數據決策功能在實驗室管理系統的應用研究

孫志敏, 王政嘉, 周志軍, 馬瑞娜

(1. 河北農業大學 教務處, 河北 保定 071000; 2. 河北農業大學 計算機實驗教學中心, 河北 保定 071000)

隨著教育信息化的不斷發展和高教領域大數據的應用推廣,大數據分析應用于學生的基礎信息數據、學習行為數據、教師授課情況數據等,借助相關的數據分析為高校教育模式和教育決策提供可靠、科學、有效的數據支持,同時對高校實驗室的建設及應用管理提供有效的參考數據[1]。隨著各高校的信息化環境得到快速完善,各種移動App學習平臺、數字終端及可穿戴設備等新技術開始在高校逐步推廣。數字技術的常態化應用,為教育大數據的生成提供了有利條件。伴隨著教育數據的持續累積與深度挖掘,大數據在構建新型教學生態、助力教學結構變革、再造教學流程方面的作用日益凸顯,由傳統的經驗模仿教學、計算機輔助教學轉向數據驅動教學的范式變革正在發生[2-5]。

為了有效地利用不斷創建的大量數據,管理人員面臨著必須將這些數據轉換成有用信息的艱巨任務。無論從實踐還是從研究的角度都越來越重視可操作的解決方案,一個完善的知識創造框架可以幫助管理者和研究人員將大數據轉化為有用的信息。本文將從實際教學經驗數據總結規律和特點,為實驗室的管理和實驗教學提供指導性數據[6-8]。

當前是大數據高速發展的時期,海量數據背后蘊含著大量有價值的信息,經過處理后的信息可以為生產、生活提供指導性的參考。河北農業大學計算機實驗教學中心,先后在西校區和東校區部署和實施了實驗室管理系統(LMS),除實現跨校區遠程管理等功能之外,對門禁和上機情況也進行了一定的數據積累,結合教務系統中的課程安排以及教師信息,中心運用大數據的相關理念,對本學期計算機實驗室運行情況進行了數據分析,并據此提出計算機實驗教學中心今后發展的相關建議。本文利用數據庫中集聚的“大數據”從不同角度進行了分析,整理成具有代表性時間段的數據分析(以月度和周次的上機量為分析的對象)。收集數據和分析數據均為本學期計算機實驗教學中心的整體運行數據[9-12]。

計算機實驗教學中心已成為具有實驗、實踐功能的綜合性教學基地(“雙實”教學基地),是我校開展創新和創業教育、引導學生創新思維、促進學生自主創業的重要實踐平臺。除日常教學工作外,計算機實驗教學中心還承擔著多項重要實驗、實訓任務,如承辦各類型多級別的國家等級考試、校內的無紙化在線考試、學科競賽、開放上機、師生培訓、校園開放日及多種教學活動等,并且非日常教學任務的服務人次占據了整體的1/5以上。

1 實驗室管理系統存在的問題

(1) 目前高校中很多業務軟件功能滯后,同一部門使用多個軟件商的不同系統。這些系統的操作方式和數據分屬于不同的軟件,降低了用戶的工作效率，增加了使用成本；

(2) 軟件商提供的系統一般多為通用型系統,對各所院校的個性化服務不易滿足；

(3) 院校在原有系統上進行定制開發新的系統,會面臨開發周期較長,費用較高的情況。

2 具備數據決策功能的實驗室管理系統設計

具備數據決策功能的高校計算機實驗教學管理系統,對系統運行中積累的大量教學數據進行采集、存儲與分析,為今后實驗室建設和課程建設提供指導性依據。

具備數據決策功能的高校計算機實驗教學管理系統包括如下幾部分(見圖1)。

圖1 具備數據決策功能的高校計算機實驗教學管理系統

(1) 數據采集模塊。用于采集系統運行中積累的各項教學數據,包括課程數據、教師信息、學生信息、上機信息、門禁刷卡信息等。

(2) 用戶接入界面模塊。用于系統用戶輸入分析條件。

(3) 數據決策模塊。包括接收單元、發送單元和決策單元,用于接收系統用戶輸入的分析條件,向數據庫發送分析條件,獲取滿足所述分析條件的第一數據,并對第一數據進行數據分析和數據決策,生成第一決策數據。其中,數據決策模塊與用戶接入界面模塊通過有線或無線連接。

(4) 數據庫。用于存儲所述數據采集模塊采集的教學數據以及向數據決策模塊發送滿足分析條件的第一數據,數據庫與所述數據決策模塊相連接。

(5) 信息傳送模塊。用于傳送數據采集模塊采集的教學數據到數據庫。

(6) 基礎信息設置模塊。用于設置包括學院、教師、班級和學生的基本信息,建立全校各個院系統一的基本數據,基礎信息設置模塊的輸出端與數據庫相連。

(7) 系統用戶管理模塊。用于管理系統用戶的賬號、角色和權限等信息,系統用戶管理模塊的輸出端與數據庫相連。

(8) 身份驗證模塊。用于依據系統用戶通過用戶終端輸入的識別碼,從數據庫中檢索出系統用戶所對應的使用權限。

(9) 智能門禁管理模塊。用于識別通行人員身份、實時采集實驗室每個門區的狀態、人員進出情況、在異常情況下實現報警、以及控制實驗室電鎖的開啟與關閉。

(10) 資產管理模塊。用于管理實驗室設備和低值品及耗材,資產管理模塊的輸出端與數據庫相連。

(11) 實驗室信息管理模塊。用于管理實驗室基本事務,包括實驗室、實驗分室、實驗用房、實驗人員隊伍、獲獎成果、實驗室建設。

(12) 實驗室開放管理模塊。系統用于提供給開放實驗室預約系統中各網絡終端裝置的用戶通過網絡來進行開放實驗室的預約使用操作或管理工作。

3 計算機實驗教學中心實驗室管理系統實例分析

(1) 整個實驗室管理平臺依托校園網絡,以學校實驗室使用的核心業務流程和重要管理事務為基礎,從實驗室的門戶網站建設、實驗室基礎信息管理到開放、創新實驗教學以及設備儀器、物資耗材管理,構建信息化管理平臺。

(2) 信息化管理平臺由實驗室門戶網站系統、實驗室綜合管理系統、開放實驗室管理系統、實驗室儀器設備管理系統、實驗室物資耗材管理系統、實驗室監控系統等多個子系統構成。數據決策功能的個性化服務系統用于幫助實驗室開放預約系統中各網絡終端裝置的用戶,通過網絡來進行開放實驗室的預約使用操作和/或管理工作。通過門戶網站,實現了多系統的統一認證登錄,將功能統一,提供一站式服務。

(3) 將系統運行中積累的大量教學運行數據,含課程數據、教師信息、學生信息、上機信息、門禁刷卡信息等,導入至數據決策系統中,將數據根據客戶需要進行有效處理,依據預定義的各種指標,進行可交互與可視化數據展示,來為今后實驗室建設和課程建設提供指導性依據。

該網站整合了預約上機、智能門禁、實驗室監控、數據決策子系統等功能,如圖2—圖5所示。

圖3 智能門禁系統界面與提供的服務

圖4 實驗室當前上課情況查看子系統頁面示例

4 具備數據決策功能的實驗室管理系統的應用效果

(1) 建立了數據決策系統,在原有多個系統上理順原有業務流程,整合不同系統的相關數據,形成中間數據庫,并對數據加以分析,直觀地展示部門整體運行情況,更符合基于數據的決策管理模式。

(2) 為不同系統對接實現集成化服務,通過將多個系統的業務整合在同一個頁面并統一身份認證,簡化了原來需要登錄不同系統,才能實現的業務流程,我們稱為一站式服務大廳,可大大減少各項業務的中間環節。

(3) 實驗室預約開放系統具有良好的開放性、擴展性和完善性的系統功能,能全面滿足對實驗室大量信息進行管理的需求。為學生、教師、管理員提供了通用的、友好的、易擴展的操作界面；教師可根據實際教學情況預約實驗室、查看預約結果；學生可預約實驗內容和時間并查詢實驗室教學安排。

圖5 運行數據搭建整合數據決策系統頁面示例

(4) 在設計數據決策系統時還考慮到可能出現的教師同時預約實驗室的情況,采用了預約時避免沖突、受理時解決沖突的機制,盡最大努力實現實驗室數據決策功能的優化配置。

(5) 管理系統具有網絡化、界面友好、操作簡單、功能強大、管理方便等優點,能夠完全按照用戶的需要,穩定、安全、快速地運行于校園局域網之上。可實現在校園網任何一個網絡節點,對全校區2000多臺設備,30個機房進行統一管理,并且操作簡單,具有很好的使用價值。