高校开放型实验室管理系统设计

张明强， 任丽丽， 刘蒸蒸， 秦文华， 周子力

(1. 曲阜师范大学 物理工程学院， 山东 曲阜 273165) (2. 曲阜师范大学 公共外语教学部， 山东 曲阜 273165)

高校开放型实验室管理系统设计

张明强1， 任丽丽2， 刘蒸蒸1， 秦文华1， 周子力1

(1. 曲阜师范大学 物理工程学院， 山东 曲阜 273165) (2. 曲阜师范大学 公共外语教学部， 山东 曲阜 273165)

开放型实验教学模式能有效增强学生主动性，提高实验室利用率；本文结合RFID射频卡识别技术，利用LAMP架构配置应用服务器，即采用MySQL数据库和Apache Web服务器，在Linux环境下，采用PHP语言设计了一个开放型实验室管理系统；实践表明，自行设计的管理系统能合理组织实验室的开放，提高了工作效率，达到更好地为教学服务的目的。

开放型实验室; 实验室信息管理系统; 射频识别; LAMP

0 引言

实验室的建设、管理与维护直接影响高等院校的教学和科研水平。伴随着高校管理模式的转变，实验室建设与管理趋于规范化和复杂化，相关管理工作也变得更加繁重。为了进一步增强学生的实践动手能力，更好培养学生的创新能力，许多高校进行了开放型实验教学模式的改革。国外网络化实验室管理技术应用的成功经验表明，适应现代化教育发展的实验室必须要建立起完整的管理体系，采用开放式实验教学模式，因而需要一套与之配合的先进的实验室信息管理系统LIMS (Laboratory Information Management System)[1，2]。

本文根据我校开放型实验室的架构，自主设计了一个虚拟开放型实验室管理系统，命名为OpenLAB，力求建立一个完善合理的管理系统来安排、组织实验室的开放以达到充分利用实验室资源，提高工作效率，更好地为教学服务的目的。

1 管理系统架构

OpenLAB基本架构如图1所示。基于射频识别(RFID)技术采集和交换信息，采用B/S模式，利用LAMP架构配置校园网OpenLAB应用服务器，即数据层采用MySQL数据库，逻辑层采用Apache作为Web服务器，在Linux操作系统环境下，采用PHP语言编码研发开放实验室管理等相关应用[3,4]。

图1 系统架构图

系统设计体现了以人为本，以面向工作人员为主，工作流程为辅的方式，在进行详尽需求分析的基础上，总结系统工作人员的核心工作内容如图2所示：

图2 系统核心工作内容

OpenLAB系统采用统一登录界面，工作人员分为五类，分别是：实验教师、学生、系统管理员、实验室管理员和教务员，系统根据分类的用户名称自动分派到不同功能界面，采用比MD5更安全的Sha1加密算法，保证用户信息数据库安全。①系统管理员具有最高权限，可以访问所有数据库及相关信息，从界面可以维护整个系统；②教务员具有较高权限，可以访问相关数据库，导入整个院系全部学生信息和实验课程信息，导入相关课程及开放实验的教学计划，导出所有课程或实验项目的成绩信息，查看当前实验室工作状况，查看实验安排等等；③实验室管理员可以访问与其负责的实验室相关的数据库，设定实验室开放时间，查看并维护实验室开放实验项目；④实验指导教师的工作包括对学生的校园卡号注册，增删开放型实验室的实验项目和开放课程，查看学生预约和登记的信息，查询批改电子实验报告，对学生实验成绩的统计与录入等；⑤学生的工作主要根据开放型实验室的实验项目及时地提交预约申请，预约成功后可在开放时间自主来实验室刷卡登记并完成实验，实验结束后认真分析总结，并撰写实验报告。

2 系统设计与核心工作流程

OpenLAB系统基于“简洁而大气、易用而强大”的设计原则，在首页设有“开放实验室”、“开放项目”、“开放课程”、“开放论坛”、“登录OpenLAB管理系统”等几大重要功能链接，开设了“MooC教学课程”，“实验教学课件”、“教学视频”和“虚拟仿真实验”等栏目，为相关课程提供一个学习和讨论区答疑平台。实验室科研项目、科研方向及科研成果等均可在此系统上交流共享。页面主体部分采用Html、CSS、PHP、JS等编程语言设计出美观高效的动态网页，为教师、学生提供一个简洁而又具有强大使用功能的网站，高效便捷地促进开放型实验室信息化的管理与学生的学习效率。

2.1 用户准备

教师和学生可以在注册界面注册，也可由管理员按学生用户和教师用户批量导入，学生默认用户名为学号，教师默认用户名为工号，以方便与高校信息门户网站融合。

学生注册成功后，信息不完善的无法进行实验预约。因此，学生登录系统后首先应该完善个人信息(如学号、真实姓名、院系等)，管理员批量导入的信息应该是基本完善的，只是缺少卡号信息，因此需要集中时间现场刷卡，采集校园一卡通卡号，并写入MySQL数据库用户数据表。

2.2 核心工作流程

系统采用预约实验模式，该模式的核心工作流程如图3所示：

图3 预约工作流程图

该模式由教师发布开放项目信息，如图4所示，允许学生采用预约的方式，在各个实验室开放期间，查询可预约项目并提交预约申请，如图5所示。

图4 教师端新增开放项目界面

图5 学生端查询开放项目及预约界面

学生提交预约信息后，相关实验项目的实验指导教师进行网络审核，审核通过，学生预约成功，便可在开放时间自由来实验室完成实验；预约实验学生登记环节替换了常见的纸质学生实验记录表，基于射频识别技术，采用校园卡刷卡，进行实名登记，系统自动查询数据库进行学生身份识别、实验时间记录、实验项目及仪器设备状况记录等，实现实验台信息实时的记录。随时可在线查到所有实验设备，以及查询任一台实验设备相关的具体实验人员和实验室教师或管理人员，以辅助实验室管理。

实验结束后，实验学生需要认真撰写实验报告，撰写报告的界面如图6所示。界面上可以查看和编辑Word和WPS文档，并网络提交，由实验教师批阅，评定实验成绩并给出意见和建议。对于表格图形等不容易或不适宜电子化的实验报告，仍然可以采用纸质版，由实验指导教师负责成绩的录入和维护。

学生网络预约采用合理的诚信评判机制，以防止学生预约超期或屡次爽约。

图6 学生端实验报告撰写界面

3 系统测试与运行管理机制

系统测试基本环境如图7所示。

图7 系统测试环境

开放实验项目由学生自主完成，实验指导教师仅定期现场指导，开放实验过程中会出现各种问题，如无法得到及时指导，实验的效果将大打折扣。OpenLAB系统构建开放实验项目知识库，为每项开放实验项目配备详细的实验指导说明与常见问题的解决方法，并采用Helpdesk机制，学生在遇到疑难问题时，可直接通过电话或网络视频联系到该实验项目的负责教师[5]。

开放型实验室面向全体学生开放，实验教师和管理人员一般不直接管理和维护，学生进入开放实验室之前，应经历一段认真的培训，以辅助学生养成良好的工作、学习和卫生习惯。实验室中的设备、设施、工具和耗材必须有序摆放，账目清晰，在实验室开放期间，学生自主支配，但须有严格的登记制度。

4 结语

本文介绍的开放型实验室管理系统具体设计过程遵循可靠性、实用性、易管理、易维护原则，设计的系统界面简洁而易用，系统已进行了详尽的需求分析和严格的功能测试。目前阶段工作主要集中在：①开放型实验室24小时网络视频监控，可随时进行人员和工位检测，支持异地查询、调阅，出现问题可及时发现、处理和追溯；②基于物联网技术的开放实验室智能感知以及基于RFID技术的安全门禁系统；③针对新兴MooC教学方式，开发在线实验课程以及基于虚拟仪器的网络在线实验系统。结合课堂面授和自主学习两方面的优点，这种混合学习方式将会提高学生学习的动力和水平。

[1] Poonam J. Prasad, G.L. Bodhe. Trends in laboratory information management system.[J], Netherlands: Elsevier online database: Chemometrics and intelligent laboratory systems.2012,(118):187-192.

[2] Iuliana Dobre. Learning Management Systems for higher education - an overview of available options for Higher Education Organizations.[J]. Netherlands: Elsevier online database: Procedia - Social and Behavioral Sciences .2015, (180):313-320.

[3] Luke Welling, Laura Thomson(著), 武欣(译) . PHP和MySQL Web开发(第四版)[M],北京：机械工业出版社. 2009.

[4] Online learing WebSite for html javascript php: http://www.w3school.com.cn/

[5] Matthias Nuckles, Anna Ertelt. The problem of describing a problem: Supporting laypersons in presenting their queries to the Internet-based helpdesk.[J]. Netherlands: Elsevier online database: Int. J. Human-Computer Studies. 2006, (64):648-669.

Design of Management System for Open Laboratory in National Universities

ZHANG Ming-qiang1, REN Li-li2, LIU Zheng-zheng1, QIN Wen-hua1, ZHOU Zi-li1

(1.CollegeofPhysicsandEngineering,QufuNormalUniversity,Qufu273165,China) (2.DepartmentofForeignLanguageTeaching,QufuNormalUniversity,Qufu273165,China)

The mode of opening laboratory can improve the utilization of laboratory and effectively enhance student learning initiative. Combing with RFID technology, We adopte LAMP architecture, which contain MySQL database, Apache server, and develope an open laboratory management system using PHP language under Linux system. The practice shows that our design of the management system can reasonable improve efficiency of management and maintenance, make full use of laboratory resources and achieve better for the purpose of teaching service.

open laboratory; laboratory information management system; RFID; LAMP

2015-06-20;

2015-10-12

曲阜师范大学校级实验教改项目(编号：2013SJ003)

张明强(1978-)，男，硕士，讲师，主要从事信号处理与软件开发的教学和高等教育方法研究，E-mail: zmqlrl@126.com

G434

A

1008-0686(2016)03-0129-04