高校实验室管理系统的功能分析与设计.pdf

信息记录材料 年 月 第 卷第 期高校实验室管理系统的功能分析与设计穆晓丽（山西农业大学农业经济管理学院 山西 晋中）【摘摘要要】高校实验室是培养实用型人才和综合性人才的重要场所，也是新时期产生科研创新成果的主要载体。对于高校教学和科研活动而言，发挥着不可替代的作用。基于此，实验室管理是一项重点内容。随着新时期技术发展，智能化、信息化技术日益成熟完善，高校实验室管理逐渐向智能化、一体化、信息化方向发展，打造智能管理系统，细化功能模块，提升管理效率和管控质量，为师生提供更为高效的服务。本文从高校实验室管理系统需求角度入手，进而围绕我国高校实验室具体情况，提出一种更为贴合实际的管理系统设计方案，助推实验室最大化发挥效用。【关关键键词词】高高校校实实验验室室；管管理理系系统统；功功能能模模块块；设设计计方方案案【中中图图分分类类号号】【文文献献标标识识码码】【文文章章编编号号】（）作者简介：穆晓丽（），女，山西浑源，硕士，讲师，研究方向：实验室建设与管理。引言随着新时期发展，创新成为时代主题，高等学校作为我国培养创新型人才的主要阵地，发挥重要作用。中共中央、中国国务院印发的中国教育现代化 文件中明确指出，全国各高校应充分利用云计算、大数据等技术，打造智能化、数字化教育教学环境，其中实验室是进行科研创新的重要场所，因此，针对实验室管理的智能化建设持续开展。现阶段，我国高校实验室管理由于管理体制、管理需求等差异，市面上成型的实验室管理系统难以满足需求，而自行构建个性化管理系统开发成本较高，且面临后期维护等问题。针对此问题，本文以某高校实验室管理系统建设为基础，结合需求和现今技术发展水平，设计一种高校实验室管理系统。高校实验室管理系统的功能需求分析高校实验室管理工作是一项涉及范围广泛、综合性较强的工作，除了管理外，还涉及教育、科研内容。基于此，高校实验室管理体制、管理方法与其他实验室存在差异，管理工作侧重点存在明显区别。因此，在架构管理系统时，需要从建设管理、使用管理、安全管理、设备管理等方面入手。具体来看，应满足以下几方面需求：实验室排课需求多数高校实验室是一个使用频繁的教学场所，很多专业需要通过实践操作巩固知识点。因此，实验室排课系统需求是一项基本功能，其可以与教务系统相对接，在教务系统排课完成后，以实验项目为单元，科学安排课程。一般实验室排课主要分为一键排课、二次排课和自主排课三大类。其中一键排课主要针对分批分组的独立课程进行安排，将此类实验课按照教务系统安排，一键排入实验室管理系统；二次排课针对分批分组课程进行安排，针对课内实验课程，需要结合教务系统课程规划和课程内容，合理进行规划；自主排课针对不在教学计划之内的课程进行安排，高校学习中存在很多“课外活动”，这些课程安排过程中，需要与其他课程错开，且基于实际情况，科学进行安排。实验室选课功能高校实验室开展的课程，并非所有学生都需要选择相同内容，基于专业、学科等差异，会存在差距，此时面临学生在课程基础上二次选课问题，因此需要确保管理系统具备这一功能。实验室开放预约功能高校实验室中多数虽具备开放性，但由于一个实验室用户数量较多，为了避免出现冲突，需要具备预约功能，进而提前预防多方同时段使用实验室问题。因此，设置开放预约功能，便于学生利用移动端自行查看实验室状态，进而基于自身需求，提前进行预约。高校实验室预约一般分为实验室和工位预约两种，前者代表预约整个实验室，后者则只占据其中一个或者多个工位，实验室其他未被占区域仍可以对外开放。权限管理高校实验室用户数量众多，内部包含多种实验器材、仪器和设备，因此从权限方面加以限制，可以保证管理工作有序开展。一般按照用户身份开通权限。高校实验室主要用户包括学生、教师、实验室管理人员、实验中心主任等，基于用户日常需求、不同业务需求，设定数据权限和操作权限，可以保证管理系统提供更为令人满意的服务。高校实验室管理系统平台设计 系统架构设计结合上文从功能需求角度进行的分析，确定高校实验室管理平台需要具备的功能，其主要框架如图 所示。基于上文对功能框架的阐述，在此基于物联网和射频识别（，）技术，构建一种由感知模块、控制模块、传输模块、数据处理模块及应用模块等构成的管理系统。其中系统总体设计框架如图 所示。结合图 来看，感知模块主要负责采集实验室管理所需的相关信息数据；传输模块负责完成信息传递、反馈和控制；数据处理模块负责对采集的数据进行汇总、整理、分信息记录材料 年 月 第 卷第 期图 系统功能框架结构组成图示图 系统总体设计框架示意图析和存储，并对控制模块下达指令，为用户层提供所需数据；应用模块为用户提供服务，便于用户按照需求进行操作。实验室组织架构结合图 对整体功能的阐述，实验室管理过程中，科学设置组织架构是确保各项功能有序发挥的关键。结合高校实际情况，学院、实验中心（室）、功能实验室等均是实验室管理系统负责内容，一般高校为了保证实验室安全，会按照实验室的标号、具体功能，安排专人负责管理，因此，实验室管理系统应开辟专区，表明各实验室主要负责人、所属学院、主要仪器、可承接实验类型等信息，同时与开放预约功能模块相联系，便于用户在查阅实验室相关信息的同时，可以看到该实验室位置、房间号、使用面积、是否可预约及近期是否可以预约等信息，便于用户自行进行选择。各功能模块设计 感知模块主要借助各种类型的传感器发挥效用。基于实验室的特点，通常所用的各种传感器如表 所示。表 应用的传感器各型号规则总览主要功能型号 方式感知温度、湿度 总线温度和气压 总线人员数字电平 浓度等 总线模拟电压在设计感知模块时，为了保证敏锐度和精准度，发挥 模组优势，使用 串口通信，便于整体控制，同时与指纹识别等紧密联系，更好识别进入实验室人员身份，其中指纹识别借助 指纹识别模组完成需求，但由于录入的指纹无法跨模组应用，为了应对此问题，借助数据库，将特征信息整合存入数据库之中，进而实现在指纹识别模组之间共享信息，但需要注意，在读取指纹信息时，需要对其内部特征缓冲区进行识别才可以达成目的，操作复杂性相对较高。控制模块控制模块的主要功能是管控实验室人员进出，主要依靠电磁锁、继电器等发挥效用，同时为了便于管理，在门禁系统位置会配备一块液晶显示屏幕，显示相关信息及给予用户提示。传输模块以 为核心，借助、等接口，实现与各种外部设备相连接，实现信息数据实时传输和反馈。但需要注意应用的主控制器自身不具备联网功能，想要实现实时、智能联网，需要借助 串口 模块辅助。传输模块和数据处理模块联系较为紧密，两者之间借助 协议实现通信。数据处理模块借助智能化设备实现网络通信、数据传输反馈、数据处理功能。主要包括以下三方面：第一，接入服务器。以开源物联网 为基础，实现海量数据高效应用和实时处理。第二，应用数据流编辑器。该软件是新时期研发出来的一种联系硬件设备、和在线服务的系统，借助节点可以将各种数据流串联在一起，便于整体分析、汇总和处理。同时该软件具备消息订阅、发送和数据库操作等功能，除此之外，还具备自定义编写代码创造个性化节点的能力，可以借助 代码，依据实际需求，自定义编写节点。第三，具备关系数据库。该数据库操作简便，性能优良，可以与其他软件联合应用，同时支持多种语言如、等完成交互，科学应用这一软件，可以进一步提升数据库性能。应用模块应用模块主要包括两部分，分别是手机端和 端，其中 端借助多文档界面，可以同时展示不同子窗口，便于用户同时使用多个功能。手机端以 语言为基础，基于 集成开发环境，确保实验室管理者可以及时感应到实验室异常信息，并立即做出响应。信息记录材料 年 月 第 卷第 期 高校实验室管理系统功能实现 实验室排课选课该模块以实验项目、专业等作为区分依据，具备实验项目进行增加、删减、修改和查询等功能，且可以直观展示实验室所属学院、实验编号、实验室号码、位置信息、实验学时和人数信息等，之后依据教务系统的课程安排，以现有实验室数量、可以容纳实验类型和容纳人数，科学安排课程，并指引学生按照学校规定完成选课，具备提示功能。实验室排课分为两部分，其中教学计划排课是基于教务系统结合教学计划统一安排的实验课程，这类课程需要在教务系统统一安排课程完成后才能进行，之后以教务系统为基础，按照教学计划安排实验室课程。在排课过程中，可以选择一键排课和二次排课方式进行，排课完成后，需要电机调课完成按键进行确认，如果在排课过程中，存在冲突，系统会给予提示，提示重新安排课程，当所有课程安排之后，会进行再次确认和核对，确认无误之后便形成正式课表，此时排课完成。对于自主排课，则主要针对在教学计划之外的实验课课程进行安排，此时需要先建立课程信息，在系统中输入课程编号、课程名称、课程所在教学单位等，然后再建立课程组，将任课教师、学生等输入其中，之后便可以借助排课功能安排选课，剩余步骤与教学计划课程排课相似，不再进行重复阐述。实验室开放预约功能实验室开放包括两方面，分别是实验室开放和实验室工位开放。因此在此功能区，需要先确定该实验室是否对外开放，确定开放限制标准。师生在应用实验室时，可以自行在管理系统上进行查阅确定。对于开放实验室而言，势必存在多人同时有使用需求的问题，因此需要确保实验室开放预约功能具备自我判断能力，从时间、人数等方面确定实验室课程安排是否符合实际情况，例如某一时段某一实验室已经被安排课程，则此时间该实验室不会对外开放预约功能，或者当实验室工位均被预订之后，该实验室也不会再继续对外开放预约功能。实验室预约面向全校师生，在预约过程中，可按照日期、节次等时间点，查询实验室具体空余情况，基于实际需求选择空余实验室进行预约，预约时需要按照规范要求填入信息数据，审核完成后提交申请，通过管理人员审批之后可以在预定时间使用实验室，此时期不会被预定的实验室不会再对其他人开放。工位预约相较实验室预约最显著差距在于使用面积较小，工位预约只是约定其中一个或者多个工位，需要面临和其他人共同使用实验室的问题，预定时也是按照预定整个实验室流程一样操作，按照日期、节次进行选择，查询空闲实验室，然后自行按照规范要求填写相关信息，提交申请，通过审核之后便可以在预定时间段内使用工位。同时出于服务师生目的，如果工位数量充足，系统支持师生同一时间段内多次预定工位。用户及权限管理高校实验室管理系统主要用户以学校师生为主，由于不同专业的实验室管理规范存在差异，用户类型呈现多元化特点，在设定权限时难以按照统一规则进行。因此，按照数据权限和操作权限两方面进行思考，其中数据权限主要包括查看数据库信息，以实验室为核心的数据管理和数据赋予等，一般对实验室老师进行赋权，如果存在特殊需求，会赋予其他部门数据权限。操作权限是操控实验室系统的权限，其中包括功能优化、功能模块删减、修改、增加等操作，因此，一般会按照学生、教师、实验室管理主任、实验教务等进行赋权，同时也会给予特殊需求，对个别用户进行权限赋予。结语综上所示，本文针对我国高校实验室管理系统发展应用情况，总结实验室管理系统构建功能需求，然后围绕需求，设计管理系统框架，并从功能实现角度阐述该设计方案。管理系统设计主要由感知模块、控制模块、传输模块、数据处理模块和应用模块五部分组成，主要功能包括实验室排课选课、实验室开放预约功能和用户及权限管理三大类。该实验室管理系统构建方案的提出，有效弥补传统实验室管理中存在的不足之处，对推动智能化管理实现有积极作用。【参考文献】苏泽荫，陈源毅，王华敏 基于物联网平台的高校实验室管理系统 物联网技术，（）：，蒋胜圣，王瑞华，杨彬，等 基于 和物联网技术的高校实 验 室 管 理 系 统 信 息 技 术 与 信 息 化，（）：邬英婕 云桌面技术在高校实验室管理系统中的应用与研究 内蒙古科技与经济，（）：，张艳艳 智能管理系统在高校实验室管理中的应用研究 科技资讯，（）：陶琳 基于 和 框架的高校实验室耗材管理系统的分析与设计 电脑知识与技术，（）：苏天意，余明朕 基于 的高校实验室管理系统的设计与实现 中国管理信息化，（）：王以伍，舒晖 基于 前后端分离的高校实验室预约管理系统的设计与实现 现代计算机，（）：张琴高校实验室信息管理系统的设计与实现中国信息化，（）：晁妍，陈文龙，王浩 大数据技术在高校实验室管理系统中的应用 电脑知识与技术，（）：王磊，刘乃宁 信息化理念的应用型本科高校实验室管理模式探究 数字通信世界，（）：