开放实训室管理系统（LIMS）的设计与实现

张元斌 青岛职业技术学院

开放实训室管理系统（LIMS）的设计与实现

张元斌 青岛职业技术学院

本文主要是开发了一套实训室开放管理系统，包括实训室门禁管理、学生指纹考勤、实时视频监控、课程表动态更新、信息及时发布等功能，以满足高职院校实训室开放管理智能化的需求。通过该系统的实施，可以有效减轻实训室管理员的管理工作量、提高学生的出勤率，有利于实训教学管理的现代化、信息化和科学化。

实训室管理 开放 智能 系统

1 实训室管理与实训教学的现状和问题

在“科学发展、教改先行”和“抓教改促质量”的理念指导下，高校应注重学生自主学习和创新能力的培养，实训室是学生学习，教师教学、科研，社团活动，开展技能大赛的重要场所，是实施“学教做一体化”的地点，传统的、低效率的管理方式已不能很好地使实训室日常事务满足信息时代的需要，使教学与管理中的矛盾日益突出，不利于学生自主学习和创新能力的培养，严重阻碍了教学的发展。

近年来，很多高等院校已经逐步意识到这一问题，并着手在校内试行实训室开放管理，尝试利用课余时间和周末开放实训室，并制定了相应的开放管理规定，设计了开放流程，学生利用课余时间自行预约进入实训室进行实训。这种开放实训的形式是好的：一方面为学生技能提高提供了有利的条件；另一方面也在一定程度上提高了实训室利用率。但实施过程中也出现了申请审批周期长、实训室课表更新不及时、开放信息不对称，场地开放却没有学生、指导老师无法及时掌握学生的出勤情况、仪器设备损坏率和耗材费用增加、实训室难以实时监控、实训设备安全隐患增加、实训室管理人员工作量过大、管理成本不断加大等新情况，实训室开放效果难以达到预期。

同时课堂出勤率低，学生迟到、早退现象较多已经成为困扰高校发展的一大问题，这不仅影响课堂秩序的正常运行，也不利于教学质量的提高。单纯只靠教师点名，既占用上课时间，考勤信息又不能及时与辅导员共享，不能及时发现和处理学生的出勤问题。

为了促进良好校风和学风建设，充分发挥实训室的资源优势，提高实训室的使用效率，促进实训教学改革，提高实训教学质量，迫切需要开发一套开放实训室管理系统，实现实训室及实训教学管理的现代化、信息化和科学化。本文将重点介绍我院开发的开放实训室管理系统。

2 系统功能描述

开放实训室管理系统采用B/S和C/S架构相结合，支持PC、平板电脑、移动终端等实时访问，系统包括实训室门禁管理、学生指纹考勤、信息发布、视频监控、数据统计分析等五大功能。

2.1 实训室门禁管理

在每个实训室门口安装门禁机，门禁机采用人脸面部识别技术，模块包含开门时间段更新、管理员更新、开门记录更新、开门状态更新、远程开门和远程重启门禁机等功能。通过管理员分配，对不同的用户分配不同的权限，根据权限和课程表安排确定每个人的具体开门时间，通过面部识别进行开门，用户只有在授课计划安排和申请的时间段才能打开相应实训室的门，其他时间或未授权用户无法进入实训室，开门记录及时更新到后台，管理员可及时掌握实训室的进入人员和开门时间，既保证了实训室开放的灵活性，又能随时监控，保障了实训室和物质设备的安全。

2.2 学生指纹考勤

学生采用指纹考勤的形式代替传统的点名考勤，上课签到，下课签退，只有在规定时间段内的指纹记录才能被系统有效采集。通过考勤算法生成每次课的出勤状态，及时写入数据库。上课后，学院领导和班主任（辅导员）就可以通过显示系统或登录平台及时查看各班学生出勤情况，以及迟到学生的详细名单。

2.3 信息发布

在每个实训室门口安装平板电脑或广告机，内置APP定时从WEB服务器获取教学日志数据，动态更新当前周课表信息。

在显示屏上动态显示当前课程学生出勤情况，包括应到和实到学生人数，迟到、早退和缺勤学生名单，以便检查人员和班主任（辅导员）随时查看。

可以在显示屏上动态发布学院的重要通知信息等。

2.4 视频监控

实训室内安装网络标清摄像头，管理员可以通过PC或移动终端随时查看实训室的使用情况。视频数据存储在专用的视频服务器上，可供特殊时刻的查看、回放。

2.5 数据统计分析

数据统计分析模块包括出勤统计、资产统计、开放统计、课时统计等，可以定期汇总学生某一学期的出勤情况，实训室的利用率、本学期的课程开设课时等。每个学期末，可以自动生成统计报表，减少了手工统计的工作量。

3 系统的软硬件结构设计和功能实现

3.1 系统的硬件设计

开放实训室管理系统硬件主要包括WEB服务器、数据库服务器、视频服务器、网络数字摄像头、门禁机、指纹考勤机、广告机（Android系统）等，通过有线或无线网络进行连接。系统的硬件结构示意图如图1所示。

图1 系统硬件结构示意图

（1）门禁一体机

门禁一体机集成触摸屏、数字键盘、读卡器、人脸识别摄像头等多种传感器和识别模式。支持多种开门方式，用户可以通过RFID卡、密码、指纹、刷脸等多种方式开门，也可以通过以太网远程控制开门。

（2）指纹考勤机

指纹考勤机安装在实训室内部，只有教师开门后，才能开始签到。可以通过密码、指纹等方式考勤签到，通过以太网接口进行设备的管理和指纹、考勤数据传输。

（3）广告机

广告机安装在实训室外，门口处的墙壁上，操作系统选择Android4．0及以上，可以通过WiFi或双绞线接入网络。也可以用平板电脑代替广告机，但一般平板电脑只能通过WiFi接入，且屏幕尺寸较小，必须通过电池供电，成本较高，所以建议使用广告机。

（4）摄像头

摄像头采用网络标清或网络高清数字摄像头，通过以太网传输，可以通过PC或移动终端实时查看。

3.2 系统的软件设计及实现

本系统的软件模块主要包括开放实训室系统管理平台、门禁管理服务、考勤管理服务、数据同步服务和显示端APP等。

（1）开放实训室系统管理平台

开放实训室系统管理平台为B/S架构，采用Apache+PHP+MySql的模式搭建，平台包含系统管理设置、门禁管理、实训室开放管理、考勤管理、教学日志、信息发布、统计查询、个人信息修改等子模块。主要用于学期、节次等时间的设置；用户、班级、专业、部门信息设置；用户权限分配；平板、门禁一体机、指纹考勤机参数设置；发布重要通知消息；门禁权限设置和远程开门；学生考勤数据的统计和显示；调停课管理和排课管理；学生请假管理；实训室使用申请等功能。管理平台的子模块如图2所示。

图2 系统管理平台功能模块示意图

（2）门禁管理服务

门禁管理服务采用C/S架构，基于．NET4．0开发，运行在系统服务器端（可以部署在WEB服务器上），包括门禁管理服务和WEBServices服务程序两部分。

门禁管理服务主要功能是根据实训室一周内的课表，生成授权开门的时间段和对应的教师、学生名单，发送给各个实训室门禁一体机，除管理员以外，获得授权的教师或学生只能在授权时段内通过刷脸、扫描指纹打开门锁，进入实训室。门禁管理服务程序还将门禁机内部的开门记录读取到本地数据库，可以供管理员随时查看实训室的开门信息，保证实训室使用安全。

WEBServices服务程序的主要作用是提供PHP（WEB端）应用程序对门禁一体机的远程调用功能。PHP应用程序通过调用WEBServices服务，可以通过网页实现远程开门和重启门禁机的功能。

（3）考勤管理服务

考勤管理服务采用C/S架构，基于．NET4．0开发，也运行在系统服务器端。服务程序的主要功能是根据实训室课表信息，定时读取实训室指纹考勤机的指纹记录，根据当前节次起止时间，计算生成当前节次学生的考勤数据，包含全勤、迟到、早退等几种状态，存入数据库，供任课教师和辅导员后期查询统计。

（4）数据同步服务

有的学校可能已经部署了教学管理系统，用于排课和学生考勤管理，像青岛职业技术学院，已有CRP系统。针对这种情况，本系统专门开发了数据同步服务，可以将课表数据、调停课数据、补课数据、班级数据、用户数据自动同步更新。反过来，本系统产生的学生考勤数据，也可以同步更新到现有的教学管理系统中。

（5）显示端APP

为了实现课表和学生考勤数据的显示，在显示端开发了一款APP，部署在广告机或平板电脑上。APP定时向服务器端请求数据，显示实训室当前一周的课表（包括上课日期、节次、任课教师、上课班级等）和每节课学生的考勤数据，实时显示当前班应到学生人数，实到学生人数，迟到、早退、缺勤学生名单，供巡查和督导人员查看。

4 系统应用及改进方向

系统自运行以来，得到了实训室管理员和教师的广泛好评。通过门禁管理系统，教师和学生只需要在系统上就可以随时预约实训室，减少了冗余的程序，提高了工作效率；教师上课时可以直接通过门禁开门，减少了钥匙交接带来的不便，也将实训室管理人员从简单繁琐的工作中解放出来，提高了实训室的利用率，提高实训教学质量。通过指纹考勤系统，学生基本都能提前5分钟到教室，学生的考勤数据及时显示，学生可以直接看到自己当前的考勤状态，减少了点名签到占用课堂的时间。通过座谈，学生普遍反映指纹考勤比以前更加严格，更加客观。据统计，通过指纹考勤，学生的出勤率比以前明显上升了15~17个百分点，迟到、早退的现象明显减少。通过信息发布系统，课表的数据动态更新，代替了因调停课频繁更换课表的情况。学院最新的政策信息，也可以通过信息发布系统随时发布，建立起学院与学生沟通的桥梁。

开放实训室管理系统的建设，有利于充分发挥实训室的资源优势，促进了实训教学管理的现代化、信息化和科学化，促进了实训教学改革，促进了学风建设。

实训室经常会出现忘记关灯、断电的情况，即增加了能耗，又产生了安全隐患，下一步，应当结合物联网传感器技术，实时检测实训室能耗，做到无人自动关灯、断电。

[1]常中华.高职开放实训室管理系统的设计与实现［J］.中国教育信息化，2016.（7）

张元斌（1981-），青岛职业技术学院讲师，学士，研究方向：电子信息。