基于二維碼技術的高校實驗室管理系統分析與研究

蔣旺喜 黨旗

摘要：本文通過文獻梳理和訪談法分析高校實驗室管理中存在的問題和移動智能終端在中國的使用情況，并得出實驗室管理存在兩方面的問題，因此作者利用二維碼技術設計了高校實驗室管理系統，希望通過該系統解決實驗室管理中存在的問題。

關鍵詞：二維碼；實驗室管理；MVC

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2018）15/16-0168-04

引言

高校實驗室是高等學校進行實踐教學、科學研究的主要基地，是高校教學、科研的工作基礎，是整個教學體系的重要組成部分，也是高等學校管理工作的重要組成部分。[1]利用好實驗室的資源和平臺為教科研、學科發展和人才培養服務，是實驗室管理工作成功的關鍵。[2]高質量的實驗室管理對提高教學質量、培養學生動手能力和解決問題的能力、保證項目研發的順利實施都具有重要的意義。[3]

筆者通過對實驗室相關管理人員以及使用人員進行訪談，發現實驗室管理存在以下兩個方面的問題：一是教師和學生不能及時掌握實驗室的使用情況，不能及時借用，降低了實驗室的使用率；二是實驗室相關數據未數字化處理，降低了管理系統的質量和效率。

因此，如何提升高校實驗室管理水平和效率是高校實驗室管理人員需要研究的核心問題。所以，筆者對二維碼進行了分析，并對二維碼如何應用到實驗室管理中的模式進行了研究，希望能為提升高校實驗室管理水平及效率提供參考。

二維碼技術應用分析

1.二維碼的概念及特點

二維碼是比一維條形碼更加復雜的一種條碼技術，由特定的幾何圖形組成，黑白相間的圖形按規律排列在二維平面上，把所有信息放到圖形里隱藏起來。一維條形碼比較簡單，只有數字和字母[4]，而二維碼可以在水平和垂直方向上對數據進行存儲，并且支持漢字、數字和圖片等信息。[5]

目前主流的二維碼大約有10種，而QR二維碼應用最為廣泛，本系統應用的即是QR二維碼。QR二維碼是黑白交錯的正方形圖案，左上、左下、右上三個角的位置有三個正方形的定位點，在用戶使用解碼軟件掃描時，即使用戶位置出現偏差，只要定位點準確掃描，也可以實現精準定位，正確讀取QR二維碼。

QR二維碼有30%的容錯能力，并且容錯率與二維碼面積大小成正比。當手機像素不高、二維碼有破損，或者掃描時有遮擋、被掃描二維碼不完整時，只要受損或遮擋面積不超過整體大小的30%，二維碼就可以被完整掃描，但是三個角落上的定位點是不能被破壞的。

目前QR二維碼被應用到很多領域，如掃描支付、優惠打折，社交、防偽溯源等。在物聯網、云計算和移動互聯網的發展過程中，二維碼的應用價值更加凸顯。

2.二維碼技術應用分析

（1）二維碼在我國的發展環境

根據調查數據可知，截至2016 年11月，中國智能手機保有量已達到13.2億部，智能手機在全部手機保有量中占比（滲透率）已超過80%。

（2）二維碼技術在實驗室管理中的應用

目前，二維碼技術在實驗室管理中的應用主要有以下兩方面：一是實驗室設備儀器管理。每臺設備都有一個專屬二維碼，其中包含設備操作規程、設備溯源信息、維護維修記錄等基本信息，可利用手機掃描二維碼后登錄手機客戶端，查閱設備信息。[6]二是實驗樣品管理。二維碼在檢測實驗樣品管理中的應用，大大提高了日常樣品管理的準確性，減少了手工操作錄入可能帶來的差錯。通過對實驗室樣品的合理化管理，可以準確地獲得樣品所存儲的詳細位置，并結合樣品管理系統，清楚地了解實驗室中的樣品信息，從而大大提高樣品的管理效率和質量。[7]

本系統的二維碼技術貫穿整個實驗室管理，每間實驗室及該實驗室的設備都有一個二維碼標簽。掃描實驗室的二維碼，可查看該實驗室的相關信息，可借用的實驗室可進行網上預約。掃描實驗室設備二維碼，可查看該設備的相關信息，可借用的設備也可進行網上預約。

二維碼技術實驗室管理系統模型設計

1.系統總體框架模式設計

本系統采用MVC（Model View Controller，模型-視圖-控制器）框架模式，MVC體系結構圖如圖1所示，它有以下優點。

（1）耦合性低

模型、視圖、控制器相互關聯又相互獨立。更改視圖層代碼不用重新編譯模型和控制器代碼。一個應用的業務流程或者業務規則的改變只需要修改MVC的模型層即可，因為模型與控制器和視圖相分離。

由于運用MVC的應用程序的三個部件是相互獨立的，改變其中一個不會影響其他兩個，所以依據這種設計思想能構造良好的松耦合的構件。

（2）重用性高

MVC模式允許使用各種不同樣式的視圖來訪問同一個服務器端的代碼，因此多個視圖能共享一個模型。由于模型返回的數據沒有進行格式化，所以同樣的構件能被不同的界面使用，這使得程序代碼被最大化重用。

（3）可維護性高

分離視圖層和業務邏輯層也使得WEB應用更易于維護和修改，提升了系統的可維護性。

2.本系統功能模塊設計

本系統基于二維碼技術，為每間實驗室、每位實驗室管理人員、每臺設備和系統網址均設計了專屬的二維碼。二維碼技術在此系統中起著橋梁的作用，讓實驗室管理更加方便，更加暢通。用戶通過智能移動端掃描二維碼實現用戶注冊、信息查詢、實驗室使用預約、維修申請、文章內容查看、發表實驗室使用反饋意見等。系統功能模塊如下頁圖2所示。本系統的關鍵技術及主要功能如下。

（1）二維碼技術

二維碼技術是本系統的關鍵技術，也是本系統與眾不同之處。二維碼貫穿整個系統，讓系統運轉暢通無阻。以實驗員管理為例，當系統管理員添加實驗員時自動生成該實驗員的二維碼，掃描該二維碼即可顯示該實驗員的相關信息。該二維碼是動態二維碼，二維碼掃描獲得的內容隨著系統數據的改變而改變。而二維碼管理是對生成的二維碼進行管理和按照需求輸出打印。

（2）實驗室管理

實驗室管理包括實驗室信息管理、實驗室設備管理、實驗室預約管理、實驗室日常使用管理、實驗室維修管理、實驗室使用反饋等。每個實驗室都具有二維碼，教師通過智能移動終端掃描二維碼即可查詢該實驗室的基本信息和使用情況，并且可對該實驗室進行使用預約、維修申請和使用反饋。如果教師提交了使用預約、維修申請或使用反饋，管理該實驗室的實驗員即可收到短信提示。實驗室信息如有涉及保密內容的可設置權限訪問。

為了保證實驗室使用數據的準確性，實驗室使用前必須先預約。預約按照日常上課的時間來預約，每天有10個時間段可預約，包括白天的1～9節課和晚上。每個實驗室可預約的時間都可以設置，如某些實驗室周六日不允許預約，可設置周六日禁止預約。教師或學生預約實驗室后需要經該實驗室管理員的審核通過之后才算預約成功。為了提升預約界面的可視效果，筆者把預約界面設計成常見的日歷界面，教師或學生能立馬找到需要預約的日期。預約的方式有兩種，一是PC客戶端通過瀏覽器進行預約，二是通過智能移動端掃描二維碼進行預約。

實驗室維修包括實驗室環境維修和實驗室設備維修。掃描實驗室二維碼登記實驗室環境維修，掃描實驗室設備二維碼登記的是實驗室設備維修。實驗室管理員登記的維修記錄不需要審核，而教師或學生申請的維修需要通過管理員審核。實驗室維修登記在實驗室管理中非常重要，它能讓實驗員更客觀地掌握實驗室的現狀，為實驗室有可能出現的問題做好準備。

實驗室建設完成后，教師在使用過程中是會常常碰到問題的，而這些問題實驗員通常不易發現。因此，筆者設計了掃描二維碼登記使用反饋的環節，教師和學生把問題反饋給實驗員，實驗員再根據這些問題對實驗室的相關方面進行改善。

（3）統計報表管理

做實驗室統計報表是實驗員最頭疼的事。一間實驗室有多少人使用過，維修過多少次，有多少科研成果，有多少獲獎成功，對于這些信息管理該實驗室的實驗員需要很長的時間來統計，且統計出來的數據也不一定準確。而將實驗室的信息數字化，把日常的數據錄入到系統中生成報表，需要時通過掃描生成的二維碼，即可知道統計報表的各類信息，這樣不僅能提高工作效率，而且能保證數據的準確性。

系統優勢與不足

本系統最大的優勢體現在兩個層面，分別是技術層面和設計層面。技術層面主要包括兩個方面：一是利用二維碼技術使得實驗室管理平臺的使用變得更加簡便和有效；二是移動客戶端與PC端相結合，把用戶使用較頻繁的頁面放在移動端，大大提升了系統的使用效率。[8]在設計層面，該系統是由具有豐富實驗室管理經驗的高校教師和實驗室建設的教師共同討論設計的，具有很強的科學性和可行性。當然，本系統也存在不足，即細節方面需要在使用過程中不斷完善。

結語

在信息技術飛速發展的今天，實驗室管理必須跟上時代的步伐，實現實驗室信息化管理，而使用新技術和移動智能終端使實驗室信息化管理更加簡便和高效是實驗室信息化管理的必然趨勢。

本文根據高校實驗管理中存在的問題，設計了基于二維碼技術的高校實驗室管理系統。本系統目前已完成設計，后期會盡快開發出來并投入使用，并在使用的過程中不斷更新完善。

參考文獻：

[1]郁聰.高校實驗室管理的問題及對策研究[D].天津：天津大學，2012（5）：8-9.

[2]謝安建，王禮貴.高校實驗室管理工作的創新性探索[J].實驗室研究與探索，2012（4）.

[3]杜文遼，李安生，王良文，等.面向“卓越工程師計劃”開放實驗室建設探索[J].實驗技術與管理，2014（11）： 218-221.

[4]趙群禮，周秋平.基于圖像的二維條形碼識別技術研究[J].合肥師范學院學報，2010（6）：57-59.

[5]黃鎮建，蔡群英.基于Web的QR二維碼編碼與解碼的應用[J].電腦知識與技術，2014（24）：5671-5672.

[6]張小偉，呂海波，蔣兵，等.基于二維碼技術的質檢試驗室設備管理系統的應用研究[J].中國科技信息，2015（5）：122.

[7]倪磊.二維碼在實驗室樣品管理中的應用[J].上海計量測試，2013（2）：65-66.

[8]林超.手機二維碼在多媒體教室設備管理中的應用[J].計算機與現代化，2014（10）：55-57.

作者簡介：蔣旺喜（1986—），男，浙江杭州人，碩士，工作于杭州師范大學教育學院，研究方向為數字媒體開發；黨旗（1994—），女，河南漯河人，杭州師范大學教育學院研究生，研究方向為游戲化學習。