基于移動終端和條碼技術的實踐教學管理平臺研究

朱士中+陳鳳+先曉兵+張爾喜

摘 要：分析了當前實踐教學管理存在的問題及新形勢下對傳統實踐教學管理帶來的挑戰。為了提高實驗室設備的使用率，提升實驗室管理的工作效率和服務水平，實現實驗室人、財、物、時間、空間等資源效益的最大化，將智能移動終端和二維碼技術引入實踐教學管理，構建了基于移動終端和條碼技術的實踐教學管理平臺。平臺的應用使得在有限的資源投入基礎上，一方面降低了實驗室管理的人力資源成本，提高了實驗室的開放水平和管理的精細化水平，另一方面科學服務教學，為決策提供有力支撐，促進學校教學和管理的長足進步。

關鍵詞：實踐教學；智能移動終端；二維碼；APP；輔助決策

中圖分類號：TP399 文獻標識碼：A

Abstract：This paper analyzes the problems of the current practice teaching management method and its challenges to traditional ones under the new situation.A new practice teaching management platform is constructed by adopting intelligent mobile terminals and 2-dimensional barcode technology，which raises the usage rate of laboratory equipment，promotes the work efficiency and service level of laboratory management，and maximizes the economy of resources in labor，finance，materials，time，space，etc.With limited resource investment，the application of this platform reduces the human resource cost in the laboratory management and improves the laboratory openness and precise management level.Additionally，it scientifically serves teaching，strongly supports decision making and effectively promotes the development of teaching and management.

Keywords：practice teaching；intelligent mobile terminal；2-dimensional barcode；APP；ADM（Aid Decision Making）

1 引言（Introduction）

實驗教學是高等教育教學的重要組成部分，有利于加強學生的素質教育，培養學生的創新力。高校教學改革和管理變革的逐步推進，高校招生規模逐年擴大，使得高校的實驗室建設規模逐年增加，并且日益規范化、層次化和復雜化。隨著實驗室所需要承擔的教學任務和開放實驗任務越來越多，高校實驗室管理工作變得更加繁重和復雜，特別是開放實驗室建設的逐步擴對，給傳統的實驗室管理帶來了嚴峻挑戰[1-3]。

當前，高校的實驗室運行模式基本類似，尤其是學生實驗，過程如下：進入實驗室，按要求就坐；檢查儀器，開始實驗；結束實驗，整理儀器；在實驗記錄本上登記信息并簽名，最后離開實驗室。這種實驗的過程是我國高等教育幾十年來例行的實驗室操作規范，看似規范，但實際卻隱藏著很多問題。如想要獲取信息：實驗室歷年來所使用的儀器數量、門類、品牌、年限及其更新情況等；實驗室和實驗儀器的使用率、故障率及維修率；實驗室歷年所承擔的實驗課程、使用教師及學生等相關記錄；實驗課程學生的出勤率和實驗完成情況；實驗室是否為開放實驗室等問題，都無法從實驗室的記錄或現有的實驗管理系統中直接得到，甚至通過查閱統計也不能獲得。同時，現階段高校實驗室的軟硬件水平都需要提高，眾多實驗室的設備、資源和人員的管理都仍屬于粗放型，重使用而輕管理，遠遠沒有將實驗室管理提升到從系統和發揮設備效益的高度來對待[4，5]。在傳統方式下，實驗器材的使用情況一般都是由實驗室管理員手動記錄，即記錄本手寫記錄或人工錄入系統。這些方式都很容易造成信息的缺損、丟失，并且面對各種類別的數據和不同要求的報表，手工的處理方式已經跟不上現代化管理的步伐。這也就帶來了一系列其他的問題，比如實驗設備更新周期偏長，維護工作艱巨；生均實驗設備保有量不足；儀器設備重復購置，工作效率低下；實驗系統缺乏足夠的靈活性，不能很好地發揮有限的人、財、物的效益[6]。另外，在物聯網技術構建下的RFID實驗室管理系統則需要投入大量的資金和硬件資源。從上述分析中不難發現，需要為實驗室管理尋求一條更加科學、合理和符合時代需求的道路。

全新的互聯網理念與技術應用有利于高等教育領域內資源的進一步優化配置，實現跨界合作，對高校科研、教學、管理等工作的進步與創新更有著非凡的意義。為了提高實驗室及所屬儀器設備的使用率，提升實驗室管理的工作效率和科學服務水平，我們通過引入先進的信息化手段，以提高管理效率和資源使用率，實現實驗室人、財、物、時間、空間等所有資源效益的最大化為目標[6]，建設了基于移動終端和條碼技術的實踐教學管理平臺。系統將智能移動終端和條碼技術引入實驗室管理，形成一種開放、自由的管理格局，以松散耦合相結合的方式將實驗室、實驗、實驗人（包括教師和學生）及實驗儀器有機結合起來，從全局管控到細節，實現了對實驗教學過程、實驗人員和實驗檔案等信息的全方位管理和電子記錄，如實驗課程的開出情況、儀器設備的完好率和使用率統計、教師的實驗課程完成情況、學生的實驗課程完成情況以及實驗室開放效益等，使得實驗室相關角色都能便捷地獲得實驗的原始資料和基本數據，以及實驗相關設備的最新信息[7]。在有限的財、物投入基礎上，降低了實驗室管理的人力成本，提高了實驗室開放水平和管理精細化水平，優化了實驗室空間、設備，以及支持實驗的能源、網絡等教學資源的管理，提高了實驗教學的質量和效率，更進一步地說，也方便了管理人員從多個維度來分析統計整個實驗的相關數據，輔助決策，科學服務教學。

2 基于移動終端和條碼技術的實踐教學管理平臺

（Practice teaching management platform based

on mobile terminal and 2D bar code）

基于移動終端和條碼技術的實踐教學管理平臺結合了智能移動終端，通過生成二維碼方式構建實驗名稱、實驗子項目及實驗人員來管理整個實驗，對實驗儀器設備進行靈活的精細化管理。系統利用現有的技術和通用的硬件資源完成實驗室管理，既減少了實驗人員的工作量，提高了實驗室管理的工作效率，更在一定成都上實現了實驗教學資源的整合和優化。

智能終端的廣泛應用，使人們的工作和生活都日趨方便、快捷，做到了過去只能想但做不到的事，并且化繁為簡。系統通過實驗人（實驗教師、實驗學生）掃描實驗名稱和每個儀器設備上的二維碼來記錄實驗相關的實時信息，很好地監控了實驗的過程，記錄了實驗設備的情況，省去了實驗管理人大量繁瑣的手工登記時間，完成了實驗室、儀器設備和學生管理的智能化、便捷化，極大地提升了實驗室的開放效率和管理效能。

（1）技術相關

二維碼（2-dimensional bar code）又稱二維條碼，是利用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面（二維方向上）分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息[8]；在代碼編制上巧妙地利用構成計算機內部邏輯基礎的“0”“1”比特流的概念，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息，通過圖像輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理。二維碼能夠在橫向和縱向兩個方位同時表達信息，因此能在很小的面積內表達大量的信息，如圖1。二維碼能夠儲存大量信息，這個特點可以幫助師生快速、準確地了解到實驗室及設備的即時信息，最大限度地為實現資源共享奠定基礎。隨著智能移動終端的發展，目前主流的Android、IOS等平臺都能較好地支持二維碼掃描和相關應用的開發。而當今無線網絡、無線上網已經成為日常生活的一部分，智能手機、筆記本、PDA智能終端、平板電腦等移動智能終端能夠使用無線移動通信技術輕松實現互聯網接入，并且通過下載、安裝應用軟件和數字內容來為用戶提供豐富的服務[9]。利用上述技術可以極大地簡化人員考勤和儀器的統計、記錄，以便節省人力、物力，提高工作效率。

（2）系統框架

基于移動終端和條碼技術的實踐教學管理平臺主要由實驗室管理系統、智能移動終端和智能移動終端實驗管理APP組成，如圖2所示。實驗人員（教師、學生）通過掃描二維碼、設備級的簽到、實驗數據上傳及系統后臺統計等手段，對實驗室資源的過程進行準確的監控、管理和統計。

智能移動終端實驗管理APP主要功能是：實驗人員通過智能移動終端掃描實驗室、實驗課程及儀器設備的二維碼或者上傳實驗相關照片完成實驗的人員、設備簽到以及實驗信息（包括實驗過程、人員、儀器等）的登記。

實驗管理系統的主要功能是：從其他信息系統如教務系統通過同步或手工導入電子表格方式獲取實驗課程、實驗師生等相關基礎數據，為實驗項目、實驗課程、實驗人和實驗儀器生成二維碼，并且對上述信息可以進行添加、編輯、修改和導入等功能；收集智能移動終端實驗管理APP所采集的數據信息；將實驗課程和實驗課程記錄供實驗人員和管理者查詢；對實驗管理數據進行分析，生成統計報表，為管理者的決策提供參考依據。

基于移動終端和條碼技術的實踐教學管理平臺的體系結構及隸屬關系是相對穩定和松散耦合并存的。系統為每一個已經安排好的實驗課程、每臺參與實驗的設備產生其相應的二維碼來標識，同樣每一個參與實驗的教師和學生也都采用二維碼來進行身份標識，并且上述二維碼標識在前期設計實驗課程時，可以設定相互之間的依存關系，即在實驗室管理系統管理一次實驗時，可以預先設定該實驗所需要的儀器設備、實驗指導教師和實驗學生，也可以不作設定。一般來講，對于相對長期和固定的實驗，可以提前設定好依存關系，對于偶然性的、非持續類的實驗則通常不去設定依存關系，這樣處理更加便捷和合理。如果不作設定，那么在實驗課程進行時，由參與實驗的教師和學生使用個人智能移動終端掃描實驗項目名稱二維碼，然后手動掃描實驗所用的儀器設備的二維碼，由此來完成實驗登記，并將從掃描二維碼所獲得的人員和設備使用信息上傳至實驗室管理系統，由系統進行記錄和保存，供實驗教師查詢學生出勤及實驗情況，方便管理人員查詢統計人員和儀器設備使用情況。如果學生沒有攜帶手機來參加實驗，可以通過教師的移動終端來協助完成實驗登記，即使用實驗教師的手機掃描實驗課程名稱、實驗儀器[10，11]。

（3）實現過程

步驟1：實驗室管理人員使用本地電腦通過網絡訪問實驗室管理系統網頁，輸入賬號和密碼登錄后，由實驗室管理人員根據已定實驗課程設定實驗項目，生成一個二維碼，其包含一個實驗項目的唯一ID，同時可以設定實驗室、實驗指導教師、實驗學生、實驗所需儀器設備、實驗的日期、實驗開始和結束時間等，也可以不作設定。在系統中可以看到實驗項目、實驗名稱、課程類型、上課地點、時間、節次、創建人、創建人、二維碼、學生學院和班級等信息，并且可以查看詳情和二維碼，如圖3所示。

步驟2：實驗人員通過Wi-Fi、3G、4G連接網絡打開智能移動終端的實驗管理APP，如圖4所示。如果已對實驗項目作相關設定，則進入應用時會自動顯示實驗項目，該操作同時完成了實驗課程的簽到，未做設定時實驗人員進入應用時沒有任何項目但可以通過APP調用智能移動終端的攝像頭掃描該項目二維碼去獲取實驗項目信息[12，13]，實驗人員進入應用時則已經獲得實驗教師工號、實驗學生的學號等，同時記錄進入的時間。在實驗管理APP端可以查看到實驗項目、課程名稱、周次、上課地點、設備編號、設備名稱等。

步驟3：實驗人員選定實驗項目后，對于在設定實驗項目時已經對實驗室、實驗儀器設備及人員作了相關設定的，則不需要再掃描實驗儀器。對于沒有作預先設定的，實驗人員使用智能移動終端掃描實驗項目所需要的儀器設備，這里就完成了設備級的簽到。如果實驗人員自己忘記攜帶手機可以請實驗教師代為掃描，掃描后將包括設備ID、設備名稱、設備狀態等儀器設備的相關信息上傳到實驗室管理系統，同時系統保存實驗人員的實驗情況包括實驗的完成時間、完成與否等。除了掃描設備二維碼，系統也支持拍照來上傳實驗設備信息。在實驗系統管理端可以查看到實驗學生學號、姓名、實驗項目、課程名稱、周次、上課地點、設備編號、設備名稱和設備照片等，并可以查看照片，如圖5所示。

步驟4：通過實驗管理系統實驗學生可以查詢到本人所有的實驗，每一個實驗所用到的實驗室、儀器設備、實驗指導教師及實驗完成情況；實驗教師可以查詢到其所指導的實驗項目的完成情況、學生數量、學生的出勤率和完成率等。管理人員可查詢統計到實驗師生出勤率、實驗室及儀器設備使用率、損壞率、維修率及使用周期和更新率等。

3 現實意義（Practical significance）

基于移動終端和條碼技術的實踐教學管理平臺解決了傳統實驗室管理的弊端，如實驗室使用和實驗情況等信息難以查詢，手工形式錄入導致信息更新不及時、容易出錯和工作效率低，資源利用率不高，無法為實驗室建設提供數據支撐等問題。通過二維碼與移動終端技術融合的方式使得師生和實驗室管理者能實時了解實驗室資源的開放使用情況，提高了實驗室管理的精細化和信息化水平，大大降低了實驗管理人員的工作量，提高了實驗室的開放水平。

（1）方便及時地獲取實驗信息

智能移動終端與二維碼技術融合的實驗室管理方式能夠實時地記錄實驗人員、實驗室、實驗儀器設備和使用情況等信息，解決了傳統實驗管理受限于人工更新信息的弊端（包括紙質的實驗登記和人工系統錄入）學生可以方便地獲取實驗室、設備和相關實驗的基本情況，個人的實驗完成情況；教師可以方便地獲取實驗室開放狀態和空余設備情況，實驗學生數量及完成時間、完成率等；管理人員則可監管到師生的實驗情況及實驗設備和整個實驗室，包括設備的使用率、故障率、維修周期、維修率和更新率等等，從而合理調整實驗室資源分配。

（2）實現節能環保地綠色管理

智能移動終端與二維碼技術融合的實驗室管理方式能夠在實驗室人員、電力和設備上節約開支。我們對實驗和設備采取的松散耦合的管理方式，也就是某個具體實驗可以不直接與設備相關聯，其他空調、網絡、照明和視頻監控等都隨實驗開放，支撐環境也實現精細化的管理，這樣就大大降低了實驗室的開放成本。另外，實驗室由具體實驗教師開啟，不再需要長期安排實驗人員值班，減少了人員經費的開支和能源的消耗，為實現節能減排和建成綠色校園添磚加瓦。

（3）實現科學管理、輔助決策

智能移動終端與二維碼技術融合的實驗室管理方式能夠客觀翔實全面地記錄數據，為實驗室規劃、投資效益分析和實驗課程設定等提供輔助決策，大大提高實驗室管理的精細化水平。在二維碼的管理方式下，實驗室的面積、設備數量、設備類型以及更新周期和支持資源等的配置，除了參照實驗室類型、實驗學生人數和經費情況等傳統數據，更可以按照系統所得的實驗室和設備的實際使用率、設備故障率和維修率、學生的實驗情況以及實驗室投入與實驗承擔和效能總比等作為參考依據，促進科學管理。

4 結論（Conclusion）

通過信息化的手段，利用移動互聯網、智能移動終端和二維碼技術，建立健全實驗室管理體系，構建了基于移動終端和條碼技術的實踐教學管理平臺，使得與實驗相關角色都能夠通過本系統便捷地獲取實驗室及設備的最新信息，并能夠進行管理、借用、查詢等一系列操作，既降低了實驗室管理的資源消耗，提升了工作效率，又可以整合、優化實驗室教學資源，提高資源利用率，進一步提升實驗教學的服務水平，提高實驗教學質量與教學效率，充分發揮學生的自主創新能力，提高高?，F代化教育水平，為社會培養和輸送高素質的人才。

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作者簡介：

朱士中（1980-），男，碩士，研究員.研究領域：高等教育管理.

陳 鳳（1980-），女，碩士，工程師.研究領域：數據倉庫，數據挖掘.

先曉兵（1971-），男，碩士，副教授.研究領域：數據倉庫，數據挖掘.

張爾喜（1981-），男，學士，工程師.研究領域：計算機應用技術.