開放測量實驗室信息化建設(shè)探索

許萬旸，李 曼，孫悅民

（天津城建大學(xué) 地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津 300384）

開放測量實驗室信息化建設(shè)探索

許萬旸，李 曼，孫悅民

（天津城建大學(xué) 地質(zhì)與測繪學(xué)院，天津 300384）

測量實驗室是工程測量實踐教學(xué)的重要場所，建設(shè)開放式的測量實驗室是測量實驗室信息化建設(shè)的重要體現(xiàn)。該文從測量實驗室的儀器設(shè)備管理、學(xué)生實驗教學(xué)、實驗室日常運行與管理3個方面的功能分析了開放測量實驗室的優(yōu)勢，基于數(shù)據(jù)庫技術(shù)及網(wǎng)頁編程技術(shù)，從數(shù)據(jù)庫設(shè)計以及系統(tǒng)功能設(shè)計兩方面論述了構(gòu)建開放測量實驗室管理系統(tǒng)的思路。

測量；開放實驗室；信息化；系統(tǒng)構(gòu)建

工程測量學(xué)作為天津城建大學(xué)測繪工程、土木工程等眾多工科專業(yè)的一門必修課，具有理論與實踐并行且操作性、直觀性較強的特點［1］。因此，除了基礎(chǔ)理論教學(xué)，實踐教學(xué)也是該課程教學(xué)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。［2］

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式在現(xiàn)代教學(xué)中暴露出越來越多的弊端［3］，如實驗室的開放情況大多是以課程的教學(xué)計劃為基礎(chǔ)，由于借還儀器、教師講解等各種因素的影響，學(xué)生對儀器的有效操作時間被限制，達不到良好的教學(xué)效果。因此，建立開放的測量實驗室勢在必行。在科學(xué)管理的基礎(chǔ)上，適當(dāng)增強實驗室開放，既能提高實驗設(shè)備的利用率，又能更好的銜接理論與實踐教學(xué)［4］，是當(dāng)前各高校進行實踐教學(xué)改革和創(chuàng)新的重點環(huán)節(jié)。

另一方面，隨著計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)已成為信息資源存儲、傳輸和開發(fā)利用的主要載體，基于B／S（Browser／Server，瀏覽器／服務(wù)器）模式的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)技術(shù)已在多個行業(yè)得到了廣

泛應(yīng)用［5－7］，這為開放測量實驗室的信息化建設(shè)提供了行之有效的技術(shù)手段。構(gòu)建基于B／S模式的開放測量實驗室管理系統(tǒng)則是開放測量實驗室信息化建設(shè)的重要體現(xiàn)。

1 信息化的開放測量實驗室的優(yōu)勢

1.1 儀器設(shè)備管理

傳統(tǒng)的測量儀器管理大多采用電子表格結(jié)合紙質(zhì)材料記錄的方式，資源的共享性和透明性程度不高。不僅加大了實驗室管理人員的工作量和復(fù)雜度，如學(xué)生每一次借還儀器都要在記錄板上登記，浪費時間且紙質(zhì)材料不易保存［8］；而且教師和學(xué)生也無法快捷全面地了解測量實驗室的詳細情況，從而合理的安排教學(xué)和學(xué)習(xí)活動。開放測量實驗室擬對實驗設(shè)備采用圖書化管理模式［9］，每一臺儀器的名稱、型號、資產(chǎn)編號、出廠編號、生產(chǎn)編號、存放地點、使用狀態(tài)、使用記錄等信息都錄入到數(shù)據(jù)庫［10］，本校教師及學(xué)生都可以在注冊后登錄系統(tǒng)進行查詢。同時，通過數(shù)據(jù)錄入，記錄儀器的出庫與入庫情況，并由學(xué)生在相應(yīng)的紙質(zhì)記錄簿上簽名，以作備份。實驗室管理人員可錄入編輯儀器的各項信息，包括儀器的狀態(tài)、是否在庫、使用及維修記錄等，在一定程度上將管理人員從繁瑣的傳統(tǒng)管理模式中解放出來，實現(xiàn)了儀器管理的科學(xué)性和有效性。

1.2 學(xué)生實驗教學(xué)

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式很難做到因材施教，學(xué)生在實驗課中大都是被動的、機械地去接受知識，再加上實驗課時間的限制，很難保證實驗課的教學(xué)質(zhì)量。為充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)造熱情，需要采用新的開放式教學(xué)模式來改進傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端。依托于開放測量實驗室系統(tǒng)，可實現(xiàn)測量儀器、實驗時間和項目、實驗教學(xué)內(nèi)容甚至是教學(xué)觀念的開放［11］。如任課教師可根據(jù)課程安排在網(wǎng)上預(yù)約相應(yīng)的實驗項目和時間，在線批改實驗報告，錄入成績以及進行相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，提高了實驗教學(xué)效率。學(xué)生可根據(jù)任課教師的要求在實驗課之前在網(wǎng)上預(yù)習(xí)實驗內(nèi)容、瀏覽實驗指導(dǎo)書，為實驗課做好充足準備，在實驗課結(jié)束后可在網(wǎng)上提交實驗報告、查看實驗成績。此外，對于基礎(chǔ)較低的學(xué)生，可根據(jù)自身的學(xué)習(xí)情況，在網(wǎng)上預(yù)約相關(guān)的實驗項目，利用實驗室配備的額外資源進行基礎(chǔ)技能訓(xùn)練［12］。得益于開放實驗室系統(tǒng)這種信息化的管理模式，不僅將教師和實驗室管理人員從繁瑣的傳統(tǒng)實驗教學(xué)和管理工作中解放出來，進一步提升了實驗室資源的利用率，而且對學(xué)生實踐和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到積極的作用。

1.3 實驗室日常運行及管理

在每學(xué)期的實驗教學(xué)安排中，實驗課表的制定都是任課老師將本學(xué)期的實驗課安排發(fā)給實驗室管理人員，后者再根據(jù)實驗室資源制定本學(xué)期實驗課表。此外，學(xué)生的實驗課分組名單一般是在第一次實驗課中由學(xué)生手工填好上交到給實驗室管理人員存檔，費時費力。而開放測量實驗室系統(tǒng)則允許任課教師直接將實驗課安排上傳至系統(tǒng)，最后由實驗室管理人員統(tǒng)一制定課表，教師也可同時將學(xué)生的分組情況提交至系統(tǒng)，既提高了效率又實現(xiàn)了資源共享。每學(xué)期結(jié)束后，實驗室管理人員要對本學(xué)期的實驗室運行情況進行總結(jié)，將眾多資料進行歸檔保存，包括實驗課分組名單、實習(xí)借領(lǐng)儀器清單、課程統(tǒng)計表、教學(xué)任務(wù)表、儀器更新統(tǒng)計表等，傳統(tǒng)的方法為采用人工方式分別進行統(tǒng)計，而開放測量實驗室系統(tǒng)則可將這些功能內(nèi)置到相關(guān)模塊中，實驗室管理人員可直接在系統(tǒng)中進行操作，大幅提高了工作效率。

2 開放測量實驗室系統(tǒng)的構(gòu)建

開放測量實驗室系統(tǒng)的構(gòu)建流程如圖1所示。該系統(tǒng)的構(gòu)建主要包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計以及系統(tǒng)模塊的設(shè)計和開發(fā)。擬采用Visual Studio2010集成開發(fā)環(huán)境，利用ASP.NET技術(shù)和ADO.NET技術(shù)，搭建具有B／S三層體系架構(gòu)的開放實驗室管理系統(tǒng)框架，完成系統(tǒng)功能模塊的詳細設(shè)計與開發(fā)，之后進行系統(tǒng)的測試與完善。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)建流程

2.1 開放測量實驗室系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲和訪問核心。數(shù)據(jù)庫設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性能。數(shù)據(jù)庫設(shè)計需對系統(tǒng)進行詳細分析研究后描述出詳細的系統(tǒng)分層數(shù)據(jù)流程圖，進而對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進行清晰的邏輯設(shè)計及規(guī)范的物理設(shè)計。

2.1.1 數(shù)據(jù)流程圖（DFD）分析

數(shù)據(jù)流程圖是數(shù)據(jù)庫技術(shù)廣泛使用的一種分析工具，它以圖形的方式直觀描述了數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中的流向和處理過程，表明系統(tǒng)的輸入與輸出以及數(shù)據(jù)的源點與終點。在對系統(tǒng)進行詳細分析、深入調(diào)查、研究之后，對系統(tǒng)分層數(shù)據(jù)流程圖進行分析，為數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

2.1.2 數(shù)據(jù)字典設(shè)計

數(shù)據(jù)字典中能夠反映數(shù)據(jù)元素、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)存儲、處理過程、外部實體的定義。對DFD分析中的各個數(shù)據(jù)流和資料存儲中出現(xiàn)的每一個成分都進行詳細的定義，完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)字典設(shè)計，如對學(xué)生成績的數(shù)據(jù)字典定義為“學(xué)生成績＝課程號＋學(xué)號＋操作成績＋實驗報告成績＋最終成績?！?/p>

2.1.3 數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計

數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計包括邏輯模型設(shè)計和物理結(jié)構(gòu)設(shè)計。

邏輯模型設(shè)計，即E－R圖的設(shè)計。在對系統(tǒng)需求信息和系統(tǒng)實體數(shù)據(jù)項分析的基礎(chǔ)上建立實驗地點、管理員、指導(dǎo)教師、學(xué)生、實驗項目等各實體的E－R圖，進而分析建立各實體間的系統(tǒng)E－R圖。

物理結(jié)構(gòu)的設(shè)計，即表／字段的設(shè)計。設(shè)計與信息管理、實驗教學(xué)管理、實驗設(shè)備管理、人員管理等相關(guān)的數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)，包括字段名稱、字段類型、字段說明、是否為主鍵等。

2.2 基于B／S的開放測量實驗室管理系統(tǒng)開發(fā)實現(xiàn)

2.2.1 基于B／S的開放測量實驗室管理系統(tǒng)需求分析

參照“地質(zhì)與測繪學(xué)院實驗中心實驗室開放管理辦法”，結(jié)合測量實驗室實際情況，在增強實驗室的開放性、提高學(xué)生實踐學(xué)習(xí)主動性，簡化實驗室管理人員工作的前提下，針對學(xué)生、教師、系統(tǒng)管理員的需求進行分析，包括系統(tǒng)功能模塊分析及所需數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的分析。

2.2.2 基于B／S的開放式實驗室管理系統(tǒng)設(shè)計

1）系統(tǒng)總體設(shè)計

基于面向服務(wù)體系架構(gòu)思想進行開放測量實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計，總體設(shè)計遵循“統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施”的思想，并具有開放性、界面友好、易于擴充和維護等特點，同時滿足多用戶同時訪問及信息同步、共享的要求。系統(tǒng)選用B／S架構(gòu)進行開發(fā)，整個系統(tǒng)按照用戶層、功能邏輯層和數(shù)據(jù)層3個層次執(zhí)行。用戶層是用戶獲取和輸出信息的接口；功能邏輯層由執(zhí)行實驗室管理功能的模塊構(gòu)成，并與數(shù)據(jù)層進行通信；數(shù)據(jù)層主要是數(shù)據(jù)庫，包括表、視圖、存儲過程、觸發(fā)器等數(shù)據(jù)庫對象。

2）系統(tǒng)功能模塊設(shè)計

系統(tǒng)各功能主要包括用戶管理、實驗教學(xué)管理、儀器設(shè)備管理、基礎(chǔ)資料管理、統(tǒng)計報表管理等，針對學(xué)生用戶能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)上查詢、預(yù)習(xí)、預(yù)約實驗，提交實驗報告、瀏覽下載實驗指導(dǎo)書等功能；針對教師用戶能夠?qū)崿F(xiàn)實驗室設(shè)備使用狀況查詢，學(xué)生實驗預(yù)習(xí)系統(tǒng)更新維護，學(xué)生預(yù)約實驗查看、管理，實驗報告在線查看、批改等功能；針對系統(tǒng)管理員能夠?qū)崿F(xiàn)實驗室信息發(fā)布，權(quán)限管理，人員、學(xué)生成績、實驗項目、儀器設(shè)備的管理維護等功能。

3 結(jié)束語

傳統(tǒng)的測量實驗室管理和運行模式存在工作量大、資源利用率低等弊端，以現(xiàn)代計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為依托，通過開發(fā)開放測量實驗室系統(tǒng)以實現(xiàn)測量實驗室的開放，不僅使實驗室的日常運行管理更加科學(xué)、學(xué)生的實踐教學(xué)活動質(zhì)量更高，同時也順應(yīng)了高校各系統(tǒng)的信息化建設(shè)潮流，對推動學(xué)生的創(chuàng)新性教育改革具有重要意義。

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Exploration of Informationized Construction of Open Surveying Laboratory

XU Wanyang，LI Man，SUN Yuemin
（School of Geology and Geomatics，Tianjin Chengjian University，Tianjin 300384，China）

Surveying laboratory is an important place for the practice teaching of engineering surveying.Construction of open suvveying laboratory is an important embodiment of information construction.Advantages of open surveying laboratory have been summarized from three functions of surveying laboratory including apparatus management of surveying laboratory，experimental teaching for students and daily running and management of laboratory.Based on database technology and webpage program technology，process of building opening surveying laboratory management system has been discussed.

Surveying；open laboratory；Informationization；construction of system

G482

A

10.3969／j.issn.1672－4550.2016.06.065

2015－05－13；修改日期：2016－11－21

天津城建大學(xué)教改項目（JG－1410）。

許萬旸（1988－），男，碩士，助理實驗師，主要從事工程測量的實驗教學(xué)與研究。