高校教学型实验室信息管理系统的设计与开发

赵天翔　王铭　刘洋　秦士芙　王江龙

关键词：实验教学；实验室管理；系统设计

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2023）08-0059-03

0 引言

随着我国高校实验室数字技术水平的提高，计算机技术与管理技术的结合逐渐代替人工管理。现代化管理技术在各个领域应用的普及，加快了各种管理过程的响应[1]。实验室信息管理系统（Labortory Infor⁃mation Management System，LIMS） 是结合了实验室管理需求以及数据库为核心的信息化技术。根据实际情况与当代实验室管理系统发展的大趋势，按照前端操作、后台处理、数据库调用的MVC模式进行初步的开发，以满足实验室管理计划。

近年来，随着高校教学改革不断深化和实验室建设不断规范化，高校实验室综合信息管理系统的研究与开发越来越引起重视。但就现状而言，目前高校中使用的大多是全校范围内的实验室管理系统，虽然能对较大范围内的实验室进行宏观调控，但是大范围的实用性也降低了小范围的针对性，对于院系内某具体实验室的实际需要来说，容易产生管理系统使用程序烦琐，管理对象缺乏针对性、管理效率低下等问题。纵观国内实验室管理系统的发展现状，虽然现有的实验室管理系统种类繁多，但以某类或某个实验室为研究对象，信息管理功能比较完备而且实用、适合于高校教学型实验室的管理系统却较为少见。由此可见，实验室管理系统依然需要继续完善升级。

本文基于MVC框架及RBAC模式设计并开发了一套适应于高校教学的实验室信息管理系统，对学校机控学院继电保护实验室系统进行分析，以传统MVC模式为基础，此种模式提高了代码的重复使用率和开发效率，体现了MVC运行时的特点和自身机制。

1 系统功能需求分析

在高校开展的教学活动过程中，实验室场所扮演着至关重要的角色[2]。高校实验室由教学型实验室、研究型实验室和教学研究型实验室构成。其中教学型实验室主要为教学服务，是提高学生动手能力、开发学生创新兴趣的第二教室。教学型实验室首要需求是围绕着实验教学服务而进行的。与其他类型实验室相比较，教学型实验室主要面向开课教师实施管理，并需要具备部分开放实验室功能，信息管理较为复杂，对管理人员要求相对较高。传统实验室管理模式下，由于体制不合理，相关管理人员职责不明确，经费没有得到合理的调配与利用，以至于实验室资源配置不当，实验室管理出现了问题，这些导致了实验教學质量的降低。

总而言之，实验室信息管理系统的实现促进了数字化校园的发展，实验室信息管理系统的应用改善了实验室的工作效率[3]，从而降低实验的运行成本以及实验室管理人员的压力[4]，使得实验室管理改变了老旧的管理方式，朝着数字化的管理方向发展，提高了服务水平。

2 系统整体设计及实现

2.1 系统整体框架

基于上述问题，确定了实验室管理系统的整体框架，MVC架构具备构建MVC应用程序的绝大多数基本框架功能[5]，工作人员只需扩展框架提供的结构。MVC架构利用不同的方法组织代码，不但更好地改善了前端的人机交互页面，而且不须重新设计逻辑，提高了代码的使用率[6]，从而使得系统更灵活，扩展性更佳，因此选用MVC框架作为系统管理设计的框架。

搭建体系框架采用操作层、应用层、数据层、服务层来具体实现。体系框架如图1所示。

2.2 各模块设计

实验室信息管理系统主要由用户管理、实验中心管理、实验管理、设备库存管理四个功能模块组成，并结合开放式实验室系统发展从而确定了相应的功能需求，如图2所示。

用户管理模块是实验管理系统基础部分，主要用于实验教学有关的教职人员信息与学生信息的管理。根据相应的指令从而鉴别用户身份，根据用户身份赋予相应的权力，用户管理阶段的介入有效提高了实验室管理系统的可行性和安全性，保证了教学系统的正常运行。

实验中心管理模块是实验室信息管理系统的不可缺少的一部分，可以对各个实验室进行介绍，统计各实验室的具体情况，将实验室信息通过PC端界面反映给用户及任课老师。教师和学生可以根据实验课程需要，借用相应的实验室，使得各用户的教学计划不发生冲突，方便管理。添加实验室是实验中心管理模块的重要部分，其代码实现如下。

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<h4>

<i class=" icon-key"></i> 添加实验室

</h4>

实验管理模块是系统重点开发创新的模块，可分为教师端实验报告、学生端实验报告、实验列表这三个模块，主要负责学院实验部分的管理。教师端可根据课程来安排对应的实验要求并进行发布，也可对学生提交的实验报告进行评分和评价；学生端可根据教师端发布的实验要求进行实验前的准备，实验后可以将自己的实验报告发送给指定相应的任课老师。实验与实验室相互关联，登录系统后，不同角色可以进行实验搜索查看，其代码实现如下。

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<h4>

<i class="icon-reorder"></i> 实验查询

</h4>

设备管理模块是该系统常用的部分之一，该模块对实验室各个实验设备、实验材料及其日常使用进行管理，使得统计资源需求量变得精确，可使检验类试验设备耗材成本降低[7]，为试验设备采购和报废处理提供依据，合理配置及使用仪器设备，实验设备基础信息的收集、利用和管理，是开放式实验室管理系统其他诸多业务的基础[8]，同时设备管理员也会定期统计出实验器材一段时间内损坏、添加、维修、借出等数据以满足对实验室长期发展進行规划。

3 实验管理系统的运行

根据前期整体系统框架的设计，在此基础上继续细化各个模块的设计与实现。总体实现如图3所示。

3.1 用户管理模块的实现

此模块用户在进行进入系统前进行角色选择模块，本系统可供用户选择的角色有三种，用户选择不同的角色，将会对应不同的权限，避免了绝大部分越界问题[9]，从而实现系统的稳定运行。运行结果如图4所示。

3.2 实验中心管理模块的实现

在用户登录后，用户可在实验中心模块进行实验室空闲的查询与借用，从而更好地整合实验室资源，避免实验室出现使用时间冲突等问题，更好地整合实验室资源，使实验室资源得到充分的利用。

3.3 实验管理模块的实现

实验管理功能是在用户通过账号密码验证进入系统之后所操作的功能，不同角色能够进行搜索查看相关实验情况，教师可以发布实验任务、批改实验报告和撰写评价，学生可以上传实验报告。运行结果如图5所示。

3.4 设备管理模块的实现

此模块运用总分的结构进行设计，更能方便进行后续功能的补充和完善，用户验证身份后，可以进行实验设备的查找与借出功能，实验管理员具有实验设备的入库添加权限。

4 结论

综上所述，本系统解决了高校实验室难管理的窘态，避免了实验室预约冲突，实验室器材管理不恰当，造成实验室器材丢失等问题，降低了实验室管理人员的工作强度，实现实验室的管理更加完善简便的目标，大大减少因实验室管理人员的疏忽造成的损失。另外本系统还添加了实验管理模块和实验报告的提交和审批部分，使得本系统可完成从实验室预约到实验器材数量的预定再到实验操作的数据上传到最后实验报告的提交与审批一条龙的工作，提高了系统的使用性价比。系统采用Java语言进行设计开发，使得整个系统操作简单，安全可靠，运行稳定，具有比较好的包容性和操作性。