數(shù)據(jù)決策功能在實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的應(yīng)用研究

孫志敏, 王政嘉, 周志軍, 馬瑞娜

(1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 教務(wù)處, 河北 保定 071000; 2. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心, 河北 保定 071000)

隨著教育信息化的不斷發(fā)展和高教領(lǐng)域大數(shù)據(jù)的應(yīng)用推廣,大數(shù)據(jù)分析應(yīng)用于學(xué)生的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)、教師授課情況數(shù)據(jù)等,借助相關(guān)的數(shù)據(jù)分析為高校教育模式和教育決策提供可靠、科學(xué)、有效的數(shù)據(jù)支持,同時(shí)對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)及應(yīng)用管理提供有效的參考數(shù)據(jù)[1]。隨著各高校的信息化環(huán)境得到快速完善,各種移動(dòng)App學(xué)習(xí)平臺(tái)、數(shù)字終端及可穿戴設(shè)備等新技術(shù)開始在高校逐步推廣。數(shù)字技術(shù)的常態(tài)化應(yīng)用,為教育大數(shù)據(jù)的生成提供了有利條件。伴隨著教育數(shù)據(jù)的持續(xù)累積與深度挖掘,大數(shù)據(jù)在構(gòu)建新型教學(xué)生態(tài)、助力教學(xué)結(jié)構(gòu)變革、再造教學(xué)流程方面的作用日益凸顯,由傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)７陆虒W(xué)、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)的范式變革正在發(fā)生[2-5]。

為了有效地利用不斷創(chuàng)建的大量數(shù)據(jù),管理人員面臨著必須將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成有用信息的艱巨任務(wù)。無論從實(shí)踐還是從研究的角度都越來越重視可操作的解決方案,一個(gè)完善的知識(shí)創(chuàng)造框架可以幫助管理者和研究人員將大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信息。本文將從實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)總結(jié)規(guī)律和特點(diǎn),為實(shí)驗(yàn)室的管理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供指導(dǎo)性數(shù)據(jù)[6-8]。

當(dāng)前是大數(shù)據(jù)高速發(fā)展的時(shí)期,海量數(shù)據(jù)背后蘊(yùn)含著大量有價(jià)值的信息,經(jīng)過處理后的信息可以為生產(chǎn)、生活提供指導(dǎo)性的參考。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心,先后在西校區(qū)和東校區(qū)部署和實(shí)施了實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)(LMS),除實(shí)現(xiàn)跨校區(qū)遠(yuǎn)程管理等功能之外,對(duì)門禁和上機(jī)情況也進(jìn)行了一定的數(shù)據(jù)積累,結(jié)合教務(wù)系統(tǒng)中的課程安排以及教師信息,中心運(yùn)用大數(shù)據(jù)的相關(guān)理念,對(duì)本學(xué)期計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行情況進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析,并據(jù)此提出計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心今后發(fā)展的相關(guān)建議。本文利用數(shù)據(jù)庫中集聚的“大數(shù)據(jù)”從不同角度進(jìn)行了分析,整理成具有代表性時(shí)間段的數(shù)據(jù)分析(以月度和周次的上機(jī)量為分析的對(duì)象)。收集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)均為本學(xué)期計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的整體運(yùn)行數(shù)據(jù)[9-12]。

計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心已成為具有實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐功能的綜合性教學(xué)基地(“雙實(shí)”教學(xué)基地),是我校開展創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)教育、引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維、促進(jìn)學(xué)生自主創(chuàng)業(yè)的重要實(shí)踐平臺(tái)。除日常教學(xué)工作外,計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心還承擔(dān)著多項(xiàng)重要實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)任務(wù),如承辦各類型多級(jí)別的國(guó)家等級(jí)考試、校內(nèi)的無紙化在線考試、學(xué)科競(jìng)賽、開放上機(jī)、師生培訓(xùn)、校園開放日及多種教學(xué)活動(dòng)等,并且非日常教學(xué)任務(wù)的服務(wù)人次占據(jù)了整體的1/5以上。

1 實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)存在的問題

(1) 目前高校中很多業(yè)務(wù)軟件功能滯后,同一部門使用多個(gè)軟件商的不同系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的操作方式和數(shù)據(jù)分屬于不同的軟件,降低了用戶的工作效率，增加了使用成本；

(2) 軟件商提供的系統(tǒng)一般多為通用型系統(tǒng),對(duì)各所院校的個(gè)性化服務(wù)不易滿足；

(3) 院校在原有系統(tǒng)上進(jìn)行定制開發(fā)新的系統(tǒng),會(huì)面臨開發(fā)周期較長(zhǎng),費(fèi)用較高的情況。

2 具備數(shù)據(jù)決策功能的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

具備數(shù)據(jù)決策功能的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng),對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中積累的大量教學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲(chǔ)與分析,為今后實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和課程建設(shè)提供指導(dǎo)性依據(jù)。

具備數(shù)據(jù)決策功能的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)包括如下幾部分(見圖1)。

圖1 具備數(shù)據(jù)決策功能的高校計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)

(1) 數(shù)據(jù)采集模塊。用于采集系統(tǒng)運(yùn)行中積累的各項(xiàng)教學(xué)數(shù)據(jù),包括課程數(shù)據(jù)、教師信息、學(xué)生信息、上機(jī)信息、門禁刷卡信息等。

(2) 用戶接入界面模塊。用于系統(tǒng)用戶輸入分析條件。

(3) 數(shù)據(jù)決策模塊。包括接收單元、發(fā)送單元和決策單元,用于接收系統(tǒng)用戶輸入的分析條件,向數(shù)據(jù)庫發(fā)送分析條件,獲取滿足所述分析條件的第一數(shù)據(jù),并對(duì)第一數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)決策,生成第一決策數(shù)據(jù)。其中,數(shù)據(jù)決策模塊與用戶接入界面模塊通過有線或無線連接。

(4) 數(shù)據(jù)庫。用于存儲(chǔ)所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的教學(xué)數(shù)據(jù)以及向數(shù)據(jù)決策模塊發(fā)送滿足分析條件的第一數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)庫與所述數(shù)據(jù)決策模塊相連接。

(5) 信息傳送模塊。用于傳送數(shù)據(jù)采集模塊采集的教學(xué)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫。

(6) 基礎(chǔ)信息設(shè)置模塊。用于設(shè)置包括學(xué)院、教師、班級(jí)和學(xué)生的基本信息,建立全校各個(gè)院系統(tǒng)一的基本數(shù)據(jù),基礎(chǔ)信息設(shè)置模塊的輸出端與數(shù)據(jù)庫相連。

(7) 系統(tǒng)用戶管理模塊。用于管理系統(tǒng)用戶的賬號(hào)、角色和權(quán)限等信息,系統(tǒng)用戶管理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)庫相連。

(8) 身份驗(yàn)證模塊。用于依據(jù)系統(tǒng)用戶通過用戶終端輸入的識(shí)別碼,從數(shù)據(jù)庫中檢索出系統(tǒng)用戶所對(duì)應(yīng)的使用權(quán)限。

(9) 智能門禁管理模塊。用于識(shí)別通行人員身份、實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)室每個(gè)門區(qū)的狀態(tài)、人員進(jìn)出情況、在異常情況下實(shí)現(xiàn)報(bào)警、以及控制實(shí)驗(yàn)室電鎖的開啟與關(guān)閉。

(10) 資產(chǎn)管理模塊。用于管理實(shí)驗(yàn)室設(shè)備和低值品及耗材,資產(chǎn)管理模塊的輸出端與數(shù)據(jù)庫相連。

(11) 實(shí)驗(yàn)室信息管理模塊。用于管理實(shí)驗(yàn)室基本事務(wù),包括實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)分室、實(shí)驗(yàn)用房、實(shí)驗(yàn)人員隊(duì)伍、獲獎(jiǎng)成果、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。

(12) 實(shí)驗(yàn)室開放管理模塊。系統(tǒng)用于提供給開放實(shí)驗(yàn)室預(yù)約系統(tǒng)中各網(wǎng)絡(luò)終端裝置的用戶通過網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)室的預(yù)約使用操作或管理工作。

3 計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)實(shí)例分析

(1) 整個(gè)實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)依托校園網(wǎng)絡(luò),以學(xué)校實(shí)驗(yàn)室使用的核心業(yè)務(wù)流程和重要管理事務(wù)為基礎(chǔ),從實(shí)驗(yàn)室的門戶網(wǎng)站建設(shè)、實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)信息管理到開放、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)以及設(shè)備儀器、物資耗材管理,構(gòu)建信息化管理平臺(tái)。

(2) 信息化管理平臺(tái)由實(shí)驗(yàn)室門戶網(wǎng)站系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)、開放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室物資耗材管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控系統(tǒng)等多個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。數(shù)據(jù)決策功能的個(gè)性化服務(wù)系統(tǒng)用于幫助實(shí)驗(yàn)室開放預(yù)約系統(tǒng)中各網(wǎng)絡(luò)終端裝置的用戶,通過網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行開放實(shí)驗(yàn)室的預(yù)約使用操作和/或管理工作。通過門戶網(wǎng)站,實(shí)現(xiàn)了多系統(tǒng)的統(tǒng)一認(rèn)證登錄,將功能統(tǒng)一,提供一站式服務(wù)。

(3) 將系統(tǒng)運(yùn)行中積累的大量教學(xué)運(yùn)行數(shù)據(jù),含課程數(shù)據(jù)、教師信息、學(xué)生信息、上機(jī)信息、門禁刷卡信息等,導(dǎo)入至數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)中,將數(shù)據(jù)根據(jù)客戶需要進(jìn)行有效處理,依據(jù)預(yù)定義的各種指標(biāo),進(jìn)行可交互與可視化數(shù)據(jù)展示,來為今后實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和課程建設(shè)提供指導(dǎo)性依據(jù)。

該網(wǎng)站整合了預(yù)約上機(jī)、智能門禁、實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控、數(shù)據(jù)決策子系統(tǒng)等功能,如圖2—圖5所示。

圖3 智能門禁系統(tǒng)界面與提供的服務(wù)

圖4 實(shí)驗(yàn)室當(dāng)前上課情況查看子系統(tǒng)頁面示例

4 具備數(shù)據(jù)決策功能的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的應(yīng)用效果

(1) 建立了數(shù)據(jù)決策系統(tǒng),在原有多個(gè)系統(tǒng)上理順原有業(yè)務(wù)流程,整合不同系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù),形成中間數(shù)據(jù)庫,并對(duì)數(shù)據(jù)加以分析,直觀地展示部門整體運(yùn)行情況,更符合基于數(shù)據(jù)的決策管理模式。

(2) 為不同系統(tǒng)對(duì)接實(shí)現(xiàn)集成化服務(wù),通過將多個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)整合在同一個(gè)頁面并統(tǒng)一身份認(rèn)證,簡(jiǎn)化了原來需要登錄不同系統(tǒng),才能實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)流程,我們稱為一站式服務(wù)大廳,可大大減少各項(xiàng)業(yè)務(wù)的中間環(huán)節(jié)。

(3) 實(shí)驗(yàn)室預(yù)約開放系統(tǒng)具有良好的開放性、擴(kuò)展性和完善性的系統(tǒng)功能,能全面滿足對(duì)實(shí)驗(yàn)室大量信息進(jìn)行管理的需求。為學(xué)生、教師、管理員提供了通用的、友好的、易擴(kuò)展的操作界面；教師可根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況預(yù)約實(shí)驗(yàn)室、查看預(yù)約結(jié)果；學(xué)生可預(yù)約實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和時(shí)間并查詢實(shí)驗(yàn)室教學(xué)安排。

圖5 運(yùn)行數(shù)據(jù)搭建整合數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)頁面示例

(4) 在設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)決策系統(tǒng)時(shí)還考慮到可能出現(xiàn)的教師同時(shí)預(yù)約實(shí)驗(yàn)室的情況,采用了預(yù)約時(shí)避免沖突、受理時(shí)解決沖突的機(jī)制,盡最大努力實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)決策功能的優(yōu)化配置。

(5) 管理系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)化、界面友好、操作簡(jiǎn)單、功能強(qiáng)大、管理方便等優(yōu)點(diǎn),能夠完全按照用戶的需要,穩(wěn)定、安全、快速地運(yùn)行于校園局域網(wǎng)之上?？蓪?shí)現(xiàn)在校園網(wǎng)任何一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),對(duì)全校區(qū)2000多臺(tái)設(shè)備,30個(gè)機(jī)房進(jìn)行統(tǒng)一管理,并且操作簡(jiǎn)單,具有很好的使用價(jià)值。