高校實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)探析

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摘要：目前高校實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)存在側(cè)重課程、管理、實(shí)驗(yàn)過程三種傾向，都不能很好地系統(tǒng)解決實(shí)驗(yàn)室管理應(yīng)對(duì)三者實(shí)現(xiàn)有機(jī)融合，從而滿足實(shí)驗(yàn)課教師、實(shí)驗(yàn)室管理人員、實(shí)驗(yàn)室科研人員多元需求。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于滿足實(shí)驗(yàn)室多元主體的多樣化需求，進(jìn)行了有機(jī)整體性設(shè)計(jì)和開發(fā)。

關(guān)鍵詞：高校；實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)；多元主體；設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)課程是高校培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力的重要課程，但目前很多實(shí)驗(yàn)室管理依舊依賴于實(shí)驗(yàn)室管理員的紙筆，這就導(dǎo)致在紙張上操作實(shí)驗(yàn)課程預(yù)約和課程臨時(shí)添加十分的冗雜混亂、不易修改、工作量大；實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用情況數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室使用情況數(shù)據(jù)（包括人時(shí)數(shù)，實(shí)驗(yàn)室利用率）很難做成直觀展示的圖表，實(shí)驗(yàn)室相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不便于考核與推進(jìn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的共享；如果是科研類實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室安全記錄查詢工作量大，人員任務(wù)分配不容易記錄，同時(shí)存在實(shí)驗(yàn)室工作任務(wù)進(jìn)度追蹤困難等一系列傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式下依舊很難解決的問題。開發(fā)符合實(shí)驗(yàn)室管理模式的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)來簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)室管理工作十分必要。

1高校實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)

我們運(yùn)用B/S架構(gòu)的Python開源框架Django，Boot－strap前端框架，騰訊云短信，騰訊云對(duì)象存貯和High－chart、Markdown插件等技術(shù)，其中，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用了輕量級(jí)數(shù)據(jù)庫SQLite，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)服務(wù)器Redis，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的開發(fā)。為了迎合實(shí)驗(yàn)室管理需求，實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)共六大模塊：（1）針對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員管理的用戶管理模塊；（2）針對(duì)科研功能實(shí)驗(yàn)室人員任務(wù)分配，追蹤實(shí)驗(yàn)室任務(wù)完成進(jìn)度的實(shí)驗(yàn)室任務(wù)模塊；（3）針對(duì)實(shí)驗(yàn)室使用情況統(tǒng)計(jì)，查看實(shí)驗(yàn)室使用率，人時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊；（4）針對(duì)教學(xué)類實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室公共課程安排，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備使用情況的實(shí)驗(yàn)室課程設(shè)備模塊；（5）針對(duì)實(shí)驗(yàn)室成員撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告或課程備案的在線Wiki文檔模塊；（6）針對(duì)實(shí)驗(yàn)室需要儲(chǔ)存大量電子文件的實(shí)驗(yàn)室文件管理模塊。在開發(fā)過程中，我們系統(tǒng)分析了國內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)、功能與優(yōu)缺點(diǎn)。國外實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的最大特點(diǎn)在于更注重于實(shí)驗(yàn)本身，把焦點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)室需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程上，注重于統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程中的材料損耗，實(shí)驗(yàn)過程記錄，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)等方面。實(shí)驗(yàn)的過程記錄完整度較高，使用實(shí)驗(yàn)過程中數(shù)據(jù)的不同對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果的改變，更容易得出建設(shè)性實(shí)驗(yàn)思路，甚至更容易發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)成果。國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室管理軟件研究關(guān)注點(diǎn)主要有兩個(gè)。第一種實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)類似作用于企業(yè)管理的Saas平臺(tái)，將實(shí)驗(yàn)室管理的重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)室人員的考勤，成果統(tǒng)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室使用情況（其中包括實(shí)驗(yàn)室高頻使用時(shí)段，實(shí)驗(yàn)預(yù)約，實(shí)驗(yàn)室實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面）。這種實(shí)驗(yàn)室管理軟件將重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)室成員的管理，通過收集和分析實(shí)驗(yàn)室人員表現(xiàn)的數(shù)據(jù)，管理者更容易得出優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室管理的辦法和方針。第二種實(shí)驗(yàn)室管理軟件類似于使用在學(xué)校的課程系統(tǒng)，將實(shí)驗(yàn)室管理的重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)課程排課，實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用以及實(shí)驗(yàn)過程中的安全防范等。這類軟件面向的對(duì)象主要是學(xué)生和老師，此時(shí)實(shí)驗(yàn)室管理員即為系統(tǒng)維護(hù)人員和在校任職教師，實(shí)驗(yàn)室管理的重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)安排的合理性和參與實(shí)驗(yàn)人員的人身安全?；趯?duì)上述幾類特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)室管理軟件在幫助實(shí)驗(yàn)室管理方面取得的效果分析，我們認(rèn)為，對(duì)于一個(gè)既承擔(dān)科研任務(wù)又承擔(dān)教學(xué)任務(wù)的高校，無論引進(jìn)哪一種實(shí)驗(yàn)室管理軟件都需要面臨此長(zhǎng)彼短的情況。很多實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)室管理方面依舊存在很多傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式無法克服的問題。我們研究開發(fā)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)力圖吸納國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)克服其不足之處，將實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)劃分為如圖1所示7個(gè)模塊。依據(jù)對(duì)于國內(nèi)外研究情況的分析，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于將三者進(jìn)行融合，即統(tǒng)籌對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員的管理、對(duì)實(shí)驗(yàn)室課程的管理、對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的管理。系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)模塊可以追蹤實(shí)驗(yàn)任務(wù)的進(jìn)度，實(shí)驗(yàn)室人員管理模塊可對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)行分配和管理，實(shí)驗(yàn)室課程模塊可以滿足實(shí)驗(yàn)室課程預(yù)約等需求。而且本系統(tǒng)使用的技術(shù)包括HTML5，Bootstrap，Django等均是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開發(fā)常用的技術(shù)，甚至是主流技術(shù)。而B/S架構(gòu)是目前系統(tǒng)應(yīng)用發(fā)展的方向，迎合時(shí)代潮流。MVC框架主要采用封裝的思想，來降低耦合度，從而使系統(tǒng)更靈活，擴(kuò)展性更好。

2高校實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)功能架構(gòu)的設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中包括用戶管理，實(shí)驗(yàn)室概覽，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室任務(wù)管理，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理，實(shí)驗(yàn)室課表管理，實(shí)驗(yàn)室文件管理和Wiki文檔管理。在實(shí)驗(yàn)室用戶管理中包括了賬戶注冊(cè)，手機(jī)號(hào)驗(yàn)證，用戶名密碼加圖片驗(yàn)證碼登錄，手機(jī)號(hào)驗(yàn)證碼登錄，實(shí)驗(yàn)室邀請(qǐng)成員等功能，其使用了騰訊云的發(fā)短信功能。實(shí)驗(yàn)室用戶管理主要以管理實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)用戶為主要功能，其擁有嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)室用戶的權(quán)限分配和權(quán)限驗(yàn)證功能，沒有權(quán)限的用戶無法進(jìn)行包括瀏覽在內(nèi)的任何操作。實(shí)驗(yàn)室概覽是進(jìn)入具體某間實(shí)驗(yàn)室管理的第一個(gè)頁面。其主要展示了實(shí)驗(yàn)室近期新增任務(wù)折線趨勢(shì)圖，實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)建者（管理員）和實(shí)驗(yàn)室成員（參與者）用戶名列表，實(shí)驗(yàn)室任務(wù)統(tǒng)計(jì)情況，實(shí)驗(yàn)室任務(wù)動(dòng)態(tài)，實(shí)驗(yàn)室信息詳細(xì)等。實(shí)驗(yàn)室概覽主要以展現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室大概情況為主要功能，幫助用戶快速了解實(shí)驗(yàn)室近況。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)是對(duì)實(shí)驗(yàn)室重要數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化的模塊。其主要對(duì)實(shí)驗(yàn)室任務(wù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)柱狀圖，實(shí)驗(yàn)室任務(wù)優(yōu)先級(jí)餅圖和實(shí)驗(yàn)室一周課程人時(shí)數(shù)柱狀圖。實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以實(shí)驗(yàn)室關(guān)鍵數(shù)據(jù)可視化為主要功能，幫助用戶直觀感受實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)總量、占比和變化。實(shí)驗(yàn)室任務(wù)管理是對(duì)實(shí)驗(yàn)室任務(wù)進(jìn)行管理的模塊。其主要功能是對(duì)實(shí)驗(yàn)室任務(wù)進(jìn)行添加，修改，查詢和追蹤進(jìn)度。實(shí)驗(yàn)室任務(wù)管理是實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的核心功能之一。其重點(diǎn)放在對(duì)于實(shí)驗(yàn)室任務(wù)的追蹤和統(tǒng)計(jì)。每一個(gè)任務(wù)都會(huì)有專門的討論區(qū)和任務(wù)狀態(tài)更新的動(dòng)態(tài)提示。同時(shí)還設(shè)有關(guān)鍵詞篩選功能，可以快速找到用戶需要進(jìn)行操作的任務(wù)。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理是對(duì)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備進(jìn)行管理的模塊。其主要功能是設(shè)備列表，每種設(shè)備都設(shè)有使用記錄，幫助用戶關(guān)注設(shè)備狀態(tài)，更好地維護(hù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備安全。實(shí)驗(yàn)室課表管理是對(duì)實(shí)驗(yàn)室的課程進(jìn)行管理。其主要的功能是顯示當(dāng)周的課程和預(yù)約實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)人時(shí)數(shù)并將數(shù)據(jù)傳給實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊。幫助實(shí)驗(yàn)室管理者記錄預(yù)約課程，幫助實(shí)驗(yàn)室任課教師預(yù)約實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)室文件管理是對(duì)實(shí)驗(yàn)室需要共享的文件進(jìn)行管理。實(shí)驗(yàn)室文件管理使用了騰訊云的COS對(duì)象存儲(chǔ)功能。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室會(huì)專門創(chuàng)建一個(gè)“桶”用來存儲(chǔ)該實(shí)驗(yàn)室上傳的文件。用戶可以將需要共享或保存的文件上傳到對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)室專屬云存儲(chǔ)空間里。文件上傳功能還支持創(chuàng)建，刪除和重命名文件夾。用戶可以將文件分門別類，更加條理地管理實(shí)驗(yàn)室的文件。實(shí)驗(yàn)室Wiki文檔庫是有權(quán)限進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)室的任意用戶均可使用的。用戶可以在Wiki文檔庫自由地創(chuàng)建，修改，刪除，查閱在線文檔，方便快捷。幫助用戶及時(shí)記錄和修改實(shí)驗(yàn)室信息，同時(shí)方便其將信息共享給實(shí)驗(yàn)室其他成員。實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖2所示。

3高校實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

本實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)工作是基于對(duì)國內(nèi)外實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)有了較為充分了解的基礎(chǔ)上展開的。在展開工作之前，我們分析了市場(chǎng)上主流實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)的特點(diǎn)，探測(cè)實(shí)驗(yàn)室管理軟件的市場(chǎng)是否已經(jīng)出現(xiàn)飽和或即將飽和的情況。在確定了仍然有很多實(shí)驗(yàn)室在使用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式，在了解了有很多實(shí)驗(yàn)室甚至實(shí)驗(yàn)樓仍然迫切地需要一個(gè)實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的情況下，即了解了實(shí)驗(yàn)室管理軟件在國內(nèi)依舊有較大的發(fā)展空間之后，決定開發(fā)本實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)。我們首先從行業(yè)需求，功能需求和非功能需求三個(gè)角度對(duì)國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室管理的普遍需求進(jìn)行需求分析。在進(jìn)行系統(tǒng)比較分析的基礎(chǔ)上得出本系統(tǒng)應(yīng)該具備什么樣的功能才能滿足當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)于實(shí)驗(yàn)室管理的功能需求后，拿出了一個(gè)發(fā)展前景良好且切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。依據(jù)這個(gè)方案，確立了7大功能模塊的設(shè)計(jì)框架。本系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)，使用了Django框架，Bootstrap框架，Markdown編輯器插件，Redis數(shù)據(jù)庫和騰訊云COS對(duì)象存儲(chǔ)等技術(shù)。代碼中封裝了basic.html和manage.html文件做前端模板，自行編寫auth.py中間件，用來驗(yàn)證每次操作最重要的部分———用戶權(quán)限。本實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的開發(fā)確實(shí)能夠在一定程度上緩解管理人員在一些冗雜問題上管理實(shí)驗(yàn)室的壓力。同時(shí)，能夠在一定程度上幫助管理人員更加輕松地完成之前同樣工作量的工作。使用軟件輔助管理是可以在一定程度上為管理人員節(jié)省精力和時(shí)間成本，為用戶節(jié)省人力物力財(cái)力。

作者:李浩源 單位:山東理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院