高校开放式实验室预约管理系统

李国娟

(长春工业大学 艺术设计学院， 吉林 长春　130012)



高校开放式实验室预约管理系统

李国娟

(长春工业大学 艺术设计学院， 吉林 长春130012)

高校实验教学工作是高校教学、科研活动中不可或缺的一部分，随着IT产业的发展，传统的实验室管理模式已经不适应当前形势的发展，在此背景下，我院实验室研发了一套以生为本、促进学生个性化发展的开放式实验室预约管理系统，该系统在数据结构设计上为了便于查找采用了倒排索引结构，针对当前大环境引入了学生信用度等计算。

开放实验室； 预约系统； 实验项目

0　引　言

随着计算机信息管理系统进入高校各部门，实验教学作为高等教育不可或缺的一部分，引入计算机进行规范化管理势必成为必然，一方面极大地提高了实验教学的工作效率，另一方面极大地提高了设备使用效率，提高了实验教学成效。

国内目前大部分的实验室信息管理系统主要是利用计算机对实验室中的实验设备、实验器材、耗材、文献、人事等方面的基本信息管理，而对实验室中的实验教学方面的管理比较少[1]。近年来，随着对高等教育中素质教育的重视，针对加强学生自主学习、创新创业学习方面的需求不断扩大，传统的实验室管理方式已经不适合当前形势，实验室开放式管理势在必行,随之而来的是对实验室信息管理系统提出了更高的要求[2]。基于学生个性化发展为目标，培养学生主动学习能力、自己实践能力、团队合作能力，达到全面提升学生综合素质的目标，实现网上预约与创新平台相结合开放式实验室管理模式，通过设计开发的自主创新开放实验室预约管理系统，解决师生之间、学生之间关于实验课题的交流与沟通的瓶颈问题，合理利用有限的实验资源，为学生和相关科研人员的创新、创业学习提供了一个高水平、高层次的实践平台[3]。

1　开放式实验室预约系统的需要

目前实验室的主要实验实践教学内容包括3部分：1)理论课程的实验课(实验时间固定)；2)独立设课的课程设计(实验时间固定)；3)学生自主创业项目和科研项目(实验时间不固定)。根据客观实际情况，针对第一、二类情况需要系统给出固定的时间、场地的安排，学生进入实验室是不需要预约的，而第三类情况学生进入实验场地是需要预约的。针对第三类人群，设计了开放式实验室预约管理系统。

根据学院实验教学内容的要求，为了使学院实验教学工作更具创新性，便于学生充分灵活利用自己的课余时间，设计开发了一套基于B/S结构的开放式实验室预约管理系统。该系统使实验室管理更加科学化、高效化和规范化。

开放预约管理系统以“学生预约，教师审核”的方式进行管理，当学生提出预约请求后，经相关老师审核后反馈给学生相关信息。为了加强管理，引导学生利用课余时间逐步提高业务能力，实验项目需要有两大类型：一类是自由选择项目题目，实验室只提供相应设备；另一类是由实验教师和理论课教师共同出题。学生按指定时间完成，预约选择具有递进式的实验项目，即验证型实验、设计型实验到综合创新型实验，要求学生按梯度由浅入深，逐步选取，不可中间跳选取。

根据调研和对业务的分析，开放预约实验系统需要完成前台预约(即客户端)和后台管理两部分。

1.1前台预约部分(即客户端)

1.1.1用户注册及登录

用户初次登录系统可以进行用户注册，用户通过用户名和密码登录进行身份验证。

1.1.2浏览、查询功能

用户(学生)登录系统后，可通过浏览相关信息和查询可以预约的时间段及当值教师信息。

1.1.3预约管理功能

用户(学生)登录系统可以预约相关实验项目的实验时间，并且用户在预约成功后，可以查看自己的预约信息，同时也可以取消未开始的预约。

1.1.4我的信息

用户(学生)登录系统后，可以对自己的相关信息进行维护，包括信息的更新、修改、添加等。

1.1.5发布留言

用户(学生)可以发布留言，已经发布的留言可以被其他用户(学生、教师)看到。

1.2后台管理部分

1.2.1公告管理

管理员可以对公告进行不定期更新，让用户了解本学期实验室、学校和相关课程的实验信息最新动态。

1.2.2留言管理

管理员可以通过查看用户的留言来了解用户对实验室工作的意见和建议，同时对恶意留言进行删除。

1.2.3项目管理

实验教师对实验项目进行增、删、改、查等管理。

1.2.4注册用户管理

管理员可以对已经注册的用户进行管理，对存在恶意信息的用户进行删除。

1.2.5成绩管理

考核学生项目完成情况。

1.2.6信用管理

针对一学期3次及3次以上取消预约的用户(学生)进行信用度标记，在资源紧张情况下，将不予优先安排实验。

1.2.7预约管理

审核学生预约实验情况，优先安排信用度高的学生进行实验。

系统部分数据流图如图1所示。

2　开放式实验室系统相关算法设计

2.1系统检索(查找)算法设计

为了提高查找效率，系统设计时采用了倒排索引结构进行查找。倒排索引结构由“单词词典”和“单词出现次数”两部分组成。当出现一个单词时，通过一个词汇列表记录单词在文档中出现的位置，这些位置的标识可以是单词出现的起始位置，也可以是某个字符出现的起始位置[4]。

图1系统部分数据流图

该系统使用倒排索引技术，建立了一个“从单词到文档”的映射关系，下面通过实例说明建立过程。假如现在有A、B两篇文档。文档A的内容是：Thisisatable；文档B的内容是：Thetableisakindoffurniture。建立“从文档到单词”一般的索引结构， 见表1。

表1　正向的索引结构映射情况

从表1可以看出，如果只建立以文件为标准的索引结构，即它记录的是一篇文档中单词出现的情况。比如在文档B中table，kind，furniture均出现一次。当用户在进行查找时，一般情况是输入关键词(字)，当使用一般的索引结构时，查询某一关键词(字)时要扫描一遍，当文档索引量非常大时，效率会很差。如果建立的是倒排索引结构就能很好地解决这个问题。

倒排索引结构是以关键词(字)为基准建立索引，当以单词为标准建立的索引时，一个单词出现在文档，比如说“table”在A和B中各出现了一次，“kind”只在B中出现了一次。上例建立倒排索引见表2。

表2　倒排索引结构映射情况

通过表2可以看出，建立一般的索引结构“从文档到单词”的映射关系效率比建立倒排索引“单词到文档”的映射关系效率要低很多。因此，倒排索引可以更好地适合这种检索机制的需要，这也是本系统使用的原因[4-5]。

2.2预约申请冲突算法设计

当有多名学生预约实验项目发生冲突，采用贪心策略来解决。其具体方案如下:设集合E={1, 2, …, n}表示有n种设备预约，其中每种设备能使用的时间段称为资源，而在同一时间段内只有一种设备供学生使用。每种设备i都有一个使用的起始时间si和一个结束时间fi，且si

intAppointment(ints[ ],intf[ ],boola[ ],intn)

{//每种设备预约时的起始时间和结束时间存储于数组s和f中且按结束时间的非减序排列

a[1]=1;j=1;count=1;

for(i=2;i<=n;i++)

{

if(s[i]>=f[j]) {

a[i]=1;j=i;count++;

}

elsea[i]=0;

}

returncount;

}

2.3开放实验室预约管理的功能层次结构

预约管理系统在设计中采用各功能模块独立设计、互相关联，提高了系统软件的可扩充性、可重构性。从开放性、自主性、创新性出发，实验室预约系统主要包括前台管理和后台管理[8-9]，具体功能如图2所示。

图2系统功能层次图

2.4部分功能模块的详细设计

2.4.1学生预约模块的详细设计

学生在注册、登录成功后方可进行预约开放实验室提供的预约项目。学生自行安排自己的实验时间表。当学生根据自己的时间自主选择预约实验项目时，要参考系统提供的开放实验项目的时间包括周次、星期、教师和空档时间段。预约状态有3种，即无预约项目、预约成功、预约失败；学生预约后显示成功，如果确有特殊原因不能按时参加相关项目的实验，可以提前退约(但会有信用度标识)，如果退约3次或3次以上，则降低该学生的信用度;显示预约失败的同时会给出预约失败的原因。具体实现算法如下：

1)选择预约项目模块和预约时间段；

2)提交相关信息；

3)查询审核结果；

4)判断是否参加该项目，如果参加，进入教师审核模块，执行步骤5)，否则退约，退出系统；

5)判断教师审核是否通过，如果通过，则记住预约信息，退出系统，否则重返步骤1)。

2.4.2学生的其它模块

浏览公告模块中主要是提供了学生查看开放实验通知、开放实验大纲、实验项目安排、实验项目内容、实验注意事项等。

我的信息模块除了具备显示该学生的自然情况、更改密码等功能外，还记载了学生个人信用度信息，包括学生开放实验中的迟到、早退、失约等信息。

2.4.3后台管理模块

该模块主要完成对系统的综合管理，如对学生、教师、项目和系统等方面信息的管理。包括公告管理、项目管理、教师管理、学生管理、成绩管理、留言管理、预约管理、管理员信息等功能[10]。

2.4.3.1公告管理

主要完成及时上传各种公告信息和删除已经过时公告信息；管理员信息用来显示开放实验室管理系统的管理员信息管理，可以增、删、改、查相关管理员及相应权限。

2.4.3.2教师管理

主要完成开放实验系统中注册教师相关信息的管理；同时对任课教师的排课信息进行管理，及教师对学生学习信用度评议。

2.4.3.3项目管理

对系统的项目信息进行综合管理，实验项目的增、删、改、查，以及实验项目开放实验时间、实验要求等的变化；同时对学生预约情况进行管理，并可以修改预约状态。

2.4.3.4学生管理

主要完成了对学生注册、登录、预约等信息的管理，即学生基本信息的审核、标识学生信用度、学生遗忘密码时如何找回密码、学生修改自己注册的相关信息、头像及帮助信息等。

2.4.3.5预约管理

模块主要是对学生预约过程进行管理。包括可以根据学生或者任课教师在突发情况出现及时沟通并修改相关预约情况，对实验室预约时间段的增、删、改、查等基础功能的操作，防止实验资源的浪费。

2.4.3.6成绩管理

对参与开放实验室项目进行并完成相关任务的学生，教师对其录入的成绩进行管理，可以修改成绩，并导出、打印成绩。

该系统在设计中引入了信用度概念，当学生在预约成功后多次退约、悔约出现时会降低个人信用度。该模块记载了学生在开放实验室活动的情况，如提前走、晚到、病假、事假、无故不来、悔约、违纪等方面的信息，学生随时可以登录后查看自己的信用度。学生在预约成功后，应按时到场进行实验，若预约成功但无故爽约或者晚到、早走、请假等，将记载下该学生个人学习信用度。学生信用度低将影响今后各项开放实验预约申请的审核。理论课教师可以根据记载的学生信用度来确定是否批准学生参与预约的相应的实验项目。学生信用度的高与低直接与学生成绩挂钩，开放实验室平台的使用使实验室管理更加制度化、科学化、规范化，提高了现有实验室资源的使用效率。

3　结　语

开放实验室预约管理系统的平台开发和运行，激发了学生的学习兴趣，预约管理系统运行促进了合理使用和分配有限的实验室资源，充分体现了以生为本、以人为本的现代化教育、教学理念，方便了师生自主参与开放实验项目，有效地辅助了开放实验教学活动，灵活自主地安排实验时间的特点，调动了广大学生的积极性和创造性，满足了学生个性发展的需要，也全面提升了开放教学和实验室建设的整体水平。该系统将学生、理论教师、实验教师、实验设备、实验项目等集成一体，全方面覆盖了实验室日常管理工作，彻底打破了以往实验教学模式和管理模式，把现代实验教育教学理论融入到实验室管理之中,很好地培养了学生的学习兴趣、独立学习的能力和操作能力，大幅度提高了实验室开放式的管理和实验教学水平。

实施预约系统前，学生进入实验室是无目的、无目标的，有时无功而返，而实施预约系统后，设备使用率大幅提高，实验环境得到明显的改善，学生无排队等候现象，无空返现象，通过预约系统，可以实现分流，均匀有序的进行实验，缓解拥挤、空窗期现象出现，从宏观上管理实验室资源使用完善，为人力配置计划奠定了基础。

[1]王淮远.实验室开放管理系统的设计与实现[D].天津:天津大学，2007.

[2]刘广瑞.构建创新平台，培养创新人才[J].实验技术与管理，2008，25(2):26-28.

[3]马薇.高校实验室信息管理系统设计与实现[D].长春:吉林大学，2010.

[4]黄凤爱，蒋永平，蒋姣丽，等.基于Web的实验室在线预约系统[J].中国现代教育装备，2008(8):52-54.

[5]萨师煊，王珊.数据库系统概论[M].北京:高等教育出版社，2005.

[6]王红梅,胡明,王涛.数据结构(C++版)[M].北京：清华大学出版社，2015.

[7]王红梅,胡明.算法设计与分析[M].北京：清华大学出版社，2012.

[8]王伟.SQLServer2008数据库系统应用开发技术教程[M].北京:北京大学出版社，2010.

[9]蔡勇，阿依木古丽，陈丽华，等.实验室开放网上预约系统的开发与应用[J].实验技术与管理，2010，27(4):97-99.

[10]殷培强.基于网络的远程控制实验系统研究与开发[D].杭州:浙江工业大学，2007:3-6.

Reservation management system in college open laboratory

LI Guojuan

(School of Art Design, Changchun University of Technology, Changchun 130012， China)

Experimentisthekeypartinuniversityteachingandresearchactivities.WiththedevelopmentofITindustry,traditionallaboratorymanagementmodelisnolongsuitable.Herewedevelopastudent-centeredreservationmanagementsystemtomeettheindividualizedstudentneeds.Theinvertedindexstructureisappliedtothedatastructureforeasysearch,whichisbasedonthestudentcreditcalculation.

openlaboratory;reservationsystems;experimentalproject.

2016-05-23

李国娟(1965-)，女，汉族，吉林公主岭人，长春工业大学实验师，主要从事电脑美术设计方向研究,E-mail:liguojuan@ccut.edu.cn.

10.15923/j.cnki.cn22-1382/t.2016.4.19

TP316

A

1674-1374(2016)04-0411-06