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(yǔ)教學(xué)部， 山東 曲阜 273165)

高校開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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(yǔ)教學(xué)部， 山東 曲阜 273165)

開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式能有效增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)性，提高實(shí)驗(yàn)室利用率；本文結(jié)合RFID射頻卡識(shí)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(kù)和Apache Web服務(wù)器，在Linux環(huán)境下，采用PHP語(yǔ)言設(shè)計(jì)了一個(gè)開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)；實(shí)踐表明，自行設(shè)計(jì)的管理系統(tǒng)能合理組織實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)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(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室; 實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng); 射頻識(shí)別; LAMP

0 引言

實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(dòng)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(kāi)放型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革。國(guó)外網(wǎng)絡(luò)化實(shí)驗(yàn)室管理技術(shù)應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)表明，適應(yīng)現(xiàn)代化教育發(fā)展的實(shí)驗(yàn)室必須要建立起完整的管理體系，采用開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，因而需要一套與之配合的先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)LIMS (Laboratory Information Management System)[1，2]。

本文根據(jù)我校開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室的架構(gòu)，自主設(shè)計(jì)了一個(gè)虛擬開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，命名為OpenLAB，力求建立一個(gè)完善合理的管理系統(tǒng)來(lái)安排、組織實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放以達(dá)到充分利用實(shí)驗(yàn)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(shí)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(kù)，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(yǔ)言編碼研發(fā)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)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(jì)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(yàn)教師、學(xué)生、系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室管理員和教務(wù)員，系統(tǒng)根據(jù)分類的用戶名稱自動(dòng)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(kù)安全。①系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限，可以訪問(wèn)所有數(shù)據(jù)庫(kù)及相關(guān)信息，從界面可以維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)；②教務(wù)員具有較高權(quán)限，可以訪問(wèn)相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，導(dǎo)入整個(gè)院系全部學(xué)生信息和實(shí)驗(yàn)課程信息，導(dǎo)入相關(guān)課程及開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的教學(xué)計(jì)劃，導(dǎo)出所有課程或?qū)嶒?yàn)項(xiàng)目的成績(jī)信息，查看當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室工作狀況，查看實(shí)驗(yàn)安排等等；③實(shí)驗(yàn)室管理員可以訪問(wèn)與其負(fù)責(zé)的實(shí)驗(yàn)室相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)定實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間，查看并維護(hù)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；④實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師的工作包括對(duì)學(xué)生的校園卡號(hào)注冊(cè)，增刪開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和開(kāi)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(yàn)報(bào)告，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的統(tǒng)計(jì)與錄入等；⑤學(xué)生的工作主要根據(jù)開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及時(shí)地提交預(yù)約申請(qǐng)，預(yù)約成功后可在開(kāi)放時(shí)間自主來(lái)實(shí)驗(yàn)室刷卡登記并完成實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后認(rèn)真分析總結(jié)，并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與核心工作流程

OpenLAB系統(tǒng)基于“簡(jiǎn)潔而大氣、易用而強(qiáng)大”的設(shè)計(jì)原則，在首頁(yè)設(shè)有“開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室”、“開(kāi)放項(xiàng)目”、“開(kāi)放課程”、“開(kāi)放論壇”、“登錄OpenLAB管理系統(tǒng)”等幾大重要功能鏈接，開(kāi)設(shè)了“MooC教學(xué)課程”，“實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件”、“教學(xué)視頻”和“虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等欄目，為相關(guān)課程提供一個(gè)學(xué)習(xí)和討論區(qū)答疑平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室科研項(xiàng)目、科研方向及科研成果等均可在此系統(tǒng)上交流共享。頁(yè)面主體部分采用Html、CSS、PHP、JS等編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)出美觀高效的動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁(yè)，為教師、學(xué)生提供一個(gè)簡(jiǎn)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(kāi)放型實(shí)驗(yàn)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(cè)界面注冊(cè)，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(hào)，教師默認(rèn)用戶名為工號(hào)，以方便與高校信息門(mén)戶網(wǎng)站融合。

學(xué)生注冊(cè)成功后，信息不完善的無(wú)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)約。因此，學(xué)生登錄系統(tǒng)后首先應(yīng)該完善個(gè)人信息(如學(xué)號(hào)、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(hào)信息，因此需要集中時(shí)間現(xiàn)場(chǎng)刷卡，采集校園一卡通卡號(hào)，并寫(xiě)入MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)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(yàn)?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(kāi)放項(xiàng)目信息，如圖4所示，允許學(xué)生采用預(yù)約的方式，在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放期間，查詢可預(yù)約項(xiàng)目并提交預(yù)約申請(qǐng)，如圖5所示。

圖4 教師端新增開(kāi)放項(xiàng)目界面

圖5 學(xué)生端查詢開(kāi)放項(xiàng)目及預(yù)約界面

學(xué)生提交預(yù)約信息后，相關(guān)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)審核，審核通過(guò)，學(xué)生預(yù)約成功，便可在開(kāi)放時(shí)間自由來(lái)實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)；預(yù)約實(shí)驗(yàn)學(xué)生登記環(huán)節(jié)替換了常見(jiàn)的紙質(zhì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)記錄表，基于射頻識(shí)別技術(shù)，采用校園卡刷卡，進(jìn)行實(shí)名登記，系統(tǒng)自動(dòng)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行學(xué)生身份識(shí)別、實(shí)驗(yàn)時(shí)間記錄、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及儀器設(shè)備狀況記錄等，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)臺(tái)信息實(shí)時(shí)的記錄。隨時(shí)可在線查到所有實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以及查詢?nèi)我慌_(tái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備相關(guān)的具體實(shí)驗(yàn)人員和實(shí)驗(yàn)室教師或管理人員，以輔助實(shí)驗(yàn)室管理。

實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，實(shí)驗(yàn)學(xué)生需要認(rèn)真撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，撰寫(xiě)報(bào)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(yàn)教師批閱，評(píng)定實(shí)驗(yàn)成績(jī)并給出意見(jiàn)和建議。對(duì)于表格圖形等不容易或不適宜電子化的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，仍然可以采用紙質(zhì)版，由實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師負(fù)責(zé)成績(jī)的錄入和維護(hù)。

學(xué)生網(wǎng)絡(luò)預(yù)約采用合理的誠(chéng)信評(píng)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(yàn)報(bào)告撰寫(xiě)界面

3 系統(tǒng)測(cè)試與運(yùn)行管理機(jī)制

系統(tǒng)測(cè)試基本環(huán)境如圖7所示。

圖7 系統(tǒng)測(cè)試環(huán)境

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目由學(xué)生自主完成，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師僅定期現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，如無(wú)法得到及時(shí)指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)的效果將大打折扣。OpenLAB系統(tǒng)構(gòu)建開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目知識(shí)庫(kù)，為每項(xiàng)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目配備詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)說(shuō)明與常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法，并采用Helpdesk機(jī)制，學(xué)生在遇到疑難問(wèn)題時(shí)，可直接通過(guò)電話或網(wǎng)絡(luò)視頻聯(lián)系到該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)教師[5]。

開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室面向全體學(xué)生開(kāi)放，實(shí)驗(yàn)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(kāi)放實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(yàn)室開(kāi)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(yǔ)

本文介紹的開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)具體設(shè)計(jì)過(guò)程遵循可靠性、實(shí)用性、易管理、易維護(hù)原則，設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面簡(jiǎn)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(cè)試。目前階段工作主要集中在：①開(kāi)放型實(shí)驗(yàn)室24小時(shí)網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控，可隨時(shí)進(jìn)行人員和工位檢測(cè)，支持異地查詢、調(diào)閱，出現(xiàn)問(wèn)題可及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理和追溯；②基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室智能感知以及基于RFID技術(shù)的安全門(mén)禁系統(tǒng)；③針對(duì)新興MooC教學(xué)方式，開(kāi)發(fā)在線實(shí)驗(yàn)課程以及基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)在線實(shí)驗(yàn)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(huì)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和水平。

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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(jí)實(shí)驗(yàn)教改項(xiàng)目(編號(hào)：2013SJ003)

張明強(qiáng)(1978-)，男，碩士，講師，主要從事信號(hào)處理與軟件開(kāi)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