基于校園網的開放實驗室管理系統的設計

摘要：開放式實驗室管理系統是實現數字化校園建設的重要組成部分。傳統實驗室管理機制無法滿足當前對實驗室信息化管理的要求，因此需要一種基于校園網的開放實驗室管理系統，以提高效益并降低成本。本文介紹了該系統的總體結構設計和主要功能模塊，并選擇了門禁動態控制和智能刷卡控制終端相結合的方式來實現該系統。通過測試環境的搭建和相應的測試，驗證了該系統的性能和可靠性。結果表明，該系統能夠滿足開放實驗室管理的需求。

關鍵詞：管理系統；系統設計；校園網；開放實驗室；B/S結構

高等學校信息化發展對于開放實驗室的要求日益重要。在教學、科研和教育過程中，開放實驗室扮演著重要的角色。隨著校園網的建設，許多高校已經開始實施開放實驗室，并利用校園網為實驗室管理提供了新的平臺，實驗設備得到充分的應用。然而，當前高校開放實驗室仍面臨預約人數過多和人工管理等問題。為了解決這些問題，迫切需要建立一種新的開放實驗室管理系統。因此，本文以B/S結構為基礎，設計并開發了基于校園網的開放實驗室管理系統。該系統的設計徹底改變了傳統實驗室管理方式，解決了實驗設備不足和實驗室需預約等問題。通過這個系統，實驗室的應用效率得到了顯著提高，實驗設備資源也得到了有效共享[1]。開發實驗室管理系統對于高校實驗室的管理應用具有重要意義。教師和學生可以更輕松地預約實驗室，同時實驗設備的利用率也得到了提高。此外，該系統的設計符合當前數字化校園建設的需要，使實驗室管理更加高效和便捷。

一、開放實驗室管理系統設計需求分析

本系統基于校園網和校園一卡通系統的銜接，實現了開放實驗室的管理功能。它利用校園網提供的網絡通信基礎，可以進行實驗室預約、實驗設備資源管理、生成不同類型的報表、記錄實驗數據以及設置實驗室權限等功能。為了進一步滿足用戶需求和加強實驗室資源的應用，該系統還設計了實驗項目申報功能。用戶可以自主申報實驗項目并設計實驗步驟，在完成項目申報后即可進行相應的實驗操作。通過這樣的設計，本系統提供了更便捷、自主的實驗室管理方案[2]。

二、基于校園網的開放實驗室管理系統總體設計研究

（一）系統總體架構設計

基于校園網的開放實驗室管理系統設計選擇了B/S結構模式和Web技術。該系統通過瀏覽器，讓實驗室管理人員、教師、學校領導和學生等用戶能夠直接管理、查詢和維護系統中的不同類型信息，從而提高系統的靈活性和易用性。用戶無需安裝額外軟件，隨時隨地通過瀏覽器訪問系統，便捷地進行實驗室管理操作。這樣的設計符合用戶需求，同時提供了良好的用戶體驗[3]。

校園網的開放實驗室管理系統采用了分布式架構設計，將系統劃分為數據庫管理層、業務層和應用層三個層次，以實現數據的分散保存和負荷的分擔。由于每個實驗室中的數據分散保存，對每個實驗室的應用程序管理器的負荷并不高，所以并不需要特別關注系統的負荷平衡和容錯能力。此外，為了簡化系統架構，還將數據庫和應用程序管理器部署在相同的管理設備中。具體基于校園網的開放實驗室管理系統的總體框架設計如圖1所示。

（二）系統主要功能模塊設計

針對實驗室管理系統的主要功能模塊設計可以分為7種：注冊功能模塊、用戶及權限管理模塊、實驗室項目管理模塊、系統管理模塊、實驗室管理模塊、實驗室預約模塊以及數據庫等，具體功能模塊架構設計如圖2所示。

1.注冊功能模塊

該模塊的設計主要涉及教師和學生的身份認證。教師和學生可以使用自己注冊成功的賬號和密碼，在Web瀏覽器上直接登錄到系統。登錄后，根據實驗項目的需求，他們可以選擇相應的實驗內容并預約實驗時間。預約成功后，他們需要按時在實驗室完成相關實驗項目。

2.系統管理模塊

在完成此模塊的設計后，系統管理員將能夠編輯每個用戶的信息。此外，管理員還可以管理實驗室項目，包括實驗室信息的維護、項目情況的介紹、實驗安排的制定以及不同實驗項目在評分中所占的比例的管理。管理員可以根據需要對實驗室和項目進行更新和調整，以確保系統的管理和運行效率。

3.實驗室設備管理模塊

實驗室管理模塊是指對實驗室內儀器設備進行申請購置、使用和報廢等過程的管理。該模塊涵蓋設備入庫等級、設備報廢、設備安全自檢和設備維修等功能。在開放實驗室管理中，由于學生的自主性和流動性較大，同一班級的學生可能選擇不同的課程，因此采用開放實驗室管理可以讓學生根據自身情況選擇合適的時間完成不同的實驗項目。此外，實驗室設備管理模塊的設計還包括對不同實驗儀器的出入庫管理以及設備故障的維修養護記錄等管理。用戶進入實驗室后，需要對所借用的設備進行登記，以便后續查找。當實驗室中的設備更換時，需要及時更新系統中的設備信息[4]。

4.實驗室預約模塊

首先，開放實驗室分為實驗室工位開放與實驗室預約兩種。管理員可以通過實驗室預約功能對實驗室的開放進行配置。該功能需要考慮開放時間與實驗教學時間的安排，以便進行實驗室的預約。教師與學生可以通過系統選擇空閑的實驗室進行預約，并提交相應的申請。實驗室負責人審批后，申請即可生效。此外，實驗室工位開放是根據實驗室的工位數向全校的師生開放。用戶可以根據系統的時間節點選擇具體時間段內的空閑工位進行預約。在工位富余的情況下，用戶可以重復預約同一時間段的實驗工位。此外，為了滿足開放性實驗的需求，用戶還可以利用校園網通過網絡進行實驗預約，方便系統對校園卡權限進行重新配置。這樣，用戶就可以通過網絡輕松地預約實驗室工位。總之，通過實驗室預約功能實現實驗室的管理和配置，能夠提高實驗室的使用效率和管理效果。

5.用戶及權限管理模塊

在基于校園網的開放實驗室管理系統中，用戶及權限管理模塊的設計非常重要，它包括對用戶和不同類型實驗設備的管理。由于各單位對開放實驗室管理方式的不同，因此在用戶的權限配置方面也有所不同。為實現這一目的，可以從操作權限設計和數據權限設計兩個方面進行考慮。首先，操作權限設計主要用于配置管理系統各個功能模塊的操作權限。可以分配給某個功能模塊相應的操作權限，或者實現對功能模塊進行增加、刪除和修改等處理功能。系統中的用戶角色包括實驗人員、系統管理人員、學校領導、職能部門、學生和教師等，每個角色都有不同的權限。最高權限的管理人員可以根據不同用戶角色進行權限賦予。其次，數據權限設計主要是指用戶所能夠操作的數據范圍權限。例如，實驗室的教師只能擁有本實驗室的數據權限，但基于管理需求，還可以賦予他們其他學院的相關數據權限[5-7]。這樣可以實現數據的共享和跨學科合作。

6.實驗室管理模塊

實驗室管理模塊的設計包括實驗信息統計、實驗運行管理與安排、實驗記錄查詢等功能。對于實驗運行安全功能，實驗室管理人員可以通過實驗室管理系統界面對實驗室進行管理，并分配空閑實驗室。用戶可以通過校園網結合系統，查看自己申請實驗室的結果和具體安排。

實驗室運行狀態功能實現了對實驗室的實時監測，包括學生、教師和項目等在各個實驗室分室中的配備情況。查詢功能允許根據專業、實驗分室、課程名稱或指導教師等條件查詢所需的實驗記錄。通過查詢結果，可以進一步檢索某個學期或學年的不同專業課程和實驗室的實驗項目完成情況，為后續的教學管理提供依據。實驗室信息統計功能按學期對總實驗學時、開放實驗室的人數和時間等進行分類和統計，以提供學校對實驗室作業的全面了解和依據[8]。

（三）數據庫設計

以校園網為網絡設計的開放實驗室管理系統的數據庫見表1所示。

三、系統測試分析

（一）測試環境開發部署

為了進一步驗證校園網開放實驗室管理系統的可行性，本文選擇對系統的安全性和性能進行測試。首先，該管理系統可以與校園網進行集成，實現隨意訪問和共享數據的對接。通過校園網集成平臺，可以將其他系統的基礎數據與平臺數據進行對接，從而方便用戶在瀏覽器上進行操作。同時，該系統還能將實驗室的業務流程移植到系統中，為教師的工作提供便利。具體的系統運行測試環境搭建請參考表2。測試服務器采用32G內存、雙CPU、Windows10系統。

（二）性能測試

為了驗證本實驗室管理系統的設計能夠滿足實際需求和規格定義，需要進行系統測試。測試的重點是對系統的各項功能進行驗證，并發現不符合規格定義和實際需求的問題，并提供相應的改進方案。這次測試選擇使用了Google的Web應用測試插件進行初步的功能測試。同時，還使用來主流瀏覽器進行對比測試。通過Google的頁面性能監測，全面了解Web應用的請求、時間線、遠程IP、數據大小和域名等信息。初步測試結果表明，該系統的運行情況良好，其功能和性能都達到了設計要求，并且保障了系統的安全性。通過測試過程中的發現和分析，提供改進方案，進一步完善系統的性能和功能。

四、結束語

綜上所述，本文提出的校園開放實驗室管理系統充分滿足了學校開放實驗室管理的實際需求。該系統改變了傳統的人工管理方式，實現了校園實驗室管理的智能化和信息化，從而促進了校園開放實驗室的教學水平和效率的提升。同時，在系統設計方面，選擇了B/S結構，并設計了實驗室教學管理模塊、實驗室信息管理模塊以及報表統計模塊等功能模塊。這些模塊能夠有效支持開放實驗室的管理任務。經過測試和分析，驗證了該系統在實際應用過程中能夠提高開放實驗室管理效率并降低管理成本。同時，用戶的負擔也得到了一定程度的減輕。

作者單位：趙惠 金肯職業技術學院

參? 考? 文? 獻

[1]黃孝新，蔡運記，劉念.高校實驗室管理系統的功能分析與設計[J].電腦知識與技術，2022，18（34）：42-44.

[2]張琴.高校實驗室信息管理系統的設計與實現[J].中國信息化，2022（12）：107-108.

[3]王中華.基于J2EE的開放實驗室管理系統[D].陜西：西安電子科技大學，2021.

[4]閆鴻英.基于RFID的實驗室設備管理系統的設計與研究[D].北京：北京化工大學，2021.

[5]唐宇.基于云桌面技術的高校開放實驗室信息管理系統設計[J].寧夏師范學院學報，2021，42（10）：90-97.

[6]朱俊杰，李勇，鄭志安，等.基于信息深度融合的智慧型實驗室管理系統[J].實驗室研究與探索， 2021，40（11）：228-232.

[7]楊晶晶.基于Zig bee和RFID技術的實驗室管理系統的設計與實現[J].科學與信息化，2021（6）：166.

[8]吳荻，張軍，周海芳，等.高校實驗室綜合信息管理系統的設計與實現[J].實驗室研究與探索，2021，40（10）： 266-268，284.