計算機實驗室管理系統設計應用研究

于洋

(撫順市第一中等職業技術專業學校，遼寧撫順，113001)

1 計算機實驗室管理的應用現狀及問題

1.1 經費投入不足

經費不足是制約實驗室進一步發展的重要因素。首先，經費的缺乏就導致實驗室的硬件設施及場地無法滿足需求；其次是由于計算機設備技術的更新換代速度極快，設備更新不及時，隨著使用時間的增加，系統的運行速度越慢；另外，由于維護人員有限，而教學壓力又逐漸增加，導致實驗室設備的維護工作難以到位，部分設備損壞嚴重。造成這一情況的主要原因有二：其一是缺乏固定的計算機實驗室經費投入機制，缺乏長遠的規劃；另一方面，經費的主要來源為院校自籌，較為單一，缺乏多渠道的資金籌措的能力。

1.2 實驗室開放時間及內容具有局限性

對于大部分的高校，其計算機實驗室的開放時間多為根據教師的使用需求臨時開放，時間一般與課堂時間相近，一個小時左右。在這種限制下，學生更多的處于一種被動式的接收學習的狀態，不利于培養學生對綜合實驗的興趣，甚至會產生敷衍的情緒。同時實驗的內容一般都依附于課堂的常規化教學，缺乏交叉性和綜合性，學生的實驗過程仍被束縛在既定的框架之下，這在一定程度上不利于學生創造性思維的提高。

1.3 管理方式落后

部分計算機實驗室仍然采用傳統的分散式的管理模式，而對于不同的實驗室、不同軟件要求的實驗室設備，管理人員需要對其進行不同的軟硬件維護工作，由于工作量巨大，往往不能做到及時的維護，同時部分管理人員的專業能力不足，對設備的了解程度不夠，導致故障率偏高，對教學造成較大的影響。部分學生也存在違規使用移動儲存設備來下載音樂、電影、上傳作業等，導致計算機中病毒的概率提高。

1.4 總體規劃落后，綜合利用率低

部分高校在規劃建設計算機實驗室時，由于缺乏協調性和全局性，導致了計算機資源的閑置浪費。例如，部分實驗室配備了性能較優的計算機用于專業性的實驗，但由于專業設備的數量不多，難以滿足其他通識課程的設備數量需求，就導致這部分計算機的綜合使用率較低，而其他實驗室則超負荷運轉，進一步加劇設備的老化。

2 實驗室信息管理系統設計的概述

實驗室信息管理系統，簡稱LIMS，是以計算機的硬件以及相關的軟件為核心部件，用于實驗室數據及信息的收集與分析，集成了數據通信、信號采集、數據管理三大模塊的綜合性集成系統。以實驗室為中心，結合現代網絡及數據庫管理技術，基于結合實驗室的實際情況（環境、人員、功能等）將設備、文獻資料、課程安排等的有機統一是LIMS的工作原理及內容。LIMS是實驗室與、教學平臺、學習平臺的重要連接紐帶。

按照功能性原理劃分，LIMS可以分為兩類：其一是數據依附管理類，其二是全面管理類。前者主要用于一般性的數據采集、處理、輸送等基本功能，這些功能已經能夠滿足大部分實驗檢驗的需求，同時其設計難度較小，成本也較低，因此應用更為廣泛。后者除了包含基礎功能外，還增加了固定資產管理、材料資源管理等模塊，結構更為復雜，功能更為完善，可以實現實驗室的綜合管理，但其投資巨大，構建困難，國內的實際應用還不多。

自上世紀八十年代開始，LIMS技術就逐步被引入到實驗室管理中。最初，其為基于PC的處理技術進行開發，因此操作難度較大，同時無法實現系統之間的數據交換。隨著計算機技術的不斷革新，基于C/S架構以及Windows操作系統的系統被廣泛采納，同時也引入了SQL網絡數據，極大的提升了LIMS的數據處理能力。到了二十世紀，在現代化教學概念的需求下，對LIMS的要求也越來越高，要求其具備全方位的功能，最終開發出了以新型SISC、LIMS為代表的實驗信息管理系統。

3 計算機實驗室管理系統的設計應用研究

3.1 計算機實驗室管理系統設計原則

3.1.1 模塊化

模塊化對于實驗室管理系統的設計至關重要，其可分為三個層次，包括系統、數據以及管理系統的模塊化。通過模塊化的設計，可以進一步提高管理系統的合理性、科學性和維護性，有助于系統的控制及更新。此外，還可以使實驗室系統具有更加清晰的功能管理模塊，便于用戶的資源查找以及數據識別。

3.1.2 低耦合

低耦合也是實驗室管理系統設計不可忽視的一個原則，需要構建系統之間，系統與數據之間的關聯度，又必須盡可能地降低，從而在保持系統聯系的同時實現一定程度上的系統獨立，從而將系統之間的影響降至最低，防止因一個系統出現異常導致整體出現異常的情況。

3.1.3 高內聚

高內聚的原則主要針對操作系統的管理問題，通過高內聚，可以進一步提高系統的統一性，從而有助于系統的高效管理和數據的穩定儲存。

3.2 計算機實驗室管理系統設計的需求分析

用戶的需求是系統設計理念的關鍵所在，要想設計好一個計算機實驗室管理系統，就必須了解高校實驗室管理的現狀和需求。

（1）登錄功能：需要登陸實驗室管理系統的用戶角色可以分為管理員、教師、學生這三大類，每個類別的權限都不相同，對于管理員需要用于用戶名單管理、系統參數維護等的權限；教師需要有實驗教學安排以及查看學生狀態的權限；學生則需要有查看實驗內容、下載資料、提交作業等權限。

（2）排課功能：實驗室排課是一個系統性的工作，因此需要設計一個含有邏輯性的系統排課方案，從而做到高效高質量的排課。

（3）實驗室信息維護功能：由于系統的管理范圍廣，管理信息量大，因此必須基于管理員的功能將這些資源進行整理，從而有效調整信息；

（4）實驗評分功能：不同課程、不同教師情況下實驗課程的效果均不盡相同，因此需要設定一個科學的考評標準，在同一個維度下評分，從而便于學生選擇合適的實驗課，同時，也可以增加建議模塊，進一步優化實驗。對于教師的評分亦是如此。

（5）隊伍建設管理功能：教師的工作任務各有不同且任務繁多，因此也需要進行系統性的歸納和管理。若有教師請假，就可以及時調整課程安排，以避免臨時操作的不便性。

3.3 計算機實驗室管理系統設計的模塊化設計

實驗室管理系統需要包含四個模塊，包括用戶模塊、實驗教學模塊、實驗室建設模塊以及輔助功能模塊，其規劃圖如圖1所示。整個系統是相互依存，相互聯系的，其運行由管理員維護，不同的模塊、不同的角色的權限和功能也不盡相同。

圖1 總體模塊規劃圖

3.3.1 用戶模塊

用戶模塊的功能主要在于添加用戶。對于用戶的添加，首先需要確認用戶的角色，再編輯用戶名、用戶編號、用戶密碼，然后確認密碼，最后提交即可。若成功添加，則顯示“添加成功“，否則為“添加失敗”。

3.3.2 實驗教學模塊

該模塊是計算機實驗室管理系統的核心，包含了六個模塊，如圖2所示。

圖2 實驗教學模塊

（1）教務管理模塊的設計依據為實驗室的教學任務安排，然后根據安排制定實驗計劃、項目以及課程大綱，然后自動生成教學任務書，并根據課程的安排，對復合條件的學生進行篩選，為每批次學生選擇合適的實驗教師。該模塊還默認實驗室教師必須為所述院系的專業課教師，以滿足學生的需求。

（2）實驗室教學研究在一定程度上可以合并至教務管理中，除了完成實驗計劃、項目以及大綱的指定外，還需要完成實驗指導書、實驗項目增設的工作。

（3）實驗室管理過程需要囊括實驗時間、地點、項目、耗材情況、過程記錄等功能。該模塊的工作是由管理員完成，管理員在收到教務處的指令后，結合實驗室的實際情況，對學生進行分組，安排相應的實驗課程并進行紀錄指導，最后對耗材情況、學生成績等信息進行登記。

（4）課表安排需要做到直觀簡介，任課老師可以在系統上導出精準的課表，學生也可以通過系統查詢課程的安排情況。

（5）在系統設計上必須增加在線答疑模塊，便于學生與教師的交流。答疑模塊可分為公共平臺和個人平臺，公共平臺面向所有教師和學生，可以最高效的解決問題，而個人平臺則預留了個人詢問的模塊。

（6）開放式選課用于選修課的選擇，學生可以依照個人興趣自行選擇課程，有利于提高學生的學習興趣。

3.3.3 實驗室管理模塊

實驗室管理是實驗室的建設和運營的重要部分，可分為三個模塊，如圖3所示。

圖3 實驗室管理模塊

（1）基本信息主要包括實驗室的配置、布局、大小等信息，通過這個子模塊，可以索引所有實驗室的詳細形象。而基本數據是指各院系的數據，包括學生數據、專業課程數據等，這些數據可從教務處直接導入，省卻了信息錄入的難點，也提高信息變動的同步性。

（2）管理機構子模塊主要是用于記錄實驗室的信息，用作實驗室的等級評估使用。規章制度則是將學校的規章制度進行錄入，并提供索引。

（3）在從教務系統導入學生的信息后，將可以對學生進行分班或分組處理，在完成學分考核以及學分要求后，自動升級。獎懲信息主要用于實驗室的規章制度的履行，對象既可以是個人，也可以是團隊，系統可以實時更新各實驗室以及個人的獎懲情況。

3.3.4 輔助功能模塊

輔助功能模塊包含常規辦公化、實驗室評估以及系統維護這三個子模塊。常規化辦公主要指實驗室人員的日常工作，如系統的維護、系統資源的管理、系統評價等。而實驗室評估就包括了評估標準的制定、評估主題的制定以及實驗室自評這三個子模塊。而系統維護需要包括用戶權限管理、數據上報、參數維護這三項功能。

3.4 數據庫的設計

作為軟件開發的核心要素，數據庫的設計質量是系統質量的關鍵，是高質量應用的基礎。目前，多數高校的實驗室采用集中式的數據模式，將所有數據儲存咋一臺數據服務器上，通過局域網來實現系統的管理，當有多人同時訪問時，就會導致網絡壓力的增加，不利于進行多層次的管理需求。因此，可以基于Web服務器直接多節點的訪問和儲存，其工作模型如圖4所示。其中應用層實現多人同時訪問功能；中間層完成實際操作；基礎層實現數據庫與系統的交互；物理層則可以對儲存器的運行進行監控。通過這四個層次，實現系統的整體需求。

圖4 Web服務器工作結構模型

數據采集是計算機實驗室管理系統運行的基礎條件，因此，必須數據的采集模塊進行重點關注?；贑SS和Java實現數據的動態采集，并利用采集端的數據處理對數據進行綜合。數據資源在進行分類篩選后，就會被轉化成動態配置的狀態，然后由系統進行資源配置，最終完成計算機實驗室管理系統的設計。

3.5 應用研究

選擇某高校實驗室計算機室內，操作系統均選為Windows 10，實驗組采用本文設計的管理系統，對照組使用傳統的管理系統，使用管理者、教師以及學生身份各操作3次，對比項目為系統的管理效率，以管理效率來衡量系統的管理能力，其實驗數據如表1所示。

表1 管理效率對比

由表1可知，實驗組的效率顯著高于對照組，因此，可以判定本系統的管理能力高于傳統的實驗室管理系統，具有較高的推廣性。

4 結語

互聯網技術的進步推動現代化教育的革新，而計算機實驗室管理系統是現代化教育的重要一環，必須對其進行革新，提高系統的運行穩定性和效率。系統的設計在SOA的設計思想的基礎上，應用了Web服務器的技術，實現了新型計算機實驗室管理系統的設計河開發，對于提高管理人員的工作效率，提高實驗室的資源拓展性，整合校園網絡具有重要的現實意義。