高校开放式实验室管理系统平台的设计与开发
李志河++王佳
摘要：随着网络的发展，现在高校实验室管理方式落后的问题，已经给学生的学习带来了很多的不便。为了提高高校实验室资源的利用率，方便管理者的管理，同时也能提高学生的动手能力，本文针对传统实验室管理的特点和不足进行了需求分析，搭建了网站系统的整体框架。本系统在某省级实验教学示范中心应用过程中为师生提供了资源共享、实验预约、成绩查询以及师生在线交流等功能，同时还为实验室管理者提供了安全自检、耗材申请等功能。本系统有效地改善了实验教学的管理方法，提高了管理效率，提升了教学质量和资源的利用率。
关键词：开放式；实验室管理；系统平台
中图分类号：TP315
文献标志码：A
文章编号：1673-8454（2015）07-0056-04
在当今社会中，培养学生的创造性思维和创新能力变得尤为重要，能让学生在宽松的环境中获取知识，给学生提供动手实践操作的机会，实验室做实验是最有效的教学方式之一。但是，目前高校实验室仍存在一些缺陷，如实验室的工作仍然采用书面和人工管理的方式，工作繁琐，效率低下；对学生的实验信息、课程信息还有设备信息等不能有机地结合起来，在这些信息的收集和管理过程中各项活动都是独立分散的，导致实验室及设备的利用率低下。为了保证信息的快速查询和更新、实验设备管理的有条不紊，使管理人员的工作量和管理难度降低，并且准确地掌握实验设备、实验室和设施的使用情况，从而不影响实验教学、设备的使用，设计和开发一款开放式实验室管理系统平台，来实现实验室的开放式、现代化、集中化和网络化，提高管理效率，节约人力和时间，实现资源的共享与开放，给学生更多的实验空间和时间很有必要。
一、系统的开放性
高校开放式实验室管理系统平台的开放性特征主要有：系统平台的开放性、实验室的开放性、实验设备的开放管理。
1.系统平台的开放性
该系统关键的一项特征是体现它的开放性，使实验室在无人看管的情况下可以实行全天制的开放工作，学生可以在系统上进行在线课程选修，教师和学生还可以随时进行在线交流，可以随时得知实验室及设备的使用信息，然后进行实验室和设备的预约与借还。教师还可以通过系统直接上传课程中所用的资料供学生下载，并对学生提交的作业进行批改。学生通过该系统除下载资料外，还可以随时了解一些最新动态、上交作业、查询成绩等。系统管理员和实验室的负责人可以随时观看和控制实验室及其相关操作，查看实验室的运作情况和了解正在做实验的学生的信息。这样做在很大程度上不但节约了时间而且提高了工作效率。
2.实验室的开放性
学校为鼓励和支持学生做实验，在保障实验教学正常运行的前提下，为学生定时开放实验室，学生可在实验室开放规定的时间内，自由选择时间凭有效证件到实验室做实验。学生也可以先在网上进行实验室预约，预约成功后，凭有效证件在规定的时间内进入实验室完成实验。实验室开放后，学生的自主性和流动性也增强了，不同班级的学生可以选择同一门课程，反之，同一个班级的学生也可以选择不同的课程，并且上课时间和地点也可以不一样，学生可以根据自己的情况选择时间去做不同的实验。
3.实验室设备的开放管理
为了最大限度地提高设备利用率，使学生能更加方便地使用设备，对部分可移动设备包括摄像机、照相机、笔记本电脑等，在首先满足教学情况下，为学生的一些实践活动及教师的科研提供开放性服务。在管理平台上开设实验设备预约，在实验中心也专门开设一个设备出借室，将所有的设备集中归类管理，工作人员全天值班，在平台上随时更新设备信息，学生在借用时可先在平台上查询设备是否在设备中心、何时自己可以去借用等相关信息，然后通过网上预约后拿自己的有效证件去借用设备，还可以在实验室平台上延长借用时间。这样很好地实现了实验室开放的网络预约、审核及登记功能，以及设备网络查询、借用申请及审核过程，实现了教学资源的开放，简化了实验室审批手续和设备借用流程，提高了实验室的规模效益和设备使用率，有效提升了实验室设备整体使用效能。
二、系统需求分析
需求分析的目标是建立可理解的现实世界模型，其主要任务是明确系统要完成的功能。所以通过对某省级实验教学示范中心的有关调研和与其相关人员进行交流后，得出开放式实验室系统在功能上需要满足的条件如下：（1）该系统使用对象是高校的学生、教师、实验室工作人员、实验室负责人和系统管理员，这些用户在进行相应的操作时，都要通过正确合法登录的身份验证才能进行。（2）实验室负责人的主要任务是统筹全局将学校下达的实验课程任务进行选择和安排。实验室工作人员主要是查看分工、开关电源、卫生检查、安全检查、仪器管理等。系统管理员主要针对系统进行管理、维护，设置登录权限等。（3）在任何有网络的地方不管是学生、教师还是管理员负责人等都可以浏览网站上的信息，并且还可以通过合法的登录来进行成绩查询、实验预约、耗材申请等。学生主要是进行选课、实验预约、查看网站信息、填写和提交实验报告、查询实验成绩、借还设备、资源的下载等。教师主要是上传资源、批阅实验报告成绩、成绩管理、课程设置、消息通知、学生分组、实验预约等。
下面是该系统的总体模块用例图，通过用例图1可以更清楚地知道各模块之间的关联程度，便于系统的建模。我们还可以清楚地了解到该系统中所涉及的任务角色以及他们所对应的功能。
三、系统框架与功能模块设计
开放式实验室管理系统平台的开发和设计目的是为了提高实验室的利用率，使实验室和实验设备都能得到很好的利用，避免造成投入大于收益。它利用现代的网络信息环境，不但为学校的实验室管理提供了一种有效快捷的管理方式，也为学生和教师提供了一个能很好实现自主学习和资源共享的环境。为高校教师和学生在实施科研和实验的道路上提供了便捷的服务、优良的环境和设备。该系统分为六大模块，通过图2总体模块图我们可以清晰地知道它们分别是：信息管理模块、教学管理模块、设备管理模块、系统管理模块、实验管理模块和帮助中心。在每个大的模块下面都有一些小的模块。
1.教学管理
教学管理主要针对学校实验教学方面的工作，包括成绩查询、实验报告、实验课程、在线交流和资源共享。在本系统中教师通过平台发布了本学期的课程信息后，学生在规定的时间内选取课程，最后系统对学生的选课情况进行统计并安排好实验室，学生通过系统查看实验室安排，按时进行实验。在选课规定的时间内学生可以对自己所选的课程进行修改，选课结束后还可以随时查看。实验报告是在一次实验课程结束之后，教师将上传实验报告格式，学生填写并上传，教师评阅在给出成绩的同时筛选出一些好的作业发布在此系统中并且上传一些资源，供学生参考。课后学生可以查询自己的成绩，下载和阅览这些资料，也可以通过资源共享平台上传一些资料，从而达到资源共享的效果。在线交流是供学生和教师进行讨论和交流，使遇到的问题得到快速的解决。其结构流程如图3所示。
2.实验管理
实验管理主要是对该校所开设的实验课以及一些与实验相关工作的管理，它包括实验室的卫生检查、课程管理、实验安排、实验预约。卫生检查主要是实验室工作人员通过平台查看自己负责的实验室，打扫和检查实验室的卫生情况。实验课程是对本校所有开设的实验课程进行管理，其中还包括一些要完成科研活动所申请的实验室。实验安排就是根据课程管理的结果对所要参加实验的课程进行管理，为它们分配和调节实验室，还有就是根据学校的时间设置以及学生教师的实验预约来安排实验。实验查询是教师和学生可以通过平台查询自己所要进行实验的实验室目前的情况，然后根据自己的时间进行实验预约。实验预约是学生和教师通过实验查询后来实现在线的实验室的预约，并且在预约的时间范围内，通过自己的有效证件去实验室进行实验。
3.系统管理
系统管理面向的对象是系统管理员，主要工作就是对该系统的管理和维护，包括用户管理、数据库备份、数据库还原。用户的管理主要是对登录该系统的用户进行管理，在高校主要的人群是学生、教师、实验室工作人员和实验室的负责人，主要对这些人群的信息进行保护并且还可以增、删、改、查等。对数据库进行备份主要是为了防止系统发生意外造成文件丢失，还有就是方便以后学生对成绩的查看。数据库还原是当系统出现故障时，进行数据的还原。
4.设备管理
设备管理主要是对实验室里的实验设备进行管理和维护。它包括设备简介、设备新增、设备删除、设备查询、设备预约、设备借还、设备报修、报修处理、安全自检和耗材申请。设备的简介主要是对实验设备的一些基本信息进行介绍，包括它的用途、功能、如何使用等，还有一些视频介绍设备的用法，供使用者查看。在此模块中还会详细实时地更新设备的新增与删除情况，清晰地呈现出设备目前的一些状况。学生可以通过查询设备信息来进行设备的预约。设备的报修是由实验室工作人员来进行的，他们在发现某个实验设备出现问题时，可以通过在线申请进行报修，还可以查看针对实验室工作人员提交的设备报修进行处理的过程。实验室工作人员可以基于实验室设备不定时的安全自检，来确保设备达到很好的供应，还可以对设备在使用过程中的一些耗损情况进行申请。其结构流程如图4所示。
5.信息管理
信息管理工作主要是由系统管理员进行的，在这个过程中实验室负责人起到监督的作用。它包括中心简介、信息公告、师资力量、科研活动、科研成果、规章制度和失物招领。中心简介是介绍实验室的一些基本的信息。信息公告是对学校最新消息的公布，例如某某实验室要进行调课、节假日期间实验室进行维护、不能进行实验等。师资力量是对实验室教师和工作人员的一个简介。科研活动是介绍本实验室要举行的一些活动及内容介绍。科研成果指本校近年来的一些成果荣誉等。还有一些规章制度是为了方便工作人员管理实验室。在本模块中还有一些视频与图片的提供，供师生了解和查看。失物招领是工作人员在打扫过程中发现学生拉下的东西，进行公布，方便学生寻找。
6.帮助中心
帮助中心包括系统指导和关于我们。设置该模块的主要目的一是帮助那些在使用和操作过程中有困难的人群，系统指导中会提供一些使用说明和流程图；二是在使用者在使用本系统的过程中如果有什么好的意见或建议可以通过在线留言的方式和我们联系，或者是系统出现了一些我们没有发现的问题可以及时反馈给我们，以确保系统有效快捷运行。
四、系统的测试与应用
在所有软件开发的过程中，对系统进行测试是非常重要的，在测试过程中分功能测试和性能测试，下面就针对本系统对其重要的测试用例进行论述。
功能测试主要是针对系统提供的各种功能进行测试，其目的是看这些功能是否正常工作、是否满足用户的需求、是否采取了正确的方式。在本系统中，我主要以实验预约为例来说明本系统测试用例设计的过程。
表1所示为实验预约的测试用例，通过该用例，可以测试出系统预约功能的正确性。为实验室管理人员、教师和学生等提供更便捷的服务。
五、结束语
开放式实验室管理系统是将教学、实验室、学生、教师、设备很好结合起来的一种全新的实验室管理模式，也是现代信息发展的必然产物，与传统的实验教学相比，开放式实验室具有很多优点，它突破了传统教学模式在时间和空间上的限制，大大提高了高校学生在实验中的积极性、主动性，使教学质量得到了很大提高，也使实验室的设备得到了很好的利用。
摘要：随着网络的发展，现在高校实验室管理方式落后的问题，已经给学生的学习带来了很多的不便。为了提高高校实验室资源的利用率，方便管理者的管理，同时也能提高学生的动手能力，本文针对传统实验室管理的特点和不足进行了需求分析，搭建了网站系统的整体框架。本系统在某省级实验教学示范中心应用过程中为师生提供了资源共享、实验预约、成绩查询以及师生在线交流等功能，同时还为实验室管理者提供了安全自检、耗材申请等功能。本系统有效地改善了实验教学的管理方法，提高了管理效率，提升了教学质量和资源的利用率。
关键词：开放式；实验室管理；系统平台
中图分类号：TP315
文献标志码：A
文章编号：1673-8454（2015）07-0056-04
在当今社会中，培养学生的创造性思维和创新能力变得尤为重要，能让学生在宽松的环境中获取知识，给学生提供动手实践操作的机会，实验室做实验是最有效的教学方式之一。但是，目前高校实验室仍存在一些缺陷，如实验室的工作仍然采用书面和人工管理的方式，工作繁琐，效率低下；对学生的实验信息、课程信息还有设备信息等不能有机地结合起来，在这些信息的收集和管理过程中各项活动都是独立分散的，导致实验室及设备的利用率低下。为了保证信息的快速查询和更新、实验设备管理的有条不紊，使管理人员的工作量和管理难度降低，并且准确地掌握实验设备、实验室和设施的使用情况，从而不影响实验教学、设备的使用，设计和开发一款开放式实验室管理系统平台，来实现实验室的开放式、现代化、集中化和网络化，提高管理效率，节约人力和时间，实现资源的共享与开放，给学生更多的实验空间和时间很有必要。
一、系统的开放性
高校开放式实验室管理系统平台的开放性特征主要有：系统平台的开放性、实验室的开放性、实验设备的开放管理。
1.系统平台的开放性
该系统关键的一项特征是体现它的开放性，使实验室在无人看管的情况下可以实行全天制的开放工作，学生可以在系统上进行在线课程选修，教师和学生还可以随时进行在线交流，可以随时得知实验室及设备的使用信息，然后进行实验室和设备的预约与借还。教师还可以通过系统直接上传课程中所用的资料供学生下载，并对学生提交的作业进行批改。学生通过该系统除下载资料外，还可以随时了解一些最新动态、上交作业、查询成绩等。系统管理员和实验室的负责人可以随时观看和控制实验室及其相关操作，查看实验室的运作情况和了解正在做实验的学生的信息。这样做在很大程度上不但节约了时间而且提高了工作效率。
2.实验室的开放性
学校为鼓励和支持学生做实验，在保障实验教学正常运行的前提下，为学生定时开放实验室，学生可在实验室开放规定的时间内，自由选择时间凭有效证件到实验室做实验。学生也可以先在网上进行实验室预约，预约成功后，凭有效证件在规定的时间内进入实验室完成实验。实验室开放后，学生的自主性和流动性也增强了，不同班级的学生可以选择同一门课程，反之，同一个班级的学生也可以选择不同的课程，并且上课时间和地点也可以不一样，学生可以根据自己的情况选择时间去做不同的实验。
3.实验室设备的开放管理
为了最大限度地提高设备利用率，使学生能更加方便地使用设备，对部分可移动设备包括摄像机、照相机、笔记本电脑等，在首先满足教学情况下，为学生的一些实践活动及教师的科研提供开放性服务。在管理平台上开设实验设备预约，在实验中心也专门开设一个设备出借室，将所有的设备集中归类管理，工作人员全天值班，在平台上随时更新设备信息，学生在借用时可先在平台上查询设备是否在设备中心、何时自己可以去借用等相关信息，然后通过网上预约后拿自己的有效证件去借用设备，还可以在实验室平台上延长借用时间。这样很好地实现了实验室开放的网络预约、审核及登记功能，以及设备网络查询、借用申请及审核过程，实现了教学资源的开放，简化了实验室审批手续和设备借用流程，提高了实验室的规模效益和设备使用率，有效提升了实验室设备整体使用效能。
二、系统需求分析
需求分析的目标是建立可理解的现实世界模型，其主要任务是明确系统要完成的功能。所以通过对某省级实验教学示范中心的有关调研和与其相关人员进行交流后，得出开放式实验室系统在功能上需要满足的条件如下：（1）该系统使用对象是高校的学生、教师、实验室工作人员、实验室负责人和系统管理员，这些用户在进行相应的操作时，都要通过正确合法登录的身份验证才能进行。（2）实验室负责人的主要任务是统筹全局将学校下达的实验课程任务进行选择和安排。实验室工作人员主要是查看分工、开关电源、卫生检查、安全检查、仪器管理等。系统管理员主要针对系统进行管理、维护，设置登录权限等。（3）在任何有网络的地方不管是学生、教师还是管理员负责人等都可以浏览网站上的信息，并且还可以通过合法的登录来进行成绩查询、实验预约、耗材申请等。学生主要是进行选课、实验预约、查看网站信息、填写和提交实验报告、查询实验成绩、借还设备、资源的下载等。教师主要是上传资源、批阅实验报告成绩、成绩管理、课程设置、消息通知、学生分组、实验预约等。
下面是该系统的总体模块用例图，通过用例图1可以更清楚地知道各模块之间的关联程度，便于系统的建模。我们还可以清楚地了解到该系统中所涉及的任务角色以及他们所对应的功能。
三、系统框架与功能模块设计
开放式实验室管理系统平台的开发和设计目的是为了提高实验室的利用率，使实验室和实验设备都能得到很好的利用，避免造成投入大于收益。它利用现代的网络信息环境，不但为学校的实验室管理提供了一种有效快捷的管理方式，也为学生和教师提供了一个能很好实现自主学习和资源共享的环境。为高校教师和学生在实施科研和实验的道路上提供了便捷的服务、优良的环境和设备。该系统分为六大模块，通过图2总体模块图我们可以清晰地知道它们分别是：信息管理模块、教学管理模块、设备管理模块、系统管理模块、实验管理模块和帮助中心。在每个大的模块下面都有一些小的模块。
1.教学管理
教学管理主要针对学校实验教学方面的工作，包括成绩查询、实验报告、实验课程、在线交流和资源共享。在本系统中教师通过平台发布了本学期的课程信息后，学生在规定的时间内选取课程，最后系统对学生的选课情况进行统计并安排好实验室，学生通过系统查看实验室安排，按时进行实验。在选课规定的时间内学生可以对自己所选的课程进行修改，选课结束后还可以随时查看。实验报告是在一次实验课程结束之后，教师将上传实验报告格式，学生填写并上传，教师评阅在给出成绩的同时筛选出一些好的作业发布在此系统中并且上传一些资源，供学生参考。课后学生可以查询自己的成绩，下载和阅览这些资料，也可以通过资源共享平台上传一些资料，从而达到资源共享的效果。在线交流是供学生和教师进行讨论和交流，使遇到的问题得到快速的解决。其结构流程如图3所示。
2.实验管理
实验管理主要是对该校所开设的实验课以及一些与实验相关工作的管理，它包括实验室的卫生检查、课程管理、实验安排、实验预约。卫生检查主要是实验室工作人员通过平台查看自己负责的实验室，打扫和检查实验室的卫生情况。实验课程是对本校所有开设的实验课程进行管理，其中还包括一些要完成科研活动所申请的实验室。实验安排就是根据课程管理的结果对所要参加实验的课程进行管理，为它们分配和调节实验室，还有就是根据学校的时间设置以及学生教师的实验预约来安排实验。实验查询是教师和学生可以通过平台查询自己所要进行实验的实验室目前的情况，然后根据自己的时间进行实验预约。实验预约是学生和教师通过实验查询后来实现在线的实验室的预约，并且在预约的时间范围内，通过自己的有效证件去实验室进行实验。
3.系统管理
系统管理面向的对象是系统管理员，主要工作就是对该系统的管理和维护，包括用户管理、数据库备份、数据库还原。用户的管理主要是对登录该系统的用户进行管理，在高校主要的人群是学生、教师、实验室工作人员和实验室的负责人，主要对这些人群的信息进行保护并且还可以增、删、改、查等。对数据库进行备份主要是为了防止系统发生意外造成文件丢失，还有就是方便以后学生对成绩的查看。数据库还原是当系统出现故障时，进行数据的还原。
4.设备管理
设备管理主要是对实验室里的实验设备进行管理和维护。它包括设备简介、设备新增、设备删除、设备查询、设备预约、设备借还、设备报修、报修处理、安全自检和耗材申请。设备的简介主要是对实验设备的一些基本信息进行介绍，包括它的用途、功能、如何使用等，还有一些视频介绍设备的用法，供使用者查看。在此模块中还会详细实时地更新设备的新增与删除情况，清晰地呈现出设备目前的一些状况。学生可以通过查询设备信息来进行设备的预约。设备的报修是由实验室工作人员来进行的，他们在发现某个实验设备出现问题时，可以通过在线申请进行报修，还可以查看针对实验室工作人员提交的设备报修进行处理的过程。实验室工作人员可以基于实验室设备不定时的安全自检，来确保设备达到很好的供应，还可以对设备在使用过程中的一些耗损情况进行申请。其结构流程如图4所示。
5.信息管理
信息管理工作主要是由系统管理员进行的，在这个过程中实验室负责人起到监督的作用。它包括中心简介、信息公告、师资力量、科研活动、科研成果、规章制度和失物招领。中心简介是介绍实验室的一些基本的信息。信息公告是对学校最新消息的公布，例如某某实验室要进行调课、节假日期间实验室进行维护、不能进行实验等。师资力量是对实验室教师和工作人员的一个简介。科研活动是介绍本实验室要举行的一些活动及内容介绍。科研成果指本校近年来的一些成果荣誉等。还有一些规章制度是为了方便工作人员管理实验室。在本模块中还有一些视频与图片的提供，供师生了解和查看。失物招领是工作人员在打扫过程中发现学生拉下的东西，进行公布，方便学生寻找。
6.帮助中心
帮助中心包括系统指导和关于我们。设置该模块的主要目的一是帮助那些在使用和操作过程中有困难的人群，系统指导中会提供一些使用说明和流程图；二是在使用者在使用本系统的过程中如果有什么好的意见或建议可以通过在线留言的方式和我们联系，或者是系统出现了一些我们没有发现的问题可以及时反馈给我们，以确保系统有效快捷运行。
四、系统的测试与应用
在所有软件开发的过程中，对系统进行测试是非常重要的，在测试过程中分功能测试和性能测试，下面就针对本系统对其重要的测试用例进行论述。
功能测试主要是针对系统提供的各种功能进行测试，其目的是看这些功能是否正常工作、是否满足用户的需求、是否采取了正确的方式。在本系统中，我主要以实验预约为例来说明本系统测试用例设计的过程。
表1所示为实验预约的测试用例，通过该用例，可以测试出系统预约功能的正确性。为实验室管理人员、教师和学生等提供更便捷的服务。
五、结束语
开放式实验室管理系统是将教学、实验室、学生、教师、设备很好结合起来的一种全新的实验室管理模式，也是现代信息发展的必然产物，与传统的实验教学相比，开放式实验室具有很多优点，它突破了传统教学模式在时间和空间上的限制，大大提高了高校学生在实验中的积极性、主动性，使教学质量得到了很大提高，也使实验室的设备得到了很好的利用。
