王向陽

0 引言

實驗實踐是高等學(xué)校教學(xué)活動重要環(huán)節(jié)，影響著人才培養(yǎng)的質(zhì)量，實驗室作為承擔(dān)實驗實踐教學(xué)的主要場所，在高等學(xué)校教學(xué)中具有舉足輕重的作用，除了教學(xué)它還承擔(dān)著一定的科研任務(wù)，具有為社會服務(wù)的功能，是學(xué)校辦學(xué)水平和實力的體現(xiàn)[1]。

隨著高等學(xué)校實驗教學(xué)與管理改革的不斷發(fā)展，隨著信息技術(shù)在各行各業(yè)的不斷應(yīng)用，在實驗室管理方面?zhèn)鹘y(tǒng)的人工管理模式已與信息化發(fā)展的趨勢顯得不適應(yīng)了。實驗室在日常管理中會不斷產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，例如實驗室信息，儀器設(shè)備信息，實驗項目信息，耗材配件信息，實驗安排信息等，這些信息日積月累下來將十分龐大，如何處理海量的數(shù)據(jù)信息，科學(xué)合理安排好實驗實踐教學(xué)任務(wù)，提高儀器設(shè)備的利用率，是實驗室管理工作面臨的一個難題。在這個背景下實驗室信息管理系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，它的應(yīng)用使實驗室管理工作更加規(guī)范合理，促進(jìn)實驗室資源共享，提高了利用效率，提高實驗室的投資效益，減少實驗室管理工作量。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

1.1 系統(tǒng)概述

實驗室信息管理系統(tǒng) LIMS（Laboratory Information Management System），是指利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等對實驗室的各種信息進(jìn)行智能化、自動化管理的計算機(jī)軟、硬件系統(tǒng)[2-3]。實驗室信息管理系統(tǒng)的使用就是將原來對實驗室手工管理方式變成計算機(jī)管理，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，在科學(xué)的管理思想的指導(dǎo)下，利用先進(jìn)的信息技術(shù)，以實驗室為核心，對實驗室儀器設(shè)備、實驗教學(xué)安排、人員、日常事務(wù)等進(jìn)行高效、準(zhǔn)確、全方位的管理。

目前，普通高等學(xué)校對實驗室普遍采取院系兩級管理的模式，學(xué)校設(shè)置專門部門對實驗室進(jìn)行宏觀管理，各系負(fù)責(zé)所屬實驗室的具體事務(wù)管理。這些管理工作主要有實驗室管理、儀器設(shè)備管理、人員管理、耗材管理、實驗教學(xué)管理等，各校根據(jù)不同的情況會有細(xì)微的差別。本文根據(jù)筆者所在單位陜西學(xué)前師范學(xué)院實驗室管理的特點(diǎn)以及日常工作的要求，設(shè)計了基于B/S結(jié)構(gòu)的實驗室信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用校園網(wǎng)，通過網(wǎng)絡(luò)對實驗室各項工作進(jìn)行管理，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)可以了解實驗安排、向老師進(jìn)行提問、實驗室信息查詢、實驗成績查詢；教師可以進(jìn)行網(wǎng)上答疑、實驗室預(yù)約、實驗成績的錄入、教學(xué)任務(wù)的查詢等；管理人員可以進(jìn)行實驗教學(xué)安排、發(fā)布公告信息、數(shù)據(jù)信息錄入等。此外，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中保存大量的實驗室信息及其相關(guān)信息可為實驗室績效管理與評價、效益評估提供數(shù)據(jù)支持，為學(xué)院實驗室規(guī)劃建設(shè)決策提供依據(jù)。

1.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，即Browser/Server（瀏覽器/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)下，用戶工作界面是通過瀏覽器來實現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在客戶端實現(xiàn)，主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實現(xiàn)，形成瀏覽器、Web應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的三層模式[4-5]，其原理圖，如圖1所示：

圖1 B/S結(jié)構(gòu)原理圖

這種模式對客戶端電腦要求很低，使開發(fā)人員可以專注于 Web服務(wù)器端應(yīng)用程序的開發(fā)，而無需多考慮客戶端，后臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的變化也不會對客戶端造成任何影響，可有效減輕系統(tǒng)維護(hù)工作量，降低成本[6-8]。B/S結(jié)構(gòu)還有不受地點(diǎn)、接入方式的限制，具有可擴(kuò)展性和開放性等多方面優(yōu)勢，因此實驗室信息管理系統(tǒng)非常適用這種體系結(jié)構(gòu)。

JSP是基于JavaServlet以及整個Java體系的Web開發(fā)技術(shù)，1999年6月由Sun公司推出，由于其具有開放性、可擴(kuò)充性、跨平臺性的優(yōu)勢，一經(jīng)推出就迅速被廣泛使用，這里我們采用JSP開發(fā)語言進(jìn)行程序設(shè)計[9-10]，開發(fā)工具使用MyEclipse集成開發(fā)環(huán)境，后臺數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2005。

1.3 總體功能設(shè)計

根據(jù)我校實驗室管理工作的實際情況，將用戶分為不同的角色，不同角色的用戶具有不同的權(quán)限，當(dāng)多個用戶被賦予同一角色時，他們也就都具備了該角色擁有的權(quán)限，這里把用戶分為系統(tǒng)管理員、管理人員、教師和學(xué)生四類，他們具有以下權(quán)限：

系統(tǒng)管理員：具有最高權(quán)限，可管理和維護(hù)整個系統(tǒng)，擁有管理人員、教師和學(xué)生所有操作權(quán)。能建立和設(shè)置不同的用戶，并為其分配權(quán)限。

管理人員：可以對本部門實驗教學(xué)進(jìn)行安排，對實驗室信息進(jìn)行管理，對儀器設(shè)備、低值易耗品進(jìn)行管理，對教師、學(xué)生信息進(jìn)行管理，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢和統(tǒng)計。

教師：可根據(jù)課程設(shè)置實驗項目，安排實驗進(jìn)度，上傳學(xué)生實驗成績，回答學(xué)生問題，查詢課程安排，查詢實驗室、儀器設(shè)備信息等。

學(xué)生：可查詢實驗課程安排，實驗課程選課，提交實驗報告，查詢實驗課成績，查詢實驗室、儀器設(shè)備基本信息，查看各種通知、公告等。

按照實驗室信息管理系統(tǒng)應(yīng)具有的功能[11]，將其分為實驗室管理、儀器設(shè)備管理、實驗教學(xué)管理、低值易耗品管理、實驗人員管理、日常事務(wù)管理等6大模塊，其總體功能結(jié)構(gòu)，如圖2所示：

圖2 實驗室信息管理系統(tǒng)總體功能圖

2.系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是實驗室信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)，系統(tǒng)能否滿足用戶的需求在很大程度上取決于數(shù)據(jù)庫設(shè)計的合理性。根據(jù)實驗室的實際情況和管理需求，我們以SQL Server 2005作為后臺數(shù)據(jù)庫支持，設(shè)計了以下數(shù)據(jù)表：用戶信息表（login），實驗室信息表（lab），實驗項目表（project），課程表（course），成績表（score），實驗室課程表（labcourse），實驗教學(xué)表（teach），儀器設(shè)備信息表（equipment），儀器設(shè)備維修表（maintain），儀器設(shè)備報廢表（scrap），低值易耗品信息表（expend），低值易耗品領(lǐng)用表（receive），實驗人員信息表（teacher），新聞公告表（note），資料下載表（down）等。由于篇幅所限，這里僅對部分表進(jìn)行說明。

儀器設(shè)備信息表主要存放教學(xué)科研儀器設(shè)備的基本信息，如表1所示：

表1 儀器設(shè)備信息表

儀器設(shè)備維修表，存儲每臺報損儀器設(shè)備的維修數(shù)據(jù)， 是記錄儀器設(shè)備維修情況的表，如表2所示：

2.2 數(shù)據(jù)庫連接

要想操縱一個數(shù)據(jù)庫，首先應(yīng)該建立一個到數(shù)據(jù)庫的連接，本系統(tǒng)采用JDBC-ODBC的驅(qū)動程序連接數(shù)據(jù)庫，并使用JavaBean組件[12-14]，具體語句如下：

2.3 系統(tǒng)登陸設(shè)計

用戶輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)判斷其身份，并確定其所擁有的權(quán)限，然后根據(jù)不同用戶的角色呈現(xiàn)不同的操作界面。其詳細(xì)步驟如下：

選擇登錄身份，系統(tǒng)提供四種身份：系統(tǒng)管理員、管理人員、教師和學(xué)生供用戶根據(jù)身份選擇；

用戶在登錄框內(nèi)填寫用戶名、密碼、驗證碼，并點(diǎn)擊“登錄”按鈕。

如果選擇的登錄身份與系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中不符，或用戶名或密碼不正確，系統(tǒng)會彈出提示對話框“您輸入的登錄信息錯誤，請重新輸入！”

驗證通過后，系統(tǒng)根據(jù)用戶的不同身份進(jìn)入不同的操作界面。

系統(tǒng)登陸流程圖，如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)登錄流程圖

2.4 主要功能設(shè)計

2.4.1 實驗室管理模塊

該模塊主要功能是建立實驗室基本信息體系，將每年上報教育部的基礎(chǔ)實驗數(shù)據(jù)由傳統(tǒng)的手工收集變?yōu)橄到y(tǒng)自動生成，為廣大師生提供全面的實驗室信息查詢提供方便。其主要數(shù)據(jù)信息包括：實驗室編號、名稱、類別、房間號、面積、管理部門、管理人、儀器設(shè)備臺套數(shù)、儀器設(shè)備值，該實驗室特殊規(guī)章制度。登陸實驗室信息系統(tǒng)的所有用戶可以查看某個實驗室的詳細(xì)信息，系統(tǒng)管理員和管理人員可以進(jìn)行添加、修改和刪除操作。

2.4.2 儀器設(shè)備管理模塊

主要建立實驗室儀器設(shè)備賬目，對使用過程進(jìn)行管理，以及為上報教育部信息提供數(shù)據(jù)服務(wù)，強(qiáng)化數(shù)據(jù)的真實性和有效性，降低儀器設(shè)備管理的難度。其主要包含以下4個子模塊。

賬目管理子模塊：建立實驗室儀器設(shè)備的基本信息，包括設(shè)備編號、名稱、規(guī)格、型號、生產(chǎn)廠家、國別、分類號、出廠日期、價值、存放地點(diǎn)、狀態(tài)、管理人等信息。

儀器設(shè)備維修子模塊：建立儀器設(shè)備損壞及維修記錄，包括維修單編號、設(shè)備編號、設(shè)備名稱、保修人、損壞情況描述、維修部門、維修人、維修時間、解決方案、維修結(jié)果等信息。儀器設(shè)備發(fā)生故障后，實驗室管理員填寫維修申請單，管理部門收到申請后組織人員進(jìn)行維修，修好后填寫維修記，經(jīng)保修人員確認(rèn)后生成維修記錄單存入數(shù)據(jù)庫中。

儀器設(shè)備報廢子模塊：對實驗室內(nèi)丟失或報廢的儀器設(shè)備進(jìn)行登記，包括報廢單編號、設(shè)備編號、設(shè)備名稱、報廢分類、報廢描述、報廢時間等信息。實驗室管理人員提交報廢申請，實驗室管理部門和資產(chǎn)管理部門鑒定后，進(jìn)行審批，完成流程，生成設(shè)備報廢單。

數(shù)據(jù)信息服務(wù)子模塊：可提供按設(shè)備名稱、編號、實驗室等信息查詢統(tǒng)計儀器設(shè)備數(shù)據(jù)，并提供打印服務(wù)，還可按教育部相關(guān)報表的格式，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)報表，方便數(shù)據(jù)報送。

2.4.3 實驗教學(xué)管理模塊

該模塊幫助教學(xué)管理人員對日常實踐教學(xué)進(jìn)行安排以及對實施過程進(jìn)行監(jiān)控管理，任課教師可以查詢本人的實驗教學(xué)安排，錄入實驗項目、學(xué)生成績，學(xué)生可以查詢實驗課安排、實驗項目內(nèi)容、實驗課程成績等信息。主要包括實驗教學(xué)基本信息子模塊，實驗教學(xué)安排子模塊、成績管理子模塊。

2.4.4 日常事務(wù)管理模塊

該模塊是實驗室管理部門用來對實驗室進(jìn)行日常工作管理的，如向全體師生發(fā)布實驗新聞、動態(tài)、公告，在線評教，提供各種資源表格下載等，主要包括信息發(fā)布子模塊，實驗室資源管理子模塊和網(wǎng)上評教子模塊。

3 總結(jié)

本系統(tǒng)在校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上，采用B/S體系結(jié)構(gòu)、JSP編程技術(shù)和SQL Server 2005后臺數(shù)據(jù)庫，以實驗室為中心，將實驗室管理、儀器設(shè)備管理、實驗人員管理、實驗教學(xué)管理、低值易耗品管理和日常事務(wù)管理集為一體的信息管理系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)正在研發(fā)測試階段，近半年來的測試表明，它不僅可使實驗室管理規(guī)范化、科學(xué)化，優(yōu)化實驗資源配置，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性，而且能提高管理效率，降低管理人員的勞動強(qiáng)度。但系統(tǒng)也有不盡如人意的地方，在以后的開發(fā)過程中將逐步改進(jìn)，以適應(yīng)學(xué)校的實際情況，更好為實驗室管理服務(wù)。

[1]李金昌.全面開放實驗室培養(yǎng)符合型人才[J].實驗室研究與探索,2011,30（3）：1-5

[2]鐘雁.管理信息系統(tǒng)開發(fā)案例分析[M].清華大學(xué)出版社2006;

[3]應(yīng)志春.LIMS技術(shù)的回顧和展望[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2002（3）：3-7；

[4]張例,張維璽.基于B/S的實驗室管理信息系統(tǒng)的分析與設(shè)計[J].實驗室研究與探索,2012（5）：80-83;

[5]寇宏達(dá),靳志強(qiáng).高校實驗室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2013（1）：113-117;

[6]劉川,鄭小玲.基于Web的高校實驗室管理信息系統(tǒng)構(gòu)建[J].計算機(jī)與現(xiàn)代化,2005（6）：43-45;

[7]陳鴻宇,姚路.高校實驗室綜合管理信息平臺的構(gòu)建[J].實驗室研究與探索,2011（3）：166-168;

[8]賀偉,顧慰毅.高校實驗室管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)[J].實驗室研究與探索,2012（10）：164-167;

[9]林上杰,林康司.JSP2.0技術(shù)手冊[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004;

[10]朱福喜,唐曉軍.Java程序設(shè)計技巧與開發(fā)實例[M].北京人民郵電出版社，2004;

[11]方海軍,金紅.LIMS系統(tǒng)需求分析方法[J].浙江冶金,2006,（4）：13;

[12]孫明麗，王斌，劉瑩.SQL Server 2005數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)完全手冊[M].人民郵電出版社，2007;

[13]王珊，薩師煊.數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論[M].北京：高等教育出版社，2006;

[14]彭瑞東.實驗室數(shù)據(jù)庫管理的設(shè)計與實現(xiàn)[J].實驗技術(shù)與管理，2004，21(1)：172-177.