高校實驗室信息管理系統探析

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摘要：目前高校實驗室信息管理系統存在側重課程、管理、實驗過程三種傾向，都不能很好地系統解決實驗室管理應對三者實現有機融合，從而滿足實驗課教師、實驗室管理人員、實驗室科研人員多元需求。本系統設計基于滿足實驗室多元主體的多樣化需求，進行了有機整體性設計和開發。

關鍵詞：高校；實驗室信息管理系統；多元主體；設計

實驗課程是高校培養學生創新創造能力的重要課程，但目前很多實驗室管理依舊依賴于實驗室管理員的紙筆，這就導致在紙張上操作實驗課程預約和課程臨時添加十分的冗雜混亂、不易修改、工作量大；實驗設備使用情況數據和實驗室使用情況數據（包括人時數，實驗室利用率）很難做成直觀展示的圖表，實驗室相關數據統計費時費力，不便于考核與推進實驗設備的共享；如果是科研類實驗室，實驗室安全記錄查詢工作量大，人員任務分配不容易記錄，同時存在實驗室工作任務進度追蹤困難等一系列傳統實驗室管理模式下依舊很難解決的問題。開發符合實驗室管理模式的實驗室信息管理系統來簡化實驗室管理工作十分必要。

1高校實驗室信息管理系統設計的理論基礎

我們運用B/S架構的Python開源框架Django，Boot－strap前端框架，騰訊云短信，騰訊云對象存貯和High－chart、Markdown插件等技術，其中，數據存儲采用了輕量級數據庫SQLite，數據結構服務器Redis，進行了實驗室信息管理系統的開發。為了迎合實驗室管理需求，實驗室信息管理系統共六大模塊：（1）針對實驗室人員管理的用戶管理模塊；（2）針對科研功能實驗室人員任務分配，追蹤實驗室任務完成進度的實驗室任務模塊；（3）針對實驗室使用情況統計，查看實驗室使用率，人時數統計的實驗室數據統計模塊；（4）針對教學類實驗室，實驗室公共課程安排，實驗室設備使用情況的實驗室課程設備模塊；（5）針對實驗室成員撰寫實驗報告或課程備案的在線Wiki文檔模塊；（6）針對實驗室需要儲存大量電子文件的實驗室文件管理模塊。在開發過程中，我們系統分析了國內外的實驗室管理系統技術開發、功能與優缺點。國外實驗室管理系統的最大特點在于更注重于實驗本身，把焦點放在實驗室需要進行實驗的過程上，注重于統計實驗過程中的材料損耗，實驗過程記錄，實驗數據采集和實驗結果總結等方面。實驗的過程記錄完整度較高，使用實驗過程中數據的不同對比實驗結果的改變，更容易得出建設性實驗思路，甚至更容易發現實驗成果。國內實驗室管理軟件研究關注點主要有兩個。第一種實驗室管理系統類似作用于企業管理的Saas平臺，將實驗室管理的重點放在實驗室人員的考勤，成果統計，實驗室使用情況（其中包括實驗室高頻使用時段，實驗預約，實驗室實時監控等方面）。這種實驗室管理軟件將重點放在實驗室成員的管理，通過收集和分析實驗室人員表現的數據，管理者更容易得出優化實驗室管理的辦法和方針。第二種實驗室管理軟件類似于使用在學校的課程系統，將實驗室管理的重點放在實驗課程排課，實驗設備使用以及實驗過程中的安全防范等。這類軟件面向的對象主要是學生和老師，此時實驗室管理員即為系統維護人員和在校任職教師，實驗室管理的重點是實驗安排的合理性和參與實驗人員的人身安全。基于對上述幾類特點的實驗室管理軟件在幫助實驗室管理方面取得的效果分析，我們認為，對于一個既承擔科研任務又承擔教學任務的高校，無論引進哪一種實驗室管理軟件都需要面臨此長彼短的情況。很多實驗室在實驗室管理方面依舊存在很多傳統實驗室管理模式無法克服的問題。我們研究開發的實驗室管理系統力圖吸納國內外實驗室管理系統的優點克服其不足之處，將實驗室管理系統劃分為如圖1所示7個模塊。依據對于國內外研究情況的分析，本系統的設計基于將三者進行融合，即統籌對實驗室人員的管理、對實驗室課程的管理、對實驗過程的管理。系統設計的任務模塊可以追蹤實驗任務的進度，實驗室人員管理模塊可對實驗室人員進行分配和管理，實驗室課程模塊可以滿足實驗室課程預約等需求。而且本系統使用的技術包括HTML5，Bootstrap，Django等均是當前互聯網企業開發常用的技術，甚至是主流技術。而B/S架構是目前系統應用發展的方向，迎合時代潮流。MVC框架主要采用封裝的思想，來降低耦合度，從而使系統更靈活，擴展性更好。

2高校實驗室信息管理系統功能架構的設計

本實驗室管理系統中包括用戶管理，實驗室概覽，實驗室數據統計，實驗室任務管理，實驗室設備管理，實驗室課表管理，實驗室文件管理和Wiki文檔管理。在實驗室用戶管理中包括了賬戶注冊，手機號驗證，用戶名密碼加圖片驗證碼登錄，手機號驗證碼登錄，實驗室邀請成員等功能，其使用了騰訊云的發短信功能。實驗室用戶管理主要以管理實驗室管理系統用戶為主要功能，其擁有嚴格的實驗室用戶的權限分配和權限驗證功能，沒有權限的用戶無法進行包括瀏覽在內的任何操作。實驗室概覽是進入具體某間實驗室管理的第一個頁面。其主要展示了實驗室近期新增任務折線趨勢圖，實驗室創建者（管理員）和實驗室成員（參與者）用戶名列表，實驗室任務統計情況，實驗室任務動態，實驗室信息詳細等。實驗室概覽主要以展現實驗室大概情況為主要功能，幫助用戶快速了解實驗室近況。實驗室數據統計是對實驗室重要數據進行數據可視化的模塊。其主要對實驗室任務數據統計柱狀圖，實驗室任務優先級餅圖和實驗室一周課程人時數柱狀圖。實驗室數據統計以實驗室關鍵數據可視化為主要功能，幫助用戶直觀感受實驗室數據總量、占比和變化。實驗室任務管理是對實驗室任務進行管理的模塊。其主要功能是對實驗室任務進行添加，修改，查詢和追蹤進度。實驗室任務管理是實驗室管理系統的核心功能之一。其重點放在對于實驗室任務的追蹤和統計。每一個任務都會有專門的討論區和任務狀態更新的動態提示。同時還設有關鍵詞篩選功能，可以快速找到用戶需要進行操作的任務。實驗室設備管理是對實驗室的設備進行管理的模塊。其主要功能是設備列表，每種設備都設有使用記錄，幫助用戶關注設備狀態，更好地維護實驗室設備安全。實驗室課表管理是對實驗室的課程進行管理。其主要的功能是顯示當周的課程和預約實驗，統計人時數并將數據傳給實驗室數據統計模塊。幫助實驗室管理者記錄預約課程，幫助實驗室任課教師預約實驗課程。實驗室文件管理是對實驗室需要共享的文件進行管理。實驗室文件管理使用了騰訊云的COS對象存儲功能。每個實驗室會專門創建一個“桶”用來存儲該實驗室上傳的文件。用戶可以將需要共享或保存的文件上傳到對應實驗室專屬云存儲空間里。文件上傳功能還支持創建，刪除和重命名文件夾。用戶可以將文件分門別類，更加條理地管理實驗室的文件。實驗室Wiki文檔庫是有權限進入該實驗室的任意用戶均可使用的。用戶可以在Wiki文檔庫自由地創建，修改，刪除，查閱在線文檔，方便快捷。幫助用戶及時記錄和修改實驗室信息，同時方便其將信息共享給實驗室其他成員。實驗室系統功能架構圖如圖2所示。

3高校實驗室信息管理系統設計的特點

本實驗室信息管理系統的設計與實現工作是基于對國內外實驗室信息管理系統有了較為充分了解的基礎上展開的。在展開工作之前，我們分析了市場上主流實驗室管理平臺的特點，探測實驗室管理軟件的市場是否已經出現飽和或即將飽和的情況。在確定了仍然有很多實驗室在使用傳統實驗室管理模式，在了解了有很多實驗室甚至實驗樓仍然迫切地需要一個實驗室信息管理系統的情況下，即了解了實驗室管理軟件在國內依舊有較大的發展空間之后，決定開發本實驗室信息管理系統。我們首先從行業需求，功能需求和非功能需求三個角度對國內實驗室管理的普遍需求進行需求分析。在進行系統比較分析的基礎上得出本系統應該具備什么樣的功能才能滿足當前市場對于實驗室管理的功能需求后，拿出了一個發展前景良好且切實可行的設計方案。依據這個方案，確立了7大功能模塊的設計框架。本系統地實現，使用了Django框架，Bootstrap框架，Markdown編輯器插件，Redis數據庫和騰訊云COS對象存儲等技術。代碼中封裝了basic.html和manage.html文件做前端模板，自行編寫auth.py中間件，用來驗證每次操作最重要的部分———用戶權限。本實驗室管理系統的開發確實能夠在一定程度上緩解管理人員在一些冗雜問題上管理實驗室的壓力。同時，能夠在一定程度上幫助管理人員更加輕松地完成之前同樣工作量的工作。使用軟件輔助管理是可以在一定程度上為管理人員節省精力和時間成本，為用戶節省人力物力財力。

作者:李浩源 單位:山東理工大學計算機科學與技術學院