高?；瘜W實驗室化學試劑web管理系統的研建
——以北京林業大學為例

田 萱 曹偉強 羅雅露 李甜甜

(北京林業大學信息學院，北京 100083)

隨著我國教育事業的迅速發展，各大高校的雙一流實驗室的建設工作正如火如荼地開展。這些實驗室在相關專業和學科建設中承擔著越來越重要的作用，使得對于相關化學試劑管理需求進一步擴大?；瘜W試劑作為實驗室主要的實驗原料，具有種類繁多、理化性質復雜、流通速度快的特點。但是，目前對于化學試劑的管理卻長期依賴于人工負責，實行卡片加賬本等手工記賬方式[1]，難以保證化學試劑庫存信息的一致性，致使管理效率低、管理成本高。

一、高?；瘜W實驗室化學試劑管理存在的問題

筆者通過對北京林業大學化學實驗室的分析，發現目前實驗室的化學試劑管理仍然存在以下問題。

第一，管理方式仍采用人工管理方式，無法及時記錄化學試劑的流通信息，難以保證數據的實時性和一致性。

第二，教師每學期都需要頻繁對庫存進行清查，耗費大量人力，同時查詢相關信息困難。

第三，隨著每學期課程實驗信息及選課信息的變化，化學試劑的消耗量和采購量需要多次重復計算核對，導致采購的過程繁瑣低效。

二、高?；瘜W實驗室化學試劑web管理系統的優點

筆者結合當今日益成熟的web系統開發技術，依托北京林業大學化學實驗室業務需求，設計開發了一套化學試劑的進貨、消耗和存儲管理的web系統。該web系統分析了教師、實驗員以及實驗室主任之間的關系以及他們的需求，將化學試劑的采購、課程實驗需求和試劑庫存管理三者緊密結合，簡化了整個管理模式。該web系統建立了對應的課程表、實驗表、實驗詳情表、采購單表、采購詳情表以及出入庫記錄表等信息關系；建立了課程管理、出入庫管理和采購管理等模塊，實現了課程實驗需求量與化學試劑消耗量的關聯，同時支持化學試劑直接批量出入庫，可以幫助實驗員大大提高管理效率。該web系統具有數據查詢、數據管理和數據統計等功能，支持實驗室領導和實驗室管理人員兩種用戶角色的使用，可降低實驗室管理成本，對實驗室管理水平的提升具有重要意義，對加強實驗室的信息化管理、安全管理，把控事故風險[2]，也具有重要的實踐意義。另外，該化學試劑web管理系統還具有較高的實用性和較高的經濟價值，主要體現在以下幾方面：①通過信息化管理替代原有人工管理，可以顯著降低管理成本，有利于實驗教學和科學研究質量的提高；②為實驗室管理員和實驗室主任提供業務管理支撐，幫助他們提高實驗室的管理水平和管理效率；③滿足高校實驗室的教學和科研需求，通過信息化監控化學試劑的流通過程，提高實驗室化學試劑管理的安全性，降低事故發生的風險。

三、高?；瘜W實驗室化學試劑web管理系統的基本架構

該實驗室化學試劑web管理系統的底層為存儲化學試劑編號、名稱、庫存信息等試劑基本屬性，以及課程和實驗等的基本信息；上層為web技術架構服務網站，為用戶提供良好的交互體驗。該實驗室化學試劑web管理系統提供化學試劑的管理功能，包括對實驗室的試劑實現批量出入庫操作，對實驗課程的試劑采購單生成服務，以及采購申請單的審核等。

為支持多用戶訪問，該web系統總體采用瀏覽器/服務器模式，見圖1。用戶可通過瀏覽器訪問后臺的系統服務器；后臺的系統服務器接受用戶請求并進行相應數據庫操作后反饋給用戶。后臺的系統服務器采用基于Spring MVC框架的系統實現方式，由數據庫和web服務器構成。其中，服務器端代碼按照邏輯結構可以抽象劃分為視圖層、控制層、模型層和功能層4個部分。服務器端以控制層代碼為中心，接受頁面請求后分派給模型層和功能層的處理程序[3]，并返回結果給視圖層。模型層代碼負責與底層數據庫進行數據交互，數據庫是數據管理和維護的基礎[4]，用于存儲系統數據和信息。

圖1 實驗室化學試劑web管理系統的基本架構

四、高?；瘜W實驗室化學試劑web管理系統的構建

(一)系統存儲結構的設計

在實驗室化學試劑web管理系統中，以化學試劑的管理為中心，筆者通過分析不同實體之間的聯系和對應的關系，對該系統的實體之間的聯系進行了建模。該系統涉及化學試劑、課程、實驗信息、采購單、用戶等實體。通過分析實體之間的聯系，得到系統的存儲結構E-R圖(entity-relation model)，見圖2。

(二)系統功能模塊的設計

根據實際業務需求，筆者在實驗室化學試劑web管理系統中設定了兩類用戶角色，分別是實驗室管理員和實驗室主任。這兩類用戶對應該系統的兩大功能模塊，即實驗室管理員模塊和實驗室主任模塊，見圖3。

1.實驗室管理員模塊

實驗室管理員模塊涉及實驗管理、化學試劑管理、課程管理、訂單管理、出入庫管理5個模塊。管理員可以根據課程添加課程下的相關實驗，編輯實驗信息，并添加實驗所用的化學試劑。該模塊支持實驗的增、刪、改、查等操作。

圖2 實驗室化學試劑web管理系統的存儲結構E-R圖

圖3 實驗室化學試劑web管理系統的功能模塊

其中，①實驗管理模塊，支持實驗室管理員添加、刪除、更改、查找實驗。②化學試劑管理模塊，支持實驗室管理員查看化學試劑概要信息和詳細信息，修改、添加化學試劑信息，根據化學試劑信息查找化學試劑。③課程管理模塊，支持實驗室管理員添加課程信息，管理課程的相應實驗，并與對應的教師相關聯。④訂單管理模塊，支持基于課程的訂單生成功能。在該訂單管理模塊，實驗室管理員可以對生成的訂單進行修改，并提交訂單給實驗室主任審核，審核通過后，實驗室管理員導出excel文件，用于實驗室文件的審批和管理。⑤出入庫管理模塊，支持實驗室管理員根據采購單實現批量的化學試劑出入庫及出入庫記錄的信息瀏覽功能。同時可通過手持掃碼機掃描化學試劑標簽實現單種試劑的出入庫。

2.實驗室主任模塊

實驗室主任模塊包括訂單管理、化學試劑管理、出入庫管理3個模塊。①訂單管理模塊，支持實驗室主任對于訂單的審核和查找操作。②化學試劑管理模塊，支持實驗室主任對于實驗室化學試劑信息的瀏覽、添加和修改操作。③出入庫管理模塊，支持出入庫記錄及實驗室主任對于出入庫記錄的瀏覽操作。

(三)基于Spring MVC的化學試劑web管理系統架構的實現

該實驗室化學試劑web管理系統為典型的瀏覽器/服務器架構，服務器后臺基于Spring MVC架構和MySQL數據庫支持實現。用戶在瀏覽器前端的請求操作將被送到服務器端的Spring MVC架構中的控制層程序中，控制層程序對其進行解析后，交由模型層的DAO(data access object)完成對數據的增、刪、改、查等操作。數據庫操作執行完成后向控制層返回一個ModelAndView對象(這是Spring MVC框架自帶的默認功能，從控制層向視圖層傳遞數據的對象)，并將數據顯示在視圖層后返回給瀏覽器前端頁面。該實驗室化學試劑web管理系統架構的設計與實現過程需要涵蓋以下幾個方面。

1.系統文件配置

web.xml文件是Spring MVC框架的入口配置文件。在web.xml文件中配置分發器程序DispatcherServlet和上下文載入器Listener，配置后默認加載Spring-servlet.xml文件用于攔截請求頁面，并分發到相應的控制層程序中。

2.控制層設計與實現

控制層程序包含針對不同功能模塊的Controller類程序。例如，響應用戶登錄請求的控制類LoginController程序、響應用戶課程實驗或實驗詳情信息請求的控制器類CourseController程序、采購單或采購詳情請求的控制器類POController程序、化學試劑詳細信息請求的控制器類ChemicalController程序、出入庫記錄請求的控制器IOController程序等。每個控制器程序都遵循Spring MVC框架的約定，并使用@Controller注釋，以便這些控制程序被自動納入Spring MVC框架的管理中，同時使用@RequestMapping映射程序，實現請求頁面的URL地址自動跳轉。

3.模型層設計與實現

模型層程序主要負責和后端數據庫進行交互。其程序包含操作數據庫的數據訪問對象類JdbcDaoSupport、數據庫連接類JDBCTemplate等，能簡化對后端MySQL數據庫的操作。

4.功能層設計與實現

根據后端數據庫的定義建立相應的化學試劑、課程等的實體類，并定義對應屬性的獲取方法和讀取方法，進行持久化封裝類，方便用戶直接通過實體類對數據庫進行操作

五、高?；瘜W實驗室化學試劑web管理系統的運行

筆者以采購功能的實現為例，介紹采購單的創建過程。首先，實驗員用戶點擊“生成采購單”按鈕，服務器后端獲取課程編號，并顯示彈出框要求實驗員填寫采購單基本信息：課程人數、學期等。其次，點擊彈出框的“確認”按鈕觸發采購控制器類POController中的函數POAdd，并傳送參數課程編號、學期、課程人數，向數據庫中插入采購單信息，并設置采購單的狀態為“未提交”。最后，調用模型層程序PODAO類里的函數getPODetail獲取該課程的詳細采購需求，并將其傳送到前端的采購需求頁面供實驗員用戶編輯。在實驗員用戶編輯完所有采購需求并點選“提交”或“保存”按鈕后，這些編輯數據(如處理類型提交或保存、采購單編號、勾選的化學試劑編號及需求量)將被傳送給采購控制器類POController中的函數ManPODetail進行處理。若處理類型為“提交”，該函數將根據庫存計算出實際需求的采購量，若計算出的實際采購量大于0，則插入采購詳情表，并將該采購單的采購詳情列表傳送到前端頁面供實驗員用戶確認。整個采購單創建的流程順序見圖4。

六、高?；瘜W實驗室化學試劑web管理系統的運行效果

筆者以北京林業大學化學實驗室為依托，設計并實現了一套實驗室化學試劑web管理系統。該web系統實現了化學試劑的全流程跟蹤和控制，解決了以往化學試劑難以管理、流程難以控制、安全難以保障的問題，實現了化學試劑相關信息的數據存儲、數據查詢、數據管理等功能，提升了化學實驗室的管理效率和信息化水平。該web系統提供了較好的人機交互模式，節約了實驗和管理成本，有助于降低風險事故的發生。

目前，該web系統已經在北京林業大學理學院化學系上線試運行，獲得了實驗室工作人員的肯定。在經過一年試運行期之后，將推廣到北京林業大學的多個學院的化學實驗室大范圍使用。該web系統對于進一步推動我國高校實驗室的信息化建設和管理具有一定的實踐價值。

圖4 實驗室化學試劑web管理系統中采購單創建流程