基于SSH 框架的實驗室信息管理系統研究與設計

任厚名 王承國 張傳燁 王宇辰 李騰坤 張啟宇

摘 要： 為解決目前實驗室存在儀器設備借用混亂、管理工作煩瑣無章、管理員與師生對接不及時等問題，加快推進實驗室管理信息化進程，通過對高校實驗室進行深入調研與分析，基于SSH 框架以Java 為開發語言，以MySQL 作為系統數據庫，設計開發了實驗室信息管理系統。該系統針對不同用戶需求，設置3 種用戶角色，即實驗室管理員、教師和學生，實現按角色分配對應的權限，可以實現管理員用戶審核、實驗室及儀器預約、實驗設備報修和實驗設備信息管理等功能。該系統界面友好、操作簡捷、實用性強，能夠有效地減緩管理人員的工作壓力，提升實驗室管理和使用效率，滿足實驗室日常管理需求。

關鍵詞：實驗室；SHH 框架；Java；MySQL；信息系統；管理效率

中圖分類號：S126文獻標識碼：A文章編號：2095-1795（2023）11-0041-05

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2023.11.007

0 引言

教育部發布的《關于“十三五”期間全面深入推進教育系信息化工作的指導意見（征求意見稿）》強調，國家應大力推動構建“三通兩平臺”，建成與國家教育現代化發展相適應的信息化教育體系[1]。高校實驗室是開展實驗理論授課和進行科研創新的重要培訓場所，實驗室的管理與使用在教學、科研和人才培養中發揮重要的作用。實驗室的工作水平是衡量高校教學質量、科研水平和管理水平的重要標志。因此，加大實驗室建設力度，提高實驗室工作效率，為實驗授課和科研建立優良的教學基地，是成功建設一流高校的必備條件之一[2-5]。高校作為新時代創新型人才培訓基地，實驗室的使用在開展實驗教學和產出高科技成果的地位上舉足輕重。現今，隨著實驗設備日益增加、實驗器材更加多樣，僅靠人力進行實驗室設備的維修、定期檢查、管理等，工作量大且容易出現錯誤。

針對上述問題，本研究在深入研究實驗室的管理模式后，基于SSH 框架以Java 為開發語言，以MySQL作為系統數據庫，設計和開發了實驗室信息管理系統，可以快捷地實現線上預約實驗室，并對儀器設備的使用、借用、歸還和維修等有效管理，提升了工作效率。通過對實驗室管理進行合理規劃，減少各類儀器的閑置，優化實驗室設備的運行環境，為實驗室管理員、教師與學生創造了更便捷的訪問實驗室的方式，也為學校對實驗室的長期規劃提供了透明且重要的依據。

1 傳統實驗室管理現狀

1.1 缺乏合理規劃，資源利用率低

當前高校實驗室建設規劃中常以實驗室為主體進行開發，這種規劃存在諸多弊端。一是沒有健全的管理制度，缺乏科學、長遠的規劃，對實驗室的發展有嚴重的制約作用。二是實驗室自給自足、各自發展，無法實現整體的同步協調性，造成了實驗室資源無法共享、資源利用率低的難題。三是國家提供的經費無法進行高效合理的安排，阻礙了新興學科及交叉學科的建設和科研項目的推進。

1.2 管理方式落后，管理人才缺乏

對于傳統實驗室而言，其管理手段還停留在人工管理和手動記錄的模式，存在工作效率低，辦公煩瑣的問題[6]。隨著大量科研實驗和實驗室建設工作的開展，這種傳統管理方式的弊端將會被放大，使得部分實驗室或器材得不到高效管理與配置，實驗室和設備無法得到合理分配，相關器材的使用信息經常不能及時登記。由于實驗室的管理體制、建設水平存在不科學性，加上實驗室環境、基礎設施、人員待遇等條件的制約，致使大量高管理水平和高學術水準的人才流失。另外，學校對實驗室管理人員的培訓措施和安排不到位，所以管理人員整體素質和技術水平較為落后，不能在實驗授課和科研實驗中較好地配合學校師生，致使實驗室工作效率偏低。

1.3 缺乏對外開放平臺，信息化建設有待推進

基于物聯網、云計算等網絡技術，結合信息化手段搭建信息化平臺，有效開發實驗室并合理利用各類資源，是加速推進實驗室信息化管理的有效手段[7-9]。一方面，實驗室管理方式較為傳統，信息化技術還沒有遍及到實驗室建設的相關領域，各實驗室資源無法實現平臺共享；一些先進的實驗管理經驗、優秀的實驗教學方法無法由快捷的共享渠道引入。另一方面，由于實驗室的儀器、環境等自身條件存在諸多局限性，難以邀請到高水平專家進行實地教學和學術探討，因此很難將前沿學科領域的知識及時引進到實驗環節中。

1.4 建設注重程度不高，投資建設力度不大

在高校建設規劃中，片面強調理論授課的重要性，忽視了培養學生動手科研實踐的能力[10]。因而輕視了學校實驗室基礎設施的建設，調查發現，部分高校實驗室經費匱乏，基本設備和高端儀器不到位，造成一些科研實驗無法高效開展，實踐與理論難以相聯系。由于資金短缺，老化、故障的設備不能及時得到維護和修理，導致實驗室無法維持正常運轉，嚴重影響了實驗教學示范和科研人才培養。

2 系統分析與設計

2.1 系統需求分析

高校實驗室一般歸學院或者實驗中心管理，根據每個學期實驗課程的安排合理規劃實驗室的使用，并做好實驗室的日常維護工作，如各種實驗設備的維修與保養、實驗試劑與耗材的采購等。為了充分提高實驗室的利用效率，在滿足正常教學之外，還要給教師和學生的科研、實踐等活動提供支持。在實驗室使用過程中，實驗室管理員、教師和學生是3 個參與的主體。實驗室管理員需要統籌實驗室管理工作，負責管理實驗人員的個人信息，實驗室儀器設備的采購、借用、保養和維修，并認真記錄管理日志。教師在按時上好實驗課之外，還能夠根據實驗室的空閑情況合理申請借用實驗室開展科研活動，或者根據科研活動的需要借用空閑實驗設備。學生也可以在課余時間申請借用實驗室或者實驗設備從事科研、實踐等活動。

2.2 總體框架

系統采用SSH 框架。SSH 框架是Struts2+Spring+Hibernate 的集成框架，是目前廣泛應用的一種Web 應用程序開源框架[11]。Struts2 負責 MVC（model viewcontroller） 的分離并實現 Web 表示層， Spring 以DAO（ Data Access Objects） 的方式和數據源進行交互，Hibernate 則實現了對數據的持久化操作[12]。同時，系統整體結構運用MVC 模式，采用將前端頁面展示、系統數據、后端系統數據邏輯分離的方式來組織代碼[13]。Modle 層是Mysql，用于數據存儲；View 層是前端交互頁面，用戶進行登錄和操作，向服務器發送請求；Controller 是服務器，對用戶的請求進行邏輯處理，并在Mysql 中調取相關數據信息反饋到View 層。用戶登錄系統后，在前端頁面發送操作請求，通過服務器即可完成數據庫中數據的修改。具體業務流程如圖1 所示。

2.3 系統功能模塊分析

為了規范使用實驗室，提高實驗室管理和使用效率，采用基于角色的訪問控制。針對不同用戶設置了3 種角色：實驗室管理員、教師和學生。為了保障管理系統運行的穩定性和信息數據的安全性，不同身份分別賦予不同的功能和權限。系統功能模塊如圖2 所示。

2.3.1 實驗室管理員功能模塊

（1）用戶管理。為了保證系統的安全性，任何人使用系統都需要進行身份驗證。使用者有兩種方式獲得授權。一是使用者自己注冊，需要提供正確的學號或者教工號。為了防止校外人員注冊和實驗室信息泄露，使用者通過填寫各項身份信息完成注冊之后，沒有權限立即使用該系統，還需要實驗室管理員的審核。待審核通過之后，用戶才有資格使用系統。二是實驗室管理員Excel 表格批量導入教師和學生信息，此時自動審核，導入成功后，教師和學生便可以使用系統。實驗室管理員可以編輯修改用戶信息，也可以刪除用戶，禁止其使用系統，還可以重置用戶密碼。

（2）通知管理。發布實驗室注意事項、儀器最新采購情況、實驗室維護升級等通知。可以對發布的通知進行修改和刪除。

（3）留言管理。為了與使用實驗室的師生進行互動，設置了留言功能。用戶可以向管理員提出各種建議、咨詢實驗室相關的問題等。管理員可以回復相關的留言。

（4）實驗室管理。實驗室管理模塊包括實驗室信息管理、實驗室預約管理和實驗室預約日志3 個子模塊。實驗室信息管理子模塊管理實驗室的基本信息，如實驗室名稱、實驗室負責人、負責人聯系電話、實驗室地點、實驗室簡介、是否開放和備注信息等。實驗室預約管理子模塊負責審核教師的實驗室預約申請，若通過審核，設置該實驗室在預約時間段狀態為預約狀態。若不通過審核，說明理由，反饋給申請者。實驗室預約日志子模塊分頁顯示各個實驗室的預約情況，按預約時間降序排列。

（5）設備管理。設備管理包括技術參數管理、運行數據管理和電子文檔管理3 個子模塊。技術參數管理子模塊對實驗室新購置設備的技術參數管理，設備技術參數包括設備名稱、設備型號、設備廠商、設備序列號、設備價格、購買日期、設備經銷商、所屬實驗室和設備詳情等。運行數據管理子模塊管理設備的運行狀況，包括服務開始時間、供應商合同、當前設備狀態（正常、維修、報廢和借用）等。電子文檔管理子模塊保存設備相關的電子文檔，包括設備圖紙、安裝說明書、設備相關圖片等。若沒有電子文檔，可以把紙質文檔掃描為電子文檔再保存。

（6）設備維修管理。設備維修管理包括設備維修管理和設備維修日志兩個子模塊。設備維修管理子模塊對設備維修情況進行管理，對于不能正常使用的設備要及時維修，并設置設備狀態為“維修”，此時該設備屬于禁用狀態，也不能被借用。設備維修成功，可以正常使用，及時修改設備狀態為“正常”，若維修不成功，可以申請報廢。設備維修日志子模塊分頁顯示設備維修的信息，包括設備名稱、設備編號、所屬實驗室、維修開始和結束的時間等，按維修開始時間降序排列。

（7）設備借用管理。設備借用管理包括設備借用管理和設備借用日志兩個子模塊。設備借用管理子模塊對設備借用情況進行管理，對于不能按期歸還的設備要及時催促歸還，并對使用者記錄逾期信息，降低借用設備的優先級，甚至是加入黑名單，禁止其借用設備。設備借用日志子模塊分頁顯示設備借用的信息，包括設備名稱、設備編號、所屬實驗室、借用開始和結束的時間等，按借用開始時間降序排列。

2.3.2 教師功能模塊

（1）用戶管理。此功能根據教師的權限，只可以查看自己的信息，以及對自己信息的修改操作。

（2）通知管理。此功能根據教師的權限，查看實驗室管理員發布的各種通知。

（3）設備借用管理。教師可以查詢設備的使用信息，選擇可以借用的設備進行預約，說明原因，提交給系統管理員審核，審核通過后，該設備的狀態設置為借用，并標注借用者和借用時間段。

（4）留言管理。可以向實驗室管理員留言，進行在線互動。可以查看歷史留言。

（5）實驗室預約管理。教師可以瀏覽或者查找實驗室，然后選擇空閑的對外開放的實驗室進行預約，說明原因，提交給系統管理員審核，審核通過后，在實驗室標注預約教師和預約時間。當實驗室在某個時間段預約后，系統不再允許其他人在該時段進行預約操作。若教師進行實驗課的調課，調課成功后，原來實驗室上課的時間段會設置為空閑狀態。

2.3.3 學生功能模塊

（1）用戶管理。此功能根據學生的權限，只可以查看自己的信息，以及對自己信息的修改操作。

（2）通知管理。此功能根據學生的權限，查看實驗室管理員發布的各種通知。

（3）設備借用管理。學生可以查詢設備的使用信息，選擇可以借用的設備進行預約，說明原因，提交給系統管理員審核，審核通過后，該設備的狀態設置為借用，并標注借用者和借用時間段。

（4）留言管理。可以向實驗室管理員留言，進行在線互動。可以查看歷史留言。

2.4 數據庫表設計

實驗室信息管理系統采用MySQL 數據庫存儲數據。MySQL 是一個小型關系型數據庫管理系統，是一個真正的多用戶、多線程的SQL 數據庫服務器，具有輕量、免費和開源特征，支持Apache、IIS 等多種WEB 服務器[14-15]。

根據系統的需求，共設計了用戶表、角色表、實驗室表、設備表、藥品試劑表、設備維修表、設備借用表、實驗室課表、通知表和留言表10 個表格。以設備借用表格為例，表格設計如表1 所示。

2.5 系統功能實現

采用Java 編程語言和MySQL 數據庫管理系統，實現了用戶管理、通知管理、實驗室管理、設備管理、設備維修管理和設備借用管理等功能模塊[16]。通過點擊系統界面左邊的導航菜單可以方便地切換不同的功能模塊。設備借用管理界面如圖3 所示。

3 結束語

本系統主要面向高校實驗室管理，按照實驗室的使用情況，劃分為實驗室管理員、教師和學生3 類角色，實現基于角色的權限管理，從而實現實驗室的信息化管理，提升了高校實驗室管理的信息化水平，可以充分提高實驗室和設備的利用率和使用效率，實現實驗室資源管理的數字化。

隨著信息化技術的不斷普及和數字化時代的到來，實驗室信息管理系統的開發與應用，使實驗室管理和使用向規范化、一體化、智能化方向邁進，極大地提高了實驗室的管理和使用效率，使教學資源得到整合和優化，為實驗室各項工作的順利開展提供了有力保障。信息管理系統通過結構體系構建及數據信息整理，明晰實驗室基本情況及基礎信息；通過管理信息系統實現實時數據更新，保障相關數據的準確性和時效性。在線處理各項信息數據，保證數據的精確性，實現綠色無紙化辦公，弘揚綠色發展理念。

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