）的方法，教师或实验组负责人可以将实验数据上传到第二部分。第二部分是基于PHP的协同教育管理系统，它是基于Web服务器和Internet上相应的数据库建立的。第三部分是指安装了IE浏览器，Chrome浏览器和Firefox等网络浏览器的学生计算机。通过互联网，学生可以随时登录协同教育和管理系统，然后进行水力实验的相关工作。

|编程语言

根据目标实验场景的要求，我们的协同教育和管理系统中集成了许多必要的特性和功能，包括实验分析和评审支持，通信支持，用户友好界面等。但是，这样一个复杂系统的构建对于大多数编程语言来说相当困难。幸运的是，PHP是一种新兴的编程语言，可以适用于多个模块的交互机制，并且通过嵌入MVC架构来提供相当好的性能来构建这个学习环境，相比于其他编程语言有着明显的优势。

PHP（超文本预处理器）是一种通用的开源脚本语言。它是Web开发领域最强大的编程语言之一[2]. PHP吸收了C，Java和Perl编程语言的特性，这将有助于学习。PHP代码可以嵌入到HTML或HTML5代码中。此外，它还可用于与各种Web模板系统，Web内容管理系统和Web框架相结合。与其他编程语言不同，PHP将程序嵌入到HTML文档中以执行。与完全生成HTML标签的CGI（通用网关接口）相比，PHP编码的动态网页显示出更高的效率。我们系统中使用的版本是PHP 5.6。

|发展环境

WampServer是我们系统中应用的集成开发环境，在Windows系统中运行，使用Apache作为http服务器，MySQL作为数据库，PHP作为脚本语言。此外，WampServer还包括phpMyAdmin，这是一个基于Web的MySQL数据库管理工具。在phpMyAdmin的帮助下，开发人员管理MySQL数据库将更加方便有效。调试php程序后，将成熟的Web文件和数据库提交到在线存储空间。

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|制定框架

MVC（模型 - 视图 - 控制器）设计框架是一种经过验证的有效方法，可根据每个层活动将层中的代码彼此分离，并生成有组织的使应用程序模块化[9,16]。 作为Web开发的设计框架，MVC主要将应用程序拆分为单独的层，从而有助于降低架构设计的复杂性并提高代码的灵活性和重用性[6]。它将应用程序划分为Model，View和Controller三个组件。

模型组件是用于处理用户请求的核心组件。View和User之间的交互本质上是View接受用户请求并将其转换为指定数据流或状态的过程，Controller将这些数据流或状态转移到Model，然后Model执行相关过程并定义这些数据流[24] 的规则和逻辑操作。Model的操作是黑盒模型，对用户完全透明，这意味着用户只需告诉系统“我想做什么”。通过View，具体操作将由Model完成。

顾名思义，View组件是指由HTML等前端技术制作的用户界面。View接受用户交互数据，并将其传输到Controller。对于不同目的，单个模型可以存在多个视图。

控制器组件在View和Model之间起桥梁作用，并处理View和Model之间数据的选择和分配操作。Controller负责选择处理这些数据的特定模型，在Model完成数据处理后，Controller将选择View来向用户显示结果。

MVC在实际建立php网页中的具体作用描述如下。以实验数据分析的网页为例。Model组件主要由关于实验数据的MySQL数据库和创建，删除，导入和导出等基本数据库操作组成。View组件包含大量CSS文件，用于网页装饰和布局，字体文件和图标等。Controller组件包含许多JavaScript文件，用于响应网页事件和呈现动态网页。系统的所有页面都将php作为文件后缀，其他页面

资料编号：[3854]