實驗室信息管理系統(tǒng)的自主開發(fā)

李 媛 鄭開元 石 琴 羅金武

（成都工業(yè)學院智能制造學院，四川 成都 611730）

受世界范圍內“互聯(lián)網+”教育模式的影響，我國出現(xiàn)了以慕課、微課、在線輔導、在線解題等為代表的“互聯(lián)網+”教育資源[1]，以及眾多基于互聯(lián)網的課堂管理工具，傳統(tǒng)教育正在向互聯(lián)網與教育的深度融合發(fā)展[2]。 其中實驗室建設是實踐教學環(huán)節(jié)的重要支撐[3-4]，然而， 國內高校的實驗室系統(tǒng)與互聯(lián)網的融合不足。即使有部分高校通過獨立設計開發(fā)或購買現(xiàn)有產品的方式實現(xiàn)了實驗室信息化管理[5-12]，但是受限于自主研發(fā)能力和實驗室建設經費，仍然存在大量高校實驗室系統(tǒng)其運行過程管理基于傳統(tǒng)手工，信息化程度不高。 對此，面向學院內部分散的、基于傳統(tǒng)媒介的實驗室信息管理，開發(fā)了一個低成本、易復現(xiàn)、功能精簡、經濟實用的基于互聯(lián)網的實驗室信息管理系統(tǒng)。

1 開發(fā)環(huán)境

實驗室信息管理系統(tǒng)基于Linux 操作系統(tǒng)， 運行于tomcat 服務器。采用eclipse 作為開發(fā)工具，用Java、JavaScript、sql 作為網頁的開發(fā)語言， 采用 MySQL 數(shù)據(jù)庫，并且用 JDBC（JavaDataBase Connectivity）api，即Java 數(shù)據(jù)庫連接程序接口來操作數(shù)據(jù)庫。 JDBC 原理圖如圖1 所示。

2 功能模塊

實驗室信息管理系統(tǒng)包括實驗室信息查詢和實驗室在線預定審批兩個主要功能模塊， 以及登陸、下載等輔助功能模塊，如圖2 所示。 系統(tǒng)采用權限管理模式，設訪客、管理員兩種角色。 訪客僅具備查詢基礎信息、實驗室預定和文件下載權限。 管理員除具備訪客權限外，還具備查詢管理信息、實驗室開放、實驗室預定申請審批、發(fā)布公告和更新數(shù)據(jù)庫內容（信息錄入）的權限。

圖1 JDBC 原理圖[13]

圖2 實驗室信息管理系統(tǒng)功能模塊

2.1 信息查詢

如圖2 所示，實驗室信息查詢功能模塊包括信息錄入、公告發(fā)布、基礎信息查詢和管理信息查詢四個模塊。 一方面建立了面向學院實驗室的電子檔案；另一方面提供了實驗室電子信息的查詢途徑。

2.1.1 信息錄入

管理員具備建立、 更新和維護系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的權限。 信息錄入的方式有兩種：一是通過網頁對話框逐條逐項錄入；二是通過Excel 模板批量導入。

管理員需要維護的數(shù)據(jù)主要分為管理信息和基礎信息。 管理信息主要指傳統(tǒng)基于紙質媒介的實驗室過程記錄信息，包括日志、上課記錄、開放記錄、安全記錄等。 基礎信息涵蓋實驗室規(guī)模、實驗模塊、基礎設施、研究項目、教學安排以及實驗室人員等信息。

2.1.2 公告發(fā)布

公告是一種特殊的實驗室基礎信息，由管理員發(fā)布，所有用戶登錄系統(tǒng)首頁可見。

2.1.3 基礎信息查詢

基礎信息查詢具備簡單導航功能，檢索對話框提供關鍵字檢索字段選擇，可選字段包括學科、實驗室名稱、實驗室代碼、實驗模塊等，且可擴充。 默認為不選，則可檢索所有字段，從而根據(jù)關鍵字匹配顯示相關實驗室基礎信息。

檢索結果頁面默認逐條排序分頁顯示以下項目：實驗室名稱、實驗模塊、容納人數(shù)、地點和聯(lián)系電話，并提供教學安排、管理信息的鏈接。 顯示項目可通過后臺增加或減少，亦可開放權限由用戶自選。

2.1.4 管理信息查詢

通過基礎信息查詢檢索結果頁面提供的管理信息鏈接可跳轉至對應實驗室的管理信息記錄頁閱讀、填寫或修改記錄。 該鏈接對訪客不可用。

可根據(jù)管理需求，擴展統(tǒng)計報表功能，提供日志完成率、上課記錄完成率、開放記錄完成率、安全記錄完成率、月統(tǒng)計、年統(tǒng)計等。

2.2 預訂審批

管理員可根據(jù)網頁導航開放某個實驗室的某個時段， 所有用戶可對該時段該實驗室提出預訂申請。開放時段可以是數(shù)天、某天數(shù)節(jié)課，或者數(shù)天某節(jié)課。

通過基礎信息查詢檢索結果頁面提供的教學安排鏈接可跳轉至對應實驗室的課表頁，亦可通過首頁實驗室預訂導航直接選擇實驗室進入。 頁面顯示某實驗室的基本信息和課表信息，點擊某時段的預訂鏈接則可跳轉至實驗室預訂申請界面。 頁面中有課程信息的時段表示已經被預訂， 空白時段表示暫未開放，均不可預訂。

由管理員審批用戶提交的預訂申請，用戶通過首頁我的預訂導航可以看到申請是否成功。

2.3 輔助功能

除了信息查詢和預訂審批兩大核心功能外，系統(tǒng)還支持用戶注冊/登錄、密碼修改和文件下載功能。 用戶可以在下載界面獲取實驗室相關資料，如實驗室操作視頻、實驗報告模板等。

3 數(shù)據(jù)庫設計

設計結構相同的多個表來管理用戶在不同的操作模式下對同一種類型數(shù)據(jù)的操作，用戶每一次對數(shù)據(jù)庫的查詢或者修改操作不止單一對一個表進行操作，通過后臺程序設計，將一個操作變成對數(shù)據(jù)庫的多個操作， 可以不用改動數(shù)據(jù)庫而將功能多元化，方便后期持續(xù)開發(fā)和管理。 系統(tǒng)涉及的主要數(shù)據(jù)表分述如下。

3.1 信息檢索表

將所有的實驗室基本信息、已經預定或者上一時段的實驗室預定集信息集合于一個表上，通過條件查詢或者模糊查詢的方式反饋到網頁上，不同的身份查詢到的結果不同。

3.2 實驗室基本信息表

實驗室基本信息表的個數(shù)和學校實驗室個數(shù)相同，存儲著實驗室的基本信息，例如實驗室代碼、實驗室管理員、聯(lián)系電話、地點等。

3.3 其他表的設計

實驗室管理信息表用于存儲實驗室的過程管理記錄，不同權限的用戶查詢到的表的內容不同。 用戶信息表用于儲存用戶身份信息， 用戶賬號密碼信息等。 臨時表temp 用于存儲臨時信息。

4 算法設計

實驗室信息管理系統(tǒng)的主要算法分述如下。

4.1 登錄流程

進入登錄頁面后， 用戶填寫的登錄信息傳至后臺。 后臺首先判斷用戶名密碼是否正確：如正確，則繼續(xù)判斷身份是否與用戶名賬號匹配；如匹配，則登錄成功。

4.2 實驗室信息查詢流程

進入信息查詢頁面后，輸入信息直接查詢或選擇條件查詢，系統(tǒng)后臺判斷是否為條件查詢：若有條件查詢則檢索總表中對應列的信息， 進行信息比對，并根據(jù)信息匹配結果返回數(shù)據(jù)；若無條件查詢，則檢索數(shù)據(jù)庫總表所有信息，進行信息比對，并根據(jù)信息匹配結果返回數(shù)據(jù)。

若返回數(shù)據(jù)為空， 則檢索結果頁面顯示為空；若不為空，則處理返回數(shù)據(jù)并顯示于檢索結果頁面。 若信息查詢對話框內容為空，點擊查詢，則返回總表所有信息。

4.3 實驗室預定申請流程

進入預定頁面后，用戶選擇實驗室查詢該實驗室對應的課表信息。 查詢請求傳至后臺，后臺在數(shù)據(jù)庫中進行查詢：若查詢結果為空，則返回空；若查詢到數(shù)據(jù)，則返回該數(shù)據(jù)，經前臺處理后顯示課程信息。

課程信息分為有課和無課兩種狀態(tài)——若有課，則顯示具體課程信息；若無課，則生成預定申請界面的鏈接，用戶點擊鏈接即進入預定申請界面。 用戶在實驗室預定申請界面填寫信息并提交，經后臺處理后提交到數(shù)據(jù)庫temp 表，等待審核。

4.4 實驗室預定審批流程

實驗室預定審批流程首先檢查Temp 表是否存在信息：若無信息，則返回為空；若存在信息，則返回信息并顯示。 若某條信息的審核狀態(tài)一欄為“不通過”，則將該條信息放到審核不通過頁面； 若該欄為空，則顯示于待審核頁面。

管理員審核某條信息后交由后臺處理，審核通過則放到對應的實驗室表和總表； 不通過則繼續(xù)放到Temp 表，此時該條信息的審核狀態(tài)一欄變更為“不通過”，流程轉至實驗室預定申請?zhí)峤蝗颂幚怼?/p>

5 結語

基于互聯(lián)網的實驗室信息管理系統(tǒng)搭建于學校的服務器上，用戶和管理員可接入學校的局域網或者通過vpn 的方式訪問，訪問安全性可以得到保障。 系統(tǒng)設計上將前端和后端分離，后臺程序只用于數(shù)據(jù)處理，前臺程序用于數(shù)據(jù)展示，可以保證更好的人機交互體驗。

系統(tǒng)主要基于Linux 系統(tǒng)， 可以大幅節(jié)約軟硬件成本。 系統(tǒng)對硬件要求不高，普通服務器即可滿足需求。相較于其他開發(fā)語言，JAVA 更適合有大規(guī)模并發(fā)的情況，且JAVA 開發(fā)的網頁更易于維護。

系統(tǒng)的搭建為實現(xiàn)學院實驗室信息管理的數(shù)字化、科學化、規(guī)范化和精細化提供了基礎保障，加深了學院實驗室系統(tǒng)與互聯(lián)網的融合，提高了實驗室管理的時效性，有利于實驗室資源的充分利用，為全院師生帶來了極大的便利。