基于數據交互查詢方式的實驗室教學及資源管理平臺的設計與構建

天津醫科大學 喬楨 羅曦 閆景瑞

隨著信息技術的不斷發展更新，越來越多的高等學校開始重視，如何利用當今不斷進步的計算機技術來實現信息化校園建設。目前醫學院校實驗教學改革正在不斷深入，實驗室管理人員的工作內容也越來越多，為了方便實驗室管理人員的日常操作，提高工作效率，同時針對目前實驗室管理工作信息化的迫切需要，設計一套實驗室教學及資源管理平臺勢在必行。

1 設計實驗室教學及資源管理平臺的意義

醫學院校實驗室是醫學生實驗教學、科學研究、技術探索和學術交流的重要平臺，同時實驗教學也是培養醫學生實踐技能和創新能力的重要途徑。為了提高實驗室的工作效率和使用效益，實驗室管理必須要向多元化、網絡信息化、多層次化以及全面開放的方向發展。

醫學院校實驗室如何提高自己的實驗教學水平，加強實驗室管理，突出創新教育已成為當前的重中之重。鑒于目前醫學院校實驗室管理中存在的問題，基于前期調研，結合工作經驗，提出系統需求，利用當今先進的編程技術，開發一套實驗室教學及資源管理平臺，可以為實驗教學管理、儀器設備管理、實驗室建設與管理等相關事務提供規范的技術支持。另外，通過基于網絡技術的信息化平臺，整理和收集繁雜的“大數據”是當今社會的一大發展趨勢[1]。基于實驗室日常工作和實驗教學任務，將實驗制度管理、教學管理、設備管理有機地結合，減輕實驗教學管理的工作量，提高實驗教學工作效率，促進實驗室對外交流與資源共享，更好地滿足醫學院校實驗教學改革的需要。

2 醫學院校實驗室教學及資源管理現狀

目前，傳統的實驗教學仍然是以教師為主體，教師負責的工作包括設計實驗方案、準備實驗器材、組織學生完成實驗以及分析實驗結果等。此外，由于受到上課時間、課時數以及理論教學內容的限制，實驗項目多以單個實驗技術為主，一些對時間有連貫性要求的綜合設計性實驗課程很難開展。而以教學為主的實驗室所購置儀器設備，除了完成既定教學實驗任務外，其他時間大多處于閑置狀態，一些試劑由于有效期短，課后放久不能再使用，也造成了實驗教學資源的浪費。

傳統的實驗室管理方式也較為繁瑣，不便捷，操作不規范，事后也無具體記錄。即便要求記錄，也是手工紙質記錄方式，字跡潦草，記錄風格各異，時間久了很難辨認。尤其當教師遇到儀器設備故障問題，只能通過電話向實驗室管理員尋求幫助，管理員接到電話，趕到相應實驗室，再根據發生的具體情況進行處理。這種方式陳舊落后，且不具備實時記錄、動態監管的功能。實驗室管理員對實驗儀器設備的情況，無法做到清晰地掌握，這就可能造成實驗過程受阻，實驗材料浪費等問題。而且，缺乏必要的數據記錄，也無法在將來整合這些記錄，進行數據分析。因此，為了提高實驗教學水平，規范實驗室教學及資源管理，迫切需要設計一套針對醫學院校特點的實驗室教學及資源管理平臺。

3 實驗室教學及資源管理平臺的模塊設計

該系統主要基于計算機網絡信息技術，配合以編程技術，在功能上實現交互式連接，最終達成實驗室教學及資源管理功能，能全面滿足對實驗室相關信息進行管理的需求，同時也極大地提高實驗室管理員的管理水平和工作效率。對教師及學生來說，他們需要一個輕松上手的使用界面，對實驗室管理員來說，更需要一個科學友好的操作界面，同時也要考慮今后如需擴大系統規模，留出必要的拓展接口。為了滿足不同用戶的使用需求，提高實驗教學質量和實驗管理水平，實驗室教學及資源管理平臺的模塊設計必須要具備高效安全的技術特點。通過前期對相關教學及科研實驗室的調研，以及對相關實驗室管理人員的詳細走訪，制定了相應的適合醫學院校的實驗室教學及資源管理平臺方案。系統使用MVC模型，即模型—視圖—控制器模式為主要設計方式，建立相應實驗室信息、管理員信息、課程信息、教師信息、預約信息、儀器設備信息等數據庫，實現符合醫學院校特點的，可在具有網絡條件的實驗室實際使用的系統平臺。

該平臺設置有系統管理員、實驗室管理員、教師和學生四類用戶。用戶登錄界面是根據不同身份進入相應的操作頁面，四類用戶都需通過注冊，審核身份后，使用注冊賬號登錄系統，平臺會記錄每位用戶的操作信息。具體四類用戶權限設定，如圖1所示。

圖1 平臺權限設定Fig.1 Platform permission setting

平臺主要實現八大功能模塊如下：

(1)“基礎信息”模塊，主要顯示所有實驗室的基本信息。任何系統要運行都需要有必要的數據支持，實驗室管理員可通過此模塊預設系統所需的基本數據，并且根據實驗室的發展情況對這些數據進行更新。通過該模塊可以提供例如以下信息：目前已有的實驗室數量，實驗室類型，所在樓宇及具體位置，實驗室簡介等。這就要求在完善該系統之前，實驗室管理員需要了解自己所管理的每個實驗室的相關情況，并通過這些來初始化該模塊。此外，實驗室管理員還需要審核教師及學生的注冊信息，從而方便他們利用此系統完成教學任務和實驗預約。

(2)“實驗室管理”模塊，主要顯示不同數據之間的關聯，形成各類數據表。例如，課程與實驗室的關聯，課程與教師的關聯，每學期的實驗教學安排，實驗課程介紹等。該模塊也會對任意時間段內登錄的教師信息及授課信息進行記錄。通過這個模塊，實驗室管理員可以建立相應的數據表，還可以了解實驗室任意時間段內的使用情況，借此分析需要改進及完善的地方，為日后的實驗課輔助工作提供依據。通過日常的教學及實驗進行情況，可逐步完善數據庫信息，形成實驗室管理大數據，以便將來對數據庫進行管理及分析。

(3)“實驗室預約”模塊，主要實現面向學生的實驗室的預約功能。為了配合自主創新實驗教育教學改革的需要，培養學生的科研創新能力，特別開發這一模塊。在完成正常教學任務的前提下，利用實驗室現有儀器設備、試劑耗材，實驗環境等資源條件，讓有科研實驗需要的學生可以在預約時間段內使用實驗室相關資源，為本科生教育以及大學生創新活動提供平臺。具體來說，實驗室管理員可按不同時間段設定可用實驗室，并設定可用儀器、試劑、耗材的種類及數量等，學生預約實驗室時就可以生成可預約實驗室列表，根據自己設計的實驗方案，選定使用儀器、試劑及耗材，并提交實驗方案。實驗室管理員接到預約申請，嚴格分析實驗方案的可行性，全面綜合考慮實驗室安全、實驗可操作性等方面因素，最終確定可否審核通過學生的實驗室預約申請。

(4)“課堂管理”模塊，主要功能包括課上及課后需要完成的一系列工作。教師可通過該模塊對實驗儀器設備、所需物品準備、實驗室安全管理等方面的工作進行評價。例如可實現評教功能，將教學質量管理平臺學生評教二維碼嵌入，便于課后向學生展示，以便學生掃碼參與評教。上課教師需要填寫的“實驗開設記錄”等課后需完成的工作也可整合到系統內，通過簡單的電腦操作即可完成。此外，“安全管理”模塊中錄入的滾動提醒安全通知及危險品使用說明等，教師也可直接將該界面同步共享給學生，方便學生了解，學生需按照相關標準操作，完成實驗室清理及善后工作。

(5)“故障響應”模塊，主要實現教師和學生在使用實驗室的過程中，遇到實驗室儀器設備無法解決等問題時，通過系統實時向實驗室管理員發送請求，等待管理員響應其請求，并提供幫助。屆時，管理員界面會彈出請求窗口，其中一名管理員確定接收該請求，則為成功接收教師請求，代表其會立刻趕往指定實驗室，解決教師提出的問題。其他管理員也會得到相應提示，則無需再次應答。教師或學生可對此次響應給予反饋，在數據庫中形成相應故障請求響應記錄。如2min內無人響應，則會彈出管理員聯系方式，教師或學生可根據實際情況自由處理，該系統會對上課遇到的問題及解決方法等信息進行記錄，以便系統向教師或學生提供自助解決方案。

(6)“安全管理”模塊，主要功能包括實驗室安全消防知識介紹、滾動提醒安全通知、危險品使用說明等。實驗室管理員可以利用該模塊功能提前上傳相關文件，便于教師及學生知曉安全管理要求。實驗室對學生開放，接受學生的自主學習實驗室預約，就勢必會增加不可控因素，提升安全風險等級，面臨安全問題的困擾。這些問題會集中體現在流動人員數量的增多、實驗設備損壞率的增加等，對日常安全管理提出了新的挑戰。因此我們需要建立嚴格的實驗室安全考核準入機制，以確保實驗室安全有序地運行。

(7)“設備儀器管理”模塊，主要功能包括設備、儀器、試劑及耗材的預約、登記、使用及維修記錄等，以確保更好的使用這些實驗材料。逐步建立相應的數據表，對應的數據表字段包括設備儀器編號、名稱、品牌、具體型號、所在實驗室、出廠號、維修日期、故障記錄、維修方法、經手人、備注等[2]。

(8)“個人中心”模塊，針對實驗室管理員、教師及學生三類不同的用戶群，會展示不同的界面信息。“實驗室管理員”的“個人中心”將為實驗室管理員建立個人檔案，產生相應的數據表，其對應的數據表字段為姓名、性別、出生年月、民族、職稱、畢業院校、專業、學歷、學位、所在的實驗室名稱、簡歷、聯系電話、電子郵箱、手機、通訊地址、備注等。“教師”的“個人中心”包括個人信息、聯系方式、電子郵箱、所屬科室、相關課程或實驗室，提出報修請求及響應情況記錄等。“學生”的“個人中心”包括學生個人信息、聯系方式、電子郵箱、專業、班級、實驗室預約記錄等。

4 實驗室教學及資源管理平臺的大數據分析功能

在“互聯網+”時代，大數據是對資源進行整合利用的基礎理論，通過專業的數據處理工具，可以將產生的數據整理得更有規則，實現數據的有效劃分，提高數據的實際利用程度，方便用戶從這些數據中獲取真正有價值的信息。在實驗室教學及資源管理平臺使用過程中，會產生大量實驗教學及管理工作方面的信息數據，大數據使實驗室的各項信息的處理過程變得更加便捷，為實驗室管理工作提供更為豐富的技術信息資源，并有效保障數據的完善性與精準性[3]，實現最大限度的利用與整合。通過這些信息數據的查詢與統計，可以全面掌握平臺所管理的實驗室的真實應用狀況，進一步對平臺中的數據進行分析，為實驗室管理者制定科學決策提供數據支持[4]。

5 具體系統架構

本文所提出的基于數據交互查詢方式的實驗室教學及資源管理平臺，主要是利用PHP編程語言同MySQL數據庫實現功能模塊。具體采用的是MVC三層架構模型。用戶通過操作界面提交操作信息，通過視圖層生成SQL語句操作數據傳遞給MySQL數據庫，返回用戶需要的結果，并顯示回操作界面。

6 結語

在我國實驗教育教學改革的新形勢下，現有的實驗室管理模式已落后，無法適應目前實驗教學的實際需要，對教學質量造成了不必要的影響。而基于數據交互查詢方式的實驗室教學及資源管理平臺的構建，則在努力彌補這些不足，從而有效提高了學生對實驗的參與熱情，授課教師及實驗室管理人員的工作效率，實驗室各項資源的利用率，滿足師生的日常需要。

引用

[1] 晁妍,陳文龍,王浩.大數據技術在高校實驗室管理系統中的應用[J].電腦知識與技術,2020,16(18):31-33.

[2] 李偉偉,王瑞利.醫學院校數字化實驗室管理系統軟件設計應用探討[J].科技與創新,2017(11):152+157.

[3] 吳曉冰.“互聯網+”背景下大數據創新高校實驗室管理分析[J].數碼世界,2018(4):527.

[4] 郝海妍.數據挖掘在計算機實驗室管理系統中的應用[J].電子技術與軟件工程,2020(11):210-212.