林偉君

(廣東金融學(xué)院實驗教學(xué)中心，廣州 廣東 510521)

0 引言

實驗室是高校開展實驗教學(xué)、實驗科研以及對外服務(wù)等功能于一體的重要場所[1]。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)及信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，信息系統(tǒng)的應(yīng)用不斷普及與提高，實驗室信息系統(tǒng)建設(shè)是高校實驗教學(xué)改革的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，是高校教育信息化建設(shè)的必然趨勢。

在清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京師范大學(xué)等國內(nèi)著名高校，有專門的教師致力于實驗室信息系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作，他們均有自主研發(fā)、適合自身校情的實驗室管理信息系統(tǒng)。高校自行研發(fā)的實驗室信息系統(tǒng)與自身職能部門的設(shè)置分工、實驗室業(yè)務(wù)范圍等緊密相結(jié)合，具有“單一性”、“專一性”等功能特點，其系統(tǒng)的擴展性、兼容性較差[2];社會上也出現(xiàn)較多中小企業(yè)專注研發(fā)的實驗室信息系統(tǒng)，由于他們對獲取高校實驗教學(xué)需求的局限性和不明確性，導(dǎo)致研發(fā)的實驗室信息系統(tǒng)出現(xiàn)“兩端倒”現(xiàn)象:①將把實驗室信息系統(tǒng)定位為實驗室設(shè)備管理系統(tǒng)，如:杭州天軟科技有限公司的實驗室信息管理系統(tǒng)軟件、深圳國泰安技術(shù)有限公司的實驗室管理系統(tǒng)等，這些軟件公司推出的系統(tǒng)多數(shù)以實驗室設(shè)備管理功能為主的實驗室管理信息系統(tǒng)。②將實驗室信息系統(tǒng)的功能服務(wù)定位過于龐大，缺乏與原有系統(tǒng)的兼容，新系統(tǒng)上線一次性投入太大，導(dǎo)致了系統(tǒng)不能有效地普及使用。如:北京智方科技開發(fā)有限公司實驗室信息系統(tǒng)的解決方案就需要投入資金300多萬元來建設(shè)，這對普通高校卻是一筆不小的經(jīng)費。

通過走訪國內(nèi)高校，了解并吸取其實驗室信息系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗。認為實驗室信息系統(tǒng)建設(shè)可以從實驗室建設(shè)、管理、教研、對外服務(wù)的需求出發(fā)，分析實驗室的隊伍、設(shè)備、教學(xué)等經(jīng)管類實驗室信息管理系統(tǒng)的資源管理、公共服務(wù)管理實際需求，通過構(gòu)建基于J2EE技術(shù)的經(jīng)管類實驗室管理信息系統(tǒng)，重點突出實驗室的信息服務(wù)、資源服務(wù)、教研服務(wù)、專項技能服務(wù)等服務(wù)功能;同時，實驗室信息管理系統(tǒng)拓展與人事系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接功能，實現(xiàn)對實驗室的規(guī)范化管理和實驗資源的充分應(yīng)用與共享。

1 實驗室信息系統(tǒng)管理

實驗室信息系統(tǒng)的功能需求與實驗室的日常運行管理及單位機構(gòu)設(shè)置緊密相關(guān)[3]，我院的實驗室由實驗教學(xué)中心負責建設(shè)與管理;通常情況下，實驗室內(nèi)部圍繞著實驗室的隊伍資源、實驗設(shè)備資源、實驗教學(xué)數(shù)據(jù)資源等進行運轉(zhuǎn)與管理;同時，與人事處、教務(wù)處、資產(chǎn)管理等部門有著密切的外部業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)來往;本實驗室信息系統(tǒng)的功能主要包括隊伍資源管理模塊、設(shè)備資源管理模塊、實驗教學(xué)數(shù)據(jù)資源管理模塊及公共服務(wù)與管理4個管理模塊組成，如圖1所示。

圖1 實驗室信息系統(tǒng)總體功能框架圖

1.1 隊伍資源管理

隊伍資源管理模塊為實驗教師隊伍、實驗技術(shù)隊伍、實驗管理隊伍實施工作量化績效管理，其目的為科學(xué)有效地實施績效考核實驗室隊伍，為人事系統(tǒng)的人員績效考核提供支撐數(shù)據(jù)[4]。具體的功能包括人員信息管理、工作量化管理等功能。

人員信息管理包括對實驗室隊伍人員的姓名、性別、年齡、學(xué)歷、職稱、編號、入職時間、科研情況、獎罰情況、主要工作內(nèi)容等信息的管理。

工作量化管理包括制定工作量化細則，規(guī)范各項工作流程;具體量化內(nèi)容包括:①實驗教師隊伍的實驗教學(xué)任務(wù)和實驗科研的工作量化標準;②實驗技術(shù)人員的實驗設(shè)備維護與實驗教學(xué)輔助支持的工作量化標準;③實驗管理人員的實驗教學(xué)建設(shè)規(guī)劃宏觀指標的落實與管理;實驗隊伍的工作量化結(jié)果直接用于人事考核系統(tǒng)。

1.2 實驗設(shè)備資源管理

實驗室設(shè)備資源管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)實驗室硬件、軟件的設(shè)備管理功能[5]。經(jīng)管類實驗室的硬件設(shè)備主要是電腦、服務(wù)器、交換機及其他硬件設(shè)備;其軟件設(shè)備主要是實驗教學(xué)軟件、工具軟件、金融數(shù)據(jù)庫等。設(shè)備資源管理包括設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置、申購管理、設(shè)備入庫管理、設(shè)備維護管理、設(shè)備借用管理、設(shè)備報廢管理、輔助決策等功能，如圖2所示。

圖2 設(shè)備資源管理模塊功能結(jié)構(gòu)圖

為了統(tǒng)一實驗室設(shè)備數(shù)據(jù)，實驗室的設(shè)備信息是從資產(chǎn)部門系統(tǒng)中導(dǎo)入，因此，實驗室設(shè)備的各數(shù)據(jù)項字段與資產(chǎn)部門的資產(chǎn)管理系統(tǒng)保持一致。同時，設(shè)備資源管理還需提供統(tǒng)一的、規(guī)范的、符合教育部教學(xué)評估的格式要求的實驗設(shè)備報表，為學(xué)校教學(xué)評估檢查、項目申報等提供快速有效的實驗設(shè)備數(shù)據(jù)[6]。

1.3 實驗教學(xué)數(shù)據(jù)資源管理

實驗教學(xué)數(shù)據(jù)資源管理包括實驗預(yù)約管理、實驗教學(xué)管理、實驗數(shù)據(jù)管理三大功能管理模塊，模塊之間的關(guān)系如圖3所示。

預(yù)約管理模塊實現(xiàn)實驗室的開放式管理，實驗室在承擔正常的實驗教學(xué)任務(wù)外，還接受學(xué)生課后自主實驗的申請。因此，實驗室預(yù)約管理的數(shù)據(jù)來源一方面來自教務(wù)系統(tǒng)的實驗課表數(shù)據(jù)，另一方面來自學(xué)生課后的實驗申請。預(yù)約管理模塊為實驗教學(xué)管理模塊提供實驗室使用安排計劃。

圖3 實驗教學(xué)數(shù)據(jù)資源管理模塊結(jié)構(gòu)圖

實驗教學(xué)管理模塊主要實現(xiàn)教師信息管理、班級管理、學(xué)生管理、實驗課程管理、實驗課堂管理等功能[7]。實驗課程管理主要是實驗計劃、實驗大綱、實驗教材、實驗課件及實驗項目等信息的管理。實驗課堂管理主要實現(xiàn)實驗考勤、教學(xué)互動、教學(xué)同步、實驗監(jiān)控、授課實錄及文件的發(fā)放和作業(yè)的提交等功能。

實驗數(shù)據(jù)管理模塊主要對學(xué)生實驗過程及結(jié)果數(shù)據(jù)進行管理，包括實驗工具、實驗記錄、實驗報告、實驗成績等，并將實驗過程數(shù)據(jù)與實驗課程項目數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，有效地豐富實驗教學(xué)案例庫建設(shè)。實驗成績管理小模塊將實驗成績按照教務(wù)部門的成績管理系統(tǒng)格式直接導(dǎo)出學(xué)生的最終實驗成績，減輕了教師的工作量。

1.4 公共服務(wù)與管理

公共服務(wù)與管理模塊是實驗室信息系統(tǒng)的核心模塊，其主要包括有門戶管理、公共數(shù)據(jù)接口管理、決策管理等功能。

門戶管理為用戶提供統(tǒng)一的Web門戶網(wǎng)站，實驗室管理的各項事務(wù)的輸入、輸出、調(diào)用、查詢、統(tǒng)計等均通過門戶管理網(wǎng)站來實現(xiàn)[8]。門戶系統(tǒng)的前臺是實驗室信息系統(tǒng)的對外宣傳窗口，版面布局有公告信息、實驗室介紹、教師資源、教學(xué)數(shù)據(jù)管理資源、虛擬實驗系統(tǒng)、交流空間等;門戶系統(tǒng)的后臺則是用戶角色分配、用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)存儲與管理等功能。

公共數(shù)據(jù)接口管理實現(xiàn)實驗室與其他部門系統(tǒng)數(shù)據(jù)的對接管理，為本系統(tǒng)與其他關(guān)聯(lián)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)格式一致的有效內(nèi)部管理數(shù)據(jù)[9]。實驗室的數(shù)據(jù)信息并不是一個孤立的“信息獨島”，其與人事部門的績效、資產(chǎn)部門的資產(chǎn)管理、教務(wù)處的教務(wù)排課、成績管理系統(tǒng)等多個系統(tǒng)有著密切的數(shù)據(jù)來往。

輔助決策管理是為部門領(lǐng)導(dǎo)建設(shè)與管理實驗室提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，其主要有數(shù)據(jù)的查詢和數(shù)據(jù)匯總等功能。如實驗室設(shè)備資源的使用“月報表”，準確掌握設(shè)備的使用效益，查詢實驗項目的開設(shè)情況，了解實驗室的實驗教學(xué)情況等。

2 實驗室信息系統(tǒng)軟件架構(gòu)

在充分了解經(jīng)管類實驗室信息化管理各業(yè)務(wù)功能需求后，重點闡述實驗室信息系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。當前較成熟的企業(yè)級應(yīng)用開發(fā)技術(shù)主要有:Sun公司推出的J2EE技術(shù)體系;OMG組織推行的CORBA規(guī)范;Microsoft公司推出的.Net技術(shù)架構(gòu)[10]。這3種技術(shù)架構(gòu)各有其優(yōu)勢，在綜合其他高校實驗室信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)及下面4個技術(shù)的具體需求后，最終確定本實驗室信息系統(tǒng)的構(gòu)建采用J2EE技術(shù)架構(gòu)。①跨平臺使用需求，系統(tǒng)的主要用戶是老師和學(xué)生，滿足他們可以在不同的地點、不同的時間、不同的系統(tǒng)環(huán)境下使用該系統(tǒng)進行各項工作;② 動態(tài)生成數(shù)據(jù)需求，系統(tǒng)需要發(fā)布海量的動態(tài)服務(wù)信息，因此，要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的動態(tài)發(fā)布功能也就不言而喻了;③組件復(fù)用需求，信息系統(tǒng)有許多類似但又不完全相同的業(yè)務(wù)處理功能，需要做到高內(nèi)聚低耦合組件設(shè)計要求，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)功能模塊的可重用性，提高系統(tǒng)的開發(fā)效率。④系統(tǒng)的安全性需求，本系統(tǒng)是一個多用戶、分權(quán)限的綜合管理系統(tǒng)，其開發(fā)平臺需要更高的安全要求。

系統(tǒng)主要采用Web四層體系結(jié)構(gòu)進行系統(tǒng)設(shè)計，使用B/S開發(fā)模式，J2EE對開發(fā)基于Web的多層應(yīng)用系統(tǒng)提供了全面的功能支持。構(gòu)建基于J2EE經(jīng)管類實驗室管理信息系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 實驗室信息系統(tǒng)的四層軟件架構(gòu)圖

(1)用戶層為用戶提供統(tǒng)一的、可視化的人機交互界面;客戶端無需安裝客戶端軟件，采用標準的瀏覽器接入網(wǎng)絡(luò)即可使用，實現(xiàn)了“瘦客戶”的設(shè)計要求。

(2)Web層主要用于接收用戶輸入信息，并將信息發(fā)送給業(yè)務(wù)層上的JavaBean來進行處理;同時，將業(yè)務(wù)層JavaBean的處理結(jié)果通過Servlet和JSP Web層組件動態(tài)生成HTML頁面，呈現(xiàn)給用戶層。從而減輕Web層的負擔，大大提高了系統(tǒng)的效率。

(3)業(yè)務(wù)邏輯層是整個系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程、功能需求的實現(xiàn)層;業(yè)務(wù)邏輯層將業(yè)務(wù)邏輯與其他層分開，單獨進行業(yè)務(wù)邏輯處理，提高了系統(tǒng)的可擴展性和靈活性。該層主要負責處理來自上一層的操作請求，將用戶的請求轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫后臺操作的SQL語言，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的訪問操作，并將操作結(jié)果返回上一層;JDBC數(shù)據(jù)庫接口程序?qū)崿F(xiàn)與不同數(shù)據(jù)庫的開放式連接。

(4)數(shù)據(jù)層由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成，物理上與業(yè)務(wù)層、Web層分離，由獨立數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息存儲，保證整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性、一致性。

3 關(guān)鍵技術(shù)及其實現(xiàn)

本節(jié)主要結(jié)合具體實現(xiàn)過程介紹客戶層、Web層、業(yè)務(wù)層的設(shè)計開發(fā)及系統(tǒng)的實施部署情況。

(1)用戶層的設(shè)計。用戶層的用戶類型分有系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生三種類型，其中教師用戶根據(jù)不同的角色分工分有實驗教師、實驗技術(shù)人員、實驗管理人員三種角色。用戶層主要為用戶提供友好的人機交互窗口，因此，客戶端程序如輸入、報表圖形輸出、Applet小應(yīng)用程序均由客戶端機器運行，從而減輕了服務(wù)器的運行負荷。

(2)中間層的設(shè)計。中間層主要是Web層和業(yè)務(wù)邏輯層組成。Web層主要用JSP和Serlet技術(shù)建立的響應(yīng)組件[11];業(yè)務(wù)邏輯層則是符合J2EE技術(shù)規(guī)范的Enterprise JavaBeans(EJB)組件。EJB組件封裝系統(tǒng)的各業(yè)務(wù)邏輯，有效地減少代碼冗余[12]。EJB組件根據(jù)用戶需求功能進行劃分，充分考慮各個功能模塊的獨立性、復(fù)用性、擴展性，又便于組件的管理升級，分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊Bean、信息查詢模塊Bean、隊伍資源管理Bean、設(shè)備資源管理Bean、教學(xué)資源管理Bean、決策管理Bean等。

(3)數(shù)據(jù)庫連接的實現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫連接主要應(yīng)用了JDBC接口技術(shù)和數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)。JDBC為數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員提供了一個標準的API，可以構(gòu)建更高級的工具和接口，使數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員能夠用純Java API編寫數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序[13]。JDBC對數(shù)據(jù)庫的主要操作步驟為:①建立到數(shù)據(jù)庫的連接;② 執(zhí)行SQL語句;③處理結(jié)果;④從數(shù)據(jù)庫斷開連接。數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)是解決數(shù)據(jù)訪問瓶頸較有效方法。數(shù)據(jù)庫連接池是為數(shù)據(jù)庫連接建立一個“緩沖池”，預(yù)先在緩沖池中放入一定數(shù)量的連接，當需要建立數(shù)據(jù)庫連接時，只需從“緩沖池”中取出一個，使用完畢之后再放回去，從而實現(xiàn)統(tǒng)一對數(shù)據(jù)庫連接管理，加快了與數(shù)據(jù)庫的響應(yīng)速度，避免數(shù)據(jù)庫連接泄漏。

部分數(shù)據(jù)庫連接代碼如下:

(4)系統(tǒng)部署。信息系統(tǒng)的部署首要考慮的重要因素是安全和運行效率[14]。安全主要來自內(nèi)部操作安全和外部的網(wǎng)絡(luò)安全兩個方面。內(nèi)部操作安全主要由用戶操作權(quán)限設(shè)置、用戶操作日志、WebLogic服務(wù)器的訪問端口和訪問IP來控制及J2EE安全模型配置等方式進行防范;外部的網(wǎng)絡(luò)安全主要由連接外部網(wǎng)絡(luò)核心交換層上的防火墻和網(wǎng)絡(luò)行為管理來控制[15]。運行效率體現(xiàn)系統(tǒng)的運行速度及負載平衡能力方面，其主要通過將業(yè)務(wù)層分布到多個中間服務(wù)器及應(yīng)用磁盤陣列等方式來提高系統(tǒng)運行效率。

4 結(jié)語

經(jīng)過長時間對實驗室各項業(yè)務(wù)流程、數(shù)據(jù)、管理的梳理，需求的多方論證及與兄弟院校進行經(jīng)驗交流，文章對經(jīng)管類實驗室信息管理系統(tǒng)的隊伍、實驗設(shè)備、實驗教學(xué)數(shù)據(jù)、公共服務(wù)管理等有充分理解和認識，對實驗室信息數(shù)據(jù)接口做好擴展的基礎(chǔ)上，提出基于J2EE軟件模型構(gòu)建經(jīng)管類實驗室信息系統(tǒng)，有效地提高了實驗室管理的效率及提升了實驗室的對外服務(wù)功能[16]。目前，系統(tǒng)試用了兩個學(xué)期，運行正常，教師、學(xué)生也逐漸地使用實驗室信息系統(tǒng)，實驗室各業(yè)務(wù)流程進一步規(guī)范，實驗教學(xué)數(shù)據(jù)資源越來越豐富，實驗室數(shù)據(jù)資源得到充分的應(yīng)用與共享。

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