徐妍++崔良中++黃佳維

摘 要：針對目前很多高校對實驗室管理效率低下、實驗室利用率低等問題，文章構(gòu)建了一套管理信息系統(tǒng)，解決了實驗課件管理、預(yù)約管理、資源共享等問題。系統(tǒng)在設(shè)計中，充分利用GoF設(shè)計模式，有效增強(qiáng)了系統(tǒng)的可維護(hù)性和可擴(kuò)展性。系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，有效提升了高校對實驗室的管理能力。

關(guān)鍵詞：實驗室管理；系統(tǒng)設(shè)計；GoF設(shè)計模式

提高學(xué)生的動手能力，是學(xué)校的主要工作任務(wù)之一，高校實驗室是提高學(xué)生動手能力的重要途徑[1]。學(xué)校實驗室的構(gòu)建目的，一是為學(xué)生創(chuàng)造良好的實驗環(huán)境和條件；二是確保實驗教學(xué)任務(wù)的順利完成；三是為科研工作提供實驗環(huán)境。目前高校實驗室存在的主要問題包括以下幾個方面：（1）缺乏制度化管理，實驗設(shè)備與實驗教學(xué)內(nèi)容脫節(jié)；（2）實驗室基本資源管理混亂，實驗器材和原料得不到及時補(bǔ)充；（3）實驗室資源沒有得到充分利用，學(xué)生無法利用課余時間上機(jī)，各高校之間的實驗室也無法共享資源。

本系統(tǒng)根據(jù)目前高校實驗室存在的問題，構(gòu)建了一套實驗室管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠為高校學(xué)生提供實驗室預(yù)約、實驗課程教學(xué)等功能；能夠為高校教師提供實驗課程管理、實驗信息獲取、實驗課件提交等功能；能夠為實驗室管理人員提供實驗器材及原料補(bǔ)充管理、實驗室資源共享管理等功能。本系統(tǒng)最大的特點(diǎn)，是充分考慮到了實驗室管理業(yè)務(wù)流程的擴(kuò)展，在系統(tǒng)各主要功能的設(shè)計中，引入了擬合優(yōu)度（Goodness of Fit，GoF）設(shè)計模式，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性得到了大幅提高。

系統(tǒng)投入使用后，解決了實驗室管理過程中的效率低下的問題，教師和學(xué)生可以基于系統(tǒng)實現(xiàn)對實驗教學(xué)內(nèi)容的交流；實驗室管理人員能夠及時根據(jù)實驗課程安排，調(diào)整實驗器具和原料；各高校之間的實驗室資源共享，有效地提高了高校實驗室的利用率。

1 關(guān)鍵技術(shù)研究

本系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，主要是在面向?qū)ο缶幊淘瓌t的指導(dǎo)下，利用GoF設(shè)計模式，完成系統(tǒng)的各個功能模塊。

1.1 面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)

面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，是針對傳統(tǒng)的面向過程編程技術(shù)而言，是目前主流的高級編程語言所采用的編程技術(shù)。面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，主要包括5個原則[2]：（1）單一職責(zé)原則，類中僅包含必要的屬性和方法，且類中的方法要求相互關(guān)聯(lián)，避免因類過于龐大而導(dǎo)致的破壞封閉性；（2）開閉原則，簡而言之，就是對擴(kuò)展開發(fā)，對修改封閉，在不改變類結(jié)構(gòu)的前提下，應(yīng)能夠方便地擴(kuò)展類的功能，而在不改變類接口的情況下，能夠?qū)︻悆?nèi)部的功能進(jìn)行修改；（3）Liskov替換原則，該原則要求在面向?qū)ο笤O(shè)計時，某個類的子類可以完全替換其基類，這一原則是面向?qū)ο笤O(shè)計中多態(tài)、繼承等應(yīng)用的基礎(chǔ)[3]；（4）依賴倒置原則，一般的分層架構(gòu)系統(tǒng)，上層構(gòu)件的實現(xiàn)依賴于下層的構(gòu)件，導(dǎo)致系統(tǒng)模塊之間的耦合性增加，而依賴倒置原則要求各層的實現(xiàn)都依賴于接口，只要接口不變，可以對構(gòu)件功能進(jìn)行完善和調(diào)整；（5）接口隔離原則，系統(tǒng)接口的設(shè)計要求簡潔明了，同一接口中的各個方法之間要求相互關(guān)聯(lián)[4]。

1.2 設(shè)計模式技術(shù)

設(shè)計模式是軟件工程中的重要組成部分，是對軟件功能模塊設(shè)計的經(jīng)驗總結(jié)[5]。軟件開發(fā)人員在長期的編程工作中發(fā)現(xiàn)，利用面向?qū)ο蟮某绦蜷_發(fā)語言，可以構(gòu)建一些固定模式的類組織架構(gòu)，使所開發(fā)的功能具有更好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，這些模式就被稱為設(shè)計模式[6]。

設(shè)計模式的出現(xiàn)是為了解決在面向?qū)ο缶幊踢^程中存在的問題，很多功能邏輯的設(shè)計實際上是重復(fù)的，如果用一個相對固定的，被證明具有良好的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性的模式進(jìn)行固定，則可以有效地提高程序的開發(fā)效率，并提高系統(tǒng)的質(zhì)量[7]。每一個設(shè)計模式都相對詳細(xì)地描述了一個在程序設(shè)計與開發(fā)過程中存在的問題，并提出了解決的方案。一個完整的設(shè)計模式有4個基本要素[8]，分別是模式的名稱，用于標(biāo)識和區(qū)別不同的模式；問題描述，用于說明當(dāng)前模式所能夠處理的問題，以及適用的情況；解決方案，描述了設(shè)計的組成成分，具體地說就是各個類的設(shè)計，以及類之間關(guān)系的設(shè)計；效果，用于描述使用了該設(shè)計模式以后所能夠達(dá)到的效果。

2 系統(tǒng)總體功能設(shè)計

高校實驗室管理系統(tǒng)的主要設(shè)計目標(biāo)，是提高實驗室的使用和管理效率，能夠為教師和學(xué)生提供實驗課程預(yù)習(xí)、交流等平臺，為管理員提供耗材、設(shè)備管理功能等。針對不同的參與者，系統(tǒng)設(shè)計了相關(guān)的功能模塊，系統(tǒng)的功能架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)從功能的角度可以分為4個模塊：（1）教學(xué)管理模塊主要用于處理與實驗課教學(xué)相關(guān)的業(yè)務(wù)內(nèi)容，教師通過該模塊發(fā)布教學(xué)課件，學(xué)生通過該模塊提交實驗報告；（2）實驗室管理模塊主要用于實驗室使用申請，以及相關(guān)信息查詢；（3）設(shè)備器具管理模塊主要為管理人員提供了實驗室易耗品以及相關(guān)設(shè)備器具的管理功能；（4）系統(tǒng)管理功能模塊主要是對數(shù)據(jù)庫、日志等進(jìn)行管理。

3 實驗室易耗品管理功能的實現(xiàn)

高校實驗室管理系統(tǒng)包括多個功能模塊和功能指標(biāo)。為了保證系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和可維護(hù)性，在每一個功能的設(shè)計實現(xiàn)中，均充分考慮到了設(shè)計的靈活性。篇幅所限，本節(jié)主要對實驗室易耗品的管理功能進(jìn)行詳細(xì)討論。該功能是對實驗過程中使用到的易耗品，以及各類實驗設(shè)備等進(jìn)行管理。

3.1 易耗品管理功能的設(shè)計

實驗室中的易耗品與具體實驗之間存在著直接的關(guān)聯(lián)關(guān)系，某一個實驗會包含多個實驗的易耗品，而同一類的易耗品也可以被應(yīng)用于多個實驗中，兩者之間是多對多的關(guān)系。按照傳統(tǒng)的面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計方案，對于實驗室易耗品類的設(shè)計可以采用兩種方式：一種是從實驗種類設(shè)計類，可以分為物理實驗的易耗品、化學(xué)實驗的易耗品等；另一種是直接對易耗品設(shè)計類，抽象屬于同類的易耗品屬性和方法。上述兩類設(shè)計方式都存在著較大的問題，當(dāng)在易耗品的管理過程中出現(xiàn)新的實驗類別時，需要增加一個新類，同時增加該類相關(guān)聯(lián)的各類易耗品；同時，當(dāng)增加一個易耗品的操作時，需要對所有的類別進(jìn)行修改，違反了面向?qū)ο笤O(shè)計中的開閉原則。endprint

為了解決上述設(shè)計上的問題，利用GoF設(shè)計模式中的橋接模式進(jìn)行類的設(shè)計。橋接設(shè)計模式的類圖如圖2所示。

橋接設(shè)計模式的主要目的是將抽象對象與具體的實現(xiàn)細(xì)節(jié)進(jìn)行分離，使兩者之間既存在關(guān)系，又可以實現(xiàn)各自的靈活變化。在實驗易耗品管理過程中，各種不同類型的實驗都是抽象的對象，而實驗所用到易耗品則是具體的實現(xiàn)。兩者之間可以不建立聯(lián)系，但這樣就無法反映實驗與易耗品之間的關(guān)系，給管理工作造成較大的阻礙。按照橋接設(shè)計模式的設(shè)計要求，本功能的類圖設(shè)計如圖3所示。

如圖3所示，設(shè)計了抽象的實驗類AbstractLab，該類的屬性中包括實驗的名稱，而List類型的DrugList屬性中，記錄著該實驗所使用到的各種易耗品。設(shè)計化學(xué)實驗類ChemistryLab和物理實驗類PhysicalLab，繼承于AbstractDrug類，并實現(xiàn)ShowLabInfo方法。設(shè)計實驗易耗品類Drug，該類除了易耗品的名稱屬性外，還定義了GetAmount方法，用于獲取目前當(dāng)前易耗品的存量。

采用這一設(shè)計模式，當(dāng)需要擴(kuò)展新的實驗類別時，只需要設(shè)計一個新類繼承AbstractLab類，并實現(xiàn)其定義的方法；而新增加一種易耗品類別時，則從Drug類中派生一個新類。

3.2 易耗品管理功能的實現(xiàn)

以上對實驗易耗品管理功能進(jìn)行了設(shè)計，利用橋接模式提高系統(tǒng)功能的靈活性。該功能的實現(xiàn)序列如圖4所示。

AbstractLab類的主要代碼如下：

abstract class AbstractLab

{

protected List DrugList；

public void ShowLabInfo（）{

foreach（Drug drug in DrugList）

drug.GetAmount（）；

//其他處理操作

}

public void AddDrug（Drug drug）{

DrugList.Add（drug）；

}

Drug類的主要代碼如下：

abstract class Drug

{

public double GetAmount（）{

//從數(shù)據(jù)庫中獲取易耗品的存量。

}

繼承類的相關(guān)代碼在此不再贅述。完成了類的定義后，用戶在客戶端可以方便地完成實驗和易耗品之間的操作。代碼如下：

main（）

{

AbstructLab lab = new ChemistryLab（）；

lab.add（new AlcoholDrug）；

lab.ShowLabInfo（）；

}

通過以上客戶端的操作，可以方便地根據(jù)實驗對象，查詢得到該實驗所使用到的易耗品各類，以及各類易耗品目前的存量。

該功能的界面如圖5所示。

4 結(jié)語

高校實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)，解決了實驗室管理不規(guī)范，實驗易耗品和設(shè)備補(bǔ)充不及時，資源利用率低等問題，有效地提高了高校對實驗室的管理效率。設(shè)計模式在實驗室管理系統(tǒng)中的應(yīng)用，能夠使系統(tǒng)功能具有更好的靈活性，便于對功能進(jìn)行擴(kuò)展或修改。

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