二維碼技術在實驗教學樣品管理中的應用*

姚雪亮 常志宏

同濟大學材料科學與工程學院 上海 201804

引言

實驗室樣品的管理貫穿整個實驗教學過程，是確保實驗教學效果的前提條件。樣品的代表性、有效性和完整性將直接影響實驗教學的有效性和準確性，因此必須對樣品的取樣、貯存、識別以及樣品的處置等各個環節實施有效的控制，確保檢驗結果準確、可靠[1]。傳統樣品管理中，多采取紙質標簽為載體[2]，這種傳統標識可明確標識出樣品的標準狀態和一些固定參數，但隨著樣品使用次數和時間的增長，樣品的狀態和相應參數均發生了一定的動態變化，同時對于傳統標簽人工填寫時也容易出現以下錯誤：①人工填寫格式不統一或不規范，導致樣品相應參數記錄混亂；②樣品狀態或參數的動態變化得不到及時的記錄；③在樣品儲存和使用過程中不慎導致標簽脫落，造成樣品參數缺少。

隨著樣品管理技術的發展，部分實驗室開始使用一維條碼標簽進行樣品管理工作。一維條形碼，起源于20世紀40年代，由黑白色豎條紋以及對應的字符規則排列而成，由特定設備將其轉化為二進制和十進制信息。一維條碼技術應用于樣品管理，使得樣品管理全過程達到一定的科學統一，對樣品管理的高要求得以一定程度的實現。但在使用過程中，受制于解析技術及解析設備的限制，一維條碼信息承載量小、識別率低、重復錄入等短板也日益凸顯[3]。因而，隨著二維碼技術以及移動端職能解析識別技術的發展，在教學實驗樣品管理中引入二維碼技術，特別是動態二維碼技術能夠有效提升教學實驗樣品管理的水平，促進教學實驗質量的提高，特別是實驗課堂在空間和時間上的突破。

1 二維碼的優勢

二維碼（2-dimensional bar code）是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的。它作為一種新型的條碼技術介于一維碼和RFID（Radio Frequency Identification）即射頻識別（電子標簽）技術之間。對比傳統的實驗室樣品管理手段，二維碼技術具有以下特點：

1.1 信息容量大

二維碼不同于一維碼只能存儲數字和字母等簡單信息 ，二維碼不僅可 以把文字和數字進行編碼，還可以將網址、圖片、聲音、簽字，甚至指紋等可以數字化的信息進行編碼。

1.2 識別能力高

相較于一維條形碼，二維碼由于其組成的特殊性，其譯碼準確率要高很多，誤碼率不超過千萬分之一。而且二維碼解析設備種類廣泛，在不同的使用環境中可以分別利用手機、掃碼器等設備進行信息解碼識讀。

同時二維碼有30%的容錯能力， 并且容錯率與二維碼面積大小成正比 。當手機像素不高、二維碼有破損，或者掃描時有遮擋、被掃描二維碼不完整時，只要受損或遮擋面積不超過整體大小的30%，二維碼就可以被完整掃描[4]。

1.3 安全系數高

二維碼可以存儲加密信息，具有很高的保密性[3]。同時動態二維碼可以通過后臺管理系統，設置一定的訪問和信息編輯權限，保證了信息本身的安全性。

1.4 制作成本低

二維碼本身的制作較為方便，且成本低[5]。對于掃描解析設備也無特殊要求，故便于使用和推廣。

2 教學實驗樣品二維碼管理系統的設計

圖1 實驗樣品管理系統界面

2.1 教學實驗樣品二維碼管理系統的基本構建

圖2 二維碼管理系統基本構架

2.2 樣品的基本信息

通過管理后臺，對所有實驗用樣品進行編碼管理，并錄入樣品的基本參數。樣品標簽掃碼解析后即可顯示基本參數列表。

后期管理過程中，管理員可以根據樣品檢查情況，動態變更相關參數。

圖3 樣品詳情界面

2.3 樣品的領取

領取樣品是可以通過掃描進行登記，相較于紙質登記，電子化的登記更易于保存和管理，同時除了文字信息，可以記錄更多圖片、視頻等多媒體信息。同時后臺可直接進行查閱和管理。實現即時化、系統化管理。

圖4 樣品領取登記界面

2.4 樣品測試結果的記錄

樣品測試過程中，二維碼管理系統中集成標準的記錄表格，保障了數據記錄的統一性和標準化，也便于后臺收集和管理相關測試數據，整理后作為歷史數據參閱或用于虛擬仿真實驗的建設支持。

2.5 樣品前期測試數據的調閱

管理系統中可以集成歷史數據調閱功能，方便樣品使用者調閱同一樣品的歷史測試情況進行參考和比對，并通過比對進行進一步的分析討論，打破實驗課堂時間和空間上的限制。

同時，為了避免數據泄露，管理員可通過設置查看權限，對數據進行管理。

2.6 樣品的歸還

歸還樣品同樣可以通過掃描進行登記，樣品圖片等多媒體信息的登記記錄，有利于對樣品的即時化管理，確保了樣品出庫和入庫管理的規范性。

2.7 樣品的日常管理

系統中繼承了樣品日常月檢工作，并可通過設置計劃的形式，敦促樣品管理人員對樣品進行日常月檢管理，動態記錄樣品情況。并根據月檢信息，對樣品的修復更新等進行進一步的判斷和實施。實現樣品管理的電子化、智能化和系統化。

3 結束語

綜上所述，在實驗室教學樣品管理中引入二維碼技術，搭建相應的樣品管理平臺，既有利于實驗品日常管理的規范化、智能化，提高實驗樣品的日常使用效能，同時也有利于實驗教學過程中，樣品參數的準確性和測試數據記錄的規范化，提高實驗教學的質量和效果。此外，實驗數據的規范化管理，還可以為相應的實驗項目虛擬仿真化提供數據支持和建設依據。

因此，加強二維碼技術及其管理系統的建設在實驗室樣品管理中的應用，是一項十分重要的工作，也是未來實驗室智能化、物聯網化管理的大勢所趨。