高校開放型實(shí)驗室管理系統(tǒng)設(shè)計

張明強(qiáng)， 任麗麗， 劉蒸蒸， 秦文華， 周子力

(1. 曲阜師范大學(xué) 物理工程學(xué)院， 山東 曲阜 273165) (2. 曲阜師范大學(xué) 公共外語教學(xué)部， 山東 曲阜 273165)

高校開放型實(shí)驗室管理系統(tǒng)設(shè)計

張明強(qiáng)1， 任麗麗2， 劉蒸蒸1， 秦文華1， 周子力1

(1. 曲阜師范大學(xué) 物理工程學(xué)院， 山東 曲阜 273165) (2. 曲阜師范大學(xué) 公共外語教學(xué)部， 山東 曲阜 273165)

開放型實(shí)驗教學(xué)模式能有效增強(qiáng)學(xué)生主動性，提高實(shí)驗室利用率；本文結(jié)合RFID射頻卡識別技術(shù)，利用LAMP架構(gòu)配置應(yīng)用服務(wù)器，即采用MySQL數(shù)據(jù)庫和Apache Web服務(wù)器，在Linux環(huán)境下，采用PHP語言設(shè)計了一個開放型實(shí)驗室管理系統(tǒng)；實(shí)踐表明，自行設(shè)計的管理系統(tǒng)能合理組織實(shí)驗室的開放，提高了工作效率，達(dá)到更好地為教學(xué)服務(wù)的目的。

開放型實(shí)驗室; 實(shí)驗室信息管理系統(tǒng); 射頻識別; LAMP

0 引言

實(shí)驗室的建設(shè)、管理與維護(hù)直接影響高等院校的教學(xué)和科研水平。伴隨著高校管理模式的轉(zhuǎn)變，實(shí)驗室建設(shè)與管理趨于規(guī)范化和復(fù)雜化，相關(guān)管理工作也變得更加繁重。為了進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力，更好培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，許多高校進(jìn)行了開放型實(shí)驗教學(xué)模式的改革。國外網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗室管理技術(shù)應(yīng)用的成功經(jīng)驗表明，適應(yīng)現(xiàn)代化教育發(fā)展的實(shí)驗室必須要建立起完整的管理體系，采用開放式實(shí)驗教學(xué)模式，因而需要一套與之配合的先進(jìn)的實(shí)驗室信息管理系統(tǒng)LIMS (Laboratory Information Management System)[1，2]。

本文根據(jù)我校開放型實(shí)驗室的架構(gòu)，自主設(shè)計了一個虛擬開放型實(shí)驗室管理系統(tǒng)，命名為OpenLAB，力求建立一個完善合理的管理系統(tǒng)來安排、組織實(shí)驗室的開放以達(dá)到充分利用實(shí)驗室資源，提高工作效率，更好地為教學(xué)服務(wù)的目的。

1 管理系統(tǒng)架構(gòu)

OpenLAB基本架構(gòu)如圖1所示?；谏漕l識別(RFID)技術(shù)采集和交換信息，采用B/S模式，利用LAMP架構(gòu)配置校園網(wǎng)OpenLAB應(yīng)用服務(wù)器，即數(shù)據(jù)層采用MySQL數(shù)據(jù)庫，邏輯層采用Apache作為Web服務(wù)器，在Linux操作系統(tǒng)環(huán)境下，采用PHP語言編碼研發(fā)開放實(shí)驗室管理等相關(guān)應(yīng)用[3,4]。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

系統(tǒng)設(shè)計體現(xiàn)了以人為本，以面向工作人員為主，工作流程為輔的方式，在進(jìn)行詳盡需求分析的基礎(chǔ)上，總結(jié)系統(tǒng)工作人員的核心工作內(nèi)容如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)核心工作內(nèi)容

OpenLAB系統(tǒng)采用統(tǒng)一登錄界面，工作人員分為五類，分別是：實(shí)驗教師、學(xué)生、系統(tǒng)管理員、實(shí)驗室管理員和教務(wù)員，系統(tǒng)根據(jù)分類的用戶名稱自動分派到不同功能界面，采用比MD5更安全的Sha1加密算法，保證用戶信息數(shù)據(jù)庫安全。①系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限，可以訪問所有數(shù)據(jù)庫及相關(guān)信息，從界面可以維護(hù)整個系統(tǒng)；②教務(wù)員具有較高權(quán)限，可以訪問相關(guān)數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)入整個院系全部學(xué)生信息和實(shí)驗課程信息，導(dǎo)入相關(guān)課程及開放實(shí)驗的教學(xué)計劃，導(dǎo)出所有課程或?qū)嶒烅椖康某煽冃畔?，查看?dāng)前實(shí)驗室工作狀況，查看實(shí)驗安排等等；③實(shí)驗室管理員可以訪問與其負(fù)責(zé)的實(shí)驗室相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，設(shè)定實(shí)驗室開放時間，查看并維護(hù)實(shí)驗室開放實(shí)驗項目；④實(shí)驗指導(dǎo)教師的工作包括對學(xué)生的校園卡號注冊，增刪開放型實(shí)驗室的實(shí)驗項目和開放課程，查看學(xué)生預(yù)約和登記的信息，查詢批改電子實(shí)驗報告，對學(xué)生實(shí)驗成績的統(tǒng)計與錄入等；⑤學(xué)生的工作主要根據(jù)開放型實(shí)驗室的實(shí)驗項目及時地提交預(yù)約申請，預(yù)約成功后可在開放時間自主來實(shí)驗室刷卡登記并完成實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)束后認(rèn)真分析總結(jié)，并撰寫實(shí)驗報告。

2 系統(tǒng)設(shè)計與核心工作流程

OpenLAB系統(tǒng)基于“簡潔而大氣、易用而強(qiáng)大”的設(shè)計原則，在首頁設(shè)有“開放實(shí)驗室”、“開放項目”、“開放課程”、“開放論壇”、“登錄OpenLAB管理系統(tǒng)”等幾大重要功能鏈接，開設(shè)了“MooC教學(xué)課程”，“實(shí)驗教學(xué)課件”、“教學(xué)視頻”和“虛擬仿真實(shí)驗”等欄目，為相關(guān)課程提供一個學(xué)習(xí)和討論區(qū)答疑平臺。實(shí)驗室科研項目、科研方向及科研成果等均可在此系統(tǒng)上交流共享。頁面主體部分采用Html、CSS、PHP、JS等編程語言設(shè)計出美觀高效的動態(tài)網(wǎng)頁，為教師、學(xué)生提供一個簡潔而又具有強(qiáng)大使用功能的網(wǎng)站，高效便捷地促進(jìn)開放型實(shí)驗室信息化的管理與學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.1 用戶準(zhǔn)備

教師和學(xué)生可以在注冊界面注冊，也可由管理員按學(xué)生用戶和教師用戶批量導(dǎo)入，學(xué)生默認(rèn)用戶名為學(xué)號，教師默認(rèn)用戶名為工號，以方便與高校信息門戶網(wǎng)站融合。

學(xué)生注冊成功后，信息不完善的無法進(jìn)行實(shí)驗預(yù)約。因此，學(xué)生登錄系統(tǒng)后首先應(yīng)該完善個人信息(如學(xué)號、真實(shí)姓名、院系等)，管理員批量導(dǎo)入的信息應(yīng)該是基本完善的，只是缺少卡號信息，因此需要集中時間現(xiàn)場刷卡，采集校園一卡通卡號，并寫入MySQL數(shù)據(jù)庫用戶數(shù)據(jù)表。

2.2 核心工作流程

系統(tǒng)采用預(yù)約實(shí)驗?zāi)Ｊ?，該模式的核心工作流程如圖3所示：

圖3 預(yù)約工作流程圖

該模式由教師發(fā)布開放項目信息，如圖4所示，允許學(xué)生采用預(yù)約的方式，在各個實(shí)驗室開放期間，查詢可預(yù)約項目并提交預(yù)約申請，如圖5所示。

圖4 教師端新增開放項目界面

圖5 學(xué)生端查詢開放項目及預(yù)約界面

學(xué)生提交預(yù)約信息后，相關(guān)實(shí)驗項目的實(shí)驗指導(dǎo)教師進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)審核，審核通過，學(xué)生預(yù)約成功，便可在開放時間自由來實(shí)驗室完成實(shí)驗；預(yù)約實(shí)驗學(xué)生登記環(huán)節(jié)替換了常見的紙質(zhì)學(xué)生實(shí)驗記錄表，基于射頻識別技術(shù)，采用校園卡刷卡，進(jìn)行實(shí)名登記，系統(tǒng)自動查詢數(shù)據(jù)庫進(jìn)行學(xué)生身份識別、實(shí)驗時間記錄、實(shí)驗項目及儀器設(shè)備狀況記錄等，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗臺信息實(shí)時的記錄。隨時可在線查到所有實(shí)驗設(shè)備，以及查詢?nèi)我慌_實(shí)驗設(shè)備相關(guān)的具體實(shí)驗人員和實(shí)驗室教師或管理人員，以輔助實(shí)驗室管理。

實(shí)驗結(jié)束后，實(shí)驗學(xué)生需要認(rèn)真撰寫實(shí)驗報告，撰寫報告的界面如圖6所示。界面上可以查看和編輯Word和WPS文檔，并網(wǎng)絡(luò)提交，由實(shí)驗教師批閱，評定實(shí)驗成績并給出意見和建議。對于表格圖形等不容易或不適宜電子化的實(shí)驗報告，仍然可以采用紙質(zhì)版，由實(shí)驗指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)成績的錄入和維護(hù)。

學(xué)生網(wǎng)絡(luò)預(yù)約采用合理的誠信評判機(jī)制，以防止學(xué)生預(yù)約超期或?qū)掖嗡s。

圖6 學(xué)生端實(shí)驗報告撰寫界面

3 系統(tǒng)測試與運(yùn)行管理機(jī)制

系統(tǒng)測試基本環(huán)境如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)測試環(huán)境

開放實(shí)驗項目由學(xué)生自主完成，實(shí)驗指導(dǎo)教師僅定期現(xiàn)場指導(dǎo)，開放實(shí)驗過程中會出現(xiàn)各種問題，如無法得到及時指導(dǎo)，實(shí)驗的效果將大打折扣。OpenLAB系統(tǒng)構(gòu)建開放實(shí)驗項目知識庫，為每項開放實(shí)驗項目配備詳細(xì)的實(shí)驗指導(dǎo)說明與常見問題的解決方法，并采用Helpdesk機(jī)制，學(xué)生在遇到疑難問題時，可直接通過電話或網(wǎng)絡(luò)視頻聯(lián)系到該實(shí)驗項目的負(fù)責(zé)教師[5]。

開放型實(shí)驗室面向全體學(xué)生開放，實(shí)驗教師和管理人員一般不直接管理和維護(hù)，學(xué)生進(jìn)入開放實(shí)驗室之前，應(yīng)經(jīng)歷一段認(rèn)真的培訓(xùn)，以輔助學(xué)生養(yǎng)成良好的工作、學(xué)習(xí)和衛(wèi)生習(xí)慣。實(shí)驗室中的設(shè)備、設(shè)施、工具和耗材必須有序擺放，賬目清晰，在實(shí)驗室開放期間，學(xué)生自主支配，但須有嚴(yán)格的登記制度。

4 結(jié)語

本文介紹的開放型實(shí)驗室管理系統(tǒng)具體設(shè)計過程遵循可靠性、實(shí)用性、易管理、易維護(hù)原則，設(shè)計的系統(tǒng)界面簡潔而易用，系統(tǒng)已進(jìn)行了詳盡的需求分析和嚴(yán)格的功能測試。目前階段工作主要集中在：①開放型實(shí)驗室24小時網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，可隨時進(jìn)行人員和工位檢測，支持異地查詢、調(diào)閱，出現(xiàn)問題可及時發(fā)現(xiàn)、處理和追溯；②基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開放實(shí)驗室智能感知以及基于RFID技術(shù)的安全門禁系統(tǒng)；③針對新興MooC教學(xué)方式，開發(fā)在線實(shí)驗課程以及基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)在線實(shí)驗系統(tǒng)。結(jié)合課堂面授和自主學(xué)習(xí)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，這種混合學(xué)習(xí)方式將會提高學(xué)生學(xué)習(xí)的動力和水平。

[1] Poonam J. Prasad, G.L. Bodhe. Trends in laboratory information management system.[J], Netherlands: Elsevier online database: Chemometrics and intelligent laboratory systems.2012,(118):187-192.

[2] Iuliana Dobre. Learning Management Systems for higher education - an overview of available options for Higher Education Organizations.[J]. Netherlands: Elsevier online database: Procedia - Social and Behavioral Sciences .2015, (180):313-320.

[3] Luke Welling, Laura Thomson(著), 武欣(譯) . PHP和MySQL Web開發(fā)(第四版)[M],北京：機(jī)械工業(yè)出版社. 2009.

[4] Online learing WebSite for html javascript php: http://www.w3school.com.cn/

[5] Matthias Nuckles, Anna Ertelt. The problem of describing a problem: Supporting laypersons in presenting their queries to the Internet-based helpdesk.[J]. Netherlands: Elsevier online database: Int. J. Human-Computer Studies. 2006, (64):648-669.

Design of Management System for Open Laboratory in National Universities

ZHANG Ming-qiang1, REN Li-li2, LIU Zheng-zheng1, QIN Wen-hua1, ZHOU Zi-li1

(1.CollegeofPhysicsandEngineering,QufuNormalUniversity,Qufu273165,China) (2.DepartmentofForeignLanguageTeaching,QufuNormalUniversity,Qufu273165,China)

The mode of opening laboratory can improve the utilization of laboratory and effectively enhance student learning initiative. Combing with RFID technology, We adopte LAMP architecture, which contain MySQL database, Apache server, and develope an open laboratory management system using PHP language under Linux system. The practice shows that our design of the management system can reasonable improve efficiency of management and maintenance, make full use of laboratory resources and achieve better for the purpose of teaching service.

open laboratory; laboratory information management system; RFID; LAMP

2015-06-20;

2015-10-12

曲阜師范大學(xué)校級實(shí)驗教改項目(編號：2013SJ003)

張明強(qiáng)(1978-)，男，碩士，講師，主要從事信號處理與軟件開發(fā)的教學(xué)和高等教育方法研究，E-mail: zmqlrl@126.com

G434

A

1008-0686(2016)03-0129-04