毕业设计实战：基于Spring Boot的中药实验管理系统全栈开发

小飞计算机毕设
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一、项目背景：中医药实验教学数字化的创新需求

在中医药教育现代化进程中，传统实验教学管理面临三大核心痛点：实验资源管理低效（药材、器材信息记录混乱，使用情况难以追踪）、实验流程不规范（预约、指导、评分等环节缺乏统一管理）、教学数据分散（实验记录、评分数据、学习成果分散存储）。据2023年中医药教育信息化调研显示，国内中医药院校实验管理系统数字化覆盖率不足40%，大量珍贵的实验数据未能得到有效整合和分析。

为应对这一挑战，基于Spring Boot的中药实验管理系统应运而生。系统以"资源管理规范化、实验流程标准化、教学数据一体化"为核心目标，采用B/S架构构建符合中医药实验特点的管理平台，整合实验教学、在线学习、实验预约、器材管理等功能模块，建立"管理员统筹-教师指导-学生参与-实验员协助"的四级应用模式，推动中药实验管理从"手工记录、分散管理"向"数字化、系统化、智能化"转型。

二、技术架构：中药实验管理系统的全栈技术选型

项目基于"专业性、稳定性、安全性"三大原则，选用成熟的Java Web技术栈，确保系统在实验管理、器材追踪等核心业务上的准确性和可靠性：

技术模块具体工具/技术核心作用
后端框架Spring Boot 2.x快速构建RESTful API，提供稳健的业务逻辑处理
数据库MySQL 8.0安全存储实验数据、用户信息、器材记录等
前端技术JSP + Bootstrap + JavaScript构建专业化的中医药实验管理界面
架构模式B/S（Browser/Server）支持多角色协同工作，无需客户端安装
服务器Tomcat 9.0部署Web应用，保障教学期间的稳定运行

三、项目全流程：6步完成中药实验管理系统开发

3.1 第一步：需求分析——明确系统核心价值

针对传统中药实验管理的"资源管理低效、流程不规范、数据分散"痛点，系统聚焦"资源数字化、流程标准化、数据一体化"，明确四级角色的核心需求：

3.1.1 功能性需求

  1. 四级角色权限体系

    • 管理员：个人中心、学生管理、教师管理、实验员管理、系统配置、数据统计；
    • 教师：实验教学发布、在线学习管理、实验信息维护、预约审核、实验指导、实验评分；
    • 学生：实验学习、在线学习、实验预约、实验参与、成绩查询；
    • 实验员：器材信息管理、实验指导协助、实验环境维护。

  2. 核心业务功能

    • 实验全流程管理：从实验发布、预约、指导到评分的完整闭环；
    • 教学资源管理：实验教学内容、视频资料、学习材料的统一管理；
    • 器材生命周期管理：器材入库、使用记录、维护保养的全流程跟踪；
    • 学习社区互动：自由讨论、经验分享、问题解答的交流平台。

3.1.2 非功能性需求

  • 系统专业性：符合中医药实验教学的特点和规范；
  • 数据准确性：实验数据、评分记录准确无误；
  • 安全性要求：实验数据安全，权限控制严格；
  • 易用性：界面符合教学使用习惯，操作流程清晰。

3.2 第二步：系统设计——构建整体架构

系统采用分层架构模式，确保业务逻辑清晰、符合中医药实验教学规范：

3.2.1 系统总体架构

  1. 表现层

    • 基于JSP动态生成不同角色的操作界面；
    • Bootstrap提供统一的UI组件和响应式布局。

  2. 业务逻辑层

    • 用户管理服务：四级角色权限管理和身份验证；
    • 实验管理服务：实验流程控制、状态流转、数据记录；
    • 资源管理服务：教学资源、器材信息的CRUD操作；
    • 社区服务：发帖回帖、内容审核、消息通知。

  3. 数据持久层

    • MyBatis实现数据库操作；
    • 事务管理确保数据一致性。

3.2.2 核心数据库设计

系统设计15张核心数据表，关键表结构如下：

表名核心字段作用
学生表id、学号、密码、学生姓名、班级、专业存储学生基本信息
教师表id、工号、密码、教师姓名、电话、邮箱存储教师信息
实验员表id、账号、密码、姓名、电话、邮箱存储实验员信息
实验教学表id、实验名称、实验类型、教学视频、教学内容管理实验教学内容
实验信息表id、实验名称、实验类型、实验地点、实验时间存储实验安排信息
实验预约表id、实验名称、预约内容、预约时间、学号记录实验预约信息

3.3 第三步：后端核心功能实现——Spring Boot架构

基于Spring Boot框架实现符合中医药实验特点的核心业务逻辑：

3.3.1 实验管理功能实现

@RestController
@RequestMapping("/api/experiment")
public class ExperimentController {
    
    @Autowired
    private ExperimentService experimentService;
    
    /**
     * 教师发布实验信息
     */
    @PostMapping("/publish")
    public ResponseEntity<?> publishExperiment(@RequestBody ExperimentDTO experimentDTO,
                                              @RequestHeader("teacherId") Long teacherId) {
        try {
            // 参数验证
            if (StringUtils.isEmpty(experimentDTO.getShiyanmingcheng()) || 
                StringUtils.isEmpty(experimentDTO.getShiyanleixing()) ||
                experimentDTO.getShiyanshijian() == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("实验名称、类型和时间不能为空");
            }
            
            // 获取教师信息
            Teacher teacher = experimentService.getTeacherById(teacherId);
            if (teacher == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("教师信息不存在");
            }
            
            ExperimentInfo experiment = new ExperimentInfo();
            experiment.setShiyanmingcheng(experimentDTO.getShiyanmingcheng());
            experiment.setShiyanleixing(experimentDTO.getShiyanleixing());
            experiment.setTupian(experimentDTO.getTupian());
            experiment.setShiyandidian(experimentDTO.getShiyandidian());
            experiment.setShiyanshijian(experimentDTO.getShiyanshijian());
            experiment.setGonghao(teacher.getGonghao());
            experiment.setJiaoshixingming(teacher.getJiaoshixingming());
            experiment.setShiyanneirong(experimentDTO.getShiyanneirong());
            experiment.setStatus("可预约"); // 初始状态
            experiment.setAddtime(new Date());
            
            ExperimentInfo result = experimentService.publishExperiment(experiment);
            return ResponseEntity.ok("实验信息发布成功，实验ID：" + result.getId());
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("发布实验信息失败：" + e.getMessage());
        }
    }
    
    /**
     * 学生预约实验
     */
    @PostMapping("/reserve")
    public ResponseEntity<?> reserveExperiment(@RequestBody ReserveDTO reserveDTO,
                                              @RequestHeader("studentId") Long studentId) {
        try {
            // 参数验证
            if (StringUtils.isEmpty(reserveDTO.getShiyanmingcheng()) || 
                StringUtils.isEmpty(reserveDTO.getYuyueneirong())) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("实验名称和预约内容不能为空");
            }
            
            // 获取学生信息
            Student student = experimentService.getStudentById(studentId);
            if (student == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("学生信息不存在");
            }
            
            // 检查实验是否存在且可预约
            ExperimentInfo experiment = experimentService.getExperimentByName(reserveDTO.getShiyanmingcheng());
            if (experiment == null || !"可预约".equals(experiment.getStatus())) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("实验不存在或不可预约");
            }
            
            // 检查是否已预约
            if (experimentService.hasReserved(studentId, reserveDTO.getShiyanmingcheng())) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("您已预约该实验");
            }
            
            ExperimentReserve reserve = new ExperimentReserve();
            reserve.setShiyanmingcheng(reserveDTO.getShiyanmingcheng());
            reserve.setShiyanleixing(experiment.getShiyanleixing());
            reserve.setGonghao(experiment.getGonghao());
            reserve.setJiaoshixingming(experiment.getJiaoshixingming());
            reserve.setYuyueneirong(reserveDTO.getYuyueneirong());
            reserve.setYuyueshijian(new Date());
            reserve.setXuehao(student.getXuehao());
            reserve.setXueshengxingming(student.getXueshengxingming());
            reserve.setBanji(student.getBanji());
            reserve.setZhuanye(student.getZhuanye());
            reserve.setSfsh("否"); // 初始状态：未审核
            reserve.setAddtime(new Date());
            
            ExperimentReserve result = experimentService.reserveExperiment(reserve);
            return ResponseEntity.ok("实验预约成功，等待教师审核");
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("预约实验失败：" + e.getMessage());
        }
    }
    
    /**
     * 教师审核实验预约
     */
    @PostMapping("/audit-reserve/{reserveId}")
    public ResponseEntity<?> auditReserve(@PathVariable Long reserveId,
                                         @RequestBody AuditDTO auditDTO) {
        try {
            // 验证预约记录是否存在
            ExperimentReserve reserve = experimentService.getReserveById(reserveId);
            if (reserve == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("预约记录不存在");
            }
            
            // 更新审核状态
            reserve.setSfsh(auditDTO.getSfsh()); // "是"通过，"否"拒绝
            reserve.setShhf(auditDTO.getShhf()); // 审核回复
            experimentService.updateReserve(reserve);
            
            // 如果审核通过，更新实验状态
            if ("是".equals(auditDTO.getSfsh())) {
                experimentService.updateExperimentStatus(reserve.getShiyanmingcheng(), "已预约");
            }
            
            return ResponseEntity.ok("实验预约审核完成");
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("审核实验预约失败：" + e.getMessage());
        }
    }
}

@Service
@Transactional
public class ExperimentServiceImpl implements ExperimentService {
    
    @Autowired
    private ExperimentInfoMapper experimentMapper;
    
    @Autowired
    private ExperimentReserveMapper reserveMapper;
    
    @Autowired
    private TeacherMapper teacherMapper;
    
    @Autowired
    private StudentMapper studentMapper;
    
    @Override
    public ExperimentInfo publishExperiment(ExperimentInfo experiment) {
        experimentMapper.insert(experiment);
        return experiment;
    }
    
    @Override
    public ExperimentReserve reserveExperiment(ExperimentReserve reserve) {
        reserveMapper.insert(reserve);
        return reserve;
    }
    
    @Override
    public boolean hasReserved(Long studentId, String experimentName) {
        Student student = studentMapper.selectById(studentId);
        LambdaQueryWrapper<ExperimentReserve> wrapper = new LambdaQueryWrapper<>();
        wrapper.eq(ExperimentReserve::getXuehao, student.getXuehao())
               .eq(ExperimentReserve::getShiyanmingcheng, experimentName);
        return reserveMapper.selectCount(wrapper) > 0;
    }
}

3.3.2 实验指导与评分功能实现

@RestController
@RequestMapping("/api/guidance")
public class GuidanceController {
    
    @Autowired
    private GuidanceService guidanceService;
    
    /**
     * 教师进行实验指导
     */
    @PostMapping("/provide")
    public ResponseEntity<?> provideGuidance(@RequestBody GuidanceDTO guidanceDTO,
                                            @RequestHeader("teacherId") Long teacherId) {
        try {
            // 参数验证
            if (StringUtils.isEmpty(guidanceDTO.getShiyanmingcheng()) || 
                StringUtils.isEmpty(guidanceDTO.getZhidaoneirong())) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("实验名称和指导内容不能为空");
            }
            
            // 获取教师信息
            Teacher teacher = guidanceService.getTeacherById(teacherId);
            if (teacher == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("教师信息不存在");
            }
            
            // 检查实验预约是否存在且已审核通过
            ExperimentReserve reserve = guidanceService.getApprovedReserve(
                guidanceDTO.getShiyanmingcheng(), guidanceDTO.getXuehao());
            if (reserve == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("未找到对应的已审核通过的实验预约");
            }
            
            ExperimentGuidance guidance = new ExperimentGuidance();
            guidance.setShiyanmingcheng(guidanceDTO.getShiyanmingcheng());
            guidance.setShiyanleixing(reserve.getShiyanleixing());
            guidance.setGonghao(teacher.getGonghao());
            guidance.setJiaoshixingming(teacher.getJiaoshixingming());
            guidance.setZhidaoneirong(guidanceDTO.getZhidaoneirong());
            guidance.setShiyanriqi(new Date());
            guidance.setXuehao(reserve.getXuehao());
            guidance.setXueshengxingming(reserve.getXueshengxingming());
            guidance.setBanji(reserve.getBanji());
            guidance.setZhuanye(reserve.getZhuanye());
            guidance.setAddtime(new Date());
            
            ExperimentGuidance result = guidanceService.provideGuidance(guidance);
            return ResponseEntity.ok("实验指导记录添加成功");
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("添加实验指导失败：" + e.getMessage());
        }
    }
    
    /**
     * 教师进行实验评分
     */
    @PostMapping("/score")
    public ResponseEntity<?> scoreExperiment(@RequestBody ScoreDTO scoreDTO,
                                            @RequestHeader("teacherId") Long teacherId) {
        try {
            // 参数验证
            if (StringUtils.isEmpty(scoreDTO.getShiyanmingcheng()) || 
                StringUtils.isEmpty(scoreDTO.getPingfen())) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("实验名称和评分不能为空");
            }
            
            // 获取教师信息
            Teacher teacher = guidanceService.getTeacherById(teacherId);
            if (teacher == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("教师信息不存在");
            }
            
            // 检查实验是否已完成
            ExperimentReserve reserve = guidanceService.getCompletedReserve(
                scoreDTO.getShiyanmingcheng(), scoreDTO.getXuehao());
            if (reserve == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("未找到对应的已完成实验记录");
            }
            
            ExperimentScore score = new ExperimentScore();
            score.setShiyanmingcheng(scoreDTO.getShiyanmingcheng());
            score.setShiyanleixing(reserve.getShiyanleixing());
            score.setXuehao(reserve.getXuehao());
            score.setXueshengxingming(reserve.getXueshengxingming());
            score.setBanji(reserve.getBanji());
            score.setZhuanye(reserve.getZhuanye());
            score.setPingfen(scoreDTO.getPingfen());
            score.setDianping(scoreDTO.getDianping());
            score.setRiqi(new Date());
            score.setGonghao(teacher.getGonghao());
            score.setJiaoshixingming(teacher.getJiaoshixingming());
            score.setAddtime(new Date());
            
            ExperimentScore result = guidanceService.scoreExperiment(score);
            return ResponseEntity.ok("实验评分成功");
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("实验评分失败：" + e.getMessage());
        }
    }
}

3.3.3 器材管理功能实现

@RestController
@RequestMapping("/api/equipment")
public class EquipmentController {
    
    @Autowired
    private EquipmentService equipmentService;
    
    /**
     * 添加器材信息
     */
    @PostMapping("/add")
    public ResponseEntity<?> addEquipment(@RequestBody EquipmentDTO equipmentDTO) {
        try {
            // 参数验证
            if (StringUtils.isEmpty(equipmentDTO.getQicaimingcheng()) || 
                StringUtils.isEmpty(equipmentDTO.getQicaileixing()) ||
                equipmentDTO.getShuliang() == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("器材名称、类型和数量不能为空");
            }
            
            EquipmentInfo equipment = new EquipmentInfo();
            equipment.setQicaimingcheng(equipmentDTO.getQicaimingcheng());
            equipment.setQicaileixing(equipmentDTO.getQicaileixing());
            equipment.setTupian(equipmentDTO.getTupian());
            equipment.setShuliang(equipmentDTO.getShuliang());
            equipment.setDengjiriqi(new Date());
            equipment.setZhuyishixiang(equipmentDTO.getZhuyishixiang());
            equipment.setQicaiyongfa(equipmentDTO.getQicaiyongfa());
            equipment.setStatus("可用"); // 初始状态
            equipment.setAddtime(new Date());
            
            EquipmentInfo result = equipmentService.addEquipment(equipment);
            return ResponseEntity.ok("器材信息添加成功，器材ID：" + result.getId());
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("添加器材信息失败：" + e.getMessage());
        }
    }
    
    /**
     * 器材借用申请
     */
    @PostMapping("/borrow")
    public ResponseEntity<?> borrowEquipment(@RequestBody BorrowDTO borrowDTO,
                                            @RequestHeader("userId") Long userId,
                                            @RequestHeader("userType") String userType) {
        try {
            // 参数验证
            if (StringUtils.isEmpty(borrowDTO.getQicaimingcheng()) || 
                borrowDTO.getBorrowCount() == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("器材名称和借用数量不能为空");
            }
            
            // 检查器材是否存在且可用
            EquipmentInfo equipment = equipmentService.getEquipmentByName(borrowDTO.getQicaimingcheng());
            if (equipment == null || !"可用".equals(equipment.getStatus())) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("器材不存在或不可用");
            }
            
            if (equipment.getShuliang() < borrowDTO.getBorrowCount()) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("借用数量超过库存数量");
            }
            
            // 根据用户类型获取用户信息
            UserInfo user = equipmentService.getUserInfo(userId, userType);
            if (user == null) {
                return ResponseEntity.badRequest().body("用户信息不存在");
            }
            
            EquipmentBorrow borrow = new EquipmentBorrow();
            borrow.setQicaimingcheng(borrowDTO.getQicaimingcheng());
            borrow.setQicaileixing(equipment.getQicaileixing());
            borrow.setBorrowCount(borrowDTO.getBorrowCount());
            borrow.setBorrowPurpose(borrowDTO.getBorrowPurpose());
            borrow.setBorrowTime(new Date());
            borrow.setExpectedReturnTime(borrowDTO.getExpectedReturnTime());
            borrow.setUserId(userId);
            borrow.setUserName(user.getUserName());
            borrow.setUserType(userType);
            borrow.setStatus("待审核");
            borrow.setAddtime(new Date());
            
            EquipmentBorrow result = equipmentService.borrowEquipment(borrow);
            
            // 更新器材状态为待审核
            equipment.setStatus("待审核");
            equipmentService.updateEquipment(equipment);
            
            return ResponseEntity.ok("器材借用申请提交成功，等待审核");
        } catch (Exception e) {
            return ResponseEntity.internalServerError()
                .body("器材借用申请失败：" + e.getMessage());
        }
    }
}

3.4 第四步：前端界面实现——中医药实验系统风格设计

基于JSP + Bootstrap构建符合中医药特色的实验管理系统界面：

3.4.1 核心界面设计

  1. 首页：系统概览、实验通知、快速入口；
  2. 实验中心：实验列表、分类筛选、详情查看；
  3. 预约管理：实验预约、预约状态、历史记录；
  4. 教学资源：实验教学、在线学习、资料下载；
  5. 器材管理：器材列表、借用申请、使用记录；
  6. 成绩中心：实验评分、成绩查询、统计分析；
  7. 交流社区：自由讨论、经验分享、问题求助。 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述 在这里插入图片描述

3.4.2 设计亮点

  • 中医药风格：采用传统中国风元素，体现中医药文化特色；
  • 专业布局：界面布局符合实验教学流程，操作路径清晰；
  • 数据可视化：使用图表展示实验数据统计和分析结果；
  • 响应式设计：支持不同设备访问，确保使用体验一致性。

3.5 第五步：系统测试——确保系统稳定可靠

通过全面的测试确保系统功能完整性和数据准确性：

3.5.1 功能测试

测试场景测试用例预期结果实际结果
实验发布教师发布新实验发布成功，学生可见发布成功，信息完整
实验预约学生预约实验预约成功，状态待审核预约成功，流程正确
预约审核教师审核预约审核通过/拒绝，状态更新审核功能正常
实验指导教师进行实验指导指导记录成功添加记录完整，信息准确
实验评分教师进行实验评分评分成功，学生可查评分准确，显示正常

3.5.2 性能测试

  • 并发测试：模拟实验选课高峰期大量学生同时操作，系统响应正常；
  • 数据准确性：实验数据、评分记录准确无误；
  • 稳定性测试：长时间运行无内存泄漏，系统稳定可靠。

3.6 第六步：问题排查与优化——提升系统性能

开发过程中遇到的核心问题及解决方案：

  1. 问题：实验预约并发控制
    解决方案：使用数据库事务和乐观锁机制防止超预约。

  2. 问题：器材库存同步
    解决方案：使用数据库事务确保库存更新的原子性。

  3. 问题：实验流程状态管理
    解决方案：设计完整的状态流转机制，确保流程规范性。

  4. 问题：数据统计性能
    解决方案：使用数据库视图和定时任务生成统计报表。

四、毕业设计复盘：中药实验管理系统开发实践总结

4.1 开发过程中的技术挑战

  1. 复杂业务流程：实验预约、审核、指导、评分的完整流程管理；
  2. 多角色权限控制：四级角色权限体系的细粒度控制；
  3. 数据一致性：实验状态、器材库存等数据的强一致性保障；
  4. 系统专业性：确保系统符合中医药实验教学的特点和规范。

4.2 给后续开发者的建议

  1. 深入理解业务：充分研究中医药实验教学的具体流程和需求；
  2. 注重数据模型设计：设计符合实验教学特点的数据结构；
  3. 强化权限管理：建立严格的多角色权限控制体系；
  4. 优化用户体验：简化操作流程，提供清晰的状态提示；
  5. 完善系统文档：编写详细的技术文档和用户操作手册。

五、项目资源与发展展望

5.1 项目核心资源

本项目提供完整的开发资料：

  • 后端源码：完整的Spring Boot项目，包含实验管理相关业务逻辑；
  • 前端页面：JSP页面和静态资源文件；
  • 数据库脚本：建表语句和示例数据；
  • 部署文档：详细的系统部署教程；
  • API文档：接口说明和使用示例。

5.2 系统扩展方向

  1. 移动端应用：开发微信小程序，支持移动端实验预约和查询；
  2. 智能推荐：基于学生兴趣和能力的智能实验推荐；
  3. 虚拟实验：集成虚拟仿真实验，扩展实验教学形式；
  4. 大数据分析：构建实验教学数据分析平台，为教学改进提供支持；
  5. 物联网集成：集成智能实验设备，实现实验数据的自动采集。

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