高校實驗室管理系統的功能分析與設計

黃孝新　蔡運記　劉念

摘要：高校實驗室的管理工作是一項綜合性很強的工作，涉及教學、科研、管理等各方面。因此，各高校實驗室主管部門不盡相同，對實驗室管理工作的側重點也不一樣。文章以北理工珠海學院的教室為背景，根據學校主管部門對實驗室管理工作的關注點，通過對實驗室基礎信息、排選課、開放等方面功能的詳細分析，設計一套以實驗室排選課和開放使用為核心的實驗室管理系統，解決實驗室分批分組的排選課難題和完善以實驗項目為單元的排課體系。同時，實驗室管理系統將進一步促進實驗室開放共享使用，提高實驗室使用管理效率。

關鍵詞：實驗室；管理；系統；設計

中圖分類號：TP311.5? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）34-0042-03

高校實驗室是培養人才和產生創新科研成果的重要場所，擔負著高校教學和科研雙重任務[1]。隨著信息技術的發展，高校信息化建設工作不斷深入，傳統的人工方式管理實驗室效率低下，已不再適應時代發展[2]。市面上也有非常多成型的實驗室管理系統，但由于各高校實驗室管理體制、機制不同，成型的實驗室管理系統無法滿足學校個性化需求。如果在成型的實驗室管理系統進行個性化定制，不僅開發成本較高，且可能引起系統架構的改變，導致使用不穩定等問題。因此，結合學校實驗室實際管理情況，本文設計并實現符合實驗室管理實際的實驗室管理系統，側重實驗室使用層面的應用。

1 系統功能需求分析

在高校中，實驗室工作主要包括實驗室建設管理、使用管理、安全管理及設備管理等內容。根據學校實際情況，本系統側重實驗室使用管理方面的功能，具體包括實驗室排課、選課及開放預約管理功能，其余功能分別在其他相應的系統上實現。

1.1 實驗室排課功能

實驗室排課功能需滿足在教務系統排課后，課程能按實驗項目為單元進行分批分組排課。實驗室排課模式主要分為一鍵排課、二次排課和自主排課三大類。一鍵排課主要針對不分批分組的獨立設課（含課程設計）實驗課，通過選中教務系統已排的課程，一鍵排入實驗室管理系統，其中可按對應的實驗項目排入系統。二次排課可對課程進行分批分組排課，主要針對課內實驗課程。自主排課則主要針對教學計劃外課程進行排課，需要重新建立課程、教師、學生等基礎信息，再進行一鍵排課或二次排課。

1.2 實驗室選課功能

實驗室選課功能需滿足實驗課程在實驗室管理系統進行分批分組排課后，課程內學生可以在課內進行二次選課。

1.3 實驗室開放預約功能

實驗室開放預約功能需滿足實驗室管理員在系統上進行開放設置，學生通過預約開放的實驗室進行實驗，預約分為實驗室和工位預約兩種模式。實驗室預約是指借用整個實驗室，借用后則占用整個實驗室，其他人則無法預約；實驗室工位預約是指預約實驗室其中一個或多個工位，支持多位師生同時預約實驗室工位。

1.4 權限管理

實驗室用戶及權限管理，實驗室用戶主要包括學生、教師、實驗室管理員、實驗中心主任、學院負責人、職能處室、管理員等類型，各類用戶可以根據業務需求進行定制數據和操作權限。

2 系統功能設計

根據實驗室業務需求，實驗室管理系統進行詳細的功能設計，主要分為實驗室基本信息管理（實驗室建制）、實驗室排課、實驗室預約管理、數據報表、用戶及權限管理等功能模塊，詳見系統功能框架圖1。

2.1 實驗室組織架構

實驗室組織架構為實驗室基礎信息，是實驗室排選課、開放預約等功能的基礎。實驗室組織架構主要包括學院、實驗中心（室）、功能實驗室等，其中學院參照學校組織架構設置，實驗中心（室）則為各學院實驗中心（室）設置，主要字段包括實驗中心（室）編號、實驗中心（室）名稱、實驗中心（室）負責人、所屬學院等字段信息。

功能實驗室是指實體實驗室，主要涉及字段包括所屬實驗中心（室）、功能實驗室編號、功能實驗室名稱、房間號、房間號、實驗室類別、建立年份、使用面積、實驗室類型、實驗室性質、所屬學科、預約工位數、是否可預約工位、是否可預約實驗、實驗室管理員等信息。

2.2 實驗室排（選）課

實驗室排課以實驗項目為基礎單元，通過該欄目可以對實驗項目進行增、刪、改、查等功能。實驗項目涉及所屬實驗室、實驗編號、實驗學時、每組人數、實驗類別、實驗類型、實驗者類型、實驗要求、學期、所屬學科、所屬專業、是否開出、所屬課程等信息。

實驗室排課一般分為教學計劃內排課和自主排課兩種類型，具體實驗室排（選）課流程如圖2。

1） 教學計劃內排課

教學計劃內排課是指學校教學計劃下統一安排的課程，這類課程的排課是在教務系統統一開課后進行的。因此，教務系統排課信息作為實驗排（選）課的重要基礎信息，通過數據交換方式定期進入到實驗室管理系統，作為實驗室排（選）課的基礎。教學計劃內課程排課可選用一鍵排課或二次排課進行，排課完成后由排課人員選擇“調課完成”，在“調課完成”時，系統自動對排入實驗室、教師、學生等進行判斷是否與已排入課程沖突[3]。如實驗室、教師沖突，則需重新調整排課信息；如學生沖突則可以刪除沖突學生后再排入。調課完成后，排課人員可對排課信息進行再次核對，如無誤則可發布成正式課表，排課至此結束。如有出入，則可進行再次修改排課信息，重新完成調課完成和發布的流程。

2） 自主排課

自主排課主要針對教務計劃外課程，即教務系統不存在的課程。自主排課需要排課人員先建立課程，具體包括課程編號、課程名稱、課程所在教學單位等內容；再建課程組，具體包括選課組編號、任課教師、學生名單等內容。建立課程及課程組后，即可通過二次排課功能進行排選課。后面排課流程與教學計劃內排課流程一致。

實驗室排課方式主要有一鍵排課和二次排課兩種方式。

一鍵排課功能主要針對獨立設課的實驗課程，目的是將教務系統按課程排入實驗室的課程改為按實驗項目排入，同時可以按不同實驗項目更改不同實驗室。通過“一鍵排課”功能，系統自動帶入排課時間節點、實驗項目內容、場地、學生等信息，在操作界面時可以更改時間、地點、任課教師、實驗項目等信息。

二次排課功能主要針對課內實驗的實驗課程，通過“二次排課”功能，可以將實驗課程按課內實驗時間節點、地點、任課教師、實驗項目采用分批分組或不分批分組進行排課。

分批分組是指將一個班分成若干批次若干組按不同時間排入，分批分組的學生名單可以采用自動分配、教師分配、學生選課等三種模式進行導入，但無論哪種方式，學生名單須為原教學班名單。

自動分配是指由排課人員根據批次和組次排課時，系統自動將學生名單分拆成若干批次和組次的學生名單，其中組次學生名單是一致的。

教師分配是指由排課人員進行手動導入學生名單，各批次和組次名單可以不同，但須為課程內學生名單。

學生選課是指由排課人員先按時間、地點、任課教師、實驗項目排好課程，由課程內學生根據自己時間安排和實際情況進行自由選課，每一批次僅能選擇一個組次，且加入組次后不能再變更。

不分批分組是指將整個教學班按不同時間、地點、任課教師、實驗項目進行排課，系統自動帶入排課時間節點、實驗項目內容、場地、學生等信息。

2.3 實驗室開放預約功能

實驗室開放分為實驗室和實驗室工位開放兩種類型，在功能實驗室欄目可以設置實驗室是否對師生進行開放。實驗室的開放是在滿足實驗教學的基礎上進行的，所以，在實驗室開放預約功能的設計上，應滿足開放時間與實驗教學安排時間進行沖突判斷，如實驗室某時段已安排實驗課程，師生則無法在某時段進行預約此實驗室。實驗室開放預約功能流程如圖3。

實驗室預約是按實驗室面向師生開放，師生可通過系統按周次、星期、節次等時間節點查詢空閑實驗室，選擇空閑實驗室后填寫預約理由和師生名單，并提交申請。經實驗室負責人審批通過后則可以使用實驗室。

實驗室工位開放是按實驗室工位數面向全校師生開放，師生可通過系統按周次、星期、節次等時間節點查詢實驗室空閑及工位剩余數量，填寫預約理由和師生名單后提交申請[4]。經實驗室負責人審批通過后則可使用實驗室工位及相關功能。在工位數富余的情況下，師生同一時間段可重復預約。

2.4 用戶及權限管理

高校實驗室管理系統主要涉及師生用戶，但因學校各單位實驗室管理方式不同，用戶類型較多，權限也不一樣。因此，實驗室管理系統涉及數據權限和操作權限兩種類型。

數據權限是指用戶能操作的數據范圍，此數據范圍主要以實驗中心（室）為單位，可進行靈活賦予，一般默認是本實驗中心（室）的老師僅具有本中心數據的權限。但因管理需要，也可以賦予學院其他中心甚至是其他學院的數據權限。

操作權限是指對系統功能的操作，包括具備哪些功能模塊的操作權限及具體功能模塊的增、刪、改等功能。系統用戶角色一般分為學生、普通教師、實驗員、實驗教務、實驗中心主任、學院領導、職能部門、學校領導等多種角色，系統可按用戶角色進行統一賦予相關權限，也可以單獨按用戶賦予權限[5]。

3 小結

從功能分析和設計來看，實驗室管理系統主要針對實驗室排選課、開放等使用情況的管理，沒有涉及實驗室設備及安全管理等功能，從嚴格意義上講不是一個完整的實驗室管理系統。但高校實驗室業務涉及較為廣泛，與高校多項業務有交叉，部分業務已有相關系統，如設備管理方面一般建有固定資產系統，實驗人員管理方面一般建有人事系統等；部分業務則可通過功能點的方式定制研發輔助系統，如安全檢查、危險源管理等。結合學校已有系統和部分定制研發的功能輔助系統，通過系統集成和數據對接的方式構建較為完善的實驗室管理系統，也是學校后期重點研究的大實驗平臺建設。

參考文獻：

[1] 安鋼力.高校實驗室管理的探索與實踐[J].中國現代教育裝備，2018（17）：12-14.

[2] 張寶安.基于信息化的計算機實驗室管理系統設計與實現[J].電腦編程技巧與維護，2022（7）：83-85，137.

[3] 吳德方，劉冉冉，鄭恩興.基于B/S結構實驗室教學管理系統的開發[J].電腦知識與技術，2008，4（S2）：176，179.

[4] 常青.綜合實驗室管理系統應用與探索[J].衛生職業教育，2020，38（21）：39-41.

[5] 李茜，蘇寒松.高校實驗室教學管理系統設計與實現[J].實驗室科學，2021，24（1）：49-51，56.

【通聯編輯：謝媛媛】