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1、中图分类号： TP319 UDC： 621.3 密级： 公开 学校代码： 1 0 0 82 硕士学位论文 工程硕士（在职培养） 基于 B/S结构的校园管理系统的设计与实现 作 者 姓 名：王 臻 指 导 教 师 ：王 晓 红 教 授 企业指导教师：张聪师教授 工程领域：计算机技术 学科专业：计算机技术 研究方向：网络数据库 答辩日期： 2010年 5月 29曰 二 一 年 三 月 十 日 Classified Index: TP319 _ Secrecy Rate: Pubizied UDC： 621.3 _ University Code： 10082 e&ei Scimce and The
2、sis for the Degree of M. Science Master of Engineering (Part-time) THE DESIGN AND REALIZATION OF MANAGEMENT SYSTEM IN CAMPUS BASED ON B/S Candidate： Wang Zhen Supervisor： Prof. Wang Xiaohong Supervisor from Enterprise： Prof. Zhang Congshi Engineering Arena： Network Database Academic Degree Applied f
3、or： Master of Engineering Specialty ： Computer Technology Date of Defense： May 29th, 2010 March 10 th, 2010 河北科技大学学位论文原创性声明 本人郑 声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方 式标明。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发 表或撰写过的作品或成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 河北科技大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关
4、保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本 人授权河北科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和 汇编本学位论文。 保密，在 _年解密后适用本授权书 . 本学位论文属于 保密。 (请在以上方框内打 “ V”) 摘要 中小学在当今的热点一一教育教学改革中要取得突破就要在实现教育信息化上 下大功夫，要依靠计算机技术等的支持，要在校园网这个越来越大的平台上实现更 多的教育教学功能。 本文的最终目的是为中小学建设一个更优性能、更加安全的校园信息管理系统。 因此在论述了
5、MVC设计模式和 J2EE规范实现框架的基础上，提出了基于 Struts、 Spring、 Hibernate的多层次 Web应用开发集成框架。本系统的表示层以 DIV、 CSS、 Struts来实现；模型层以 Spring的 IoC容器来实现；控制层以 Struts框架来构成；数 据持久层以 Hibernate框架来体现符合面向对象思想。 本系统的关键技术是：第一，使用 Spring容器统一配置管理 JavaBean， 以提高 系统组件的可移植性并有利于整个系统的整合与配置；第二，使用模拟退火算法来 实现自动排课，并对排课的效率以及质量进行优化，通过对排课过程的多次模拟， 验证了本系统采用的
6、排课策略是行之有效的；第三，使用 PDF打印技术来替代其他 打印技术实现课程表的输出；第四，使用 POI组件动态生成 Excel报表。 本系统实施后将极大的方便中小学的口常管理，加强学生、家长、教师三方之 间的交互。实践证明， SSH框架是一种优秀的多层次 J2EE标准实现框架，适用于开 发高效稳定的企业级 Web应用服务。 关 键词校园管理系统； J2EE; MVC; SSH;模拟退火算法 Abstract If we want to gain a breakthrough in the reform of education and teaching, which is the focus
7、 of the primary school and middle school of nowadays, we must try to realize information education, we must try to realize more and more education and teaching function on the bigger and bigger platform of campus net with the support of information technology. The ultimate aim of this essay is to bu
8、ild a more perfect and safer campus information management system for the primary school and middle school. Therefore, it puts forward multi-level web usage developing integrated framework in view of Stmts, Spring and Hibernate on the base of MVC designing model and J2EE rule realization framework.
9、The expression level of this system will rely on DIV, CSS and Struts; the analogue level will rely on the container of Spring and IoC; the controlling level will rely on Struts framework; the data-lasting level will rely on Hibernate framework to show the thought of fitting the facing objection. The
10、 key technology of this system is as follow. First, it will dispose and manage JavaBean with the use of Spring container, in order that it can improve the transplanting function of the system module and be beneficial to the arrangement and disposition of the whole system. Second, it realizes to arra
11、nge courses automatically in the use of analogue annealing algorithm, and it optimizes the efficiency and quality of the courses arrangement, which proved effective. Third, it realizes the out put of course schedule with the support of PDF typing technology instead of other kinds of typing technolog
12、y. Forth, it realizes the Excel forms in the use of POI module. This system will be convenient to the daily management for the primary school and middle school, which will be helpful for the students, parents and teachers. It has proved that SSH framework, which is suitable for the enterprise web us
13、age to develop more. Key words campus management system; J2EE; MVC; SSH; simulated annealing algorithm 目录 m . I ABSTRACT . II 第 1 章 绪 论 . 1 1.1选题背景 . 1 1.2国内外研究现状 . 2 1.3课题研究目的与意义 . 3 1.4论文的主要内容 . 4 1.5论文结构安排 . 5 第 2 章 相 关 技 术 综 述 . 6 2.1 MVC设计模式 . 6 2.1.1 MVC设计模式的概念 . 6 2丄 2 MVC设计模式的业务流程 . 6 2丄 3 M
14、VC设计模式的优势 . 6 2丄 4 MVC设计模式的实现 . 6 2.2 J2EE 标准 . 8 2.2.1 J2EE 的概念 . 8 2.2.2框架的概念 . 8 2.2.3采用框架进行软件开发的意义 . 9 2.2.4 J2EE标准的实现框架 . 9 2.3 SSH框架简介 10 2.3.1 Struts 框架 . 10 2.3.2 Spring 框架 . 13 2.3.3 Hibernate 丰匡架 . 14 2.4其他开源技术 . 15 2.4.1 Ajax 技术 . 15 2.4.2 ChartDirector 技术 . 16 2.4.3 iText 开源技术 . 16 2.4.4
15、 POI开源技术 . 16 2.4.5 DWR 技术 . 17 2.5设计模式 . 17 2.6本章小结 . 18 第 3 章 系 统 设 计 . 19 3.1目标需求 . 19 3.2系统总体设计 . 19 3.3系统用例模型 . 21 3.4系统实体及其关联关系 . 23 3.5系统详细设计与实现 . 24 3.5.1开发环境 . 24 3.5.2系统详细设计 . 25 3.6本章小结 . 33 第 4章 JAVABEAN的配置管理 . 34 4.1依赖注入的原理 . 34 4.2依赖注入的实现方式 . 34 4.3两种注入方式的对比 . 35 4.4依赖注入的优势 . 35 4.5系统应
16、用 . 36 4.6本章小结 . 37 第 5 章 排 课 算 法 . 38 5.1 问题白勺提出 . 38 5.2模拟退火算法的原理与基本思想 . 38 5.3模拟退火算法在排课系统中的应用 . 39 5.4模拟退火算法与其它常用算法比较 . 39 5.4.1算法时间复杂度的问题讨论 . 39 5.4.2算法空间复杂度的问题讨论 . 39 5.4.3 算法比较 . 40 5.5排课算法具体实现 . 40 5.5.1排课算法流程图 . 40 5.5.2基本数据准备 . 40 5.5.3排课算法代码实现 . 41 5.5.4课表的输出 . 43 5.6排课效率的优化 . 43 5.7排课质量的优
17、化 . 44 5.8本章小结 . 44 第 6章 PDF打印 . 45 6.1 WEB打印方式 . 45 6.2目前已形成的 WEB打印方案 . 45 6.3校园管理系统打印方案选择 . 47 6.4 PDF打印方法实现 . 47 6.5本章小结 . 49 第 7章 POI读写 EXCEL . 50 7.1具体实现方法 . 50 7.2可扩展的代码设计 . 51 7.3实现结果 . 52 7.4本章小结 . 53 第 8 章 系 统 测 试 . 54 8.1功能测试 . 54 8.2性能 测试 . 55 8.3本章小结 . 56 金吉 it . 57 . 59 攻读硕士学位期间所发表的论文 .
18、 62 m . 63 个人简历 第 1 章绪论 1.1选题背景 中小学校使用计算机管理系统来进行学校管理，可以大大提高管理的效率和质 量。计算机技术在我国的教育行业中的应用是比较早的，而且经过近二十年的建设 和发展，已经比较成熟，如今在教育的各个领域都有了十分广泛的应用，在全国各 级各类学校和教育管理部门都普及了 CERNET(中国教育和科研计算机网 )，教育管理 的信息化建设已经进入了一个新的发展阶段 1， 2。 中小学在当今的热点一一教育教学改革中要取得突破就要在实现教育信息化上 下大功夫，要依靠计算机技术等的支持，要在校园网这个越来越大的平台上实现更 多的教育教学功 能。建设校园管理系统
19、，首先要进行模式、结构的选择。目前的体 系结构主要有： C/S(Client/Server， 客户机 /服务器 )结构和 B/S(Browser/Server， 浏览 器 /服务器 )结构 34。 C/S结构是客户机通过网络使用服务器的数据资源，获得服务器的服务以及服务 器提供的数据的存取和管理。其体系结构由客户层、数据层的两层结构向客户层、 中间层、数据层的三层结构以及更多层的结构发展。其工作环境要基于 Windows操作 系统或 UNIX操作系统。在其客户端要安装前端应用程序，应用程序在完成系统开发 后要进行程序分发。程序分发工作非常的繁多和琐碎，它要求必须在每台客户机上 安装动态链接库文
20、件 (*.dll)、程序初始化文件 (*.ini)和客户端的执行文件 (*.exe)， 同时 配置 ODBC(Open Database Connectivity)开放数据库互连或专用数据库接口，而且当 修改或是升级客户端程序时，要重复上述的所有分发过程。 B/S结构是浏览器通过 TCP/IP通讯协议连接服务器，也就是每 a浏览器有需要调 用的数据，就会通过这一协议向服务器发出请求，以获得服务器的服务以及服务器 提供的数据的存取和 管理。其体系结构为浏览器和服务器组成。其工作环境是各层 可基于不同的操作系统平台。其浏览器为一般通用的浏览器，如 InternetExplore或者 是 Netsc
21、ape， 取代了 C/S结构中相应的客户端安装的各种应用程序软件，这样由于其 只是一个单纯的浏览器，所以在这一层上是不需要对其维护的 (只需在服务器层进行 软件的升级和修改 )，对于使用其的用户也是基本上不需要进行培训的，比 C/S结构的 对应层要减少很多的工作量。其服务器为 Web服务器。 综上所述，为了实现教育教学改革就要进行学校的信息化、标准化建设，就要 建设校园的网上管理信息系统。基于 B/S结构的校园管理系统对比其他结构的系统 有其明显的优势，这种结构的系统只需要维护和升级管理服务器，基本上不需要对 1 客户端进行管理，相信管理信息系统将会朝着这个方向发展，多会以此结构来建设 系统。
22、 1.2国内外研究现状 在国外，校园管理系统的建设发展开展的较早，目前的研究也较为成熟，开发 多是采用 J2EE的架构。 2000年， 60%以上的学校就已经依靠使用 Internet来管理校园 的各项事物。 在国内，从 2000年开始，也逐渐开展使用 Internet来管理校园系统，但主要是在 开发较为简单的网上教学管理信息系统和网上教学支持系统，包括的内容主要是教 学信息、教师信息和学生注册等，很少有体系完整，层次全面的教育综合信息管理。 而要建设这样的系统就需要依靠 Java的数据表示、数据逻辑控制、数据访问、数据传 输和数据格式转换等关键技术，所以一般选择 J2EE的架构来进行开发建设
23、。 校园管理系统的建设发展大致经历了基于单机的校园管理系统、基于 C/S结构的 校园管理系统和基于 B/S的校园管理系统这样三个发展阶 段。基于单机的校园管理系 统由于结构简单，所以所能进行管理的内容也很简单，所具备的功能也比较少。由 于是单机存储，所以数据是无法进行共享的，对软件进行升级维护也很困难。基于 C/S结构的校园管理系统主要是以客户机 (应用程序 )和服务器的两层结构或者是客 户机 (应用程序）、中间层（中间件 )和服务器的三层结构来构成。由于在客户机这层 需要安装应用程序，需要进行程序分发，业务逻辑需要集中在此，所以此升级维护 此类结构的管理系统工作量大，大多用于局域网的使用，如
24、果遇到校区分散的多校 区情况往往无法使用。基于 B/S结构 的校园管理系统的结构主要是以浏览器和服务器 来构成的，其中服务器是以一个数据服务器和一个或是多个的 Web(应用 )服务器来代 替 C/S结构的服务器，所以其结构是浏览器、数据服务器和Web服务器的三层结构。 由于在浏览器端不需要安装应用程序，不需要升级维护，工作量大大降低，并且可 以用与广域网的使用，可以解决校区分散的多校区情况。当今使用的校园管理系统 大多是基于结合了 C/S结构和 B/S结构的校园管理系统，这种结合结构的管理系统在 重复使用方面、扩展使用方面、装配使用方面和二次开发方面表现不是很好。这种 结合 结构的管理系统在异
25、构环境下表现也不是很好。 如今，建设的高校的校园管理系统很多，但是，用于中小学的校园管理系统却 很少。不论是国外还是国内，不论是大学、科研机构还是公司、个人所开发建设的 各种有关教育和教学的管理信息系统大都存在着使用的方式分散和使用的界面复杂 造成使用的成本比较高。不仅使用并不方便，而且使用的效率也并不高。这些信息 管理系统在开发建设时往往没有考虑到将要使用系统的学校的具体情况，没有考虑 到将要使用系统的学校的特点，因而在所开发的系统中没有针对这些具体情况和自 2 身特点来设计模块。更没有考虑到中小学往往是非常需要学校和学生特别是学生家 长交流沟通的，因而在通过系统使学校、学生和学生家长进行交
26、流沟通产生困难。 故而，为了满足中小学教育的信息化建设，更为了满足中小学的自身需求，要开发 建设更贴近、更适合他们使用的校园管理系统。建设这一完善的系统，首先需要有 完善、成熟的标准来进行设计开发。以前，也有使用 J2EE技术来开发建设校园管理 系统的，但是系统应用后的性能往往较差，这是多是由于使用以不恰当的方式来运 用应用程序。如果在 建设设计过程中花费过多时间和精力去专注这样的针对技术的 微观层面，只会对系统的编程人员造成浪费，应该花大力气的是关于设计应用 J2EE 的模式，通过大量使用模式，可以使开发设计的管理系统更加层次清晰，在伸缩性、 维护性和稳固性等方面表现的更好。由于它是 Jav
27、a语言世界里的特有的标准架构， 所以我们需要先认识 Java， 先掌握如何应用基于 Java的设计。 1.3课题研究目的与意义 中小学的校园管理系统是在校园的信息化建设中的一项复杂的系统建设工程， 在具体的设计建设和应用的过程中，我们要随时针对发现的问题作出反应，给出方 法，进行解决。建设一个完善的校园管理系统，将会对中小学的教育教学改革和中 小学的校园管理发挥重要的作用，它可以全面的推进中小学的校园信息化。我研究 本课题的目的与意义主要有以下几个方面： 1) 树立现代化管理理念，中小学的管理者应该树立起现代化的教育管理理念，应 该根据学校的培养目标和培养要求来统一规划学校的教学管理，使管理更
28、加现代化， 并且应该想方设法的使学校的教师和学生认同现代化的管理理念，让他们配合学校 的管理现代化建设。如何建设现代 化管理的校园，使用信息化管理是一个重要的标 志。在现代化的校园里必然有一个现代化的信息管理系统，这样的系统可以通过数 据的不断更新，把信息发送到各个部门和各位师生。 2) 制订完善规章制度，使用校园管理系统以后，为了保证系统的良好运行，势必 要制订并完善各项规章制度，要让各项管理工作都按照一定的标准来做。为了体现 管理信息化，应该既严密又规范同时本着方便操作的原则来制订各项规章制度，并 且随着使用系统中出现的问题来总结、修改或是补充各项规章制度，使其日益完善， 当然使用者也要严
29、格按制度办事，尊重规章制度的权威性。 3) 提高管理人员整体素质，要使信息管理系统真正起到帮助校园管理的作用，解 决校园管理中遇到的问题，不仅要依靠良好的设计，更需要系统的使用者和管理者 在使用和管理过程中的实践，他们的整体素质对系统的功能实现起到决定性的作用。 如何提高他们的整体素质是急需解决的重要问题。方法是要使使用者和管理者适应 如今的信息化管理方式，通过多种形式，如参观学习、专题研讨、专题报告或是专 家讲座等来加强对他们的技能的培训。并且使他们能将信息化的管理技术与科学的 管理方法想融合，及时发现 信息化管理中出现的问题，运用信息化管理的技能来进 行复杂的管理工作，以増强他们的现代化管
30、理意识，提高他们的现代化的管理水平 和工作效率，更进一步的推进信息化的管理建设。 在建设信息化的管理方式这个机遇下，为了适应教育教学改革发展的需要，通 过校园管理系统真正起到运用现代化的信息技术方式来管理校园的各项工作，并能 使这些管理工作做到流程化和科学化，这也是我们必要要通过运用系统，查找问题 并修改解决问题来实现的。实现信息化，就是要通过深挖知识信息资源来进行改革， 以大幅提高管理工作的效率和水平。对于这个不断完善的信息数字化过程，对于如 今这个大的信息化的时代，要想提高学校的综合竞争力就必须要利用好信息这个最 大的资源财富宝库，就势必要进行校园的管理信息化改革，这场改革不仅仅是对校 园
31、管理进行方法手段方面的改革，更是对校园管理的管理模式和管理理念的颠覆性 的改革，如果对信息化的管理技术使用不当，不能做到真正的进行改革，就会对信 息资源造成浪费也不能提高校园管理的效率。信息化的校园管理需要使用者和管理 者改变传统的管理理念、管理模式和管理程序。 本论文的目的是为中小学校 建设一个性能优秀并且稳定安全的信息化的校园管 理系统，使不论是使用该系统还是管理该系统的都能感受到信息化带来的便利。在 技术上，为了能够更加有效地提高管理系统的效率，采用了 SSH框架结构和 Oracle 数据库。本系统需要独立完成系统的需求分析、服务器分析、服务器部署、网络环 境分析、环境搭建、数据库设计、
32、系统的程序开发和系统测试等全过程的实现，在 技术上具有挑战性，尤其是解决JavaBean的配置管理、排课算法的选择实现 、 PDF 文档的打印输出实现和用 POI读写 Excel文档这些关键技术能更好的复习并实践 以 前所学的相关知识，并能大大的累积 WebProject的开发经验。 1.4论文的主要内容 本课题主要是为中小学建设一套适应其校园管理的具体需求的校园管理系统， 论文的主要内容有以下几点： 1) 论述了体系结构与模式的概念并重点分析了多层体系结构和设计模式，说明了 SSH框架的优缺点，说明了本系统采用 Spring+Struts+Hibernate为主体框架结构，其 他开源技术为辅
33、助框架结构的原因。 2) 重点的分析了中小学校园管理的业务需求，采用的中小学校园管理的体系结 构，说明了中小学的校园管理的业务流程和总体设计。 3) 介绍了中小学的校园管理中运用 Spring+Struts + Hibernate的框架技术来实现 的详细设计。 4 4) 重点说明了本中小学的校园管理系统的主要技术难点和实现方法，即 “ JavaBean的配置管理 ” 、 “ 排课算法 ” 、 “ PDF打印 ” 和 “ POI读写 Excel” 。 5) 进行了系统测试。 1.5论文结构安排 本文的主要内容来自于在系统的设计过程中所使用的方法和采取的步骤目以及 在系统的实施过程中所运用到的知识
34、。本文的结构组织安排如下： 第 1章是绪论，主要介绍本论文的研究意义和背景，以及本论文的研究目的和 研究内容。 第 2章介绍了本系统中使用的相关技术，并阐述了各种技术的原理、应用机制 以及优势。 第 3章根据该中小学校园系统的实际情况，结合当前的管理理念，提出相应的 需求与解决方案，并且从数据库设计和系统环境以及系统框架方面详细叙述了本系 统的实现方法。 第 4章介绍了本系统中使用的 JavaBean的配置管理方法，详述了这种管理方法 的原理、优势及在本系统中的应用方法。 第 5章介绍了本系统使用的排课算法的原理以及与其他排课算法的比较，并详 述 了该算法在本系统中的实现及实现结果。 第 6章介绍了本系统中使用的 PDF打印的原理及具体实现方式，并与