面向二維碼的開放實驗室管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

劉杰

摘? 要：在互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)快速發(fā)展的過程中，高校對開放實驗室管理手段的要求也不斷提升。鑒于開放實驗室管理設(shè)備種類多、信息總量龐大等特征，傳統(tǒng)的管理模式已經(jīng)無法滿足實際工作需求，迫切地需要做出轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新，而將二維碼技術(shù)運用到開放實驗室管理工作中，構(gòu)建信息化水平較高的實驗室管理系統(tǒng)，能夠大大提升開放實驗室管理效率，更好地服務(wù)高校教學(xué)工作。該研究主要對二維碼技術(shù)進(jìn)行概述，對開放實驗室管理系統(tǒng)進(jìn)行總體設(shè)計，并介紹面向二維碼的開放實驗室管理系統(tǒng)的實現(xiàn)，以期構(gòu)建功能完善、性能強(qiáng)大的開放實驗室管理系統(tǒng)，提高開放實驗室管理系統(tǒng)的運行速度和管理效率，降低開放實驗室管理成本，充分發(fā)揮開放實驗室的功能。

關(guān)鍵詞：二維碼；開放實驗室；實驗室管理；管理系統(tǒng)；教學(xué)工作

中圖分類號：G647? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）10-0134-05

Abstract： With the rapid development of Internet information technology， the requirements of colleges and universities for the management of open laboratories are also increasing. In view of the characteristics of many kinds of open laboratory management equipment and large amount of information， the traditional management mode has been unable to meet the needs of actual work， and there is an urgent need for transformation and innovation. The application of QR code technology to open laboratory management and the construction of a laboratory management system with a high level of information can greatly improve the efficiency of open laboratory management and better serve the teaching work of colleges and universities. This study mainly summarizes the QR code technology， points out the overall design of the open laboratory management system， and introduces the implementation of the open laboratory management system oriented to the QR code， in order to build an open laboratory management system with perfect function and powerful performance， improve the running speed and management efficiency of the open laboratory management system， reduce the management cost of the open laboratory， and give full play to the function of the open laboratory.

Keywords： QR code; open laboratory; laboratory management; management system; teaching work

作為高校開展教學(xué)科研工作的主要場所，開放實驗室承擔(dān)著重要的職責(zé)，直接影響著實踐教學(xué)質(zhì)量，關(guān)系到學(xué)生實踐操作能力、創(chuàng)新能力的提升。近年來，高校逐漸增大了對開放實驗室建設(shè)的資金投入力度，購入了大量的軟、硬件設(shè)施，配備了充足的工作人員，這在一定程度上就增大了開放實驗室管理工作難度。在互聯(lián)網(wǎng)時代背景下，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)在教學(xué)及管理等方面的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，而在開放實驗室管理方面，開展開放實驗室信息化管理建設(shè)工作勢在必行。二維碼憑借其空間占用小、數(shù)據(jù)密度大及識別速度快等優(yōu)勢，在跟蹤識別方面發(fā)揮著重要作用，將其運用到開放實驗室管理工作中可以打造出更加規(guī)范化、先進(jìn)化的管理模式[1]。開展面向二維碼的開放實驗室管理系統(tǒng)研究具有非常重要的意義，能夠研制出針對性的開放實驗室管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對開放實驗室的信息化和數(shù)據(jù)化管理，提升開放式實驗室的管理效率和使用效率，助力高校育人工作的開展。

1? 二維碼技術(shù)原理

基于特定規(guī)則、通過某種幾何圖形形成的二維碼，能夠記錄數(shù)據(jù)符號信息，呈現(xiàn)出高密度、表述范圍廣、糾錯、加密等特性。二維碼技術(shù)則是應(yīng)用二維碼生成器生成二維碼，借助二維碼生成軟件，向二維碼生成器傳輸獲取的信息，并存儲、應(yīng)用生成的二維碼。結(jié)合二維碼技術(shù)原理，可以將其劃分為堆疊式、矩陣式兩大類二維碼，具體如圖1所示。

圖1? 二維碼生成原理示意圖

其中，堆疊式二維碼生成原理主要為：結(jié)合規(guī)定和實際需求，基于一維條碼開展條碼堆疊處理，形成兩行或多行條碼。該二維碼生成方式在設(shè)計、識別方面同一維條碼相似，然而由于條碼行數(shù)相對增多，因此譯碼算法有所改變。在堆疊一維條碼的方式之下所形成的二維碼呈現(xiàn)出全新的特征，具體為各二維碼均擁有相應(yīng)的字符集合，且字符寬度相對固定，能夠發(fā)揮基礎(chǔ)檢驗的作用[2]。該類二維碼依托智能手機(jī)、掃描機(jī)、掃碼機(jī)或攝像機(jī)，運用簡單的方式能夠從橫向、總量兩個層面來高效識別信息，并且也為數(shù)據(jù)信息的存儲提供了方便，應(yīng)用非常便利。

其次，矩陣式二維碼的生成原理為：借助數(shù)字矩陣（包括大量“0”和“1”），參考“0”和“1”的比特流定義，形成電腦內(nèi)部邏輯，并通過一些同二進(jìn)制相符的幾何圖形，呈現(xiàn)出不同類型的文字及數(shù)字信息。整個過程可以概述為基于“空”的形式完成二進(jìn)制“0”的表達(dá)，運用“點”的形式完成二進(jìn)制“1”的表達(dá)，結(jié)合“空”和“點”的排列形式，對二維碼進(jìn)行自動化的生成。矩陣式二維碼的特殊點在于其通過“0”和“1”數(shù)字矩陣的排列，得到數(shù)字信息、二維碼生成文字，明確“0”和“1”組合形式。

2? 面向二維碼的開放實驗室管理系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1? 開放實驗室管理系統(tǒng)設(shè)計思路

作為一項復(fù)雜的任務(wù)，高校開放實驗室管理工作涉及到多方面內(nèi)容。基于二維碼技術(shù)在開展管理系統(tǒng)設(shè)計的過程中，首先要將開放實驗室管理的重點內(nèi)容進(jìn)行明確，理清相關(guān)類目，為系統(tǒng)框架系統(tǒng)的科學(xué)性和合理性提供保障。開放實驗室管理主要可以劃分為實驗教學(xué)管理、實驗設(shè)備管理、實驗室安全管理三大內(nèi)容，在利用二維碼開展系統(tǒng)設(shè)計時，也要從這3方面入手，開放實驗室管理模塊如圖2所示。

圖2? 開放實驗室管理模塊

基于整體角度來看，面向二維碼的開放實驗室管理系統(tǒng)運用的主要技術(shù)有二維碼技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)前智能手機(jī)用戶普遍運用微信軟件進(jìn)行社交，而作為微信軟件下的重要平臺，二維碼能夠發(fā)揮驗證、錄入信息的作用。在手機(jī)端條碼的掃描工程支持下，可以借助攝像頭來實現(xiàn)。使用者通過智能手機(jī)，在用戶端能夠直接識別二維碼，對系統(tǒng)中錄入的信息進(jìn)行查看，而服務(wù)端數(shù)據(jù)庫也可以及時獲得反饋，為后期實驗室管理決策的制定奠定了基礎(chǔ)。

2.2? 開放實驗室管理系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)

在開放實驗室管理系統(tǒng)設(shè)計過程中，要想充分彰顯二維碼技術(shù)的優(yōu)勢、價值，應(yīng)對系統(tǒng)應(yīng)用架構(gòu)進(jìn)行完善。開放實驗室管理系統(tǒng)應(yīng)用架包括技術(shù)層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層三大內(nèi)容，其中技術(shù)層主要涉及到二維碼生成技術(shù)、掃描技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)，要增強(qiáng)各項技術(shù)的可靠程度及先進(jìn)性；網(wǎng)絡(luò)層則需要依托穩(wěn)定的無線網(wǎng)和寬帶網(wǎng)，為高校開放實驗室管理工作者提供便利，使其能夠開展網(wǎng)絡(luò)信息搜集、整理、查詢及管理等各項操作；應(yīng)用層要求在系統(tǒng)中對信息查詢軟件和二維碼掃描軟件進(jìn)行配置，實現(xiàn)二維碼技術(shù)的高效化運用，提高管理系統(tǒng)的整體運行效率，更加快速、低成本和高質(zhì)量地完成開放實驗室管理任務(wù)[3]。開放實驗室管理系統(tǒng)中二維碼技術(shù)的應(yīng)用框架如圖3所示。

2.3? 開放實驗室管理系統(tǒng)功能設(shè)計

面向二維碼的開放實驗室管理系統(tǒng)功能設(shè)計包括APP、后臺數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)庫三大內(nèi)容。

首先，開放實驗室管理工作者應(yīng)統(tǒng)一對內(nèi)部設(shè)施、軟件等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行登記，構(gòu)建完整的信息數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合錄入的信息生成二維碼標(biāo)簽，確保標(biāo)簽與實驗室內(nèi)部設(shè)備、軟件等管理對象的一致性。

其次，管理工作者具備管理開放實驗室設(shè)備、軟件等對象的權(quán)利。以實驗室設(shè)備為為例，使用者則可以在系統(tǒng)中提出借用、歸還和維護(hù)的申請，而管理者需要開展設(shè)備借用申請進(jìn)行審批、設(shè)備歸還登記、設(shè)備運維處理等工作。

最后，在開展開放實驗室系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計環(huán)節(jié)中，應(yīng)結(jié)合高校實驗教學(xué)需求和實踐管理現(xiàn)狀，通過MySQL數(shù)據(jù)庫來保存、管理數(shù)據(jù)信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫涵蓋用后申請表、設(shè)備維修表、用戶表及設(shè)備表等多項內(nèi)容。

2.4? 開放實驗室管理系統(tǒng)中二維碼技術(shù)應(yīng)用流程設(shè)計

構(gòu)建面向二維碼的開放實驗室管理系統(tǒng)中，除了要對整體框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行明確，同時還要關(guān)注二維碼技術(shù)的具體應(yīng)用流程，為系統(tǒng)功能的實現(xiàn)提供保障，具體如圖4所示。

圖3? 系統(tǒng)二維碼技術(shù)運用框架圖

圖4? 系統(tǒng)中二維碼技術(shù)應(yīng)用流程圖

首先，登錄設(shè)定網(wǎng)址后，通過二維碼生成軟件將邊界頁面打開，對開放實驗室設(shè)備、教學(xué)及安全三大管理內(nèi)容的二維碼信息新內(nèi)容進(jìn)行編寫，將資料和圖片進(jìn)行存儲，生成相應(yīng)的二維碼；其次，對不同內(nèi)容的二維碼圖片在網(wǎng)站中進(jìn)行上傳，或在實驗室內(nèi)進(jìn)行粘貼；最后，需要借助掃描器、智能終端對二維碼進(jìn)行掃描，獲取有關(guān)開放實驗室設(shè)備、教學(xué)安排及安全管理等方面的資料信息。需要注意的是，二維碼技術(shù)的實踐應(yīng)用建立在資料信息充分準(zhǔn)備工作的基礎(chǔ)上，這就要求管理工作者基于網(wǎng)絡(luò)平臺中的軟件對二維碼進(jìn)行生成編輯時，應(yīng)結(jié)合開放實驗室管理工作現(xiàn)狀和使用需求，對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行編寫，并將資料上傳到平臺中，便于后期使用者掃描二維碼獲知開放實驗室使用狀況，從而針對性、精準(zhǔn)性地落實各項管理工作[4]。

3? 面向二維碼的開放實驗室管理系統(tǒng)功能的實現(xiàn)

為了充分發(fā)揮二維碼技術(shù)的優(yōu)勢，本研究所設(shè)計的開放實驗室管理系統(tǒng)采用手機(jī)端、電腦端相接的方式對設(shè)備、教學(xué)信息和安全狀況進(jìn)行管理。其中管理工作者可以在電腦端對教學(xué)安排、設(shè)備及維護(hù)工作等信息開展記錄、管理工作，也可以通過打印機(jī)對二維碼進(jìn)行打印，粘貼于每臺實驗設(shè)備中，方便用戶進(jìn)行掃碼登錄；使用者依托智能手機(jī)的APP則可以在系統(tǒng)中提交教學(xué)使用、維護(hù)和申請，操作極為便利。

3.1? 二維碼制作功能的實現(xiàn)

高校要深入了解開放式實驗室管理工作的要求和目的，對二維碼技術(shù)的應(yīng)用方案、體系進(jìn)行進(jìn)一步的完善，支持開放實驗室功能的發(fā)揮。

首先，要對二維碼平臺進(jìn)行構(gòu)建（表1）。高校開放實驗室管理工作中廣泛應(yīng)用到二維碼技術(shù)，所以需要將關(guān)注點放在二維碼平臺的構(gòu)建上，使二維碼技術(shù)的有效應(yīng)用、實驗室管理效率的提升具有可靠的保障。二維碼平臺的構(gòu)建依賴于智能終端，需要在良好的無線網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行生成、打印操作，此外還需要對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進(jìn)行建立，保存大量的數(shù)據(jù)信息，方便后期進(jìn)行信息查詢[5]。而數(shù)據(jù)系統(tǒng)中又涵蓋不同類型的數(shù)據(jù)表，能夠?qū)虒W(xué)評價、安全巡查、實驗預(yù)約等信息進(jìn)行統(tǒng)計，可以修改、保存數(shù)據(jù)資料，為更好地落實開放實驗室管理工作提供可靠、穩(wěn)定的依據(jù)，促使開放實驗室的利用效率得到大幅度提升。

表1? 二維碼平臺的構(gòu)建

其次，要對二維碼的生成模式進(jìn)行完善。當(dāng)下高校主要依靠軟件生成二維碼，或?qū)⑸赡K嵌入到開放實驗室管理系統(tǒng)中生成二維碼?；诖耍咝Ｊ滓蝿?wù)就是對開放實驗室設(shè)備二維碼的陣碼類型進(jìn)行研究和分析。QR碼生成技術(shù)在信息存儲效果、存儲總量等方面的優(yōu)勢非常明顯，可以基于不同的視角進(jìn)行掃描。通過掃描開放實驗室設(shè)備的二維碼，能夠及時了解設(shè)備的相關(guān)信息，獲取數(shù)據(jù)鏈接。因此，在開展開放實驗室設(shè)備管理工作的過程中，要對二維碼生成模式進(jìn)行完善，有效利用QR碼生成技術(shù)的優(yōu)勢，將設(shè)備的編號、型號、生產(chǎn)廠商及實踐等信息填入二維碼中，并對設(shè)備服務(wù)器、設(shè)備生產(chǎn)廠商售后網(wǎng)絡(luò)鏈接進(jìn)行設(shè)置，從而對實驗室設(shè)備進(jìn)行快速、高效維修，促進(jìn)設(shè)備同管理服務(wù)器間的互動，保障開放實驗室設(shè)備的穩(wěn)定、可靠運行。

3.2? 系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)管理功能的實現(xiàn)

在開放實驗室管理系統(tǒng)中，后臺數(shù)據(jù)管理功能是管理工作者特有的權(quán)限，不僅可以對實驗設(shè)備、實驗預(yù)約及登記、實驗安全巡查、實驗互動課堂、實驗教學(xué)評價等環(huán)節(jié)進(jìn)行管理，還可以大批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)信息，并增添、刪減相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并對二維碼進(jìn)行生成和打印。

對于用戶管理功能的實現(xiàn)。在開放實驗室管理系統(tǒng)的子菜單中，管理人員可以點擊用戶管理選項，對用戶的班級、專業(yè)、學(xué)號及實驗名稱等信息進(jìn)行管理。在增添用戶的過程中，管理人員既可以點擊新增來逐次增添用戶信息，也可以點擊導(dǎo)入，從Excel文件中對用戶信息進(jìn)行批量化的導(dǎo)入，后者大大減輕了管理人員的任務(wù)量，提高了管理效率。

對于設(shè)備、教學(xué)和安全的管理功能。管理工作者可以在系統(tǒng)導(dǎo)航欄中選擇不同的管理按鈕，在新頁面中對信息進(jìn)行添加、導(dǎo)入、修改或刪除，完成數(shù)據(jù)信息的管理功能。以安全管理功能實現(xiàn)為例，管理人員通過掃碼進(jìn)行信息填報時，所設(shè)計的表格要以巡查為主，細(xì)分為用電安全、化學(xué)安全、用水安全及用氣安全等多項內(nèi)容，支持照片的上傳，以便形成專項檔案，開展高質(zhì)量的管理工作[6]。

最后，是二維碼的生成和打印功能。開放實驗室內(nèi)的設(shè)備編碼是固定、唯一的，所以在對二維碼進(jìn)行生成的過程中，應(yīng)以設(shè)備編碼為依據(jù)來確定二維碼。二維碼的生成方式可以劃分為如下2類：一是單獨選取幾個設(shè)備來生成二維碼，這種情況主要應(yīng)用在增添、淘汰實驗室設(shè)備，或設(shè)備二維碼丟失及損壞的狀況；另一種是在系統(tǒng)平臺中結(jié)合設(shè)備編碼一鍵生成全部二維碼。開放實驗室設(shè)備二維碼的生成主要應(yīng)用的是二維碼開源包zxing、谷歌瀏覽器插件QR Code（Generator and Reader），對字符串進(jìn)行封裝形成二維碼。管理人員可以在系統(tǒng)中對二維碼的高度、寬度進(jìn)行合理調(diào)整和設(shè)置，呈現(xiàn)出二維碼保存路徑，對二維碼圖片進(jìn)行命名。管理員在確保本機(jī)與打印機(jī)相連接的情況下，可以選擇幾個或所有設(shè)備對二維碼進(jìn)行打印。

3.3? 系統(tǒng)APP的實現(xiàn)

開放實驗室管理系統(tǒng)APP的實現(xiàn)涉及到普通用戶、管理者兩大用戶群體，其中前者能夠在系統(tǒng)中提出實驗設(shè)備使用申請、設(shè)備維修申請等，而后者則擁有管理教學(xué)、安全及設(shè)備的功能。

系統(tǒng)面向普通用戶功能的實現(xiàn)介紹如下：首先，在借用開放實驗室設(shè)備方面，用戶可以在智能終端中對APP進(jìn)行安裝，打開后選擇“掃一掃”的功能，對設(shè)備中張貼的二維碼進(jìn)行掃描，查看設(shè)備的有關(guān)信息，并在圖片底部對申請綁定的請求進(jìn)行選取，則可以提交設(shè)備試用申請，通過管理人員的審核之后就能夠順利使用實驗室設(shè)備。在借用設(shè)備完成實驗操作之后，用戶還可以在APP中的“我的設(shè)備”選項，點擊指定設(shè)備來對設(shè)備的具體信息進(jìn)行查看，并在圖片下方選擇結(jié)束綁定的選定[7]。系統(tǒng)管理人員在收到信息之后，會對實驗室設(shè)備進(jìn)行查看，通過用戶退出設(shè)備使用的請求，順利完成實驗室設(shè)備的歸還工作，以便后續(xù)其他用戶正常使用。其次，在實驗室設(shè)備維修方面，用戶如果發(fā)現(xiàn)所借用的設(shè)備存在故障問題，無法正常發(fā)揮作用，就可以在APP軟件中選擇“設(shè)備維修”的選項，進(jìn)入新的界面中，將設(shè)備需要維修的具體緣由輸入到提示框中，并點擊“確認(rèn)”進(jìn)行提交。管理人員在系統(tǒng)中可以查看用戶的設(shè)備維修申請，通過審核查明該設(shè)備確實存在故障問題之后，就可以在數(shù)據(jù)表中獲取該設(shè)備生產(chǎn)廠商的聯(lián)系方式，要求廠商開展維修處理。待實驗室設(shè)備完成維修處理之后，管理人員可以點擊“完成”的選項，確認(rèn)設(shè)備已恢復(fù)正常功能。但如果遇到實驗室設(shè)備無法進(jìn)行維修，需要進(jìn)行更換或重構(gòu)的情況，管理人員需要點擊“設(shè)備報廢”的選項，重新采購設(shè)備，并將其相關(guān)信息重新錄入到管理系統(tǒng)中。

管理員功能。管理員在開放實驗室管理系統(tǒng)中擁有管理設(shè)備、管理用戶等功能。其中對于設(shè)備管理功能而言，管理員可以在系統(tǒng)首頁的用戶管理目錄中，對設(shè)備的綁定狀況進(jìn)行查看和審核，對于未進(jìn)行綁定的設(shè)備應(yīng)制定特定用戶進(jìn)行綁定，而對于處于綁定狀態(tài)的設(shè)備，則要對設(shè)備的領(lǐng)用情況進(jìn)行分析，必要時可以對綁定人進(jìn)行調(diào)整和更改[8]。同時，管理員在系統(tǒng)中還可以在用戶管理目錄中對用戶信息進(jìn)行查看，了解用戶有無綁定實驗室設(shè)備，允許用戶對已綁定的設(shè)備進(jìn)行操作使用。管理員對設(shè)備領(lǐng)用人進(jìn)行點擊后，能夠進(jìn)入到設(shè)備列表中，對用戶所綁定的所有設(shè)備進(jìn)行查看，及時了解設(shè)備處于維修狀態(tài)還是正常使用狀態(tài)，為用戶開展實驗研究提供保障。

4? 結(jié)束語

伴隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，高校開放實驗室管理工作也要緊跟時代發(fā)展潮流，將先進(jìn)科學(xué)技術(shù)運用到管理實踐中，創(chuàng)新開放實驗室的管理思路和模式，逐步提升開放實驗室管理質(zhì)量、水平。在高校開放實驗室管理工作中引入二維碼技術(shù)，可以使開放實驗室的整體管理效率得到顯著的提升，節(jié)約成本費用，更好在教學(xué)科研領(lǐng)域中發(fā)揮開放實驗室的功能和價值。處在新時期背景下，高校開放實驗室管理部門，迫切地需要結(jié)合實驗室信息化管理現(xiàn)狀和需求，深入挖掘和利用二維碼技術(shù)，建立完善化的二維碼技術(shù)應(yīng)用框架，明確二維碼技術(shù)部的應(yīng)用流程，從而打造出功能完備的開放實驗室管理系統(tǒng)，使開放實驗室管理工作更加便利，促進(jìn)高校教學(xué)科研工作效率的提高。

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