羅 霞 張嘉寧 羅 闊

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 電子工程學(xué)院、人工智能學(xué)院，廣東 廣州 510642； 2.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工程學(xué)院，廣東 廣州 510642）

21 世紀(jì)以來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速融入普通社會(huì)家庭的日常生活中，得益于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí)代的發(fā)展，使得人們的生活更加便捷，尤其是移動(dòng)電子設(shè)備的使用，它們不僅功能越來越強(qiáng)大、豐富，而且新研發(fā)的5G 移動(dòng)通信技術(shù)的不斷完善與應(yīng)用、寬帶的提速以及網(wǎng)絡(luò)流量資費(fèi)的下降，為移動(dòng)設(shè)備和移動(dòng)應(yīng)用App 的發(fā)展創(chuàng)造了良好環(huán)境條件，使得網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與人們?nèi)粘Ｉ畹穆?lián)系更加緊密。

通過基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的信息化平臺(tái)來整理和收集各個(gè)行業(yè)繁雜的“大數(shù)據(jù)”是當(dāng)今社會(huì)的一大發(fā)展趨勢(shì)[1-2]。信息化平臺(tái)的高效率工作將取代費(fèi)時(shí)費(fèi)力的手工勞動(dòng)，同時(shí)隨著科技高速發(fā)展，信息的整合和分析速度一定程度上會(huì)突破時(shí)間、空間的限制，實(shí)現(xiàn)信息利用率大幅度的提升，從而促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)效率的提高。高等院校是培養(yǎng)高科技人才的重要基地，將移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與高校信息化相結(jié)合必然是一大發(fā)展趨勢(shì)。高校實(shí)驗(yàn)室作為開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)的核心場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)課程不僅是對(duì)在課堂上和書本中學(xué)習(xí)的理論知識(shí)的驗(yàn)證和補(bǔ)充，也是培養(yǎng)大學(xué)生積極創(chuàng)新和動(dòng)手實(shí)踐能力的重要場(chǎng)所。隨著高校對(duì)科研教學(xué)質(zhì)量以及學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力的不斷重視，尤其是實(shí)驗(yàn)課程越來越多的理工科，與這些專業(yè)相對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室的管理難度和工作量也相應(yīng)增大，實(shí)驗(yàn)室的信息管理系統(tǒng)成為了制約發(fā)展的瓶頸。因此要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，推進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室信息化管理進(jìn)程[3-8]。

為了改善電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)室管理員、教師和學(xué)生的教學(xué)環(huán)境和氛圍，通過前期一定調(diào)研和結(jié)合實(shí)際需求，并利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)，將電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)實(shí)驗(yàn)的信息管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器管理等相關(guān)工作納入實(shí)驗(yàn)室信息化管理進(jìn)程，開發(fā)面向高校實(shí)驗(yàn)室的一體化信息與實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分為移動(dòng)客戶端設(shè)計(jì)和后臺(tái)服務(wù)端設(shè)計(jì)，其中移動(dòng)客戶端采用H5 語言進(jìn)行開發(fā)，是整個(gè)系統(tǒng)的主要功能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)；后臺(tái)服務(wù)端使用Java 開發(fā)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)通過請(qǐng)求和響應(yīng)交互方式傳遞數(shù)據(jù)，來滿足前端客戶端的訪問需求。下面將從系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)和系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行闡述。

1.1.1 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

系統(tǒng)整體架構(gòu)采用 MVC 模式（Model View Controller），它用一種將前端界面顯示、系統(tǒng)數(shù)據(jù)、后端業(yè)務(wù)邏輯分離的方法來組織代碼。在本系統(tǒng)中，模型層是后端存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，而視圖層是在移動(dòng)智能端顯示的交互界面，控制器是云服務(wù)器?？蛻舳税l(fā)送操作請(qǐng)求至云服務(wù)器，服務(wù)器按照業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行處理，并且從數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取相關(guān)的數(shù)據(jù)信息反饋到前端頁(yè)面。管理員具有最高管理權(quán)限，可以在PC 端的服務(wù)器后臺(tái)直接完成對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)里的信息修改。具體系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)體系如圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)圖

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

整個(gè)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是由Web 服務(wù)器、移動(dòng)客戶端構(gòu)成，移動(dòng)客戶端由教師端和學(xué)生端組成。設(shè)計(jì)思路借助于無線網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)客戶端的應(yīng)用程序和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問連接，并通過Web 服務(wù)器將相關(guān)的信息顯示給移動(dòng)客戶端，并提供相應(yīng)的服務(wù)，移動(dòng)客戶端目前主要使用智能手機(jī)。系統(tǒng)的功能主要在智能手機(jī)端實(shí)現(xiàn)，訪問的數(shù)據(jù)和信息通過校園網(wǎng)和4G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)交互和傳遞。并架構(gòu)了計(jì)算機(jī)端的管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的直接訪問，包括對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)里的內(nèi)容進(jìn)行刪減、添加和修改，從而控制移動(dòng)客戶端所顯示的信息。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2 所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)圖

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的主要業(yè)務(wù)功能均在移動(dòng)智能端實(shí)現(xiàn)，PC 端的后臺(tái)管理平臺(tái)只是一個(gè)補(bǔ)充，所以系統(tǒng)著重于移動(dòng)端平臺(tái)的開發(fā)。根據(jù)用戶角色模型分析可知，移動(dòng)端可以實(shí)現(xiàn)分角色登錄的界面模式，不同的用戶角色登錄以后前端頁(yè)面中包含不同的功能模塊，從而賦予用戶不同的權(quán)限。系統(tǒng)的運(yùn)行流程如圖3 所示。

圖3 運(yùn)行流程圖

根據(jù)用戶需求分析，整個(gè)系統(tǒng)（移動(dòng)端為主）分為4 個(gè)模塊：設(shè)備儀器預(yù)約、實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交、實(shí)驗(yàn)教程查詢、設(shè)備故障報(bào)修。

1.2.1 設(shè)備儀器預(yù)約

移動(dòng)智能端的主要功能是針對(duì)教師和學(xué)生設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)預(yù)約模塊，用戶在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以前可以根據(jù)要做的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在App 上查看主要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，然后點(diǎn)擊預(yù)約并填寫相關(guān)的預(yù)約信息進(jìn)行提交，具有管理權(quán)限的用戶可以對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備預(yù)約情況進(jìn)行審核，并且將審核結(jié)果反饋。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交

平時(shí)實(shí)驗(yàn)課之后學(xué)生提交紙質(zhì)版的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，存在互相抄襲、隨意填寫數(shù)據(jù)等現(xiàn)象，結(jié)合電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)際情況添加了在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告的功能，學(xué)生直接在實(shí)驗(yàn)過程中根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果在客戶端填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并且支持圖片上傳功能來證明自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告以后，老師登陸客戶端便可以對(duì)這些報(bào)告進(jìn)行評(píng)閱。這一功能主要是幫助學(xué)生深刻地理解實(shí)驗(yàn)過程以及原理，并且實(shí)現(xiàn)完全無紙化信息管理，減少資源浪費(fèi)。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)教程查詢

實(shí)驗(yàn)教程查詢功能是本系統(tǒng)的一個(gè)突出創(chuàng)新功能，通過在線為教師和學(xué)生提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作信息，來促進(jìn)實(shí)驗(yàn)課程的開展和為學(xué)生自主實(shí)踐提供幫助。一些主要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目排列在實(shí)驗(yàn)教程界面上，用戶通過點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)名稱，可以查看相關(guān)實(shí)驗(yàn)的PPT 文檔，并且還提供了比較生動(dòng)的視頻教學(xué)，不僅減輕了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課課堂上教師的教學(xué)壓力，而且解決了紙質(zhì)參考文檔攜帶不方便的弊端，也極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

1.2.4 設(shè)備故障報(bào)修

結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)管理流程，以前每次做完一次實(shí)驗(yàn)，學(xué)生需要在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的一個(gè)本子上登記實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用狀況和設(shè)備故障等信息，實(shí)驗(yàn)室管理員在巡檢設(shè)備時(shí)才能根據(jù)這些記錄發(fā)現(xiàn)問題。本系統(tǒng)開發(fā)出了設(shè)備故障報(bào)修模塊，師生在使用完實(shí)驗(yàn)設(shè)備以后一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障，就能及時(shí)在客戶端上報(bào)，管理員在后臺(tái)收到設(shè)備故障信息就能及時(shí)進(jìn)行處理，不影響其他班級(jí)實(shí)驗(yàn)課程的進(jìn)行。

2 實(shí)驗(yàn)室信息與設(shè)備管理系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

2.1 登錄模塊的設(shè)置

登錄模塊是對(duì)用戶進(jìn)行身份驗(yàn)證后才可以登錄系統(tǒng)。初次使用的用戶要通過注冊(cè)后才能登錄系統(tǒng)。系統(tǒng)登錄前，要正確輸入用戶名、密碼并選擇用戶類型，方可登錄系統(tǒng)，其中賬號(hào)就是老師的工號(hào)或者學(xué)生的學(xué)號(hào)，系統(tǒng)與用戶信息表進(jìn)行驗(yàn)證成功后才能登錄系統(tǒng)。系統(tǒng)登錄面如圖4 所示。

圖4 登錄界面

2.2 主頁(yè)面模塊

教師和學(xué)生登錄后，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入到相應(yīng)的主界面，主界面中包括各個(gè)模塊的入口，從而完成系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的導(dǎo)航，教師端界面如圖5 所示。

圖5 教師端首頁(yè)

2.3 設(shè)備儀器預(yù)約模塊

實(shí)驗(yàn)設(shè)備儀器預(yù)約模塊在該信息系統(tǒng)中使用頻率最高，本系統(tǒng)提供對(duì)于教師和學(xué)生的在線實(shí)驗(yàn)預(yù)約功能。用戶通過主頁(yè)面下方的按鈕進(jìn)入設(shè)備預(yù)約界面，獲取設(shè)備名稱及其使用方面的介紹，并選擇相應(yīng)設(shè)備點(diǎn)擊后面的預(yù)約按鈕進(jìn)行預(yù)約，然后填寫設(shè)備預(yù)約表里的信息，包括預(yù)約人姓名、聯(lián)系電話、班級(jí)、預(yù)約時(shí)間等信息，方便在預(yù)約申請(qǐng)?zhí)峤怀晒σ院髮?shí)驗(yàn)管理員根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備資源進(jìn)行審核和處理。

2.4 上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊

本模塊將之前的紙質(zhì)版實(shí)驗(yàn)報(bào)告改為電子版文檔上傳，讓學(xué)生直接在實(shí)驗(yàn)過程中及時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等重要信息，通過調(diào)用相關(guān)組件實(shí)現(xiàn)手機(jī)攝像頭的調(diào)用，并對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過程中的關(guān)鍵步驟或者重要現(xiàn)象進(jìn)行拍照上傳。上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告的主界面如圖6 所示。

圖6 上傳實(shí)驗(yàn)報(bào)告主界面

2.5 實(shí)驗(yàn)教程模塊

實(shí)驗(yàn)教程頁(yè)面引用了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)頁(yè)面，將一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)以列表形式在頁(yè)面中線性排列，然后只要點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)名稱就可以跳轉(zhuǎn)到在線教學(xué)模塊，通過訪問遠(yuǎn)程服務(wù)器下載視頻，就可以在前端播放相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)視頻資料，并且提供了相關(guān)實(shí)驗(yàn)的參考電子版資料供師生下載閱讀。

2.6 設(shè)備報(bào)修模塊

設(shè)備報(bào)修模塊主要對(duì)有故障的設(shè)備及時(shí)報(bào)修，填寫相關(guān)信息，包括設(shè)備編號(hào)、設(shè)備名稱、使用人以及設(shè)備故障說明等內(nèi)容，填寫完后及時(shí)提交，管理員在服務(wù)器管理后臺(tái)收到信息可以能夠及時(shí)處理。

3 結(jié) 語

本實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是結(jié)合電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的實(shí)際需求以及現(xiàn)存高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的不足開發(fā)出來的一款功能比較完善的系統(tǒng)，主要功能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)智能端的教師子系統(tǒng)和學(xué)生子系統(tǒng)，考慮到實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的完整性，針對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理員的角色，設(shè)計(jì)了Web 端的服務(wù)器管理后臺(tái)，具有良好的兼容性和可操作性。在高校實(shí)驗(yàn)室管理中應(yīng)用該系統(tǒng)，能夠大大地提高實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理效率，減輕實(shí)驗(yàn)室管理員的工作強(qiáng)度和降低實(shí)驗(yàn)課教師的教學(xué)難度，同時(shí)可以鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)和積極探索的能力，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)信息的平臺(tái)化、網(wǎng)絡(luò)化的管理和服務(wù)，能夠滿足實(shí)際的需求。