高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

杜博

（榆林學(xué)院 信息工程學(xué)院，陜西 榆林 719000）

隨著學(xué)校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，校園網(wǎng)的普及，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)施越來越好，學(xué)科之間的相互滲透發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室在高等院校進(jìn)行全面的素質(zhì)教育、培養(yǎng)高質(zhì)量的人才中發(fā)揮著越來越重要的作用。如何最大限度地提高實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)管理水平和使用效率，減輕實(shí)驗(yàn)室管理員的工作，使實(shí)驗(yàn)室的管理和使用更加規(guī)范、有序是高校目前迫切需要解決的問題[1-3]，正是在這個(gè)基礎(chǔ)上創(chuàng)建了實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上,利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等相關(guān)的技術(shù),將實(shí)驗(yàn)室中的各種實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行處理,并通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行開放型管理,其重要意義是使得實(shí)驗(yàn)室在時(shí)間和空間上得以延伸。

1 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的特點(diǎn)

1.1 為管理人員提供了實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)室資源使用情況

利用該功能，管理人員不必手動(dòng)記錄和計(jì)算實(shí)驗(yàn)室資源的使用情況，就可以及時(shí)處理實(shí)驗(yàn)室預(yù)約使用請(qǐng)求，掌握教師和學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安排。實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)為工具，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室信息的管理，把管理人員從繁瑣的數(shù)據(jù)計(jì)算處理中解脫出來，使其有更多的精力從事其他管理政策的研究實(shí)施，實(shí)驗(yàn)計(jì)劃的制定執(zhí)行監(jiān)督檢查，從而全面提高管理質(zhì)量和管理效率，降低了管理成本。

1.2 為教師預(yù)約實(shí)驗(yàn)室和查詢實(shí)驗(yàn)任務(wù)提供便利

利用該功能，教師可以登錄實(shí)驗(yàn)室預(yù)約系統(tǒng)，預(yù)約實(shí)驗(yàn)室，安排實(shí)驗(yàn)任務(wù)，查看實(shí)驗(yàn)報(bào)告，批改回復(fù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。節(jié)約了工作時(shí)間，提高了工作效率，為高校素質(zhì)教育的全面開展提供技術(shù)支持。

1.3 為學(xué)生查看實(shí)驗(yàn)任務(wù)，提交和查看實(shí)驗(yàn)成績(jī)提供便利

信息化管理后的實(shí)驗(yàn)室從學(xué)生來看,更是一個(gè)以學(xué)生為中心的、開放性的、人性化的實(shí)驗(yàn)支持服務(wù)系統(tǒng),學(xué)生可以方便快捷的查詢實(shí)驗(yàn)室任務(wù)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，查看實(shí)驗(yàn)成績(jī)，最大限度地提高了學(xué)習(xí)效率。

2 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的功能介紹

2.1 資源管理子系統(tǒng)

利用資源管理子系統(tǒng)，管理人員可以通過網(wǎng)絡(luò)完成發(fā)布通知公告，實(shí)驗(yàn)室資源管理，教師信息管理，學(xué)生信息管理等工作。通過為實(shí)驗(yàn)室資源管理建立模型，得到了圖1所示的實(shí)驗(yàn)室資源管理用例圖。

2.2 學(xué)生子系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介

利用學(xué)生子系統(tǒng)，學(xué)生可以登錄網(wǎng)站完成實(shí)驗(yàn)選課，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，預(yù)約實(shí)驗(yàn)等工作，同樣，該系統(tǒng)也為學(xué)生子系統(tǒng)建立模型，得到了圖2所示的學(xué)生子系統(tǒng)用例圖。

圖1 實(shí)驗(yàn)室資源管理用例圖Fig.1 Lab resources management use case diagram

圖2 學(xué)生子系統(tǒng)用例圖Fig.2 Student subsystem use case diagram

2.3 教師子系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介

利用教師子系統(tǒng)，教師可以登錄網(wǎng)站完成實(shí)驗(yàn)監(jiān)控，查看實(shí)驗(yàn)報(bào)告，預(yù)約實(shí)驗(yàn)室等工作，同樣，該系統(tǒng)也為教師子系統(tǒng)建立模型，得到了圖3所示的教師子系統(tǒng)用例圖。

圖3 教師子系統(tǒng)用例圖Fig.3 Teacher subsystem use case diagram

3 系統(tǒng)的總體框架與功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于對(duì)C/S與B/S模式的分析，將系統(tǒng)定位為B/S模式的多層體系架構(gòu)，多層結(jié)構(gòu)從邏輯上相互獨(dú)立，某一層的變動(dòng)通常不影響其他層，具有很高的可重用性。多層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)還可以利用單一的訪問點(diǎn)，可以在任何地方訪問站點(diǎn)的數(shù)據(jù)庫(kù)。所有的信息都可以用相同的界面訪問?？煽缙脚_(tái)操作，具有良好的開放性。支持異種數(shù)據(jù)庫(kù)[4]。

3.2 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)由資源管理、教師管理和學(xué)生管理3大功能組成的。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如4圖所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Function and structure diagram of laboratory management system

3.3 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是在數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)（DBMS）[5]的支持下完成信息的搜索、整理、存儲(chǔ)、檢索、更新、加工、統(tǒng)計(jì)與發(fā)布等功能。本實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的成敗在很大程度上取決于數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的合理性。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)如圖5所示:

圖5 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)Fig.5 Main mission of database design

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，根據(jù)用戶的信息需求、處理需求以及數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)行環(huán)境的特性，設(shè)計(jì)出合理的數(shù)據(jù)模式，確定數(shù)據(jù)庫(kù)選型，確定數(shù)據(jù)庫(kù)的安全保密措施和共享機(jī)制。

4 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)處理層的實(shí)現(xiàn)

在數(shù)據(jù)訪問組件中，利用對(duì)象池[6]的目的對(duì)象的共享，可以最大限度地最小化多個(gè)客戶機(jī)的對(duì)象初始化成本。雖然每次創(chuàng)建對(duì)象的第一個(gè)客戶端會(huì)降低性能，但只要該客戶端釋放了對(duì)象，該對(duì)象就立即返回對(duì)象池中，由于不必再等待對(duì)象的構(gòu)建，下一個(gè)客戶端創(chuàng)建的實(shí)例，這樣就大大地降低了系統(tǒng)成本，減輕數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的開銷。對(duì)象池的具體應(yīng)用過程如圖6所示。

圖6 對(duì)象池技術(shù)示例圖Fig.6 Diagram of object pooling

4.2 業(yè)務(wù)邏輯層的實(shí)現(xiàn)

為了增加管理系統(tǒng)的靈活性，便于該系統(tǒng)與其他異構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行集成，系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層采用Web Services來實(shí)現(xiàn)，下面是系統(tǒng)涉及到的主要Web Service方法：

1）Get Laboratory（ID）方法 該方法得到編號(hào)為 ID的實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間安排列表，并按時(shí)間段排序。

2）Get Student List（time）方法 該方法從時(shí)間段列表中選取時(shí)間，并查找該實(shí)驗(yàn)室該段時(shí)間學(xué)生列表。

3）Test Time（ID）方法 該方法驗(yàn)證該學(xué)生上機(jī)時(shí)間是否在實(shí)驗(yàn)上機(jī)時(shí)間內(nèi)。

4）LockID（Manageid）方法 該方法保存該管理人員的服務(wù)對(duì)象，以及開始時(shí)間，防止關(guān)閉頁(yè)面后信息丟失。

5）Update Account（ID）方法 該方法每一分鐘更新一次結(jié)果。

6）Arrangement Of Lab Account（）方法 該方法調(diào)用其他Web Services方法，進(jìn)行管理。

4.3 用戶交互過程的實(shí)現(xiàn)

在支持 AJAX的網(wǎng)頁(yè)中，瀏覽器向服務(wù)器發(fā)出對(duì)頁(yè)面的初始請(qǐng)求，然后向Web服務(wù)發(fā)出對(duì)數(shù)據(jù)的后續(xù)異步請(qǐng)求?？蛻舳送ㄐ旁夭捎么眍惡秃诵目蛻舳四_本庫(kù)的形式。服務(wù)器通信元素是處理程序和自定義服務(wù)。

目前實(shí)現(xiàn)AJAX應(yīng)用有如下幾種方式：

1）完全手工自己打造AJAX，可能對(duì)大多數(shù)人而言,太困難也太耗時(shí)；

2）使用微軟callback方式，只支持ASP.NET 2.0[7]；

3）使用AJAX現(xiàn)成Library，快速容易；

4）微軟的 ALtas Project，只支持 ASP.NET 2.0。

該系統(tǒng)采用的是第三種方式，利用現(xiàn)有的成熟的AJAX開發(fā)包在微軟.Net平臺(tái)下完成Web開發(fā)。實(shí)現(xiàn)步驟如下：

1）在工程項(xiàng)目添加引用ajax.dll；

2）在工程配置文件web.config中設(shè)置Ajax引擎替代瀏覽器默認(rèn)的HttpHandler；

3）在Page_Load事件函數(shù)中注冊(cè)AJAX組件類型：Ajax.Utility.RegisterTypeForAjax（GetType（Index））；

4）在頁(yè)面實(shí)現(xiàn)文件中加入AJAX方法；

5）在JavaScript腳本中直接調(diào)用AJAX[8]方法，基本形式為：PageClass.theAjaxMethod（）

AJAX實(shí)現(xiàn)異步響應(yīng)的列表中的cityResult事件就具有在客戶端程序中才會(huì)有的事件監(jiān)聽功能，具體的設(shè)計(jì)如下所示:

3層對(duì)應(yīng)的文件對(duì)象:Register.aspx（視圖）、Register.aspx.cs（控制器）、AjaxMethod.cs（模型）。

Register.aspx是用戶看到的界面，并通過內(nèi)置的AJAX對(duì)象異步方式給Register.aspx.cs發(fā)送請(qǐng)求。

Register.aspx.cs接收到 Register.aspx發(fā)過來的請(qǐng)求（get或者post方式），判斷后發(fā)送給相應(yīng)的業(yè)務(wù)/數(shù)據(jù)模型 A-jaxMethod.cs。

AjaxMethod.cs開始執(zhí)行業(yè)務(wù)操作，執(zhí)行完畢直接給Register.aspx頁(yè)面發(fā)送數(shù)據(jù)更新的通知，這個(gè)通知的消息有可能是XML封裝的數(shù)據(jù)。

Register.aspx頁(yè)面中為AJAX對(duì)象接收到了數(shù)據(jù)更新通知，根據(jù)實(shí)際情況用DOM進(jìn)行頁(yè)面呈現(xiàn)更新。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過調(diào)研國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)［9］現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析了國(guó)內(nèi)高校目前在實(shí)驗(yàn)室管理上存在的問題，落后的管理手段和越來越高的管理要求之間的矛盾嚴(yán)重制約著高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高。

論文就基于Web的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)以及采用的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了較為深入和全面的分析，探討了選擇Visual studio.net 2005作為系統(tǒng)開發(fā)工具，在.NET框架下采用 B／S 三層架構(gòu)體系，使用 Microsoft SQL Server 2005、c#、和asp.net等技術(shù)來分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)?；緦?shí)現(xiàn)了基于.NET平臺(tái)開發(fā)Web版的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，符合高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理的需求。

[1]陳佩民.計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2007（22）：178.

CHEN Pei-min.Development and research of laboratory management system[J].Science and Technology Consulting Herald，2007（22）：178.

[2]蘇新，畢經(jīng)存，陳利文，等.實(shí)驗(yàn)室開放式管理的探討與研究[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2003，22（5）：139-144.

SU Xin，BI Jing-cun，CHEN Li-wen，et al.Discussion and investigation on lab management in opening mode[J].Research and Exploration in Laboratory，2003，22（5）：139-144.

[3]李云，黃家瑜.實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2005，4（10）：52-55.

LI Yun，HUANG Jia-yu.Design and realization of a laboratory information management system[J].Research and Exploration in Laboratory，2005，4（10）：52-55.

[4]薩師煊，王珊.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2000.

[5]孟小峰.WEB數(shù)據(jù)庫(kù)管理研究綜述[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展，2001，12（4）：385－395.

MENG Xiao-feng.An overview of WEB database management[J].Journal of Computer Research and Development，2001，12（4）:385－395.

[6]蔡明山.高校實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2003.

[7]周奕，謝煌.基于網(wǎng)絡(luò)的院級(jí)實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].信息技術(shù)與信息化，2007（2）：126－128.

ZHOU Yi，XIE Huang.A MIS design and development of college-level experimental center based on the Web[J].Information Technology and Informatization，2007（2）：126－128.

[8]McDowall R.D.Amatrix for a LIMS with a strategic focus[J].Laboratory Automation&Infonmation Management，1995（31）：57－64.

[9]葉繼英，胡即明.實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009（14）：101－102，106.

YE Ji-ying，HU Ji-ming.Design of laboratory management system[J].Modern Electronics Technique，2009（14）：101－102，106.