高校實驗室信息與設備管理系統(tǒng)的開發(fā)與應用

羅 霞 張嘉寧 羅 闊

（1.華南農業(yè)大學 電子工程學院、人工智能學院，廣東 廣州 510642； 2.華南農業(yè)大學 工程學院，廣東 廣州 510642）

21 世紀以來，網絡技術迅速融入普通社會家庭的日常生活中，得益于網絡技術時代的發(fā)展，使得人們的生活更加便捷，尤其是移動電子設備的使用，它們不僅功能越來越強大、豐富，而且新研發(fā)的5G 移動通信技術的不斷完善與應用、寬帶的提速以及網絡流量資費的下降，為移動設備和移動應用App 的發(fā)展創(chuàng)造了良好環(huán)境條件，使得網絡技術與人們日常生活的聯系更加緊密。

通過基于網絡技術的信息化平臺來整理和收集各個行業(yè)繁雜的“大數據”是當今社會的一大發(fā)展趨勢[1-2]。信息化平臺的高效率工作將取代費時費力的手工勞動，同時隨著科技高速發(fā)展，信息的整合和分析速度一定程度上會突破時間、空間的限制，實現信息利用率大幅度的提升，從而促進了社會生產效率的提高。高等院校是培養(yǎng)高科技人才的重要基地，將移動互聯網技術與高校信息化相結合必然是一大發(fā)展趨勢。高校實驗室作為開展實驗教學的核心場所，實驗課程不僅是對在課堂上和書本中學習的理論知識的驗證和補充，也是培養(yǎng)大學生積極創(chuàng)新和動手實踐能力的重要場所。隨著高校對科研教學質量以及學生動手實踐能力的不斷重視，尤其是實驗課程越來越多的理工科，與這些專業(yè)相對應的實驗室的管理難度和工作量也相應增大，實驗室的信息管理系統(tǒng)成為了制約發(fā)展的瓶頸。因此要順應時代發(fā)展，推進高校實驗室信息化管理進程[3-8]。

為了改善電子科學與技術專業(yè)實驗課的實驗室管理員、教師和學生的教學環(huán)境和氛圍，通過前期一定調研和結合實際需求，并利用網絡技術和通信技術，將電子科學與技術專業(yè)實驗的信息管理、實驗教學、實驗設備儀器管理等相關工作納入實驗室信息化管理進程，開發(fā)面向高校實驗室的一體化信息與實驗設備管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設計

1.1 系統(tǒng)架構

整個系統(tǒng)的設計分為移動客戶端設計和后臺服務端設計，其中移動客戶端采用H5 語言進行開發(fā)，是整個系統(tǒng)的主要功能實現平臺；后臺服務端使用Java 開發(fā)，后臺數據庫通過請求和響應交互方式傳遞數據，來滿足前端客戶端的訪問需求。下面將從系統(tǒng)的結構體系設計和系統(tǒng)的網絡架構設計兩個方面進行闡述。

1.1.1 結構體系設計

系統(tǒng)整體架構采用 MVC 模式（Model View Controller），它用一種將前端界面顯示、系統(tǒng)數據、后端業(yè)務邏輯分離的方法來組織代碼。在本系統(tǒng)中，模型層是后端存儲數據的數據庫，而視圖層是在移動智能端顯示的交互界面，控制器是云服務器。客戶端發(fā)送操作請求至云服務器，服務器按照業(yè)務邏輯進行處理，并且從數據庫中調取相關的數據信息反饋到前端頁面。管理員具有最高管理權限，可以在PC 端的服務器后臺直接完成對數據庫里的信息修改。具體系統(tǒng)的結構體系如圖1 所示。

圖1 結構體系設計圖

1.1.2 網絡架構設計

整個實驗室管理系統(tǒng)是由Web 服務器、移動客戶端構成，移動客戶端由教師端和學生端組成。設計思路借助于無線網絡和遠程通信技術，實現移動客戶端的應用程序和遠程數據庫的訪問連接，并通過Web 服務器將相關的信息顯示給移動客戶端，并提供相應的服務，移動客戶端目前主要使用智能手機。系統(tǒng)的功能主要在智能手機端實現，訪問的數據和信息通過校園網和4G 移動網絡實現交互和傳遞。并架構了計算機端的管理平臺實現對數據庫的直接訪問，包括對數據庫里的內容進行刪減、添加和修改，從而控制移動客戶端所顯示的信息。系統(tǒng)的網絡架構設計如圖2 所示。

圖2 網絡架構設計圖

1.2 系統(tǒng)功能設計

本系統(tǒng)的主要業(yè)務功能均在移動智能端實現，PC 端的后臺管理平臺只是一個補充，所以系統(tǒng)著重于移動端平臺的開發(fā)。根據用戶角色模型分析可知，移動端可以實現分角色登錄的界面模式，不同的用戶角色登錄以后前端頁面中包含不同的功能模塊，從而賦予用戶不同的權限。系統(tǒng)的運行流程如圖3 所示。

圖3 運行流程圖

根據用戶需求分析，整個系統(tǒng)（移動端為主）分為4 個模塊：設備儀器預約、實驗報告提交、實驗教程查詢、設備故障報修。

1.2.1 設備儀器預約

移動智能端的主要功能是針對教師和學生設計的實驗預約模塊，用戶在進行實驗以前可以根據要做的實驗內容在App 上查看主要的實驗設備，然后點擊預約并填寫相關的預約信息進行提交，具有管理權限的用戶可以對實驗設備預約情況進行審核，并且將審核結果反饋。

1.2.2 實驗報告提交

平時實驗課之后學生提交紙質版的實驗報告，存在互相抄襲、隨意填寫數據等現象，結合電子科學與技術專業(yè)的實際情況添加了在線提交實驗報告的功能，學生直接在實驗過程中根據實驗現象和結果在客戶端填寫實驗報告，并且支持圖片上傳功能來證明自己的實驗結論。學生提交實驗報告以后，老師登陸客戶端便可以對這些報告進行評閱。這一功能主要是幫助學生深刻地理解實驗過程以及原理，并且實現完全無紙化信息管理，減少資源浪費。

1.2.3 實驗教程查詢

實驗教程查詢功能是本系統(tǒng)的一個突出創(chuàng)新功能，通過在線為教師和學生提供詳細的實驗操作信息，來促進實驗課程的開展和為學生自主實踐提供幫助。一些主要的實驗項目排列在實驗教程界面上，用戶通過點擊實驗名稱，可以查看相關實驗的PPT 文檔，并且還提供了比較生動的視頻教學，不僅減輕了傳統(tǒng)實驗課課堂上教師的教學壓力，而且解決了紙質參考文檔攜帶不方便的弊端，也極大地調動了學生的學習興趣。

1.2.4 設備故障報修

結合本實驗室的實驗管理流程，以前每次做完一次實驗，學生需要在實驗臺上的一個本子上登記實驗設備的使用狀況和設備故障等信息，實驗室管理員在巡檢設備時才能根據這些記錄發(fā)現問題。本系統(tǒng)開發(fā)出了設備故障報修模塊，師生在使用完實驗設備以后一旦發(fā)現設備存在故障，就能及時在客戶端上報，管理員在后臺收到設備故障信息就能及時進行處理，不影響其他班級實驗課程的進行。

2 實驗室信息與設備管理系統(tǒng)功能實現

2.1 登錄模塊的設置

登錄模塊是對用戶進行身份驗證后才可以登錄系統(tǒng)。初次使用的用戶要通過注冊后才能登錄系統(tǒng)。系統(tǒng)登錄前，要正確輸入用戶名、密碼并選擇用戶類型，方可登錄系統(tǒng)，其中賬號就是老師的工號或者學生的學號，系統(tǒng)與用戶信息表進行驗證成功后才能登錄系統(tǒng)。系統(tǒng)登錄面如圖4 所示。

圖4 登錄界面

2.2 主頁面模塊

教師和學生登錄后，系統(tǒng)會進入到相應的主界面，主界面中包括各個模塊的入口，從而完成系統(tǒng)各個功能模塊的導航，教師端界面如圖5 所示。

圖5 教師端首頁

2.3 設備儀器預約模塊

實驗設備儀器預約模塊在該信息系統(tǒng)中使用頻率最高，本系統(tǒng)提供對于教師和學生的在線實驗預約功能。用戶通過主頁面下方的按鈕進入設備預約界面，獲取設備名稱及其使用方面的介紹，并選擇相應設備點擊后面的預約按鈕進行預約，然后填寫設備預約表里的信息，包括預約人姓名、聯系電話、班級、預約時間等信息，方便在預約申請?zhí)峤怀晒σ院髮嶒灩芾韱T根據實驗室的設備資源進行審核和處理。

2.4 上傳實驗報告模塊

本模塊將之前的紙質版實驗報告改為電子版文檔上傳，讓學生直接在實驗過程中及時記錄實驗結果、實驗數據等重要信息，通過調用相關組件實現手機攝像頭的調用，并對實驗操作過程中的關鍵步驟或者重要現象進行拍照上傳。上傳實驗報告的主界面如圖6 所示。

圖6 上傳實驗報告主界面

2.5 實驗教程模塊

實驗教程頁面引用了傳統(tǒng)的實驗教學頁面，將一個個實驗以列表形式在頁面中線性排列，然后只要點擊實驗名稱就可以跳轉到在線教學模塊，通過訪問遠程服務器下載視頻，就可以在前端播放相應的實驗視頻資料，并且提供了相關實驗的參考電子版資料供師生下載閱讀。

2.6 設備報修模塊

設備報修模塊主要對有故障的設備及時報修，填寫相關信息，包括設備編號、設備名稱、使用人以及設備故障說明等內容，填寫完后及時提交，管理員在服務器管理后臺收到信息可以能夠及時處理。

3 結 語

本實驗室管理系統(tǒng)是結合電子科學與技術專業(yè)的實際需求以及現存高校實驗室管理系統(tǒng)的不足開發(fā)出來的一款功能比較完善的系統(tǒng)，主要功能實現移動智能端的教師子系統(tǒng)和學生子系統(tǒng)，考慮到實驗室管理系統(tǒng)的完整性，針對實驗室管理員的角色，設計了Web 端的服務器管理后臺，具有良好的兼容性和可操作性。在高校實驗室管理中應用該系統(tǒng)，能夠大大地提高實驗室設備管理效率，減輕實驗室管理員的工作強度和降低實驗課教師的教學難度，同時可以鍛煉學生自主學習和積極探索的能力，實現了實驗信息的平臺化、網絡化的管理和服務，能夠滿足實際的需求。