高校化学实验室化学试剂web管理系统的研建——以北京林业大学为例

田 萱 曹伟强 罗雅露 李甜甜

(北京林业大学信息学院，北京 100083)

随着我国教育事业的迅速发展，各大高校的双一流实验室的建设工作正如火如荼地开展。这些实验室在相关专业和学科建设中承担着越来越重要的作用，使得对于相关化学试剂管理需求进一步扩大。化学试剂作为实验室主要的实验原料，具有种类繁多、理化性质复杂、流通速度快的特点。但是，目前对于化学试剂的管理却长期依赖于人工负责，实行卡片加账本等手工记账方式[1]，难以保证化学试剂库存信息的一致性，致使管理效率低、管理成本高。

一、高校化学实验室化学试剂管理存在的问题

笔者通过对北京林业大学化学实验室的分析，发现目前实验室的化学试剂管理仍然存在以下问题。

第一，管理方式仍采用人工管理方式，无法及时记录化学试剂的流通信息，难以保证数据的实时性和一致性。

第二，教师每学期都需要频繁对库存进行清查，耗费大量人力，同时查询相关信息困难。

第三，随着每学期课程实验信息及选课信息的变化，化学试剂的消耗量和采购量需要多次重复计算核对，导致采购的过程繁琐低效。

二、高校化学实验室化学试剂web管理系统的优点

笔者结合当今日益成熟的web系统开发技术，依托北京林业大学化学实验室业务需求，设计开发了一套化学试剂的进货、消耗和存储管理的web系统。该web系统分析了教师、实验员以及实验室主任之间的关系以及他们的需求，将化学试剂的采购、课程实验需求和试剂库存管理三者紧密结合，简化了整个管理模式。该web系统建立了对应的课程表、实验表、实验详情表、采购单表、采购详情表以及出入库记录表等信息关系；建立了课程管理、出入库管理和采购管理等模块，实现了课程实验需求量与化学试剂消耗量的关联，同时支持化学试剂直接批量出入库，可以帮助实验员大大提高管理效率。该web系统具有数据查询、数据管理和数据统计等功能，支持实验室领导和实验室管理人员两种用户角色的使用，可降低实验室管理成本，对实验室管理水平的提升具有重要意义，对加强实验室的信息化管理、安全管理，把控事故风险[2]，也具有重要的实践意义。另外，该化学试剂web管理系统还具有较高的实用性和较高的经济价值，主要体现在以下几方面：①通过信息化管理替代原有人工管理，可以显著降低管理成本，有利于实验教学和科学研究质量的提高；②为实验室管理员和实验室主任提供业务管理支撑，帮助他们提高实验室的管理水平和管理效率；③满足高校实验室的教学和科研需求，通过信息化监控化学试剂的流通过程，提高实验室化学试剂管理的安全性，降低事故发生的风险。

三、高校化学实验室化学试剂web管理系统的基本架构

该实验室化学试剂web管理系统的底层为存储化学试剂编号、名称、库存信息等试剂基本属性，以及课程和实验等的基本信息；上层为web技术架构服务网站，为用户提供良好的交互体验。该实验室化学试剂web管理系统提供化学试剂的管理功能，包括对实验室的试剂实现批量出入库操作，对实验课程的试剂采购单生成服务，以及采购申请单的审核等。

为支持多用户访问，该web系统总体采用浏览器/服务器模式，见图1。用户可通过浏览器访问后台的系统服务器；后台的系统服务器接受用户请求并进行相应数据库操作后反馈给用户。后台的系统服务器采用基于Spring MVC框架的系统实现方式，由数据库和web服务器构成。其中，服务器端代码按照逻辑结构可以抽象划分为视图层、控制层、模型层和功能层4个部分。服务器端以控制层代码为中心，接受页面请求后分派给模型层和功能层的处理程序[3]，并返回结果给视图层。模型层代码负责与底层数据库进行数据交互，数据库是数据管理和维护的基础[4]，用于存储系统数据和信息。

图1 实验室化学试剂web管理系统的基本架构

四、高校化学实验室化学试剂web管理系统的构建

(一)系统存储结构的设计

在实验室化学试剂web管理系统中，以化学试剂的管理为中心，笔者通过分析不同实体之间的联系和对应的关系，对该系统的实体之间的联系进行了建模。该系统涉及化学试剂、课程、实验信息、采购单、用户等实体。通过分析实体之间的联系，得到系统的存储结构E-R图(entity-relation model)，见图2。

(二)系统功能模块的设计

根据实际业务需求，笔者在实验室化学试剂web管理系统中设定了两类用户角色，分别是实验室管理员和实验室主任。这两类用户对应该系统的两大功能模块，即实验室管理员模块和实验室主任模块，见图3。

1.实验室管理员模块

实验室管理员模块涉及实验管理、化学试剂管理、课程管理、订单管理、出入库管理5个模块。管理员可以根据课程添加课程下的相关实验，编辑实验信息，并添加实验所用的化学试剂。该模块支持实验的增、删、改、查等操作。

图2 实验室化学试剂web管理系统的存储结构E-R图

图3 实验室化学试剂web管理系统的功能模块

其中，①实验管理模块，支持实验室管理员添加、删除、更改、查找实验。②化学试剂管理模块，支持实验室管理员查看化学试剂概要信息和详细信息，修改、添加化学试剂信息，根据化学试剂信息查找化学试剂。③课程管理模块，支持实验室管理员添加课程信息，管理课程的相应实验，并与对应的教师相关联。④订单管理模块，支持基于课程的订单生成功能。在该订单管理模块，实验室管理员可以对生成的订单进行修改，并提交订单给实验室主任审核，审核通过后，实验室管理员导出excel文件，用于实验室文件的审批和管理。⑤出入库管理模块，支持实验室管理员根据采购单实现批量的化学试剂出入库及出入库记录的信息浏览功能。同时可通过手持扫码机扫描化学试剂标签实现单种试剂的出入库。

2.实验室主任模块

实验室主任模块包括订单管理、化学试剂管理、出入库管理3个模块。①订单管理模块，支持实验室主任对于订单的审核和查找操作。②化学试剂管理模块，支持实验室主任对于实验室化学试剂信息的浏览、添加和修改操作。③出入库管理模块，支持出入库记录及实验室主任对于出入库记录的浏览操作。

(三)基于Spring MVC的化学试剂web管理系统架构的实现

该实验室化学试剂web管理系统为典型的浏览器/服务器架构，服务器后台基于Spring MVC架构和MySQL数据库支持实现。用户在浏览器前端的请求操作将被送到服务器端的Spring MVC架构中的控制层程序中，控制层程序对其进行解析后，交由模型层的DAO(data access object)完成对数据的增、删、改、查等操作。数据库操作执行完成后向控制层返回一个ModelAndView对象(这是Spring MVC框架自带的默认功能，从控制层向视图层传递数据的对象)，并将数据显示在视图层后返回给浏览器前端页面。该实验室化学试剂web管理系统架构的设计与实现过程需要涵盖以下几个方面。

1.系统文件配置

web.xml文件是Spring MVC框架的入口配置文件。在web.xml文件中配置分发器程序DispatcherServlet和上下文载入器Listener，配置后默认加载Spring-servlet.xml文件用于拦截请求页面，并分发到相应的控制层程序中。

2.控制层设计与实现

控制层程序包含针对不同功能模块的Controller类程序。例如，响应用户登录请求的控制类LoginController程序、响应用户课程实验或实验详情信息请求的控制器类CourseController程序、采购单或采购详情请求的控制器类POController程序、化学试剂详细信息请求的控制器类ChemicalController程序、出入库记录请求的控制器IOController程序等。每个控制器程序都遵循Spring MVC框架的约定，并使用@Controller注释，以便这些控制程序被自动纳入Spring MVC框架的管理中，同时使用@RequestMapping映射程序，实现请求页面的URL地址自动跳转。

3.模型层设计与实现

模型层程序主要负责和后端数据库进行交互。其程序包含操作数据库的数据访问对象类JdbcDaoSupport、数据库连接类JDBCTemplate等，能简化对后端MySQL数据库的操作。

4.功能层设计与实现

根据后端数据库的定义建立相应的化学试剂、课程等的实体类，并定义对应属性的获取方法和读取方法，进行持久化封装类，方便用户直接通过实体类对数据库进行操作

五、高校化学实验室化学试剂web管理系统的运行

笔者以采购功能的实现为例，介绍采购单的创建过程。首先，实验员用户点击“生成采购单”按钮，服务器后端获取课程编号，并显示弹出框要求实验员填写采购单基本信息：课程人数、学期等。其次，点击弹出框的“确认”按钮触发采购控制器类POController中的函数POAdd，并传送参数课程编号、学期、课程人数，向数据库中插入采购单信息，并设置采购单的状态为“未提交”。最后，调用模型层程序PODAO类里的函数getPODetail获取该课程的详细采购需求，并将其传送到前端的采购需求页面供实验员用户编辑。在实验员用户编辑完所有采购需求并点选“提交”或“保存”按钮后，这些编辑数据(如处理类型提交或保存、采购单编号、勾选的化学试剂编号及需求量)将被传送给采购控制器类POController中的函数ManPODetail进行处理。若处理类型为“提交”，该函数将根据库存计算出实际需求的采购量，若计算出的实际采购量大于0，则插入采购详情表，并将该采购单的采购详情列表传送到前端页面供实验员用户确认。整个采购单创建的流程顺序见图4。

六、高校化学实验室化学试剂web管理系统的运行效果

笔者以北京林业大学化学实验室为依托，设计并实现了一套实验室化学试剂web管理系统。该web系统实现了化学试剂的全流程跟踪和控制，解决了以往化学试剂难以管理、流程难以控制、安全难以保障的问题，实现了化学试剂相关信息的数据存储、数据查询、数据管理等功能，提升了化学实验室的管理效率和信息化水平。该web系统提供了较好的人机交互模式，节约了实验和管理成本，有助于降低风险事故的发生。

目前，该web系统已经在北京林业大学理学院化学系上线试运行，获得了实验室工作人员的肯定。在经过一年试运行期之后，将推广到北京林业大学的多个学院的化学实验室大范围使用。该web系统对于进一步推动我国高校实验室的信息化建设和管理具有一定的实践价值。

图4 实验室化学试剂web管理系统中采购单创建流程