GIS创新实验室建设探索与实施

王政，张彩霞

(华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063009)



GIS创新实验室建设探索与实施

王政，张彩霞

(华北理工大学 矿业工程学院，河北 唐山 063009)

GIS实验室；创新性实验；学科竞赛；项目管理模式；应用系统

以大学生创新性实验和学科竞赛为创新源动力，建设创新型地理信息科学(GIS)专业实验室，引入项目管理模式，开发实验室预约与管理信息系统，突出GIS教学的创新性、实践性和应用性。项目管理模式实行实验过程化管理，包括学生在立项之后申请入驻GIS实验室，在实验室平台上实施实验项目，在项目结束后离开实验室，期间接受实验室相关人员的监督和管理。实验室预约与管理信息系统基于上述模式，设计“实验室预约”和“项目管理”两大功能模块，体现大学生作为创新主体的地位和作用。该模式的应用激发了大学生的创新潜能，锻炼了实践能力，提高了应用技能；信息系统提高了实验室开放程度和使用效率，具有参考价值。

随着高等学校实验教学改革的深入，实验教学由封闭型向开放型的过渡[1-3]，为了提高学生的实践与创新能力，越来越多的专业型实验室向学生开放[4-5]。而且全国地理信息科学 (Geographic Information Science, GIS)专业应用与开发大赛活动的影响已经深入到各个开设GIS专业的高校，我校GIS专业学生也积极参加全国大赛并取得成绩。在完成大赛项目的过程中，不少学生提出，希望学校提供专门的实验室，方便小组合作与交流，营造开发设计氛围，并且希望在完成作品的过程中得到老师和高年级学生的指导。地理信息系在此需求的基础上拟建立创新型地理信息实验室，服务大学生竞赛和大学生创新实验，同时开发一套相应的实验室预约与管理系统辅助管理[6]。关于创新型实验室的建设与发展国内外学者已有不少研究成果。国外教育大学对实验教学的研究主要集中在以下方面：美国大学重视创新精神和创新能力的培养，实验教学注重实验教材的编写，注重提出问题让学生思考[7-8]。日本大学面向学部或全校开放基础实验室，以设计性、综合性实验项目为主，实施小范围教学、强调自主性，面向工程，突出应用，但很少有专业实验室开放的研究[9-11]。国内学者在实验室建设对大学生创新能力培养的研究方面作了不少工作。2010年合肥工业大学建设并开放电子通信实验室，该实验室开放基础实验与电子工艺实习，并鼓励学生设计兴趣性、科研性实验[12]。石河子大学张建龙等在高校GIS实验室建设与管理模式等方面做了研究，提出了GIS实验室建设对GIS人才培养的必要性[13]。广西民族大学的农正等探析了计算机专业开放实验室建设，阐述了建设计算机开发实验室的管理模式和机制等[14]。天津城建大学陈子辉等人研究了实验室开放的方式和管理机制，提出建立完善的激励保障与评价体系[15]。

以上研究涉及实验教学、基础实验室的开放以及专业实验室的建设，对于建设开放式实验室的研究理论过多，实施措施较少，实验室开放程度不高。本课题以大学生竞赛为手段，建设创新型GIS实验室，并开发GIS实验室预约与管理系统辅助实验室建设项目的开展。

一、创新型GIS实验室运行机制

创新型GIS实验室以创新型实验为依托，创新型实验是学生自行设计实验，主要包括综合设计型、科研型和大学生创新实验。综合设计型主要是GIS应用系统开发实验，使学生进一步掌握GIS应用系统的设计与开发流程，为学生日后就业服务；科研型开放实验能够提升学生开展科学研究的能力，为学生进一步深造服务。大学生创新实验是学生自主拟提并设计实验过程，实现对学生个性化培养，鼓励学生创新，培养学生的发散性思维。

该实验室在组织形式上，创建由系主任担任组长，系秘书(副主任)担任副组长，系各成员为组员的领导机制。建立大学生创新实验申报与指导委员会，与全国GIS大赛参赛选拔和指导委员会，两个组织并行实施，对实验项目进行监督和督促，包括对项目立项、实验室预约申请、项目经费支出申请进行审核，对项目结果进行评定并给予奖励。

创新型GIS实验室的管理模式和运行机制：实验室全天候开放，采用以大学生自主管理为主、指导教师指导为辅，项目式管理模式。实验室模仿企业管理模式，设立办公室、技术部：办公室由各项目负责人组成，负责日常管理工作，包括安全、卫生、纪律和考勤以及与导师联络等工作；技术部由高年级有项目经验的学生组成，负责创新实验和竞赛作品的技术指导，维护创新竞赛实验室预约登记和管理信息系统。形成指导教师辅导、高年级带低年级、言传身教的师徒制传帮带创新运行机制和良好的学生创新团队。创新型GIS实验室运行机制如图1所示。

图1 创新型 GIS实验室运行机制图 图2 GIS实验室预约与管理系统技术路线图

以上述机制为原型，开发相应的GIS实验室预约与管理系统，该系统为创新型GIS实验室的核心管理系统，其功能贯穿实验室建设和运行管理的各个方面，该系统是创新实验室健康运行的保障。

二、GIS实验室预约与管理系统开发目标与技术路线

GIS实验室预约与管理系统的目的是实现实验室使用自动化、精确化，项目管理自主化、有序化。主要为学生提供一个简单便捷的平台申请项目实验基地，辅助学生完成项目过程中关于组员、考勤、经费、进程等的管理，同时也提高了实验室管理者的工作效率，减轻其工作量。本系统采用浏览器/服务器(B/S)体系结构，使用者通过访问浏览器就可以完成实验室的预约与管理。系统设计技术路线图如图2所示。

三、系统功能与模块划分

(一)系统功能模块设计

系统为学生提供实验室信息及使用情况，学生通过查询相关信息结合自身项目信息发起预约活动；系统提供项目管理功能，保证项目条理有序进行；开设管理员与教师平台，便于管理员与教师对实验室及项目进行监督与管理。其功能设计根据系统参与者分为系统管理员、教师、项目管理员、普通用户，具体功能模块设计如图3所示：

图3 GIS实验室预约与管理系统功能模块图

(二)GIS实验室预约与管理系统功能分析

根据GIS实验室预约与管理系统功能模块图(图3)分析系统功能如下：

1系统管理员功能

系统管理员由本系高年级有项目开发经验的学生担任，凭学号和密码通过身份验证登录到管理员界面，具备系统管理功能。

实验室管理：系统管理员具备实验室属性的查询与修改功能，查询和修改实验室的编号、位置、容量、开放时间、关闭时间等信息；

新闻管理：发布校内、系内相关新闻以及关于实验室的使用情况(可用性、空闲情况等)说明，以便预约者进行预约时间安排；系统管理员具备查询、删除和修改新闻的权限；

用户管理：系统管理员具备用户查询功能，可按编号(工/学)和姓名查询注册用户的编号(工/学)、姓名、学院、班级、电话、邮箱；管理员可选择注册用户并任命其为系统管理员；系统管理员通过批量导入学生表和教师表确定用户注册权限。

2教师功能

教师凭工号注册为用户，通过身份验证登录进入教师界面，教师具有以下功能：

实验室预约处理：对于学生提交的实验室预约申请，教师可查看其预约详情，审批同意之后预约者才具有使用实验室的权限；

公告管理：教师可对表现优异的项目组及其成员进行表扬并发布在系统首页，可按照项目名称和表扬内容对已发布的奖励公告进行查询，可添加、删除奖励记录；

经费审批：教师可查看项目组提出的经费支出申请，审批同意之后项目组可支出相关经费。

3项目负责人功能

项目负责人凭学号注册为用户，通过身份验证登录到用户界面，其功能如下：

预约实验室：项目管理员即项目负责人，可在填写项目信息之后预约项目小组所需的实验室、座位以及使用时间，在提交预约之后可查看自己的预约信息及预约申请是否成功；

组员管理：项目负责人可以通过学号或姓名查询已经注册的用户，并将其添加为组员，组员添加个数与项目参与人数关联，不可超过项目参与人数，可查询组员基本信息，删除组员；

考勤管理：项目负责人负责项目组成员的每日签到、签退，查看组员出勤情况；

经费管理：项目负责人可填写项目经费支出申请，查看项目经费支出明细。

项目进程管理：项目负责人可查看自己的项目信息，项目进行时期可上传项目进程文档并结束项目。

4普通用户功能

普通用户可凭学号注册登录到用户界面，其功能如下：

注册功能：普通用户填写基本信息通过系统验证具备注册资格，即可注册为本系统用户；

实验室查询：普通用户可查看实验室的编号、位置、容量、空闲座位、开放时间、关闭时间；

浏览新闻公告：普通用户可查看管理员与教师发布的新闻公告。

个人信息管理：普通用户可查看个人信息，修改登录密码和联系方式等。

四、系统设计与实现

(一)系统数据库设计

为了保证数据库的完整性、规范性和数据库的安全性，本数据库设计遵循以下原则：一致性原则、完整性原则、安全性原则、可伸缩性原则和设计规范化[16-17]。

GIS实验室预约与管理系统中的实体有：实验室、座位、注册用户、项目、项目文档、通知公告、管理人员、项目经费。

实验室：实验室编号、位置、容量、开放时刻、关闭时刻；

座位：实验室编号、座位号、是否空闲；

注册用户：学/工号、姓名、学院、班级、联系电话、邮箱密码、身份；

项目：项目编号、项目名称、负责人学号、开始时刻、结束时刻、项目经费、指导教师；

项目文档：项目编号、项目阶段、文档名称、存储路径、上传时间；

新闻公告：新闻编号、新闻标题、新闻内容、新闻发布时间；

管理人员：管理人员编号、职务、密码；

项目经费：经费支出编号、支出金额、支出用途、剩余金额、经手人、审批人。

各实体间关系E-R图如图4所示：

图4 GIS实验室预约与管理系统实体关系图

(二)界面设计与功能实现

1系统主页

系统主页可分为导航栏，新闻区，图片区、主体区，个人区。通过导航栏可以链接到其他界面，可登录、注册、退出系统；新闻区分两个部分，校内新闻和通知公告，校内新闻由管理员发布，内容为校园新闻和实验室相关新闻，通知公告由教师发布，内容为项目评定结果与奖励通知；主体区展示实验室的基本信息，点击实验室编号链接可查看实验室的详细信息；图片区为实验室风采展示模块；个人区显示用户个人信息和误操作提示信息；主页下方为华北理工大学校内相关平台链接。系统主页设计如图5所示：

图5 GIS实验室预约与管理系统主页

2实验室预约界面

实验室预约流程分为四步：填写项目信息、选择实验室、选择座位、确认提交，注册用户可申请预约，但若用户有未完成项目则不可再预约实验室。实验室预约步骤如图6所示：

图6 GIS实验室预约与管理系统预约步骤

3项目管理界面

项目负责人在实验室预约成功之后可用"项目管理"按钮打开项目管理界面，项目管理界面有四个子功能区：组员信息、每日签到、经费支出、项目进程。

"组员信息"是组员管理功能区，项目负责人可查询已注册用户，添加其为组员，组员添加个数与项目参与人数关联，不可超过项目参与人数，负责人可删除组员。

"每日签到"是组员出勤管理功能区，项目负责人点击"开始签到"，即可开始签到，组员签到完毕之后，项目负责人点击"结束签到"，签到按钮不可再使用，组员每日要完成"上午签到"、"上午签退"、"下午签到"、"下午签退"。

"经费支出"是项目组经费管理功能区，项目负责人可以填写经费支出申请，注明支出金额、支出用途等，还可以查看项目组的经费支出明细。

"项目进程"是项目进程管理功能区，负责人根据项目进行时间和进度上传相应项目进程文档，所有文档上传完毕之后，可点击"完成项目"，释放实验室资源。

项目管理界面设计如图7所示：

图7 GIS实验室预约与管理系统项目管理

五、结束语

创新型GIS实验室应地理信息系统专业学生的需求结合华北理工大学地理信息系的实际情况建设而成，其管理模式独特，采用项目式、开放式的学生自主管理，教师从旁指导与监督，高年级学生提供开发经验与技术支持。创新型GIS实验室的建立为广大GIS学者提供了良好的学习机会和实践平台，有助于提高学生的实验技能和自我管理能力，辅助GIS教育工作者更好的培育实践型GIS人才。

B/S结构的GIS实验室预约与管理系统通过计算机网络，实现了管理员在线管理实验室的使用情况，教师在线审核实验室预约、经费支出，学生在线预约实验室、管理比赛项目。将学生自主、教师监督的理念融入到系统用户的各个角色中，使得开放型实验的各个参与者能够明确职能，各尽其责。该系统作为一个中转站，使得实验室管理信息化，实验室预约流程化，项目管理条理化，提高了实验室使用效率。

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Exploration and Practice of Construction of GIS Innovation Laboratory

WANG Zheng, ZHANG Cai-xia

(College of Mining Engineering, North China University of Science and Technology, Tangshan Hebei 063009, China)

GIS laboratory; innovative program; discipline competition; management mode; application system

The Laboratory takes the National University Student Innovation Program and Discipline Competition as sources of innovation. In the process of its development, the laboratory establishes project management mode, as well as the Laboratory Reservation and Management Information System. It highlights the innovation, practicality and application on GIS teaching. This mode covers reservation with a project approved, conduction in the laboratory, and resignation following accomplishment experiments. Through experiments, the laboratory retains its duty of supervision and management. The system covers two functions: laboratory reservation and process management, in order to show the status and functions of college students as the main body of innovation. With the mode, students will stimulate their potential of innovation, also exercise their practical ability, and improve application skills. The laboratory will be more open and more efficient than it was. The mode and system are of reference value of improving GIS laboratory management.

2095-2708(2016)06-0106-07

G642.423

A