一种实验课程综合管理系统的制作方法

1.本发明涉及实验课程管理领域，尤其涉及一种用于教师和学生进行实验过程管理和实验数据管理的实验课程综合管理系统。


背景技术：

2.目前大部分的实验室管理系统普遍在使用体验、需求功能上存在一些问题，无法满足日益丰富的实验课程，难以达到培育学生实践能力的愿景。对于实验室管理员来说，实验室管理系统功能设计不足，导致管理员对实验设备的情况记录和维护还处于“人力维护” “纸质件存档”的阶段，这导致实验室的管理存在效率低下、功能缺陷等问题，学生的实验过程管理和实验数据存档缺失。同时，实验室管理员对实验室和实验设备的管理缺乏规范。对于学生来说，学生在实验前存在考勤效率不高，实验信息接收不及时、实验过程中师生信息传达困难并且实验过程信息不可控、实验后提交实验报告的准备工作繁琐，学生需要手动记录实验结果，手写实验报告，线下提交，效率低下。而对于教师而言，教师对实验教学过程的操作繁琐，从实验室的准备工作、实验教学过程以及实验作业批改过程中遇到的问题都缺乏有效的解决方案，并且对于学生的实验行为、实验作业无法进行有效的反作弊查询，也无法对学生的实验能力进行全局评估。


技术实现要素：

3.有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种实验课程综合管理系统，用于提高学校、教师和学生在实验教学过程中的效率以及课程质量。
4.为实现上述目的，本发明提供了一种实验课程综合管理系统，包括：学生实验设备模块、教师设备模块、数据采集模块、网络模块、图像采集模块、教师软件系统模块、学生软件系统模块和服务器；
5.所述学生实验设备模块用于提供实验操作的环境和输出实验数据；
6.所述教师设备模块用于提供实验过程的远程监控；
7.所述数据采集模块，用于采集学生实验设备模块输出的实验数据；
8.所述图像采集模块，用于采集实验操作过程的图像数据；
9.所述教师软件系统模块，用于教师端的实验过程管理；
10.所述学生软件系统模块，用于学生端的实验过程管理；
11.所述服务器运行有实验课程综合管理系统软件，所述实验课程综合管理系统软件提供一平台用于提供实验过程的数据管理和过程管理；
12.所述网络模块，用于组网连接所述数据采集模块、所述图像采集模块、所述教师软件系统模块、所述学生软件系统模块和服务器。
13.进一步的，所述学生实验设备模块包括：
14.实验项目模块，用于学生执行相应的实验课程；
15.和实验设备接口模块，用于输出实验项目模块的实验数据。
16.进一步的，所述教师设备模块，包括：
17.远程监控模块，用于显示学生的实验操作过程，进行学生实验过程的反作弊监测。
18.进一步的，所述教师端的实验过程管理，包括：
19.发布实验课程信息和实验教学要求；
20.查看实验操作过程的图像数据，进行学生实验过程的反作弊监测；
21.批阅学生的实验报告，根据所述实验操作过程记录和实验结果对学生的实验成绩进行评估，进行学生实验报告的反作弊监测。
22.进一步的，所述学生端的实验过程管理，包括：
23.查看实验课程信息和实验教学要求；
24.接收学生实验设备模块上传的实验数据，并生成实验图表；
25.在线撰写和提交实验报告；
26.查看教师的批阅信息和课程成绩。
27.进一步的，所述学生端的实验过程管理，还包括：进行查重分析。
28.进一步的，所述数据采集模块，包括单片机、至少一个用于数据上传的网络接口，及至少一个用于对接学生实验设备模块的数据采集接口，所述数据采集接口包括rs232接口、rs485接口、usb接口、gpib接口、以太网接口、模拟量输入接口和开关量输入接口的一种或多种，所述单片机用于将采集的数据以规定的格式上传。
29.进一步的，所述网络接口为rj-45接口、wifi接口、蓝牙接口中的一种或多种。
30.进一步的，所述实验课程综合管理系统还包括一键对讲模块，所一键对讲模块包括提问器和应答器，所述提问器和应答器分设于教师设备模块和学生实验设备模块中。
31.进一步的，所述实验课程综合管理系统还包括实验设备管理模块，所述实验设备管理模块用于实验设备的领用、使用和维修记录管理。
32.本发明的实验课程综合管理系统实现了如下技术效果：
33.(1)提高高校的教学质量，对教师的实验课程提供从实验前、实验中和实验后的自动化管理，提高实验教学工作的开展效率。
34.(2)通过软硬件结合的方式，对学生的实验过程进行有效的监控。对教学过程中，学生的实验操作内容和课堂表现进行智能评估。帮助教师掌握学生的学习情况和综合能力信息。
附图说明
35.图1是本发明实施例的实验课程综合管理系统的系统框架图的第一部分；
36.图2是本发明实施例的实验课程综合管理系统的系统框架图的第二部分；
37.图3是本发明实施例所示例的嵌入式系统实验箱；
38.图4是本发明实施例的教师软件系统模块的功能界面示例；
39.图5是本发明实施例的学生软件系统模块的功能界面示例。
具体实施方式
40.为进一步说明各实施例，本发明提供有附图。这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参
考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。
41.现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
42.如图1和图2所示，本发明公开了一种实验课程综合管理系统，包括实验设备管理模块9、学生实验设备模块1、教师设备模块2、数据采集模块3、摄像头4(或称图像采集模块)、网络模块5、教师软件系统模块6、学生软件系统模块7和服务器8。
43.1、学生实验设备模块
44.学生实验设备模块1是用来提供实验操作的环境，在本实施例中包括：实验项目模块，用于学生执行相应的实验课程；和实验设备接口模块，用于输出实验项目模块的实验数据。
45.实验项目模块，以嵌入式系统实验为例进行说明，实验项目模块可以是一个实验箱，如图3所示，主控板包括了mcu核心电路、功能模块电路和输入输出接口，是实验箱完成数据处理、存储，实现声音与显示输出等功能的部分；外围模块包括了情景传感执行模组和电机模块，是实验箱完成智能场景下光测量、烟雾测量及报警和实现电机驱动功能的模块。
46.该实验箱板载有实验设备接口模块，该实验设备接口模块为rs-232串口，可通过该rs-232串行接口输出非图形化的实验数据。
47.2、教师设备模块
48.在本实施例中，教师设备模块2包括一远程监控平台，该远程监控平台通过网络模块5连接到各摄像头4，教师可以通过该监控平台，查看在各实验台的学生的实验操作过程，进行防作弊。
49.为便于教师和学生在实验课程中的交流，本实验课程综合管理系统还设置有一键对讲模块，所述一键对讲模块分设于教师设备模块和学生实验设备模块中，用于教师和学生的双向通话。
50.3、数据采集模块
51.数据采集模块3用于采集学生实验设备模块输出的实验数据。
52.在本实施例中，实验箱用于完成一个电机运行程序的软件编程，学生的台式机或笔记本电脑通过仿真接口连接实验箱，输入调试程序，让调试程序在本实验箱上运行，并输出运行结果。该运行结果在本地通过板载的触摸屏进行显示。
53.数据采集模块3，包括单片机、至少一个用于数据上传的网络接口，及至少一个用于对接学生实验设备模块的数据采集接口，所述数据采集接口包括rs232接口、rs485接口、usb接口、gpib接口、以太网接口、模拟量输入接口和开关量输入接口的一种或多种，所述单片机用于将采集的数据以规定的格式上传。
54.在本实施例中，数据采集模块，包括单片机、一个rj-45以太网接口、一个wifi/蓝牙双模接口、一个rs-232接口、若干个模拟量、开关量输入接口和一些其它功能接口。
55.实验箱设置有rs-232串行接口，实验箱通过rs-232串行接口和数据采集模块连接，数据采集模块3通过rj-45以太网接口或通过wifi无线接口接入网络，从而连接服务器8。数据采集模块的单片机负责接口协议的解析和打包，通过预定义的协议对实验箱输出的实验数据进行打包，并通过以太网接口上传服务器8。
56.4、摄像头(图像采集模块)
57.摄像头4，用于采集实验操作过程的图像数据。在本实施例中，每个实验台配置一个摄像头，在实验过程中，摄像头4拍摄学生的实验操作过程，拍摄的视频上传服务器8存储，并实时传送到远程监控系统中的教师设备模块中，并通过教师设备模块进行显示。
58.5、服务器
59.为实现学生的实验过程管理和数据存档，本实验课程综合管理系统设置有服务器，所述服务器运行有实验课程综合管理系统软件，所述实验课程综合管理系统软件提供一平台用于提供实验过程的数据管理和过程管理，对学生实验设备模块输出的实验数据和实验操作过程的图像数据进行存储、共享，及教师、学生可依自身权限登录所述实验课程综合管理系统软件查询实验过程产生的数据，师生通过该系统软件进行实验报告的撰写、提交、批阅等操作。
60.所述实验课程综合管理系统软件架构可以采用b/s架构(浏览器-服务器)或c/s架构(客户端-服务器)，教师和学生可以依自身权限登录所述实验课程综合管理系统软件。
61.根据应用需求，该服务器可以部署为本地服务器或云端服务器。
62.6、教师软件系统模块
63.根据实验课程综合管理系统软件架构，教师软件系统模块6可以是一客户端应用程序，也可以是实验课程综合管理系统软件的一个功能模块，通过浏览器进行访问。教师通过自身的教师权限登录，用于教师端的实验过程管理。
64.图4给出教师软件系统模块的功能界面示例，具体的教师端的实验过程管理包括：
65.(1)发布实验课程信息和实验教学要求；
66.(2)查看实验操作过程的图像数据，进行学生实验过程的反作弊监测；
67.(3)批阅学生的实验报告，根据所述实验操作过程记录和实验结果对学生的实验成绩进行评估，进行学生实验报告的反作弊监测。
68.教师软件系统模块6也可以根据应用需求，对其功能做进一步扩充。
69.7、学生软件系统模块
70.根据实验课程综合管理系统软件架构，学生软件系统模块7可以是一客户端应用程序，也可以是实验课程综合管理系统软件的一个模块，学生可以通过自身的学生权限登录，用于学生端的实验过程管理。
71.图5给出了学生软件系统模块的功能界面示例，具体的学生端的实验过程管理，包括：
72.(1)查看实验课程信息和实验教学要求；
73.(2)接收学生实验设备模块上传的实验数据，并生成实验图表；
74.(3)在线撰写和提交实验报告；
75.(4)查看教师的批阅信息和课程成绩。
76.在本实施例中，学生软件系统模块7还支持外部的图像输入，如通过手机等智能终端对显示器等图形化结果进行拍照，并存储于运行学生软件系统模块7的台式机或笔记本电脑中或存储于服务器8中，学生通过学生软件系统模块7进行实验报告撰写时，可调用相关图片进行实验报告的撰写。
77.在该学生软件系统模块7中，可做进一步的功能扩展，如提供实验报告的查重分析链接。
78.所述服务器用于存储学生实验设备模块输出的实验数据和实验操作过程的图像数据，及用于接受来自教师软件系统模块、学生软件系统模块的数据查询，并接受来自教师软件系统模块、学生软件系统模块上传的信息。
79.8、网络模块
80.网络模块5，用于组网连接数据采集模块3、摄像头4、教师软件系统模块6、学生软件系统模块7和服务器8。
81.在本实施例中，网络模块5可以是交换机或无线路由器，交换机提供有线的网络连接，数据传输稳定可靠，但网络连线多，部署成本高。无线路由器提供快速便捷的网络连接，网络连线少，方便实用，部署成本低。具体可根据实验室的条件自由选择部署。
82.9、实验设备管理模块
83.为进行实验设备的领用、使用和维修记录管理，本实验课程综合管理系统还包括实验设备管理模块，实验设备管理模块包括身份识别模块和实验设备管理软件模块，通过该实验设备管理软件模块，学生在实验课程开课时通过身份识别模块以获得授权使用学生实验设备模块；教师在实验课程开课前向实验室管理员申请设备使用需求信息和教学课程安排信息，实验室管理员根据教师的申请在规定的时间准备实验设备。
84.身份识别模块，可以是读卡器，学生通过刷卡，确认进行实验人员的身份。也可以采用与实现项目关联或实验台关联的摄像头进行人脸识别等方式进行身份认证。对于每个实验室，身份识别模块可以是一个或多个，可以将各身份识别模块和各实验台进行绑定，学生需通过身份识别后，方能使用学生实验设备模块1，进行实验过程反作弊。
85.本发明的实验课程综合管理系统具有如下技术效果：
86.(1)提高高校的教学质量，对教师的实验课程提供从实验前、实验中和实验后的自动化管理，提高实验教学工作的开展效率。
87.(2)通过软硬件结合的方式，对学生的实验过程进行有效的监控。对教学过程中，学生的实验操作内容和课堂表现进行智能评估。帮助教师掌握学生的学习情况和综合能力信息。
88.尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本发明，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本发明做出各种变化，均为本发明的保护范围。