高校实验室信息管理系统设计

王向阳

0 引言

实验实践是高等学校教学活动重要环节，影响着人才培养的质量，实验室作为承担实验实践教学的主要场所，在高等学校教学中具有举足轻重的作用，除了教学它还承担着一定的科研任务，具有为社会服务的功能，是学校办学水平和实力的体现[1]。

随着高等学校实验教学与管理改革的不断发展，随着信息技术在各行各业的不断应用，在实验室管理方面传统的人工管理模式已与信息化发展的趋势显得不适应了。实验室在日常管理中会不断产生大量的数据，例如实验室信息，仪器设备信息，实验项目信息，耗材配件信息，实验安排信息等，这些信息日积月累下来将十分庞大，如何处理海量的数据信息，科学合理安排好实验实践教学任务，提高仪器设备的利用率，是实验室管理工作面临的一个难题。在这个背景下实验室信息管理系统应运而生，它的应用使实验室管理工作更加规范合理，促进实验室资源共享，提高了利用效率，提高实验室的投资效益，减少实验室管理工作量。

1 系统总体设计

1.1 系统概述

实验室信息管理系统 LIMS（Laboratory Information Management System），是指利用计算机网络技术、数据库技术等对实验室的各种信息进行智能化、自动化管理的计算机软、硬件系统[2-3]。实验室信息管理系统的使用就是将原来对实验室手工管理方式变成计算机管理，通过计算机网络，在科学的管理思想的指导下，利用先进的信息技术，以实验室为核心，对实验室仪器设备、实验教学安排、人员、日常事务等进行高效、准确、全方位的管理。

目前，普通高等学校对实验室普遍采取院系两级管理的模式，学校设置专门部门对实验室进行宏观管理，各系负责所属实验室的具体事务管理。这些管理工作主要有实验室管理、仪器设备管理、人员管理、耗材管理、实验教学管理等，各校根据不同的情况会有细微的差别。本文根据笔者所在单位陕西学前师范学院实验室管理的特点以及日常工作的要求，设计了基于B/S结构的实验室信息管理系统。该系统充分利用校园网，通过网络对实验室各项工作进行管理，学生通过网络可以了解实验安排、向老师进行提问、实验室信息查询、实验成绩查询；教师可以进行网上答疑、实验室预约、实验成绩的录入、教学任务的查询等；管理人员可以进行实验教学安排、发布公告信息、数据信息录入等。此外，系统数据库中保存大量的实验室信息及其相关信息可为实验室绩效管理与评价、效益评估提供数据支持，为学院实验室规划建设决策提供依据。

1.2 系统体系结构

本系统采用B/S架构，即Browser/Server（浏览器/服务器）体系结构，这种结构下，用户工作界面是通过浏览器来实现，极少部分事务逻辑在客户端实现，主要事务逻辑在服务器端实现，形成浏览器、Web应用服务器和数据库服务器的三层模式[4-5]，其原理图，如图1所示：

图1 B/S结构原理图

这种模式对客户端电脑要求很低，使开发人员可以专注于 Web服务器端应用程序的开发，而无需多考虑客户端，后台数据库系统的变化也不会对客户端造成任何影响，可有效减轻系统维护工作量，降低成本[6-8]。B/S结构还有不受地点、接入方式的限制，具有可扩展性和开放性等多方面优势，因此实验室信息管理系统非常适用这种体系结构。

JSP是基于JavaServlet以及整个Java体系的Web开发技术，1999年6月由Sun公司推出，由于其具有开放性、可扩充性、跨平台性的优势，一经推出就迅速被广泛使用，这里我们采用JSP开发语言进行程序设计[9-10]，开发工具使用MyEclipse集成开发环境，后台数据库使用SQL Server 2005。

1.3 总体功能设计

根据我校实验室管理工作的实际情况，将用户分为不同的角色，不同角色的用户具有不同的权限，当多个用户被赋予同一角色时，他们也就都具备了该角色拥有的权限，这里把用户分为系统管理员、管理人员、教师和学生四类，他们具有以下权限：

系统管理员：具有最高权限，可管理和维护整个系统，拥有管理人员、教师和学生所有操作权。能建立和设置不同的用户，并为其分配权限。

管理人员：可以对本部门实验教学进行安排，对实验室信息进行管理，对仪器设备、低值易耗品进行管理，对教师、学生信息进行管理，对相关数据进行查询和统计。

教师：可根据课程设置实验项目，安排实验进度，上传学生实验成绩，回答学生问题，查询课程安排，查询实验室、仪器设备信息等。

学生：可查询实验课程安排，实验课程选课，提交实验报告，查询实验课成绩，查询实验室、仪器设备基本信息，查看各种通知、公告等。

按照实验室信息管理系统应具有的功能[11]，将其分为实验室管理、仪器设备管理、实验教学管理、低值易耗品管理、实验人员管理、日常事务管理等6大模块，其总体功能结构，如图2所示：

图2 实验室信息管理系统总体功能图

2.系统的设计实现

2.1 系统数据库设计

数据库是实验室信息管理系统的基础，系统能否满足用户的需求在很大程度上取决于数据库设计的合理性。根据实验室的实际情况和管理需求，我们以SQL Server 2005作为后台数据库支持，设计了以下数据表：用户信息表（login），实验室信息表（lab），实验项目表（project），课程表（course），成绩表（score），实验室课程表（labcourse），实验教学表（teach），仪器设备信息表（equipment），仪器设备维修表（maintain），仪器设备报废表（scrap），低值易耗品信息表（expend），低值易耗品领用表（receive），实验人员信息表（teacher），新闻公告表（note），资料下载表（down）等。由于篇幅所限，这里仅对部分表进行说明。

仪器设备信息表主要存放教学科研仪器设备的基本信息，如表1所示：

表1 仪器设备信息表

仪器设备维修表，存储每台报损仪器设备的维修数据， 是记录仪器设备维修情况的表，如表2所示：

2.2 数据库连接

要想操纵一个数据库，首先应该建立一个到数据库的连接，本系统采用JDBC-ODBC的驱动程序连接数据库，并使用JavaBean组件[12-14]，具体语句如下：

2.3 系统登陆设计

用户输入用户名和密码，系统判断其身份，并确定其所拥有的权限，然后根据不同用户的角色呈现不同的操作界面。其详细步骤如下：

选择登录身份，系统提供四种身份：系统管理员、管理人员、教师和学生供用户根据身份选择；

用户在登录框内填写用户名、密码、验证码，并点击“登录”按钮。

如果选择的登录身份与系统数据库中不符，或用户名或密码不正确，系统会弹出提示对话框“您输入的登录信息错误，请重新输入！”

验证通过后，系统根据用户的不同身份进入不同的操作界面。

系统登陆流程图，如图3所示：

图3 系统登录流程图

2.4 主要功能设计

2.4.1 实验室管理模块

该模块主要功能是建立实验室基本信息体系，将每年上报教育部的基础实验数据由传统的手工收集变为系统自动生成，为广大师生提供全面的实验室信息查询提供方便。其主要数据信息包括：实验室编号、名称、类别、房间号、面积、管理部门、管理人、仪器设备台套数、仪器设备值，该实验室特殊规章制度。登陆实验室信息系统的所有用户可以查看某个实验室的详细信息，系统管理员和管理人员可以进行添加、修改和删除操作。

2.4.2 仪器设备管理模块

主要建立实验室仪器设备账目，对使用过程进行管理，以及为上报教育部信息提供数据服务，强化数据的真实性和有效性，降低仪器设备管理的难度。其主要包含以下4个子模块。

账目管理子模块：建立实验室仪器设备的基本信息，包括设备编号、名称、规格、型号、生产厂家、国别、分类号、出厂日期、价值、存放地点、状态、管理人等信息。

仪器设备维修子模块：建立仪器设备损坏及维修记录，包括维修单编号、设备编号、设备名称、保修人、损坏情况描述、维修部门、维修人、维修时间、解决方案、维修结果等信息。仪器设备发生故障后，实验室管理员填写维修申请单，管理部门收到申请后组织人员进行维修，修好后填写维修记，经保修人员确认后生成维修记录单存入数据库中。

仪器设备报废子模块：对实验室内丢失或报废的仪器设备进行登记，包括报废单编号、设备编号、设备名称、报废分类、报废描述、报废时间等信息。实验室管理人员提交报废申请，实验室管理部门和资产管理部门鉴定后，进行审批，完成流程，生成设备报废单。

数据信息服务子模块：可提供按设备名称、编号、实验室等信息查询统计仪器设备数据，并提供打印服务，还可按教育部相关报表的格式，生成相应的数据报表，方便数据报送。

2.4.3 实验教学管理模块

该模块帮助教学管理人员对日常实践教学进行安排以及对实施过程进行监控管理，任课教师可以查询本人的实验教学安排，录入实验项目、学生成绩，学生可以查询实验课安排、实验项目内容、实验课程成绩等信息。主要包括实验教学基本信息子模块，实验教学安排子模块、成绩管理子模块。

2.4.4 日常事务管理模块

该模块是实验室管理部门用来对实验室进行日常工作管理的，如向全体师生发布实验新闻、动态、公告，在线评教，提供各种资源表格下载等，主要包括信息发布子模块，实验室资源管理子模块和网上评教子模块。

3 总结

本系统在校园网的基础上，采用B/S体系结构、JSP编程技术和SQL Server 2005后台数据库，以实验室为中心，将实验室管理、仪器设备管理、实验人员管理、实验教学管理、低值易耗品管理和日常事务管理集为一体的信息管理系统。目前该系统正在研发测试阶段，近半年来的测试表明，它不仅可使实验室管理规范化、科学化，优化实验资源配置，确保数据的准确性、完整性，而且能提高管理效率，降低管理人员的劳动强度。但系统也有不尽如人意的地方，在以后的开发过程中将逐步改进，以适应学校的实际情况，更好为实验室管理服务。

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