高校实验室信息管理系统探析

摘要：目前高校实验室信息管理系统存在侧重课程、管理、实验过程三种倾向，都不能很好地系统解决实验室管理应对三者实现有机融合，从而满足实验课教师、实验室管理人员、实验室科研人员多元需求。本系统设计基于满足实验室多元主体的多样化需求，进行了有机整体性设计和开发。

关键词：高校；实验室信息管理系统；多元主体；设计

实验课程是高校培养学生创新创造能力的重要课程，但目前很多实验室管理依旧依赖于实验室管理员的纸笔，这就导致在纸张上操作实验课程预约和课程临时添加十分的冗杂混乱、不易修改、工作量大；实验设备使用情况数据和实验室使用情况数据（包括人时数，实验室利用率）很难做成直观展示的图表，实验室相关数据统计费时费力，不便于考核与推进实验设备的共享；如果是科研类实验室，实验室安全记录查询工作量大，人员任务分配不容易记录，同时存在实验室工作任务进度追踪困难等一系列传统实验室管理模式下依旧很难解决的问题。开发符合实验室管理模式的实验室信息管理系统来简化实验室管理工作十分必要。

1高校实验室信息管理系统设计的理论基础

我们运用B/S架构的Python开源框架Django，Boot－strap前端框架，腾讯云短信，腾讯云对象存贮和High－chart、Markdown插件等技术，其中，数据存储采用了轻量级数据库SQLite，数据结构服务器Redis，进行了实验室信息管理系统的开发。为了迎合实验室管理需求，实验室信息管理系统共六大模块：（1）针对实验室人员管理的用户管理模块；（2）针对科研功能实验室人员任务分配，追踪实验室任务完成进度的实验室任务模块；（3）针对实验室使用情况统计，查看实验室使用率，人时数统计的实验室数据统计模块；（4）针对教学类实验室，实验室公共课程安排，实验室设备使用情况的实验室课程设备模块；（5）针对实验室成员撰写实验报告或课程备案的在线Wiki文档模块；（6）针对实验室需要储存大量电子文件的实验室文件管理模块。在开发过程中，我们系统分析了国内外的实验室管理系统技术开发、功能与优缺点。国外实验室管理系统的最大特点在于更注重于实验本身，把焦点放在实验室需要进行实验的过程上，注重于统计实验过程中的材料损耗，实验过程记录，实验数据采集和实验结果总结等方面。实验的过程记录完整度较高，使用实验过程中数据的不同对比实验结果的改变，更容易得出建设性实验思路，甚至更容易发现实验成果。国内实验室管理软件研究关注点主要有两个。第一种实验室管理系统类似作用于企业管理的Saas平台，将实验室管理的重点放在实验室人员的考勤，成果统计，实验室使用情况（其中包括实验室高频使用时段，实验预约，实验室实时监控等方面）。这种实验室管理软件将重点放在实验室成员的管理，通过收集和分析实验室人员表现的数据，管理者更容易得出优化实验室管理的办法和方针。第二种实验室管理软件类似于使用在学校的课程系统，将实验室管理的重点放在实验课程排课，实验设备使用以及实验过程中的安全防范等。这类软件面向的对象主要是学生和老师，此时实验室管理员即为系统维护人员和在校任职教师，实验室管理的重点是实验安排的合理性和参与实验人员的人身安全。基于对上述几类特点的实验室管理软件在帮助实验室管理方面取得的效果分析，我们认为，对于一个既承担科研任务又承担教学任务的高校，无论引进哪一种实验室管理软件都需要面临此长彼短的情况。很多实验室在实验室管理方面依旧存在很多传统实验室管理模式无法克服的问题。我们研究开发的实验室管理系统力图吸纳国内外实验室管理系统的优点克服其不足之处，将实验室管理系统划分为如图1所示7个模块。依据对于国内外研究情况的分析，本系统的设计基于将三者进行融合，即统筹对实验室人员的管理、对实验室课程的管理、对实验过程的管理。系统设计的任务模块可以追踪实验任务的进度，实验室人员管理模块可对实验室人员进行分配和管理，实验室课程模块可以满足实验室课程预约等需求。而且本系统使用的技术包括HTML5，Bootstrap，Django等均是当前互联网企业开发常用的技术，甚至是主流技术。而B/S架构是目前系统应用发展的方向，迎合时代潮流。MVC框架主要采用封装的思想，来降低耦合度，从而使系统更灵活，扩展性更好。

2高校实验室信息管理系统功能架构的设计

本实验室管理系统中包括用户管理，实验室概览，实验室数据统计，实验室任务管理，实验室设备管理，实验室课表管理，实验室文件管理和Wiki文档管理。在实验室用户管理中包括了账户注册，手机号验证，用户名密码加图片验证码登录，手机号验证码登录，实验室邀请成员等功能，其使用了腾讯云的发短信功能。实验室用户管理主要以管理实验室管理系统用户为主要功能，其拥有严格的实验室用户的权限分配和权限验证功能，没有权限的用户无法进行包括浏览在内的任何操作。实验室概览是进入具体某间实验室管理的第一个页面。其主要展示了实验室近期新增任务折线趋势图，实验室创建者（管理员）和实验室成员（参与者）用户名列表，实验室任务统计情况，实验室任务动态，实验室信息详细等。实验室概览主要以展现实验室大概情况为主要功能，帮助用户快速了解实验室近况。实验室数据统计是对实验室重要数据进行数据可视化的模块。其主要对实验室任务数据统计柱状图，实验室任务优先级饼图和实验室一周课程人时数柱状图。实验室数据统计以实验室关键数据可视化为主要功能，帮助用户直观感受实验室数据总量、占比和变化。实验室任务管理是对实验室任务进行管理的模块。其主要功能是对实验室任务进行添加，修改，查询和追踪进度。实验室任务管理是实验室管理系统的核心功能之一。其重点放在对于实验室任务的追踪和统计。每一个任务都会有专门的讨论区和任务状态更新的动态提示。同时还设有关键词筛选功能，可以快速找到用户需要进行操作的任务。实验室设备管理是对实验室的设备进行管理的模块。其主要功能是设备列表，每种设备都设有使用记录，帮助用户关注设备状态，更好地维护实验室设备安全。实验室课表管理是对实验室的课程进行管理。其主要的功能是显示当周的课程和预约实验，统计人时数并将数据传给实验室数据统计模块。帮助实验室管理者记录预约课程，帮助实验室任课教师预约实验课程。实验室文件管理是对实验室需要共享的文件进行管理。实验室文件管理使用了腾讯云的COS对象存储功能。每个实验室会专门创建一个“桶”用来存储该实验室上传的文件。用户可以将需要共享或保存的文件上传到对应实验室专属云存储空间里。文件上传功能还支持创建，删除和重命名文件夹。用户可以将文件分门别类，更加条理地管理实验室的文件。实验室Wiki文档库是有权限进入该实验室的任意用户均可使用的。用户可以在Wiki文档库自由地创建，修改，删除，查阅在线文档，方便快捷。帮助用户及时记录和修改实验室信息，同时方便其将信息共享给实验室其他成员。实验室系统功能架构图如图2所示。

3高校实验室信息管理系统设计的特点

本实验室信息管理系统的设计与实现工作是基于对国内外实验室信息管理系统有了较为充分了解的基础上展开的。在展开工作之前，我们分析了市场上主流实验室管理平台的特点，探测实验室管理软件的市场是否已经出现饱和或即将饱和的情况。在确定了仍然有很多实验室在使用传统实验室管理模式，在了解了有很多实验室甚至实验楼仍然迫切地需要一个实验室信息管理系统的情况下，即了解了实验室管理软件在国内依旧有较大的发展空间之后，决定开发本实验室信息管理系统。我们首先从行业需求，功能需求和非功能需求三个角度对国内实验室管理的普遍需求进行需求分析。在进行系统比较分析的基础上得出本系统应该具备什么样的功能才能满足当前市场对于实验室管理的功能需求后，拿出了一个发展前景良好且切实可行的设计方案。依据这个方案，确立了7大功能模块的设计框架。本系统地实现，使用了Django框架，Bootstrap框架，Markdown编辑器插件，Redis数据库和腾讯云COS对象存储等技术。代码中封装了basic.html和manage.html文件做前端模板，自行编写auth.py中间件，用来验证每次操作最重要的部分———用户权限。本实验室管理系统的开发确实能够在一定程度上缓解管理人员在一些冗杂问题上管理实验室的压力。同时，能够在一定程度上帮助管理人员更加轻松地完成之前同样工作量的工作。使用软件辅助管理是可以在一定程度上为管理人员节省精力和时间成本，为用户节省人力物力财力。

作者:李浩源 单位:山东理工大学计算机科学与技术学院