高校開放式實驗室管理系統的設計

(西安航空職業技術學院 計算機工程學院，西安 710089)

0 引言

高校建立開放式實驗室管理系統，可以擴大實驗室內容，滿足實驗室課程教學的綜合性、選擇性、創造性需求，同時能夠實現簡單化、有效性的實驗室管理。本文將會根據某大學建立的開放式實驗室管理系統進行分析，該項目是在.NET環境下開發的，該技術不僅具有分布式Web多層結構的B/S模式應用程序，同時也能提供強有效的.NET Framework平臺，該平臺可以給用戶提供VS.NET2008開發工具、SQL Server數據庫、Visio2005建模工具和操作系統[1-2]。在這些技術支持下，實驗室管理系統可以進行數據的快速通信，良好的兼容性和運行效率，而且開發周期也會大量縮減。

1 實驗室管理系統整體設計分析

高校開放式實驗室管理系統設計，需要按照“分布實施、統一規劃”的原則進行，同時也要保證整個系統的開放性、先進性、界面友好、經濟性、便于維護和拓展等[3-4]。

1.1 系統設計思想

建立開放式實驗室管理系統需要根據學校實際情況出發，采取先進的技術和科學的管理方法進行系統開發，將實驗室管理和計算機網絡進行連接，對實驗室整個工作環境進行管理。其中包括：設備管理、數據管理、成績管理、集數學管理、查詢和統計、實驗管理、實驗預約等模塊，將這些部分構成一個整體進行管理，建立一個綜合性實驗室管理體系，以此提高教學效率，滿足教學資源供給[5-6]。

關于高校實驗室的使用，需要根據專業教學計劃安排實驗室開放時間，同時建立網上預約模式，并記錄預約情況。在實驗室系統中，子系統可以來管理每個實驗教師課程表，教師根據預約情況進行上課。在結束課程后，教師根據學生實驗情況，以及平時學習情況，給出學生的實驗成績，并將學生成績單和分析單打印出來。

在這個系統設計中可以安裝一臺專用的服務器，采取WWW模式進行訪問，同時為高校提供“一卡通”模式的管理和服務。這樣學生可以在計算機網絡環境下，不受時間和空間的限制，隨時可以進行實驗任務查詢、成績查詢和實驗預約。教師也可以隨時隨地為學生解答疑問、批閱作業等，同時掌握學生的學習動態[7-8]。而教學管理部門也能實現隨時了解整個學校的教學情況，對實際教學和學生的成績進行監控。

1.2 系統設計需求

建立開放式高校實驗室管理系統，需要具備以下幾種功能：

(1) 關于實驗室設備的報廢、維修和使用管理人員可以進行動態管理。

(2) 具有良好的安全保障，避免出現信息資料被破壞或是丟失情況。

(3) 建立有效的師生交流和溝通渠道。

(4) 對于不同的用戶進行賬戶管理和權限設置。

(5) 學生可以在線提交作業和實驗報告，教師可以錄入成績，進行網上評閱等。

(6) 能夠提供較強的報表輸出和統計功能。

(7) 統計分析實驗室數據，評估整個實驗室的運行狀況。

(8) 實現學校每臺計算機，在網絡環境下，都能為師生提供瀏覽學校實驗室情況，能夠實現查詢個人信息、實驗預約和信息處理功能。

1.3 系統體系結構

高校建立開放式實驗室管理系統是在B/S系統模式和分布式環境下，構建三層系統結構，包括：數據訪問層、功能邏輯層和表示層等。

(1) 功能邏輯層具有“承上啟下”的功能，它是在獲取用請求時，表示層可以調取功能層的方法，實現對數據的操作。

(2) 表示層就是給用戶展示數據的，用戶也可以在該層進行數據操作。表示層可以實現實驗預約、系統配置等功能。

(3) 數據訪問層是發起動作的模塊，該層是與數據訪問模塊連接，可以將相關數據提交、展示、返回到頁面邏輯層。其中數據訪問模塊處于底層，可以實現數據庫信息的增加、刪除、更新和插入等。

根據上述分析，實驗室管理系統可以分為：管理員界面、學生用戶界面、教師用戶界面等3個界面，這些界面構成表示層。其中公用類包括：數據訪問類、功能邏輯類，其對應的是數據訪問模塊和功能模塊。

1.4 系統主要功能結構

本文分析的高校開放式實驗管理系統，是在Web基礎上進行開發的，包括：設備管理、查詢和統計、系統管理、實驗管理等模塊。高校開放式實驗管理系統結構,如圖1所示。

圖1 系統功能結構

系統管理模塊就是將SQL Server信息轉化成Excel或是Access，滿足用戶需求。試驗管理模塊：就是對實驗信息各個模塊進行管理。設備管理模塊：主要管理實驗室設備的使用、維護、借調情況的管理。查詢和統計：為各個用戶提供各種信息查詢、設備使用等功能。

1.5 系統數據庫設計

在整個實驗室管理系統中，數據庫是支撐網絡查詢和訪問的主要部分，數據庫系統的建立可以面對大量的Internet用戶，提供系統服務功能，而且邏輯關系建立比較簡單。數據庫系統功能設計，需要建立表來進行數據儲存，關于優化后建立的數據表如下：(1)操作管理員表，(2)器材信息表，(3)器材損耗記錄表，(4)教師信息表，(5)實驗成績表，(6)實驗記錄表，(6)器材分類表，(7)實驗預約表，(8)器材借用記錄表，(9)器材維護記錄表，(10)實驗計劃表，(11)學生信息表，(12)教師任課表，(13)學不分類表等。

2 實驗室管理系統中關鍵技術完善

2.1 實驗預約

實驗預約涉及到很多個數據表，其中包括：實驗預約表、實驗計劃表、學生信息、實驗記錄表等。完成實驗預約操作徐亞痛數據庫中調取這些信息，來分析學生信息、實驗預約項目是否真實，是否有時間指定等。這時候管理人員需要審查這些申請單，完成后表示預約成功，這時申請的結果會被數據庫記錄。

2.2 驗證用戶身份

在實驗管理系統，首先就是進行用戶登錄設計。為了保證系統的安全性，這里可以將用戶分成4種：管理員、教師、學生和超級管理員等，用戶角色不同使用權限也不同。在用戶登錄主頁，只有Adim用戶具有使用權限，在用戶進入系統前，需要對用戶身份進行驗證并保存信息，這樣用戶可以直接進入頁面，如果驗證失敗就要轉到login.asp，這時用戶需要重新審查自己的登錄賬號和密碼。在登錄成功后，系統會根據用戶權限，進行模塊操作。

在驗證用戶身份過程中，是利用HTML實現用戶口令和名稱的輸入，之后通過ASP文件格式將輸入數據與數據庫中信息進行比較。如果用戶身份合法，那么可以數據庫中的用戶類、用戶訪問表就會將用戶信息儲存到數據庫中，之后使用Cookie文件儲存用戶各類信息，方便以后對用戶界面判定。系統轉到主頁面時，會根據用戶數組顯示用戶訪問權限信息，同時提供鏈接功能。

2.3 實驗信息管理

實驗信息管理主要是針對實驗計劃、實驗項目進行管理。超級用戶具有添加、刪除、修改數據信息的功能。

(1) 計劃管理實驗：統計實驗任務是否按照計劃實施，主要涉及到的模塊包括：1)項目實踐，安排畢業設計、實訓和大作業等，對全校的教學計劃進行實踐項目集合開設。2)管理計劃耗品：其中包括的主要管理對象有實踐項目、安排實驗課程等兩個模塊功能。耗材配套方案、開課設備、大綱計劃對各個子模塊具有約束作用。子系統主要輸入實驗加護、實驗室開課任務、開放實驗室時間、輸出排課規定等。

(2) 實驗設置：設置每個專業的實驗項目開設，實驗開設包括：班級和類別、學院和節次、實驗名稱和日期、完成狀態等。

2.4 信息統計和查詢

在實驗管理系統中統計和查詢功能使用率比較高，關于該功能模塊的設計包括以下內容：

(1) 查詢設備清單：可以實現對不同實驗室模塊資產的管理，用戶可以選擇需要進行統計實驗設備，之后系統會給出關于實驗室設備清單。

(2) 查詢設備：顯示用戶使用的設備狀態，檢索資產狀態。

(3) 查詢設備分組信息：顯示指定分組實驗室儀器和設備。分組設備明細表包括：設備編號、設備名稱、組別等信息。

(4) 統計設備故障信息：檢索指定用戶使用的設備類型損耗情況。

(5) 查詢常規設備配套信息：根據用戶實驗項目指定用戶主要使用的設備儀器。

(6) 統計實驗開出率：統計分析用戶在實驗課程開設后的適應能力，對實驗室設備使用情況和狀態進行分析，從而得到實驗室課程開設情況。

(7) 統計教師工作量：管理人員可以查詢教師工作安排情況。

(8) 查詢學生成績：提供學生自己查詢實驗成績功能。

(9) 查詢計劃實驗：提供使用實驗室用戶查詢實驗任務的功能。

高校開放式實驗系統可以實現多個表格信息查詢，用戶只要對生成界面條件進行設置，選擇字段、數據表、字段值和運算符關系等條件，數據表就會根據用戶需求輸入相應信息。而起系統會對多個表格和字段進行選擇，生成對應的SQL語句，之后獲取對應的結果。也可以看出該系統能夠提供動態生成查詢、類別查詢界面，同時也能生成字符串查詢條件，這種模塊功能設計具有一定的創新性和實用性。

3 總結

基于Web建立的開放式實驗室管理系統，可以根據高校開設的專業實驗課程進行設計，同時積極借鑒其他高校設計經驗，完善實驗室管理系統。實驗室管理系統的建設，能夠為師生提供更多現代化服務，從而提高實驗教學效率。