高校教學型實驗室信息管理系統的設計與開發

趙天翔　王銘　劉洋　秦士芙　王江龍

關鍵詞：實驗教學；實驗室管理；系統設計

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）08-0059-03

0 引言

隨著我國高校實驗室數字技術水平的提高，計算機技術與管理技術的結合逐漸代替人工管理?，F代化管理技術在各個領域應用的普及，加快了各種管理過程的響應[1]。實驗室信息管理系統（Labortory Infor?mation Management System，LIMS） 是結合了實驗室管理需求以及數據庫為核心的信息化技術。根據實際情況與當代實驗室管理系統發展的大趨勢，按照前端操作、后臺處理、數據庫調用的MVC模式進行初步的開發，以滿足實驗室管理計劃。

近年來，隨著高校教學改革不斷深化和實驗室建設不斷規范化，高校實驗室綜合信息管理系統的研究與開發越來越引起重視。但就現狀而言，目前高校中使用的大多是全校范圍內的實驗室管理系統，雖然能對較大范圍內的實驗室進行宏觀調控，但是大范圍的實用性也降低了小范圍的針對性，對于院系內某具體實驗室的實際需要來說，容易產生管理系統使用程序煩瑣，管理對象缺乏針對性、管理效率低下等問題?？v觀國內實驗室管理系統的發展現狀，雖然現有的實驗室管理系統種類繁多，但以某類或某個實驗室為研究對象，信息管理功能比較完備而且實用、適合于高校教學型實驗室的管理系統卻較為少見。由此可見，實驗室管理系統依然需要繼續完善升級。

本文基于MVC框架及RBAC模式設計并開發了一套適應于高校教學的實驗室信息管理系統，對學校機控學院繼電保護實驗室系統進行分析，以傳統MVC模式為基礎，此種模式提高了代碼的重復使用率和開發效率，體現了MVC運行時的特點和自身機制。

1 系統功能需求分析

在高校開展的教學活動過程中，實驗室場所扮演著至關重要的角色[2]。高校實驗室由教學型實驗室、研究型實驗室和教學研究型實驗室構成。其中教學型實驗室主要為教學服務，是提高學生動手能力、開發學生創新興趣的第二教室。教學型實驗室首要需求是圍繞著實驗教學服務而進行的。與其他類型實驗室相比較，教學型實驗室主要面向開課教師實施管理，并需要具備部分開放實驗室功能，信息管理較為復雜，對管理人員要求相對較高。傳統實驗室管理模式下，由于體制不合理，相關管理人員職責不明確，經費沒有得到合理的調配與利用，以至于實驗室資源配置不當，實驗室管理出現了問題，這些導致了實驗教學質量的降低。

總而言之，實驗室信息管理系統的實現促進了數字化校園的發展，實驗室信息管理系統的應用改善了實驗室的工作效率[3]，從而降低實驗的運行成本以及實驗室管理人員的壓力[4]，使得實驗室管理改變了老舊的管理方式，朝著數字化的管理方向發展，提高了服務水平。

2 系統整體設計及實現

2.1 系統整體框架

基于上述問題，確定了實驗室管理系統的整體框架，MVC架構具備構建MVC應用程序的絕大多數基本框架功能[5]，工作人員只需擴展框架提供的結構。MVC架構利用不同的方法組織代碼，不但更好地改善了前端的人機交互頁面，而且不須重新設計邏輯，提高了代碼的使用率[6]，從而使得系統更靈活，擴展性更佳，因此選用MVC框架作為系統管理設計的框架。

搭建體系框架采用操作層、應用層、數據層、服務層來具體實現。體系框架如圖1所示。

2.2 各模塊設計

實驗室信息管理系統主要由用戶管理、實驗中心管理、實驗管理、設備庫存管理四個功能模塊組成，并結合開放式實驗室系統發展從而確定了相應的功能需求，如圖2所示。

用戶管理模塊是實驗管理系統基礎部分，主要用于實驗教學有關的教職人員信息與學生信息的管理。根據相應的指令從而鑒別用戶身份，根據用戶身份賦予相應的權力，用戶管理階段的介入有效提高了實驗室管理系統的可行性和安全性，保證了教學系統的正常運行。

實驗中心管理模塊是實驗室信息管理系統的不可缺少的一部分，可以對各個實驗室進行介紹，統計各實驗室的具體情況，將實驗室信息通過PC端界面反映給用戶及任課老師。教師和學生可以根據實驗課程需要，借用相應的實驗室，使得各用戶的教學計劃不發生沖突，方便管理。添加實驗室是實驗中心管理模塊的重要部分，其代碼實現如下。

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<h4>

<i class=" icon-key"></i> 添加實驗室

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實驗管理模塊是系統重點開發創新的模塊，可分為教師端實驗報告、學生端實驗報告、實驗列表這三個模塊，主要負責學院實驗部分的管理。教師端可根據課程來安排對應的實驗要求并進行發布，也可對學生提交的實驗報告進行評分和評價；學生端可根據教師端發布的實驗要求進行實驗前的準備，實驗后可以將自己的實驗報告發送給指定相應的任課老師。實驗與實驗室相互關聯，登錄系統后，不同角色可以進行實驗搜索查看，其代碼實現如下。

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<i class="icon-reorder"></i> 實驗查詢

</h4>

設備管理模塊是該系統常用的部分之一，該模塊對實驗室各個實驗設備、實驗材料及其日常使用進行管理，使得統計資源需求量變得精確，可使檢驗類試驗設備耗材成本降低[7]，為試驗設備采購和報廢處理提供依據，合理配置及使用儀器設備，實驗設備基礎信息的收集、利用和管理，是開放式實驗室管理系統其他諸多業務的基礎[8]，同時設備管理員也會定期統計出實驗器材一段時間內損壞、添加、維修、借出等數據以滿足對實驗室長期發展進行規劃。

3 實驗管理系統的運行

根據前期整體系統框架的設計，在此基礎上繼續細化各個模塊的設計與實現?？傮w實現如圖3所示。

3.1 用戶管理模塊的實現

此模塊用戶在進行進入系統前進行角色選擇模塊，本系統可供用戶選擇的角色有三種，用戶選擇不同的角色，將會對應不同的權限，避免了絕大部分越界問題[9]，從而實現系統的穩定運行。運行結果如圖4所示。

3.2 實驗中心管理模塊的實現

在用戶登錄后，用戶可在實驗中心模塊進行實驗室空閑的查詢與借用，從而更好地整合實驗室資源，避免實驗室出現使用時間沖突等問題，更好地整合實驗室資源，使實驗室資源得到充分的利用。

3.3 實驗管理模塊的實現

實驗管理功能是在用戶通過賬號密碼驗證進入系統之后所操作的功能，不同角色能夠進行搜索查看相關實驗情況，教師可以發布實驗任務、批改實驗報告和撰寫評價，學生可以上傳實驗報告。運行結果如圖5所示。

3.4 設備管理模塊的實現

此模塊運用總分的結構進行設計，更能方便進行后續功能的補充和完善，用戶驗證身份后，可以進行實驗設備的查找與借出功能，實驗管理員具有實驗設備的入庫添加權限。

4 結論

綜上所述，本系統解決了高校實驗室難管理的窘態，避免了實驗室預約沖突，實驗室器材管理不恰當，造成實驗室器材丟失等問題，降低了實驗室管理人員的工作強度，實現實驗室的管理更加完善簡便的目標，大大減少因實驗室管理人員的疏忽造成的損失。另外本系統還添加了實驗管理模塊和實驗報告的提交和審批部分，使得本系統可完成從實驗室預約到實驗器材數量的預定再到實驗操作的數據上傳到最后實驗報告的提交與審批一條龍的工作，提高了系統的使用性價比。系統采用Java語言進行設計開發，使得整個系統操作簡單，安全可靠，運行穩定，具有比較好的包容性和操作性。