計算機實驗室智慧化管理服務系統構建研究

摘要：本文基于計算機網絡信息技術，利用分布式協同和集中式統籌的思想創新實驗室管理模式，提出B/S架構的計算機實驗室綜合管理平臺系統，引入圖形化操作界面，實現實驗業務的全面管理，提供高效準確的數據支撐，有效改善師生的實驗教學體驗，極大提升了實驗室管理效率。

關鍵詞：計算機實驗室；圖形化；智慧化；管理平臺

中圖分類號：G642" 文獻標識碼：A" 論文編號：1674-2117（2024）08-0105-04

計算機實驗室是學生開展各類課程和創新實踐的主要場所，計算機實驗教學已貫穿各類課程教學、實驗環節的全過程，承擔的教學、科研、創新實踐等任務幾乎覆蓋所有專業。[1]隨著高校教育信息化建設的不斷深入，校內高速網絡和無線全覆蓋等基礎設施建設基本完成。高校實驗室的規模不斷擴大，但實驗室管理中許多環節還停留于人工管理模式，信息化水平落后。因此，筆者設計了一套基于B/S模式的實驗室管理系統，應用于實驗室設備、場地以及教學的智能化、信息化管理，以提高實驗室管理的效率。

實驗室管理現狀

計算中心是筆者所在學校重要的公共基礎實驗平臺。例如，某校區的計算中心有計算機實驗室（機房）15間，共計1100臺計算機，除了為各學院的實驗教學和實驗創新提供環境以外，還需承擔學生每個學期的專業確認、網上選課服務和課外自主上機等任務。同時，它還要保障各類科技活動和競賽活動的實驗環境，以及各類社會培訓考試等重要對外服務工作。但筆者發現現有的實驗室管理方式存在以下不足[2-4]：

①系統互不兼容。缺乏集中統一的管理平臺，各校區實驗管理系統互不兼容，統計分析研究過程中無法綜合利用數據。

②管理模式落后。實驗室管理中許多環節還停留于人工管理模式，如實驗室預約需要任課教師到實驗室現場手工填寫，再由實驗室人員手工錄入系統，工作效率低且數據易出錯。

③信息化程度低。教師無法隨時查看自己的實驗安排計劃，無法隨時調整實驗安排計劃，無法了解實驗室容量大小以及軟件配置。學生自主實驗也受時間和空間的制約，無法按需開放，影響了實踐能力的提高。實驗室工作人員一旦對實驗室預約工作進行調整，也只能人工通知，這樣就容易出錯，影響教學秩序。

④智能化程度低。實驗課排課過程需要人工調整，無法自動編制，嚴重影響實驗室的工作效率。

⑤信息資源缺乏開放平臺。無法開放共享，缺乏有效信息手段對實驗教學資源進行收集、整理、存儲，實驗教學資源難以共建共享。

管理系統架構

1.分布式網絡架構

為實現實驗室運行狀況數字化管控、實驗室數字化預約，使學校各校區用戶獲得使用及管理服務，筆者采用了分布式網絡架構設計，如圖1所示。平臺綜合系統采用B/S架構，應用程序服務器為主服務器，負責處理所有的用戶請求、數據處理、日志和數據庫信息。與此同時，在三個校區分別配置備份服務器，其軟件功能和數據都與主服務器保持一致，通過校園專網內互聯互通。備份服務器通過定時備份的方式與主服務器的數據保持一致。用戶可以通過互聯網或校園網與應用平臺建立連接，并通過瀏覽器進行訪問使用。

2.模塊化體系架構

根據計算機實驗中心智慧管理服務建設需求，按照“數據采集→傳輸→處理”的思路，設計智慧管理服務建設框架（如圖2），該框架由基礎設施層、網絡傳輸層、應用服務層組成。

基礎設施層包括實驗教學設施與網絡設施兩大部分。實驗教學設施為實驗教學的順利開展提供保障；網絡設施是實驗室基礎設施聯通的基礎，根據實際需求設計布局。

網絡傳輸層的核心功能是提供網絡接入和數據傳輸，依靠基礎設施層為實驗室服務的正常開展提供保障。

應用服務層是智慧管理服務建設框架的核心部分，包括基礎服務和業務服務。基礎服務包含實驗室公告發布、信息服務平臺運行日志記錄，以及用戶管理、課程管理、學期設置等管理信息設置。業務服務提供多元化實驗教學相關服務，包括實驗預約、實驗準入、設備管控、運行管理以及報表統計等，以實現實驗教學數據采集與分析。

系統事務流程

實驗室的排課預約管理流程如下頁圖3所示，具體分為四個步驟。

①排課開放前，實驗室管理人員從管理端預先進行初始設置，包括設置學期起止時間、節假日占用、機房設備更新、安裝軟件更新等信息。同時，連接教務系統，導入本學期課程列表，獲取課程安排信息；更新學生和教師等人員信息；連接校園一卡通系統，更新校園卡信息。

②用戶從用戶端進入預約界面，教師可以切換不同的課程以實現實驗室預約。每一課程在預約實驗前必須導入學生名單，并創建每次實驗項目內容，才能進入預約狀態，管理端根據教師填寫內容可自動生成該學期的實驗授課計劃表。

③實驗室預約方式分為圖形化預約和條件篩選預約兩種方式。圖形化預約可以通過圖形方式直觀地查看機房預約情況，選擇空閑機房直接預約。條件篩選預約方式適合批量操作，先選定時間、合適的機房（綜合考慮機位數和安裝軟件等因素），然后查詢匹配情況，條件無法滿足的預約操作被單獨列出，預約者與實驗室管理者都可以通過修改時間或者更換教室進行調整。

④根據預約情況，實驗室管理人員在管理端可以進行預約的新增、修改和刪除管理，同時，實現機房使用情況、各學院實驗安排情況、年度實驗項目匯總等數據的綜合統計以及分析。

系統控制管理

1.智能登錄控制

控制方式分四種，一是課表控制，根據系統內已導入的課表，結合師生身份信息，根據輸入學工號和密碼，實現機器登錄控制，非課表內師生無法實現開機。二是根據開放預約信息，結合人員身份信息認證控制，非預約人員，無法登錄系統。三是刷卡控制，針對學生個人上機，通過學校IC卡刷卡的方式進行人員身份認證。四是免登錄控制，用于處理異常情況，如斷網自動啟動免登錄模式，確保上課秩序的正常進行。

2.設備運行控制

設備運行實現遠程控制，包括設備運行狀態查詢，IP地址查詢，Mac地址查詢，遠程開機、關機、重啟、鎖定以及U盤禁用控制等。智能化信息化管理模式的應用，減少了設備管理人員的工作量，極大地提高了計算機實驗室機器設備的運行效率。

3.上網監控控制

根據教學需要，尤其是在實驗場地用于通關考試、ACM競賽使用時，需要對網絡訪問進行限制。系統通過網址管理，實現對實驗室機器的上網監控、上網記錄查詢等功能。

綜合管理平臺

1.預約管理模塊

該模塊包括對實驗室預約情況查詢、新增、修改和刪除功能。實驗室預約采取用戶在線提交，教室預約的課程可以通過圖像化展示生成當日課表和周課表，使管理人員能實時掌握實驗室排課情況，同時提供了增加臨時預約、修改實驗時間、調換實驗教室、添加學生名單等預約運行管理功能。上頁圖4、圖5分別展示了圖形化預約和條件篩選預約的兩個不同界面。

2.設備管理模塊

該模塊包括設備運行狀態查詢、設備的遠程控制（如開機、關機、重啟及鎖定等），還包含了對實驗室的上網監控、系統監控、上網記錄查詢等功能。

3.管理設置模塊

該模塊包括校區管理、樓宇管理、教學軟件管理、機房管理、學期管理、作息時間管理、預約規則管理和用戶管理，并提供了用戶權限設置、用戶添加、修改，操作日志查詢，機房和機器的分類、添加、修改和刪除，門禁設置，監控設置等多種管理功能。

4.統計分析模塊

該模塊包括與實驗安排、課程管理和設備管理模塊相關的多種信息統計報表，如實驗教學服務管理數據、實驗設備運行管理數據、實驗教學軟件運行數據及實驗教學運行數據等，為各學院實驗上機機時統計分析、實驗教學基本狀態分析、設備運維基本情況分析、實驗室開放度分析和教學軟件利用率分析提供了便利。

結語

計算機實驗室智慧化管理服務系統已在筆者所在學校的實驗中心各個機房上線試運行，并進行在線調試和維護。實驗室全部進行在線預約登記及運行管理，感知實驗室數據信息，融合實驗室管理業務流程，通過數據的可視化帶動管理精細化，實現計算機實驗室的多維服務。并從使用數據來看，系統運行穩定，從低效的管理方式向智慧化信息化的管理方式轉換，打造了宜學易管的實驗實踐空間。

參考文獻：

[1]李居英，李欣，田鐵強，等.高校計算機實驗室科學規劃建設體系分析探索與實踐[J].實驗技術與管理，2020，37（01）：253-256.

[2]胡國強，楊彥榮.智慧教育背景下高校智慧實驗室的構建與研究[J].實驗技術與管理，2021，38（03）：283-287.

[3]夏春琴，劉芫健.基于信息化平臺建設的高校實驗室管理系統[J].實驗室研究與探索，2020，39（11）：251-254+289.

[4]謝添德，徐守萍.大數據促實驗教學智慧管理服務研究與實踐[J].實驗室研究與探索，2020，39（06）：138-143+165.

作者簡介：盧瑾（1982－），女，漢族，浙江溫嶺人，博士，高級實驗師，研究方向為實驗室管理與建設。

基金項目：浙江省高校實驗室工作研究項目（YB202243）。