基于J2EE经管类实验室信息系统的管理与构建

林伟君

(广东金融学院实验教学中心，广州 广东 510521)

0 引言

实验室是高校开展实验教学、实验科研以及对外服务等功能于一体的重要场所[1]。随着计算机网络技术、多媒体技术及信息产业的蓬勃发展，信息系统的应用不断普及与提高，实验室信息系统建设是高校实验教学改革的一个重要应用领域，是高校教育信息化建设的必然趋势。

在清华大学、上海交通大学、北京师范大学等国内著名高校，有专门的教师致力于实验室信息系统的研究和开发工作，他们均有自主研发、适合自身校情的实验室管理信息系统。高校自行研发的实验室信息系统与自身职能部门的设置分工、实验室业务范围等紧密相结合，具有“单一性”、“专一性”等功能特点，其系统的扩展性、兼容性较差[2];社会上也出现较多中小企业专注研发的实验室信息系统，由于他们对获取高校实验教学需求的局限性和不明确性，导致研发的实验室信息系统出现“两端倒”现象:①将把实验室信息系统定位为实验室设备管理系统，如:杭州天软科技有限公司的实验室信息管理系统软件、深圳国泰安技术有限公司的实验室管理系统等，这些软件公司推出的系统多数以实验室设备管理功能为主的实验室管理信息系统。②将实验室信息系统的功能服务定位过于庞大，缺乏与原有系统的兼容，新系统上线一次性投入太大，导致了系统不能有效地普及使用。如:北京智方科技开发有限公司实验室信息系统的解决方案就需要投入资金300多万元来建设，这对普通高校却是一笔不小的经费。

通过走访国内高校，了解并吸取其实验室信息系统建设经验。认为实验室信息系统建设可以从实验室建设、管理、教研、对外服务的需求出发，分析实验室的队伍、设备、教学等经管类实验室信息管理系统的资源管理、公共服务管理实际需求，通过构建基于J2EE技术的经管类实验室管理信息系统，重点突出实验室的信息服务、资源服务、教研服务、专项技能服务等服务功能;同时，实验室信息管理系统拓展与人事系统、教务系统、资产管理系统的数据对接功能，实现对实验室的规范化管理和实验资源的充分应用与共享。

1 实验室信息系统管理

实验室信息系统的功能需求与实验室的日常运行管理及单位机构设置紧密相关[3]，我院的实验室由实验教学中心负责建设与管理;通常情况下，实验室内部围绕着实验室的队伍资源、实验设备资源、实验教学数据资源等进行运转与管理;同时，与人事处、教务处、资产管理等部门有着密切的外部业务数据来往;本实验室信息系统的功能主要包括队伍资源管理模块、设备资源管理模块、实验教学数据资源管理模块及公共服务与管理4个管理模块组成，如图1所示。

图1 实验室信息系统总体功能框架图

1.1 队伍资源管理

队伍资源管理模块为实验教师队伍、实验技术队伍、实验管理队伍实施工作量化绩效管理，其目的为科学有效地实施绩效考核实验室队伍，为人事系统的人员绩效考核提供支撑数据[4]。具体的功能包括人员信息管理、工作量化管理等功能。

人员信息管理包括对实验室队伍人员的姓名、性别、年龄、学历、职称、编号、入职时间、科研情况、奖罚情况、主要工作内容等信息的管理。

工作量化管理包括制定工作量化细则，规范各项工作流程;具体量化内容包括:①实验教师队伍的实验教学任务和实验科研的工作量化标准;②实验技术人员的实验设备维护与实验教学辅助支持的工作量化标准;③实验管理人员的实验教学建设规划宏观指标的落实与管理;实验队伍的工作量化结果直接用于人事考核系统。

1.2 实验设备资源管理

实验室设备资源管理系统主要实现实验室硬件、软件的设备管理功能[5]。经管类实验室的硬件设备主要是电脑、服务器、交换机及其他硬件设备;其软件设备主要是实验教学软件、工具软件、金融数据库等。设备资源管理包括设备的基础数据设置、申购管理、设备入库管理、设备维护管理、设备借用管理、设备报废管理、辅助决策等功能，如图2所示。

图2 设备资源管理模块功能结构图

为了统一实验室设备数据，实验室的设备信息是从资产部门系统中导入，因此，实验室设备的各数据项字段与资产部门的资产管理系统保持一致。同时，设备资源管理还需提供统一的、规范的、符合教育部教学评估的格式要求的实验设备报表，为学校教学评估检查、项目申报等提供快速有效的实验设备数据[6]。

1.3 实验教学数据资源管理

实验教学数据资源管理包括实验预约管理、实验教学管理、实验数据管理三大功能管理模块，模块之间的关系如图3所示。

预约管理模块实现实验室的开放式管理，实验室在承担正常的实验教学任务外，还接受学生课后自主实验的申请。因此，实验室预约管理的数据来源一方面来自教务系统的实验课表数据，另一方面来自学生课后的实验申请。预约管理模块为实验教学管理模块提供实验室使用安排计划。

图3 实验教学数据资源管理模块结构图

实验教学管理模块主要实现教师信息管理、班级管理、学生管理、实验课程管理、实验课堂管理等功能[7]。实验课程管理主要是实验计划、实验大纲、实验教材、实验课件及实验项目等信息的管理。实验课堂管理主要实现实验考勤、教学互动、教学同步、实验监控、授课实录及文件的发放和作业的提交等功能。

实验数据管理模块主要对学生实验过程及结果数据进行管理，包括实验工具、实验记录、实验报告、实验成绩等，并将实验过程数据与实验课程项目数据相关联，有效地丰富实验教学案例库建设。实验成绩管理小模块将实验成绩按照教务部门的成绩管理系统格式直接导出学生的最终实验成绩，减轻了教师的工作量。

1.4 公共服务与管理

公共服务与管理模块是实验室信息系统的核心模块，其主要包括有门户管理、公共数据接口管理、决策管理等功能。

门户管理为用户提供统一的Web门户网站，实验室管理的各项事务的输入、输出、调用、查询、统计等均通过门户管理网站来实现[8]。门户系统的前台是实验室信息系统的对外宣传窗口，版面布局有公告信息、实验室介绍、教师资源、教学数据管理资源、虚拟实验系统、交流空间等;门户系统的后台则是用户角色分配、用户权限管理、数据存储与管理等功能。

公共数据接口管理实现实验室与其他部门系统数据的对接管理，为本系统与其他关联系统提供数据格式一致的有效内部管理数据[9]。实验室的数据信息并不是一个孤立的“信息独岛”，其与人事部门的绩效、资产部门的资产管理、教务处的教务排课、成绩管理系统等多个系统有着密切的数据来往。

辅助决策管理是为部门领导建设与管理实验室提供科学的数据支撑，其主要有数据的查询和数据汇总等功能。如实验室设备资源的使用“月报表”，准确掌握设备的使用效益，查询实验项目的开设情况，了解实验室的实验教学情况等。

2 实验室信息系统软件架构

在充分了解经管类实验室信息化管理各业务功能需求后，重点阐述实验室信息系统的软件架构。当前较成熟的企业级应用开发技术主要有:Sun公司推出的J2EE技术体系;OMG组织推行的CORBA规范;Microsoft公司推出的.Net技术架构[10]。这3种技术架构各有其优势，在综合其他高校实验室信息系统应用技术及下面4个技术的具体需求后，最终确定本实验室信息系统的构建采用J2EE技术架构。①跨平台使用需求，系统的主要用户是老师和学生，满足他们可以在不同的地点、不同的时间、不同的系统环境下使用该系统进行各项工作;② 动态生成数据需求，系统需要发布海量的动态服务信息，因此，要求系统能够实现数据的动态发布功能也就不言而喻了;③组件复用需求，信息系统有许多类似但又不完全相同的业务处理功能，需要做到高内聚低耦合组件设计要求，实现系统内功能模块的可重用性，提高系统的开发效率。④系统的安全性需求，本系统是一个多用户、分权限的综合管理系统，其开发平台需要更高的安全要求。

系统主要采用Web四层体系结构进行系统设计，使用B/S开发模式，J2EE对开发基于Web的多层应用系统提供了全面的功能支持。构建基于J2EE经管类实验室管理信息系统架构如图4所示。

图4 实验室信息系统的四层软件架构图

(1)用户层为用户提供统一的、可视化的人机交互界面;客户端无需安装客户端软件，采用标准的浏览器接入网络即可使用，实现了“瘦客户”的设计要求。

(2)Web层主要用于接收用户输入信息，并将信息发送给业务层上的JavaBean来进行处理;同时，将业务层JavaBean的处理结果通过Servlet和JSP Web层组件动态生成HTML页面，呈现给用户层。从而减轻Web层的负担，大大提高了系统的效率。

(3)业务逻辑层是整个系统业务流程、功能需求的实现层;业务逻辑层将业务逻辑与其他层分开，单独进行业务逻辑处理，提高了系统的可扩展性和灵活性。该层主要负责处理来自上一层的操作请求，将用户的请求转化为数据库后台操作的SQL语言，实现对数据库的访问操作，并将操作结果返回上一层;JDBC数据库接口程序实现与不同数据库的开放式连接。

(4)数据层由数据库服务器构成，物理上与业务层、Web层分离，由独立数据库服务器负责整个系统的数据信息存储，保证整个系统数据完整性、一致性。

3 关键技术及其实现

本节主要结合具体实现过程介绍客户层、Web层、业务层的设计开发及系统的实施部署情况。

(1)用户层的设计。用户层的用户类型分有系统管理员、教师、学生三种类型，其中教师用户根据不同的角色分工分有实验教师、实验技术人员、实验管理人员三种角色。用户层主要为用户提供友好的人机交互窗口，因此，客户端程序如输入、报表图形输出、Applet小应用程序均由客户端机器运行，从而减轻了服务器的运行负荷。

(2)中间层的设计。中间层主要是Web层和业务逻辑层组成。Web层主要用JSP和Serlet技术建立的响应组件[11];业务逻辑层则是符合J2EE技术规范的Enterprise JavaBeans(EJB)组件。EJB组件封装系统的各业务逻辑，有效地减少代码冗余[12]。EJB组件根据用户需求功能进行划分，充分考虑各个功能模块的独立性、复用性、扩展性，又便于组件的管理升级，分为基础数据模块Bean、信息查询模块Bean、队伍资源管理Bean、设备资源管理Bean、教学资源管理Bean、决策管理Bean等。

(3)数据库连接的实现。数据库连接主要应用了JDBC接口技术和数据库连接池技术。JDBC为数据库开发人员提供了一个标准的API，可以构建更高级的工具和接口，使数据库开发人员能够用纯Java API编写数据库应用程序[13]。JDBC对数据库的主要操作步骤为:①建立到数据库的连接;② 执行SQL语句;③处理结果;④从数据库断开连接。数据库连接池技术是解决数据访问瓶颈较有效方法。数据库连接池是为数据库连接建立一个“缓冲池”，预先在缓冲池中放入一定数量的连接，当需要建立数据库连接时，只需从“缓冲池”中取出一个，使用完毕之后再放回去，从而实现统一对数据库连接管理，加快了与数据库的响应速度，避免数据库连接泄漏。

部分数据库连接代码如下:

(4)系统部署。信息系统的部署首要考虑的重要因素是安全和运行效率[14]。安全主要来自内部操作安全和外部的网络安全两个方面。内部操作安全主要由用户操作权限设置、用户操作日志、WebLogic服务器的访问端口和访问IP来控制及J2EE安全模型配置等方式进行防范;外部的网络安全主要由连接外部网络核心交换层上的防火墙和网络行为管理来控制[15]。运行效率体现系统的运行速度及负载平衡能力方面，其主要通过将业务层分布到多个中间服务器及应用磁盘阵列等方式来提高系统运行效率。

4 结语

经过长时间对实验室各项业务流程、数据、管理的梳理，需求的多方论证及与兄弟院校进行经验交流，文章对经管类实验室信息管理系统的队伍、实验设备、实验教学数据、公共服务管理等有充分理解和认识，对实验室信息数据接口做好扩展的基础上，提出基于J2EE软件模型构建经管类实验室信息系统，有效地提高了实验室管理的效率及提升了实验室的对外服务功能[16]。目前，系统试用了两个学期，运行正常，教师、学生也逐渐地使用实验室信息系统，实验室各业务流程进一步规范，实验教学数据资源越来越丰富，实验室数据资源得到充分的应用与共享。

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