数据决策功能在实验室管理系统的应用研究

孙志敏, 王政嘉, 周志军, 马瑞娜

(1. 河北农业大学 教务处, 河北 保定 071000; 2. 河北农业大学 计算机实验教学中心, 河北 保定 071000)

随着教育信息化的不断发展和高教领域大数据的应用推广,大数据分析应用于学生的基础信息数据、学习行为数据、教师授课情况数据等,借助相关的数据分析为高校教育模式和教育决策提供可靠、科学、有效的数据支持,同时对高校实验室的建设及应用管理提供有效的参考数据[1]。随着各高校的信息化环境得到快速完善,各种移动App学习平台、数字终端及可穿戴设备等新技术开始在高校逐步推广。数字技术的常态化应用,为教育大数据的生成提供了有利条件。伴随着教育数据的持续累积与深度挖掘,大数据在构建新型教学生态、助力教学结构变革、再造教学流程方面的作用日益凸显,由传统的经验模仿教学、计算机辅助教学转向数据驱动教学的范式变革正在发生[2-5]。

为了有效地利用不断创建的大量数据,管理人员面临着必须将这些数据转换成有用信息的艰巨任务。无论从实践还是从研究的角度都越来越重视可操作的解决方案,一个完善的知识创造框架可以帮助管理者和研究人员将大数据转化为有用的信息。本文将从实际教学经验数据总结规律和特点,为实验室的管理和实验教学提供指导性数据[6-8]。

当前是大数据高速发展的时期,海量数据背后蕴含着大量有价值的信息,经过处理后的信息可以为生产、生活提供指导性的参考。河北农业大学计算机实验教学中心,先后在西校区和东校区部署和实施了实验室管理系统(LMS),除实现跨校区远程管理等功能之外,对门禁和上机情况也进行了一定的数据积累,结合教务系统中的课程安排以及教师信息,中心运用大数据的相关理念,对本学期计算机实验室运行情况进行了数据分析,并据此提出计算机实验教学中心今后发展的相关建议。本文利用数据库中集聚的“大数据”从不同角度进行了分析,整理成具有代表性时间段的数据分析(以月度和周次的上机量为分析的对象)。收集数据和分析数据均为本学期计算机实验教学中心的整体运行数据[9-12]。

计算机实验教学中心已成为具有实验、实践功能的综合性教学基地(“双实”教学基地),是我校开展创新和创业教育、引导学生创新思维、促进学生自主创业的重要实践平台。除日常教学工作外,计算机实验教学中心还承担着多项重要实验、实训任务,如承办各类型多级别的国家等级考试、校内的无纸化在线考试、学科竞赛、开放上机、师生培训、校园开放日及多种教学活动等,并且非日常教学任务的服务人次占据了整体的1/5以上。

1 实验室管理系统存在的问题

(1) 目前高校中很多业务软件功能滞后,同一部门使用多个软件商的不同系统。这些系统的操作方式和数据分属于不同的软件,降低了用户的工作效率，增加了使用成本；

(2) 软件商提供的系统一般多为通用型系统,对各所院校的个性化服务不易满足；

(3) 院校在原有系统上进行定制开发新的系统,会面临开发周期较长,费用较高的情况。

2 具备数据决策功能的实验室管理系统设计

具备数据决策功能的高校计算机实验教学管理系统,对系统运行中积累的大量教学数据进行采集、存储与分析,为今后实验室建设和课程建设提供指导性依据。

具备数据决策功能的高校计算机实验教学管理系统包括如下几部分(见图1)。

图1 具备数据决策功能的高校计算机实验教学管理系统

(1) 数据采集模块。用于采集系统运行中积累的各项教学数据,包括课程数据、教师信息、学生信息、上机信息、门禁刷卡信息等。

(2) 用户接入界面模块。用于系统用户输入分析条件。

(3) 数据决策模块。包括接收单元、发送单元和决策单元,用于接收系统用户输入的分析条件,向数据库发送分析条件,获取满足所述分析条件的第一数据,并对第一数据进行数据分析和数据决策,生成第一决策数据。其中,数据决策模块与用户接入界面模块通过有线或无线连接。

(4) 数据库。用于存储所述数据采集模块采集的教学数据以及向数据决策模块发送满足分析条件的第一数据,数据库与所述数据决策模块相连接。

(5) 信息传送模块。用于传送数据采集模块采集的教学数据到数据库。

(6) 基础信息设置模块。用于设置包括学院、教师、班级和学生的基本信息,建立全校各个院系统一的基本数据,基础信息设置模块的输出端与数据库相连。

(7) 系统用户管理模块。用于管理系统用户的账号、角色和权限等信息,系统用户管理模块的输出端与数据库相连。

(8) 身份验证模块。用于依据系统用户通过用户终端输入的识别码,从数据库中检索出系统用户所对应的使用权限。

(9) 智能门禁管理模块。用于识别通行人员身份、实时采集实验室每个门区的状态、人员进出情况、在异常情况下实现报警、以及控制实验室电锁的开启与关闭。

(10) 资产管理模块。用于管理实验室设备和低值品及耗材,资产管理模块的输出端与数据库相连。

(11) 实验室信息管理模块。用于管理实验室基本事务,包括实验室、实验分室、实验用房、实验人员队伍、获奖成果、实验室建设。

(12) 实验室开放管理模块。系统用于提供给开放实验室预约系统中各网络终端装置的用户通过网络来进行开放实验室的预约使用操作或管理工作。

3 计算机实验教学中心实验室管理系统实例分析

(1) 整个实验室管理平台依托校园网络,以学校实验室使用的核心业务流程和重要管理事务为基础,从实验室的门户网站建设、实验室基础信息管理到开放、创新实验教学以及设备仪器、物资耗材管理,构建信息化管理平台。

(2) 信息化管理平台由实验室门户网站系统、实验室综合管理系统、开放实验室管理系统、实验室仪器设备管理系统、实验室物资耗材管理系统、实验室监控系统等多个子系统构成。数据决策功能的个性化服务系统用于帮助实验室开放预约系统中各网络终端装置的用户,通过网络来进行开放实验室的预约使用操作和/或管理工作。通过门户网站,实现了多系统的统一认证登录,将功能统一,提供一站式服务。

(3) 将系统运行中积累的大量教学运行数据,含课程数据、教师信息、学生信息、上机信息、门禁刷卡信息等,导入至数据决策系统中,将数据根据客户需要进行有效处理,依据预定义的各种指标,进行可交互与可视化数据展示,来为今后实验室建设和课程建设提供指导性依据。

该网站整合了预约上机、智能门禁、实验室监控、数据决策子系统等功能,如图2—图5所示。

图3 智能门禁系统界面与提供的服务

图4 实验室当前上课情况查看子系统页面示例

4 具备数据决策功能的实验室管理系统的应用效果

(1) 建立了数据决策系统,在原有多个系统上理顺原有业务流程,整合不同系统的相关数据,形成中间数据库,并对数据加以分析,直观地展示部门整体运行情况,更符合基于数据的决策管理模式。

(2) 为不同系统对接实现集成化服务,通过将多个系统的业务整合在同一个页面并统一身份认证,简化了原来需要登录不同系统,才能实现的业务流程,我们称为一站式服务大厅,可大大减少各项业务的中间环节。

(3) 实验室预约开放系统具有良好的开放性、扩展性和完善性的系统功能,能全面满足对实验室大量信息进行管理的需求。为学生、教师、管理员提供了通用的、友好的、易扩展的操作界面；教师可根据实际教学情况预约实验室、查看预约结果；学生可预约实验内容和时间并查询实验室教学安排。

图5 运行数据搭建整合数据决策系统页面示例

(4) 在设计数据决策系统时还考虑到可能出现的教师同时预约实验室的情况,采用了预约时避免冲突、受理时解决冲突的机制,尽最大努力实现实验室数据决策功能的优化配置。

(5) 管理系统具有网络化、界面友好、操作简单、功能强大、管理方便等优点,能够完全按照用户的需要,稳定、安全、快速地运行于校园局域网之上。可实现在校园网任何一个网络节点,对全校区2000多台设备,30个机房进行统一管理,并且操作简单,具有很好的使用价值。