黃世國 張飛萍 王 榮 徐 通

(1.福建農(nóng)林大學計算機與信息學院，福州 350002；2.福建農(nóng)林大學林學院，福州 350002)

基于web的昆蟲教學標本管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

黃世國1張飛萍2王 榮2徐 通1

(1.福建農(nóng)林大學計算機與信息學院，福州 350002；2.福建農(nóng)林大學林學院，福州 350002)

農(nóng)林高校昆蟲教學標本室中標本種類多、數(shù)量大，在標本柜中有固定的位置。鑒于教師和學生難以準確掌握昆蟲標本存放的位置，給標本使用、保存、更新和管理造成困難，擬開發(fā)昆蟲標本管理系統(tǒng)解決該問題。分析了系統(tǒng)的標本管理功能，設(shè)計了系統(tǒng)的框架及數(shù)據(jù)庫模式，并用合適的軟件架構(gòu)實現(xiàn)了基于web系統(tǒng)及手機APP的標本管理系統(tǒng)的架構(gòu)。通過本系統(tǒng)可以在線查詢昆蟲標本的存放位置、瀏覽相應的昆蟲圖片，也可以遠程增加、刪除昆蟲標本圖片和修改昆蟲標本的存放位置等。本系統(tǒng)有效減輕了實驗員管理標本的工作負擔，是學生和授課教師在線學習昆蟲標本知識的軟件平臺。

昆蟲標本；信息管理系統(tǒng)；互聯(lián)網(wǎng)；手機APP

昆蟲標本是“普通昆蟲學”“昆蟲分類學”“森林昆蟲學”“農(nóng)業(yè)昆蟲學”等課程教學的直觀教材，也是相關(guān)研究不可或缺的材料。同時，昆蟲標本種類多、數(shù)量大，其保存、更新和使用均存在困難。手工管理不僅工作量大、耗時耗力，而且很難形成規(guī)范管理。同時，昆蟲標本是昆蟲學相關(guān)學科最直觀的教具，與其他教具或?qū)嶒灪牟囊粯有枰谋Ｗo，適時更新、科學使用與規(guī)范管理，這無疑增加了實驗教輔人員的工作量。因此，引進計算機技術(shù)改進昆蟲標本管理方式成為昆蟲標本管理的有效途徑之一。近年來，已有許多專家應用不同的計算機技術(shù)建立了各種各樣的昆蟲標本管理系統(tǒng)，如昆蟲標本數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[1]、館藏昆蟲標本管理系統(tǒng)[2]、昆蟲標本電子化管理系統(tǒng)[3]、昆蟲三維標本網(wǎng)絡信息系統(tǒng)[4]、昆蟲圖片庫管理系統(tǒng)[5]、陜西省動物研究所標本檢索系統(tǒng)[6]。上述系統(tǒng)提供的主要功能是瀏覽查詢昆蟲分類地位、形態(tài)特征、生態(tài)習性及其昆蟲圖像等信息。

但上述系統(tǒng)均未涉及在課堂教學和實驗室管理過程中對昆蟲標本的管理需求。在高校教學過程中，昆蟲標本通常存放于標本柜中的固定位置，具有種類多、數(shù)量大、使用頻率高且使用人數(shù)多等特點，管理不善極易造成存放和使用的混亂。多數(shù)高校實驗室和昆蟲標本室標本存放位置信息采用人工方式標注，實驗員則通過紙質(zhì)材料記憶昆蟲標本存放的位置。理想情況下，學生和教師均按照實驗員的交待將標本取出，用完后放回正確位置。但從教學過程看，學生和教師，特別是學生往往難以準確記住標本存放位置，造成取標本困難且放回標本混亂的情況發(fā)生，給實驗員增加了較大的工作負擔。由于昆蟲標本室中的昆蟲標本數(shù)量眾多，實驗員準確記憶標本存放位置也有一定的困難。同時，單機版的昆蟲標本管理系統(tǒng)難以滿足用戶的需要。為此，筆者開發(fā)了基于web的昆蟲教學標本管理系統(tǒng)解決上述問題，同時考慮到移動端用戶的應用，也開發(fā)了相應的手機APP系統(tǒng)。

一、昆蟲教學標本管理系統(tǒng)的設(shè)計

(一)系統(tǒng)框架

近年來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，通過電腦、手機等移動設(shè)備即可登錄網(wǎng)站查詢信息。為了方便師生利用互聯(lián)網(wǎng)使用昆蟲教學標本，筆者引入了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開發(fā)了基于B/S架構(gòu)的昆蟲教學標本管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)由實驗室標本管理子系統(tǒng)和昆蟲標本室標本管理子系統(tǒng)組成，用戶可通過該系統(tǒng)瀏覽昆蟲標本圖片、分類階元以及標本存放位置等信息。該系統(tǒng)框架主要分為查看實驗室標本、管理實驗室標本、查看標本室標本、管理標本室標本、管理用戶等5個模塊，其框架結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 昆蟲教學標本管理系統(tǒng)的框架

(二)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

昆蟲標本管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息主要包括實驗室標本信息表、標本室標本信息表和用戶表，表和表之間不具有關(guān)聯(lián)關(guān)系。實驗室標本信息表有6個屬性：標本Id、名稱、類別、位置、圖片地址、屬于。在實驗室標本信息表中名稱屬性有2種含義：一是昆蟲物種名稱，二是器官名稱。類別屬性也分2種情況，當名稱是指昆蟲物種名稱時，類別指的是昆蟲物種所屬科目信息，當名稱是指器官名稱時則類別信息為無。位置屬性是指標本在實驗室中的存放位置。圖片地址屬性是指標本圖片在服務器上的存放路徑。屬于屬性是指標本屬于實驗室還是標本室的。

標本室標本信息表也有6個屬性：名稱、科、目、位置、圖片地址、屬于。在標本室標本信息表中，名稱屬性僅指昆蟲物種名稱，與實驗室標本信息表中名稱屬性的含義不同。位置屬性是指標本在標本室中的存放位置。科屬性是指昆蟲所屬科。目屬性是指昆蟲所屬目。圖片地址屬性、屬于屬性與實驗室標本信息表中的含義相同。

用戶表屬性信息：用戶Id、用戶名、用戶密碼。

二、昆蟲教學標本管理系統(tǒng)的功能

(一)實驗室標本管理功能

實驗室標本管理系統(tǒng)分2類用戶：用戶(學生和教師)和實驗員。用戶僅具有查詢功能，實驗員則具有查詢、增加、刪除、修改功能。

為了完成查詢功能，用戶進入圖2所示頁面，在搜索框中輸入標本名稱(物種名稱或者器官名稱)，單擊搜索按鈕則得到圖2所示的搜索結(jié)果。從搜索結(jié)果頁面中可獲得標本名稱及其對應的位置信息等。同時，該系統(tǒng)提供了模糊查詢功能，即用戶可輸入昆蟲名稱的部分信息進行結(jié)果的查詢，然后再由用戶在查詢結(jié)果頁面確認所需要的標本及其位置信息。

圖2 實驗室標本查詢功能

與查詢功能不同，為了添加實驗室標本信息，用戶首先必須以實驗員身份先登錄系統(tǒng)，其次在實驗室標本主頁面中單擊添加按鈕，跳轉(zhuǎn)到圖3所示頁面，最后分別在文本框中輸入相關(guān)信息，其中標本名稱和標本位置的信息必須填寫，其他信息可為空。如要上傳圖片則單擊選擇文件按鈕進行操作，輸入完所有信息后單擊確定按鈕完成實驗室標本信息添加功能。

圖3 實驗室標本添加功能

為了完成刪除和修改實驗室標本功能，用戶必須以實驗員身份登錄系統(tǒng)后，輸入待刪除和修改的實驗室標本名稱，跳轉(zhuǎn)到查詢結(jié)果頁面圖4后，單擊刪除按鈕，從系統(tǒng)中刪除該標本信息；單擊修改按鈕，修改標本名稱和標本位置信息，但其他信息不能修改，同時修改后的內(nèi)容不能為空，否則系統(tǒng)給出出錯信息。

圖4 實驗室標本刪除和修改功能

(二)標本室標本管理功能

標本室標本系統(tǒng)分2類用戶：用戶(學生和教師)和實驗員。用戶僅具有查詢功能，實驗員則具有查詢、增加、刪除、修改功能。

為了進行標本室標本查詢，用戶首先打開標本室標本查詢界面，在界面上方位置出現(xiàn)一個文本框及搜索按鈕，在該文本框中輸入標本名稱，可以是昆蟲種的名稱，也可以是屬、科、目的名稱，然后單擊搜索按鈕或者直接回車即可。同時，當用戶未準確記住昆蟲名稱時，也可以輸入昆蟲名稱的一部分，如用戶想查找松墨天牛的昆蟲標本圖片，但未記住松墨天牛完整名稱，只記住它屬于天?？?，用戶可在文本框中輸入天牛這2個字，利用系統(tǒng)的模糊查詢功能，就可查到含天牛這2個字的所有昆蟲相關(guān)信息。在該系統(tǒng)中，查詢結(jié)果與查詢界面分別屬于不同的頁面。當在查詢界面完成相應操作后，該系統(tǒng)就從標本查詢界面跳轉(zhuǎn)到查詢結(jié)果顯示頁面。在查詢結(jié)果顯示頁面中，左邊區(qū)域顯示想尋找的昆蟲標本圖片；右邊區(qū)域則分成4行，分別顯示標本所屬科的名稱、目的名稱、標本位置以及標本屬于標本室還是實驗室。

與查詢功能不同，為了進行標本室標本的刪除和修改，用戶首先以實驗員身份登錄到系統(tǒng)中，打開標本室標本查詢界面完成昆蟲標本查詢操作。該頁面與無需登錄直接查詢得到的查詢結(jié)果頁面不同，其區(qū)別在于登錄后的查詢結(jié)果頁面除了顯示用戶得到的查詢結(jié)果外，還在頁面的右邊標本信息的下方增加了刪除和修改2個按鈕。單擊刪除按鈕，則該昆蟲所有信息及其對應的圖片將從標本室標本數(shù)據(jù)庫中刪除；單擊修改按鈕，則跳轉(zhuǎn)到與普通用戶查詢結(jié)果相似的頁面，但此時在該頁面右邊部分顯示的昆蟲信息區(qū)域由標簽變更為文本輸入框，在該框中輸入修改信息后確認，即可把修改后的結(jié)果顯示在頁面上并保存到數(shù)據(jù)庫中。

為了進行標本室標本添加，用戶首先以實驗員身份登錄該系統(tǒng)，并打開標本室標本管理系統(tǒng)的主頁，在該頁面上方位置設(shè)有添加按鈕，單擊該按鈕后跳轉(zhuǎn)到標本室標本添加頁面。該頁面上與昆蟲相關(guān)的信息分5行，分別輸入標本所屬目的名稱、標本所屬科的名稱、標本位置、標本屬于標本室還是實驗室以及要上傳的昆蟲圖片就能完成相關(guān)信息的輸入。其中，昆蟲標本所屬科的名稱以及標本位置信息必須輸入。如果要上傳昆蟲圖片，則單擊第5行上的選擇文件按鈕，就可跳轉(zhuǎn)到文件對話框，在該對話框中選擇需上傳的昆蟲圖片后，單擊確定按鈕即可完成操作。

(三)基于手機APP的標本管理功能

基于手機APP的昆蟲標本管理功能與基于B/S架構(gòu)的昆蟲標本管理功能相同，但基于手機APP的昆蟲標本管理系統(tǒng)更適合于手機應用。其實驗室標本管理系統(tǒng)的主界面如圖5所示。當使用實驗室標本查詢功能時，在實驗室主界面搜索欄中輸入標本名稱后，跳轉(zhuǎn)到查詢結(jié)果手機頁面，在該手機頁面上顯示匹配該名稱的標本所有信息。當使用實驗室添加、刪除和修改功能時，則必須以實驗員身份登錄該系統(tǒng)，在手機上選擇不同的管理功能(如添加、刪除和修改等)完成后續(xù)的工作。另外，在APP查詢功能中輸入相關(guān)查詢信息即可完成查詢，無需再次點擊搜索。

當用戶需要從實驗室標本管理系統(tǒng)切換到標本室標本管理系統(tǒng)時，則點擊頁面下方的標本室標簽就可進入到標本室標本管理系統(tǒng)頁面。通過該頁面可完成標本室標本管理的查詢功能。同時，用戶如果想要完成其他管理功能，則需要以實驗員身份登錄該系統(tǒng)后才能進行操作。

圖5 基于手機APP的實驗室標本管理系統(tǒng)

三、昆蟲教學標本管理系統(tǒng)的實現(xiàn)

昆蟲標本管理系統(tǒng)采用Tomcat6.0應用服務器，MYSQL5.0數(shù)據(jù)庫以及Spring+MVC框架。Tomcat是由Apache軟件基金會下屬的Jakarta項目組開發(fā)的一個Servlet容器，它支持Servlet和Java Server Page，提供了web服務器的一些特有功能[7]。MYSQL5.0是一個多線程的結(jié)構(gòu)化查詢語言(SQL)數(shù)據(jù)庫服務器，具備開放源碼的優(yōu)勢，其執(zhí)行性能高、運行速度快、易于使用[8]。Spring+MVC是一個模型-視圖-控制器的web框架，將Http處理流程抽象為不同的處理單元，定義了一系列組件(接口)與所有的處理單元對應起來，由DispatcherServlet貫穿始終，并將所有的組件串聯(lián)起來[9]。

為適應移動應用APP開發(fā)，筆者采用XCode 7.0開發(fā)工具、SQLite數(shù)據(jù)庫開發(fā)手機APP系統(tǒng)。Xcode是開發(fā)iOS應用程序最快捷的方式，它的用戶界面設(shè)計統(tǒng)一。同時，編碼、測試、調(diào)試均可在一個簡單的窗口內(nèi)完成[10]。SQLite數(shù)據(jù)庫是輕型的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，占用資源很少，能夠支持各種主流的操作系統(tǒng)，可以嵌入到很多程序設(shè)計語言中，并具有相應的數(shù)據(jù)庫接口[11]。在開發(fā)手機APP時，筆者還使用了PULLTableView框架、網(wǎng)絡請求框架、JDBC數(shù)據(jù)庫框架以及JsonKit框架，其為昆蟲教學標本管理系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了良好的開發(fā)平臺及軟件工具。

目前，昆蟲標本管理系統(tǒng)已布署在福建農(nóng)林大學現(xiàn)代教育技術(shù)與信息管理中心分配的服務器資源上。該系統(tǒng)已被林學和森林保護2個專業(yè)學生、教師和昆蟲標本室的實驗員使用。學生、教師反映該系統(tǒng)使用方便，可以輔助他們準確取放昆蟲標本，同時通過該系統(tǒng)他們能夠?qū)W到大量昆蟲分類的知識。實驗員反映，使用該系統(tǒng)明顯減少了他們整理昆蟲標本的工作量。

[1] 劉長明，趙景瑋.昆蟲標本計算機管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].華東昆蟲學報，1997，6(1)：77-83.

[2] 嚴乃勝.昆蟲標本數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)[J].云南農(nóng)業(yè)大學學報，1997，12(1)：12-14.

[3] 張建民，張長青，宋偉華，等.館藏昆蟲標本管理系統(tǒng)的研制與開發(fā)[J].信陽農(nóng)業(yè)高等?？茖W校學報，2003，13(3)：1-3.

[4] 劉桂陽，齊瑛，林志偉，等.昆蟲三維標本網(wǎng)絡信息系統(tǒng)設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2009，25(8)：164-168.

[5] 范一峰，王義平，黃俊浩.昆蟲標本圖片庫系統(tǒng)的設(shè)計與應用[J].實驗技術(shù)與管理，2011，28(11)：90-91.

[6] 張洪峰，劉楚光，權(quán)清轉(zhuǎn)，等.陜西省動物研究所標本檢索系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].陜西師范大學學報(自然科學版)，2007，35(專輯)：5-8.

[7] 孫衛(wèi)琴.Tomcat與Java web開發(fā)技術(shù)詳解[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2009：3-19.

[8] 唐漢明，翟振興，關(guān)寶軍，等.深入淺出MySQL：數(shù)據(jù)庫開發(fā)、優(yōu)化與管理維護[M].2版.北京：人民郵電出版社，2014：20-65.

[9] 戴克.Spring MVC學習指南[M].林儀明，崔毅，譯.北京：人民郵電出版社，2015：60-120.

[10]弗里茨·安德森.Xcode實戰(zhàn)：Apple平臺開發(fā)實用技術(shù)、技巧及最佳流程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016：1-246.

[11]GENE D R.Learning SQLite for iOS[M].Birmingham：Packt Publishing Limited Press, 2016：100-150.

(責任編輯 孫艷玲)