高校教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)

趙天翔　王銘　劉洋　秦士芙　王江龍

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)教學(xué)；實(shí)驗(yàn)室管理；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）08-0059-03

0 引言

隨著我國高校實(shí)驗(yàn)室數(shù)字技術(shù)水平的提高，計(jì)算機(jī)技術(shù)與管理技術(shù)的結(jié)合逐漸代替人工管理。現(xiàn)代化管理技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用的普及，加快了各種管理過程的響應(yīng)[1]。實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（Labortory Infor?mation Management System，LIMS） 是結(jié)合了實(shí)驗(yàn)室管理需求以及數(shù)據(jù)庫為核心的信息化技術(shù)。根據(jù)實(shí)際情況與當(dāng)代實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)發(fā)展的大趨勢，按照前端操作、后臺處理、數(shù)據(jù)庫調(diào)用的MVC模式進(jìn)行初步的開發(fā)，以滿足實(shí)驗(yàn)室管理計(jì)劃。

近年來，隨著高校教學(xué)改革不斷深化和實(shí)驗(yàn)室建設(shè)不斷規(guī)范化，高校實(shí)驗(yàn)室綜合信息管理系統(tǒng)的研究與開發(fā)越來越引起重視。但就現(xiàn)狀而言，目前高校中使用的大多是全校范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，雖然能對較大范圍內(nèi)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行宏觀調(diào)控，但是大范圍的實(shí)用性也降低了小范圍的針對性，對于院系內(nèi)某具體實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際需要來說，容易產(chǎn)生管理系統(tǒng)使用程序煩瑣，管理對象缺乏針對性、管理效率低下等問題?？v觀國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀，雖然現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)種類繁多，但以某類或某個(gè)實(shí)驗(yàn)室為研究對象，信息管理功能比較完備而且實(shí)用、適合于高校教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室的管理系統(tǒng)卻較為少見。由此可見，實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)依然需要繼續(xù)完善升級。

本文基于MVC框架及RBAC模式設(shè)計(jì)并開發(fā)了一套適應(yīng)于高校教學(xué)的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)，對學(xué)校機(jī)控學(xué)院繼電保護(hù)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)進(jìn)行分析，以傳統(tǒng)MVC模式為基礎(chǔ)，此種模式提高了代碼的重復(fù)使用率和開發(fā)效率，體現(xiàn)了MVC運(yùn)行時(shí)的特點(diǎn)和自身機(jī)制。

1 系統(tǒng)功能需求分析

在高校開展的教學(xué)活動(dòng)過程中，實(shí)驗(yàn)室場所扮演著至關(guān)重要的角色[2]。高校實(shí)驗(yàn)室由教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室、研究型實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)研究型實(shí)驗(yàn)室構(gòu)成。其中教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室主要為教學(xué)服務(wù)，是提高學(xué)生動(dòng)手能力、開發(fā)學(xué)生創(chuàng)新興趣的第二教室。教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室首要需求是圍繞著實(shí)驗(yàn)教學(xué)服務(wù)而進(jìn)行的。與其他類型實(shí)驗(yàn)室相比較，教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室主要面向開課教師實(shí)施管理，并需要具備部分開放實(shí)驗(yàn)室功能，信息管理較為復(fù)雜，對管理人員要求相對較高。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式下，由于體制不合理，相關(guān)管理人員職責(zé)不明確，經(jīng)費(fèi)沒有得到合理的調(diào)配與利用，以至于實(shí)驗(yàn)室資源配置不當(dāng)，實(shí)驗(yàn)室管理出現(xiàn)了問題，這些導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的降低。

總而言之，實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)促進(jìn)了數(shù)字化校園的發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用改善了實(shí)驗(yàn)室的工作效率[3]，從而降低實(shí)驗(yàn)的運(yùn)行成本以及實(shí)驗(yàn)室管理人員的壓力[4]，使得實(shí)驗(yàn)室管理改變了老舊的管理方式，朝著數(shù)字化的管理方向發(fā)展，提高了服務(wù)水平。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)整體框架

基于上述問題，確定了實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的整體框架，MVC架構(gòu)具備構(gòu)建MVC應(yīng)用程序的絕大多數(shù)基本框架功能[5]，工作人員只需擴(kuò)展框架提供的結(jié)構(gòu)。MVC架構(gòu)利用不同的方法組織代碼，不但更好地改善了前端的人機(jī)交互頁面，而且不須重新設(shè)計(jì)邏輯，提高了代碼的使用率[6]，從而使得系統(tǒng)更靈活，擴(kuò)展性更佳，因此選用MVC框架作為系統(tǒng)管理設(shè)計(jì)的框架。

搭建體系框架采用操作層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層來具體實(shí)現(xiàn)。體系框架如圖1所示。

2.2 各模塊設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)主要由用戶管理、實(shí)驗(yàn)中心管理、實(shí)驗(yàn)管理、設(shè)備庫存管理四個(gè)功能模塊組成，并結(jié)合開放式實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)發(fā)展從而確定了相應(yīng)的功能需求，如圖2所示。

用戶管理模塊是實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)基礎(chǔ)部分，主要用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)有關(guān)的教職人員信息與學(xué)生信息的管理。根據(jù)相應(yīng)的指令從而鑒別用戶身份，根據(jù)用戶身份賦予相應(yīng)的權(quán)力，用戶管理階段的介入有效提高了實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的可行性和安全性，保證了教學(xué)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)中心管理模塊是實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的不可缺少的一部分，可以對各個(gè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行介紹，統(tǒng)計(jì)各實(shí)驗(yàn)室的具體情況，將實(shí)驗(yàn)室信息通過PC端界面反映給用戶及任課老師。教師和學(xué)生可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程需要，借用相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室，使得各用戶的教學(xué)計(jì)劃不發(fā)生沖突，方便管理。添加實(shí)驗(yàn)室是實(shí)驗(yàn)中心管理模塊的重要部分，其代碼實(shí)現(xiàn)如下。

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<h4>

<i class=" icon-key"></i> 添加實(shí)驗(yàn)室

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實(shí)驗(yàn)管理模塊是系統(tǒng)重點(diǎn)開發(fā)創(chuàng)新的模塊，可分為教師端實(shí)驗(yàn)報(bào)告、學(xué)生端實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)列表這三個(gè)模塊，主要負(fù)責(zé)學(xué)院實(shí)驗(yàn)部分的管理。教師端可根據(jù)課程來安排對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)要求并進(jìn)行發(fā)布，也可對學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評分和評價(jià)；學(xué)生端可根據(jù)教師端發(fā)布的實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備，實(shí)驗(yàn)后可以將自己的實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)送給指定相應(yīng)的任課老師。實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室相互關(guān)聯(lián)，登錄系統(tǒng)后，不同角色可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)搜索查看，其代碼實(shí)現(xiàn)如下。

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<h4>

<i class="icon-reorder"></i> 實(shí)驗(yàn)查詢

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設(shè)備管理模塊是該系統(tǒng)常用的部分之一，該模塊對實(shí)驗(yàn)室各個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)材料及其日常使用進(jìn)行管理，使得統(tǒng)計(jì)資源需求量變得精確，可使檢驗(yàn)類試驗(yàn)設(shè)備耗材成本降低[7]，為試驗(yàn)設(shè)備采購和報(bào)廢處理提供依據(jù)，合理配置及使用儀器設(shè)備，實(shí)驗(yàn)設(shè)備基礎(chǔ)信息的收集、利用和管理，是開放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)其他諸多業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)[8]，同時(shí)設(shè)備管理員也會(huì)定期統(tǒng)計(jì)出實(shí)驗(yàn)器材一段時(shí)間內(nèi)損壞、添加、維修、借出等數(shù)據(jù)以滿足對實(shí)驗(yàn)室長期發(fā)展進(jìn)行規(guī)劃。

3 實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的運(yùn)行

根據(jù)前期整體系統(tǒng)框架的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上繼續(xù)細(xì)化各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)?？傮w實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

3.1 用戶管理模塊的實(shí)現(xiàn)

此模塊用戶在進(jìn)行進(jìn)入系統(tǒng)前進(jìn)行角色選擇模塊，本系統(tǒng)可供用戶選擇的角色有三種，用戶選擇不同的角色，將會(huì)對應(yīng)不同的權(quán)限，避免了絕大部分越界問題[9]，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。運(yùn)行結(jié)果如圖4所示。

3.2 實(shí)驗(yàn)中心管理模塊的實(shí)現(xiàn)

在用戶登錄后，用戶可在實(shí)驗(yàn)中心模塊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室空閑的查詢與借用，從而更好地整合實(shí)驗(yàn)室資源，避免實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)使用時(shí)間沖突等問題，更好地整合實(shí)驗(yàn)室資源，使實(shí)驗(yàn)室資源得到充分的利用。

3.3 實(shí)驗(yàn)管理模塊的實(shí)現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)管理功能是在用戶通過賬號密碼驗(yàn)證進(jìn)入系統(tǒng)之后所操作的功能，不同角色能夠進(jìn)行搜索查看相關(guān)實(shí)驗(yàn)情況，教師可以發(fā)布實(shí)驗(yàn)任務(wù)、批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告和撰寫評價(jià)，學(xué)生可以上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告。運(yùn)行結(jié)果如圖5所示。

3.4 設(shè)備管理模塊的實(shí)現(xiàn)

此模塊運(yùn)用總分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，更能方便進(jìn)行后續(xù)功能的補(bǔ)充和完善，用戶驗(yàn)證身份后，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備的查找與借出功能，實(shí)驗(yàn)管理員具有實(shí)驗(yàn)設(shè)備的入庫添加權(quán)限。

4 結(jié)論

綜上所述，本系統(tǒng)解決了高校實(shí)驗(yàn)室難管理的窘態(tài)，避免了實(shí)驗(yàn)室預(yù)約沖突，實(shí)驗(yàn)室器材管理不恰當(dāng)，造成實(shí)驗(yàn)室器材丟失等問題，降低了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的管理更加完善簡便的目標(biāo)，大大減少因?qū)嶒?yàn)室管理人員的疏忽造成的損失。另外本系統(tǒng)還添加了實(shí)驗(yàn)管理模塊和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交和審批部分，使得本系統(tǒng)可完成從實(shí)驗(yàn)室預(yù)約到實(shí)驗(yàn)器材數(shù)量的預(yù)定再到實(shí)驗(yàn)操作的數(shù)據(jù)上傳到最后實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交與審批一條龍的工作，提高了系統(tǒng)的使用性價(jià)比。系統(tǒng)采用Java語言進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)，使得整個(gè)系統(tǒng)操作簡單，安全可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，具有比較好的包容性和操作性。