高校实验室管理系统的设计与实现

范国婷，韦斯羽，王秀友，彭 亮，张梦雅，周灵辉

高校实验室是进行实验教学、开展科学研究、推动科技发展的重要基地，实验室工作是学校教学科研工作的重要组成部分，实验室建设与管理水平直接关系到人才培养的质量［1］.随着当下高校信息化建设工程的开展，传统的人工方式管理实验室已不再适应时代发展，因此，设计一个良好的实验室管理系统十分必要.

为了提高实验室的管理水平，本文对当前高校实验室管理的现状进行了分析与研究［2］，进行 Web 前后台的开发，针对高校传统实验室管理模式的缺陷，利用数据库等技术，设计开发了涉及超级管理员、普通管理员和普通用户三个角色的智慧实验室管理系统［3］，减少人工管理过程中所需要的人力物力.此外，本实验室信息管理系统（Laboratory Information Management System，LIMS）以信息技术为纽带［4］，以友好的界面操作接受管理员与用户要求，并根据实验室资源进行资源利用与任务规划，进而提高实验室管理效率.

1 平台设计

1.1 系统架构设计

通过对功能模块的分析，系统采用SSM框架模式进行部署架构，并与.NET 三层结构技术相结合，设计了系统的整体架构，整体架构图如图1 所示.

图1 系统整体架构图

实验室管理系统设计基于三层架构的体系结构，即系统由表示层、业务应用层和数据访问层三个独立的层次构成.表示层负责给用户展示数据，用户也可以在该层进行数据操作.业务应用层是实验室管理功能模块，根据不同的请求调度不同的逻辑取得数据.数据访问层是用户通过网络进行数据交换的数据库对象.

利用SSM 框架进行环境搭建，在Web 前端调整和优化的基础上，对系统功能进行详细分析，对数据库进行搭建，并完成后端的链接，实现后端的功能，完成对系统功能的调试运行和系统测试，并对系统进行后期优化.

1.2 系统功能设计

对于高校实验室管理系统的设计而言，其功能模块主要包括用户管理模块、基本信息管理模块、新闻管理模块、反馈管理模块、签到管理模块、团队管理模块、课程管理模块和设备管理模块，模块结构图如图2 所示.

（1）用户管理.在实验室不同的用户拥有着不同的权限.根据用户的权限分配，用户可分为实验室普通用户、临时管理员和超级管理员.

①普通用户.实验室中权限最低的成员，只需要负责个人注册登录，管理个人中心.

②临时管理员.临时管理员可以对普通成员进行管理，例如账号使用控制、所属小组分配、个人介绍、分配实验室编号等.并且可对自己小组成员信息进行查看、添加、修改等.

③超级管理员.具有最大的权限，可管理所有实验室成员.

图2 系统功能模块图

（2）基本信息管理.基本信息管理专门用来向实验室的老师和学生展示实验室的发展情况，包括实验室简介、荣誉信息和规章制度.

①实验室简介.主要用来介绍实验室内部的构成，以及未来发展的方向等.

②荣誉信息.主要用来展示历年学院师生的获奖情况.

③规章制度.这部分内容主要包括实验室成员应该遵守的管理条约.

（3）新闻管理.为方便用户了解最新且最有价值的信息，其子功能可以实现添加新闻、删除新闻.

①添加新闻.添加一些学校或学院的重大新闻，以及最新且最有价值的新闻供用户查看浏览.

②删除新闻.对过时的或者无用的新闻进行删除，及时更新系统，方便用户.

（4）反馈管理.反馈是为了更好地维护系统的运行，子功能模块分为收集反馈信息、处理反馈信息.

①收集反馈信息.对老师或者学生提出的建议进行收集并上传到管理窗口.

②处理反馈信息.对收集来的建议或者反馈进行快速有效地处理.

（5）签到管理.签到是对实验室成员管理的一种最基本的方式，子功能模块分为签到记录、签到统计分析、签到排名.

①签到记录.对实验室成员来实验室的次数、时间进行实际记录.

②签到统计分析.对实验室成员来实验室的次数多少、时间长短等进行实时统计分析.

③签到排名.通过上面的实时统计分析对数据进行可视化排名，用来更好地了解实验室成员的签到情况.

（6）团队管理.在实验过程中，通常都会需要团队合作来完成任务.子功能模块可分为团队学习方向和特色介绍、团队组成人员的更新、团队的自我介绍.

①团队学习方向和特色介绍.确定各自团队的发展方向，形成自己的特色.

②团队组成人员的更新.实验室管理员或组长可进行团队成员的增加及删除等.

③团队的自我介绍.成员之间的相互介绍，有利于成员之间的沟通和学习的交流.

The Current Situation of Agricultural Products Logistics and the Conception of Logistics Systemin Henan Province: based on the Case of Zhengzhou

（7）学习资源管理.此功能模块主要向实验室成员提供充分的学习资源，子功能模块可分为课程链接、课程推送.

①学习资源链接.将系统与相应的学习网站进行链接，提供大量的学习资源.

②学习资源推送.根据团队成员的需求，会默认推送一些相应的课程，供成员选择和学习.

（8）设备管理.为保证实验室建设的高标准和高质量，很多实验室引入了先进的设备.本系统提供设备管理模块对实验室的设备进行管理.本模块的子功能模块包括：设备入库管理、设备修改管理、设备出库管理、设备查询管理、设备申请管理、设备审核管理.

①设备入库管理.将实验室所有设备信息进行记录，包括设备编号、设备名称、设备型号、价格等.

②设备修改管理.当原设备信息录入有错误或设备使用信息变更时可通过该模块进行修改.

③设备出库管理.当设备损坏时，可点击删除按钮，完成设备的出库.

④设备查询管理.该功能与上述功能不同，实验室普通成员也可以通过该模块完成查询.

⑤设备申请管理.当发现实验室有设备损坏或缺失时，可以通过该模块查看历史审核信息.

⑥设备审核管理.审核只能由管理员进行，该功能主要是对上述设备的申请进行审核.

1.3 数据库设计

数据库的设计是实验室管理系统设计的一个重要环节，通过对系统需实现的各功能模块的分析，后台数据库需要存放的信息主要包括用户、小组、通知、反馈、荣誉等.

（1）概要设计.数据库的设计与存储数据及系统的高效运行有着直接的关系［5］.其中，数据库的概念模型如图3 所示.其中用户包括普通用户、管理员与超级管理员，小组包括实验室中各种学习小组等.用户可对快讯、通知、荣誉、反馈、签到五大功能模块进行操作，而对于同一功能，不同的用户被授予不同的权限.

图3 E-R 图

（2）逻辑设计.由于本实验室管理系统使用的表格较多，现列出部分重要表格的逻辑结构，其关系模式如下：

权限表（权限号，权限名称）.

用户表（用户编号，所在小组编号，姓名，账号，密码，联系方式）.

小组表（小组编号，成员，简介，学习方向，获奖情况）.

设备表（设备编号，设备名称，型号，价格，数量）.

反馈表（反馈编号，反馈者，反馈时间，反馈内容）.

学习资源表（资源编号，资源链接，相关资源）.

新闻表（新闻编号，标题，创建时间，创建人，浏览次数）.

供应商表（供应商编号，供应商名称，所在地，电话，邮箱）.

用户-设备表（用户编号，设备编号，使用时间，已使用天数）.

用户-反馈表（用户编号，反馈编号，反馈内容）.

用户-课程表（用户编号，课程编号，点击次数）.

用户-新闻表（用户编号，新闻编号，浏览次数）.

设备-供应商表（设备编号，供应商编号，设备名称，设备型号）.

2 系统实现

利用Web 技术实现前后台各自的功能，实现了一个功能完整的实验室智能管理系统.目前系统功能已经全部实现，在这里展示前后台的主要功能界面，具体如图4～8 所示.图4 显示了实验室快讯页面，图5 显示的是实验室荣誉浏览页面，图6 显示的是实验室团队信息，图7 展示了实验室上传的最新公告内容，图8 显示的是系统管理员登录后的后台页面，其中包括了管理员的所有功能，以及每个功能所能执行的内容，每部分内容又主要有添加、修改、删除等功能.

图4 实验室快讯

图5 实验室荣誉

图6 实验室团队

图7 实验室公告

图8 实验室后台管理

3 系统创新

通过上文可知，本文设计的实验室管理系统与现有系统相比，添加了学习资源推荐、先进的监控管理，以及后台功能模块代码自动生成模块.其中使用混合推荐算法进行学习资源推荐以及先进的管理机制是本系统的最大特色.

3.1 学习资源推荐

一般高校现有的实验室管理系统缺少这一功能，学生一般在爱课程网、中国大学MOOC网等网站进行学习.而本系统会与相应学习网站进行链接，根据各团队的学习方向和成员所属团队，进行默认课程推送，成员也可自行搜索，管理员可看到各成员的浏览记录、学习内容及学习方向.

在进行学习资源推荐时，采用结合基于内容的推荐算法和协同过滤算法的混合推荐算法，两种算法的融合，不仅相互弥补了各自的不足，同时使推荐具有较高的精度.在普通用户登录时，系统计算此时的用户相似性矩阵，若该用户的相似性邻居大于等于3，采用协同过滤算法推荐课程；相反，若小于3，则采用基于内容的算法推荐课程.

3.2 监控管理

本系统具有较好的防火墙监控和数据源监控等功能.可以通过后台高效监控整个系统的变化，如：SQL 语句的执行时间、表的使用情况等.通过监控及时发现和解决问题，防止类似情况再次出现.

3.3 后台功能模块代码自动生成

在对系统后台功能模块进行开发时，为避免编写重复代码，提高开发效率，采用MyB-atis 逆向工程自动生成代码（见图9）.在项目目录中，首先导入逆向工程所需Jar 包，再根据前端所填的数据表信息，编写逆向工程配置文件与自动生成代码所需要的执行文件，运行文件即可自动生成对数据库表进行增、删、改、查等常规操作的代码.

图9 后台功能代码自动生成过程

4 结语

实验室是高校学生学习的重要场所，其管理水平的高低对学生学习有着直接的影响.结合高校实际情况，运用现代管理思想和最新的计算机技术，设计和实现了既具有实用性，同时又不失先进性的高校实验室管理系统.系统改变了原有传统手工实验室管理方法，减少了管理者的工作量，促进了实验室管理的规范化与科学化，进而提高了实验室的管理水平.