基于校園網(wǎng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化校園建設(shè)的重要組成部分。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理機(jī)制無(wú)法滿足當(dāng)前對(duì)實(shí)驗(yàn)室信息化管理的要求，因此需要一種基于校園網(wǎng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，以提高效益并降低成本。本文介紹了該系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要功能模塊，并選擇了門(mén)禁動(dòng)態(tài)控制和智能刷卡控制終端相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)。通過(guò)測(cè)試環(huán)境的搭建和相應(yīng)的測(cè)試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的性能和可靠性。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠滿足開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理的需求。

關(guān)鍵詞：管理系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；校園網(wǎng)；開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室；B/S結(jié)構(gòu)

高等學(xué)校信息化發(fā)展對(duì)于開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的要求日益重要。在教學(xué)、科研和教育過(guò)程中，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室扮演著重要的角色。隨著校園網(wǎng)的建設(shè)，許多高校已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，并利用校園網(wǎng)為實(shí)驗(yàn)室管理提供了新的平臺(tái)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備得到充分的應(yīng)用。然而，當(dāng)前高校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室仍面臨預(yù)約人數(shù)過(guò)多和人工管理等問(wèn)題。為了解決這些問(wèn)題，迫切需要建立一種新的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。因此，本文以B/S結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了基于校園網(wǎng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)徹底改變了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理方式，解決了實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足和實(shí)驗(yàn)室需預(yù)約等問(wèn)題。通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用效率得到了顯著提高，實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源也得到了有效共享[1]。開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)對(duì)于高校實(shí)驗(yàn)室的管理應(yīng)用具有重要意義。教師和學(xué)生可以更輕松地預(yù)約實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率也得到了提高。此外，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)符合當(dāng)前數(shù)字化校園建設(shè)的需要，使實(shí)驗(yàn)室管理更加高效和便捷。

一、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求分析

本系統(tǒng)基于校園網(wǎng)和校園一卡通系統(tǒng)的銜接，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的管理功能。它利用校園網(wǎng)提供的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源管理、生成不同類型的報(bào)表、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及設(shè)置實(shí)驗(yàn)室權(quán)限等功能。為了進(jìn)一步滿足用戶需求和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室資源的應(yīng)用，該系統(tǒng)還設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目申報(bào)功能。用戶可以自主申報(bào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，在完成項(xiàng)目申報(bào)后即可進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)這樣的設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)提供了更便捷、自主的實(shí)驗(yàn)室管理方案[2]。

二、基于校園網(wǎng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)研究

（一）系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于校園網(wǎng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇了B/S結(jié)構(gòu)模式和Web技術(shù)。該系統(tǒng)通過(guò)瀏覽器，讓實(shí)驗(yàn)室管理人員、教師、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)生等用戶能夠直接管理、查詢和維護(hù)系統(tǒng)中的不同類型信息，從而提高系統(tǒng)的靈活性和易用性。用戶無(wú)需安裝額外軟件，隨時(shí)隨地通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)系統(tǒng)，便捷地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室管理操作。這樣的設(shè)計(jì)符合用戶需求，同時(shí)提供了良好的用戶體驗(yàn)[3]。

校園網(wǎng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)采用了分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)劃分為數(shù)據(jù)庫(kù)管理層、業(yè)務(wù)層和應(yīng)用層三個(gè)層次，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分散保存和負(fù)荷的分擔(dān)。由于每個(gè)實(shí)驗(yàn)室中的數(shù)據(jù)分散保存，對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用程序管理器的負(fù)荷并不高，所以并不需要特別關(guān)注系統(tǒng)的負(fù)荷平衡和容錯(cuò)能力。此外，為了簡(jiǎn)化系統(tǒng)架構(gòu)，還將數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序管理器部署在相同的管理設(shè)備中。具體基于校園網(wǎng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)如圖1所示。

（二）系統(tǒng)主要功能模塊設(shè)計(jì)

針對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的主要功能模塊設(shè)計(jì)可以分為7種：注冊(cè)功能模塊、用戶及權(quán)限管理模塊、實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目管理模塊、系統(tǒng)管理模塊、實(shí)驗(yàn)室管理模塊、實(shí)驗(yàn)室預(yù)約模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)等，具體功能模塊架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

1.注冊(cè)功能模塊

該模塊的設(shè)計(jì)主要涉及教師和學(xué)生的身份認(rèn)證。教師和學(xué)生可以使用自己注冊(cè)成功的賬號(hào)和密碼，在Web瀏覽器上直接登錄到系統(tǒng)。登錄后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的需求，他們可以選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間。預(yù)約成功后，他們需要按時(shí)在實(shí)驗(yàn)室完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

2.系統(tǒng)管理模塊

在完成此模塊的設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)管理員將能夠編輯每個(gè)用戶的信息。此外，管理員還可以管理實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目，包括實(shí)驗(yàn)室信息的維護(hù)、項(xiàng)目情況的介紹、實(shí)驗(yàn)安排的制定以及不同實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在評(píng)分中所占的比例的管理。管理員可以根據(jù)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室和項(xiàng)目進(jìn)行更新和調(diào)整，以確保系統(tǒng)的管理和運(yùn)行效率。

3.實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理模塊

實(shí)驗(yàn)室管理模塊是指對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)儀器設(shè)備進(jìn)行申請(qǐng)購(gòu)置、使用和報(bào)廢等過(guò)程的管理。該模塊涵蓋設(shè)備入庫(kù)等級(jí)、設(shè)備報(bào)廢、設(shè)備安全自檢和設(shè)備維修等功能。在開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理中，由于學(xué)生的自主性和流動(dòng)性較大，同一班級(jí)的學(xué)生可能選擇不同的課程，因此采用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理可以讓學(xué)生根據(jù)自身情況選擇合適的時(shí)間完成不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。此外，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理模塊的設(shè)計(jì)還包括對(duì)不同實(shí)驗(yàn)儀器的出入庫(kù)管理以及設(shè)備故障的維修養(yǎng)護(hù)記錄等管理。用戶進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后，需要對(duì)所借用的設(shè)備進(jìn)行登記，以便后續(xù)查找。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室中的設(shè)備更換時(shí)，需要及時(shí)更新系統(tǒng)中的設(shè)備信息[4]。

4.實(shí)驗(yàn)室預(yù)約模塊

首先，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室分為實(shí)驗(yàn)室工位開(kāi)放與實(shí)驗(yàn)室預(yù)約兩種。管理員可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室預(yù)約功能對(duì)實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放進(jìn)行配置。該功能需要考慮開(kāi)放時(shí)間與實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間的安排，以便進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室的預(yù)約。教師與學(xué)生可以通過(guò)系統(tǒng)選擇空閑的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行預(yù)約，并提交相應(yīng)的申請(qǐng)。實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人審批后，申請(qǐng)即可生效。此外，實(shí)驗(yàn)室工位開(kāi)放是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的工位數(shù)向全校的師生開(kāi)放。用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)選擇具體時(shí)間段內(nèi)的空閑工位進(jìn)行預(yù)約。在工位富余的情況下，用戶可以重復(fù)預(yù)約同一時(shí)間段的實(shí)驗(yàn)工位。此外，為了滿足開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的需求，用戶還可以利用校園網(wǎng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約，方便系統(tǒng)對(duì)校園卡權(quán)限進(jìn)行重新配置。這樣，用戶就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輕松地預(yù)約實(shí)驗(yàn)室工位?？傊?，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室預(yù)約功能實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的管理和配置，能夠提高實(shí)驗(yàn)室的使用效率和管理效果。

5.用戶及權(quán)限管理模塊

在基于校園網(wǎng)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中，用戶及權(quán)限管理模塊的設(shè)計(jì)非常重要，它包括對(duì)用戶和不同類型實(shí)驗(yàn)設(shè)備的管理。由于各單位對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理方式的不同，因此在用戶的權(quán)限配置方面也有所不同。為實(shí)現(xiàn)這一目的，可以從操作權(quán)限設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)權(quán)限設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。首先，操作權(quán)限設(shè)計(jì)主要用于配置管理系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的操作權(quán)限。可以分配給某個(gè)功能模塊相應(yīng)的操作權(quán)限，或者實(shí)現(xiàn)對(duì)功能模塊進(jìn)行增加、刪除和修改等處理功能。系統(tǒng)中的用戶角色包括實(shí)驗(yàn)人員、系統(tǒng)管理人員、學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)、職能部門(mén)、學(xué)生和教師等，每個(gè)角色都有不同的權(quán)限。最高權(quán)限的管理人員可以根據(jù)不同用戶角色進(jìn)行權(quán)限賦予。其次，數(shù)據(jù)權(quán)限設(shè)計(jì)主要是指用戶所能夠操作的數(shù)據(jù)范圍權(quán)限。例如，實(shí)驗(yàn)室的教師只能擁有本實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)權(quán)限，但基于管理需求，還可以賦予他們其他學(xué)院的相關(guān)數(shù)據(jù)權(quán)限[5-7]。這樣可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和跨學(xué)科合作。

6.實(shí)驗(yàn)室管理模塊

實(shí)驗(yàn)室管理模塊的設(shè)計(jì)包括實(shí)驗(yàn)信息統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)運(yùn)行管理與安排、實(shí)驗(yàn)記錄查詢等功能。對(duì)于實(shí)驗(yàn)運(yùn)行安全功能，實(shí)驗(yàn)室管理人員可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)界面對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行管理，并分配空閑實(shí)驗(yàn)室。用戶可以通過(guò)校園網(wǎng)結(jié)合系統(tǒng)，查看自己申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果和具體安排。

實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行狀態(tài)功能實(shí)現(xiàn)了對(duì)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括學(xué)生、教師和項(xiàng)目等在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室分室中的配備情況。查詢功能允許根據(jù)專業(yè)、實(shí)驗(yàn)分室、課程名稱或指導(dǎo)教師等條件查詢所需的實(shí)驗(yàn)記錄。通過(guò)查詢結(jié)果，可以進(jìn)一步檢索某個(gè)學(xué)期或?qū)W年的不同專業(yè)課程和實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目完成情況，為后續(xù)的教學(xué)管理提供依據(jù)。實(shí)驗(yàn)室信息統(tǒng)計(jì)功能按學(xué)期對(duì)總實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的人數(shù)和時(shí)間等進(jìn)行分類和統(tǒng)計(jì)，以提供學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室作業(yè)的全面了解和依據(jù)[8]。

（三）數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

以校園網(wǎng)為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)見(jiàn)表1所示。

三、系統(tǒng)測(cè)試分析

（一）測(cè)試環(huán)境開(kāi)發(fā)部署

為了進(jìn)一步驗(yàn)證校園網(wǎng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的可行性，本文選擇對(duì)系統(tǒng)的安全性和性能進(jìn)行測(cè)試。首先，該管理系統(tǒng)可以與校園網(wǎng)進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)隨意訪問(wèn)和共享數(shù)據(jù)的對(duì)接。通過(guò)校園網(wǎng)集成平臺(tái)，可以將其他系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與平臺(tái)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接，從而方便用戶在瀏覽器上進(jìn)行操作。同時(shí)，該系統(tǒng)還能將實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)流程移植到系統(tǒng)中，為教師的工作提供便利。具體的系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試環(huán)境搭建請(qǐng)參考表2。測(cè)試服務(wù)器采用32G內(nèi)存、雙CPU、Windows10系統(tǒng)。

（二）性能測(cè)試

為了驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠滿足實(shí)際需求和規(guī)格定義，需要進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試。測(cè)試的重點(diǎn)是對(duì)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能進(jìn)行驗(yàn)證，并發(fā)現(xiàn)不符合規(guī)格定義和實(shí)際需求的問(wèn)題，并提供相應(yīng)的改進(jìn)方案。這次測(cè)試選擇使用了Google的Web應(yīng)用測(cè)試插件進(jìn)行初步的功能測(cè)試。同時(shí)，還使用來(lái)主流瀏覽器進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。通過(guò)Google的頁(yè)面性能監(jiān)測(cè)，全面了解Web應(yīng)用的請(qǐng)求、時(shí)間線、遠(yuǎn)程IP、數(shù)據(jù)大小和域名等信息。初步測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)的運(yùn)行情況良好，其功能和性能都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并且保障了系統(tǒng)的安全性。通過(guò)測(cè)試過(guò)程中的發(fā)現(xiàn)和分析，提供改進(jìn)方案，進(jìn)一步完善系統(tǒng)的性能和功能。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文提出的校園開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)充分滿足了學(xué)校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理的實(shí)際需求。該系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的人工管理方式，實(shí)現(xiàn)了校園實(shí)驗(yàn)室管理的智能化和信息化，從而促進(jìn)了校園開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)水平和效率的提升。同時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，選擇了B/S結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)室教學(xué)管理模塊、實(shí)驗(yàn)室信息管理模塊以及報(bào)表統(tǒng)計(jì)模塊等功能模塊。這些模塊能夠有效支持開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的管理任務(wù)。經(jīng)過(guò)測(cè)試和分析，驗(yàn)證了該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中能夠提高開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理效率并降低管理成本。同時(shí)，用戶的負(fù)擔(dān)也得到了一定程度的減輕。

作者單位：趙惠 金肯職業(yè)技術(shù)學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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