基于数据交互查询方式的实验室教学及资源管理平台的设计与构建

天津医科大学 乔桢 罗曦 闫景瑞

随着信息技术的不断发展更新，越来越多的高等学校开始重视，如何利用当今不断进步的计算机技术来实现信息化校园建设。目前医学院校实验教学改革正在不断深入，实验室管理人员的工作内容也越来越多，为了方便实验室管理人员的日常操作，提高工作效率，同时针对目前实验室管理工作信息化的迫切需要，设计一套实验室教学及资源管理平台势在必行。

1 设计实验室教学及资源管理平台的意义

医学院校实验室是医学生实验教学、科学研究、技术探索和学术交流的重要平台，同时实验教学也是培养医学生实践技能和创新能力的重要途径。为了提高实验室的工作效率和使用效益，实验室管理必须要向多元化、网络信息化、多层次化以及全面开放的方向发展。

医学院校实验室如何提高自己的实验教学水平，加强实验室管理，突出创新教育已成为当前的重中之重。鉴于目前医学院校实验室管理中存在的问题，基于前期调研，结合工作经验，提出系统需求，利用当今先进的编程技术，开发一套实验室教学及资源管理平台，可以为实验教学管理、仪器设备管理、实验室建设与管理等相关事务提供规范的技术支持。另外，通过基于网络技术的信息化平台，整理和收集繁杂的“大数据”是当今社会的一大发展趋势[1]。基于实验室日常工作和实验教学任务，将实验制度管理、教学管理、设备管理有机地结合，减轻实验教学管理的工作量，提高实验教学工作效率，促进实验室对外交流与资源共享，更好地满足医学院校实验教学改革的需要。

2 医学院校实验室教学及资源管理现状

目前，传统的实验教学仍然是以教师为主体，教师负责的工作包括设计实验方案、准备实验器材、组织学生完成实验以及分析实验结果等。此外，由于受到上课时间、课时数以及理论教学内容的限制，实验项目多以单个实验技术为主，一些对时间有连贯性要求的综合设计性实验课程很难开展。而以教学为主的实验室所购置仪器设备，除了完成既定教学实验任务外，其他时间大多处于闲置状态，一些试剂由于有效期短，课后放久不能再使用，也造成了实验教学资源的浪费。

传统的实验室管理方式也较为繁琐，不便捷，操作不规范，事后也无具体记录。即便要求记录，也是手工纸质记录方式，字迹潦草，记录风格各异，时间久了很难辨认。尤其当教师遇到仪器设备故障问题，只能通过电话向实验室管理员寻求帮助，管理员接到电话，赶到相应实验室，再根据发生的具体情况进行处理。这种方式陈旧落后，且不具备实时记录、动态监管的功能。实验室管理员对实验仪器设备的情况，无法做到清晰地掌握，这就可能造成实验过程受阻，实验材料浪费等问题。而且，缺乏必要的数据记录，也无法在将来整合这些记录，进行数据分析。因此，为了提高实验教学水平，规范实验室教学及资源管理，迫切需要设计一套针对医学院校特点的实验室教学及资源管理平台。

3 实验室教学及资源管理平台的模块设计

该系统主要基于计算机网络信息技术，配合以编程技术，在功能上实现交互式连接，最终达成实验室教学及资源管理功能，能全面满足对实验室相关信息进行管理的需求，同时也极大地提高实验室管理员的管理水平和工作效率。对教师及学生来说，他们需要一个轻松上手的使用界面，对实验室管理员来说，更需要一个科学友好的操作界面，同时也要考虑今后如需扩大系统规模，留出必要的拓展接口。为了满足不同用户的使用需求，提高实验教学质量和实验管理水平，实验室教学及资源管理平台的模块设计必须要具备高效安全的技术特点。通过前期对相关教学及科研实验室的调研，以及对相关实验室管理人员的详细走访，制定了相应的适合医学院校的实验室教学及资源管理平台方案。系统使用MVC模型，即模型—视图—控制器模式为主要设计方式，建立相应实验室信息、管理员信息、课程信息、教师信息、预约信息、仪器设备信息等数据库，实现符合医学院校特点的，可在具有网络条件的实验室实际使用的系统平台。

该平台设置有系统管理员、实验室管理员、教师和学生四类用户。用户登录界面是根据不同身份进入相应的操作页面，四类用户都需通过注册，审核身份后，使用注册账号登录系统，平台会记录每位用户的操作信息。具体四类用户权限设定，如图1所示。

图1 平台权限设定Fig.1 Platform permission setting

平台主要实现八大功能模块如下：

(1)“基础信息”模块，主要显示所有实验室的基本信息。任何系统要运行都需要有必要的数据支持，实验室管理员可通过此模块预设系统所需的基本数据，并且根据实验室的发展情况对这些数据进行更新。通过该模块可以提供例如以下信息：目前已有的实验室数量，实验室类型，所在楼宇及具体位置，实验室简介等。这就要求在完善该系统之前，实验室管理员需要了解自己所管理的每个实验室的相关情况，并通过这些来初始化该模块。此外，实验室管理员还需要审核教师及学生的注册信息，从而方便他们利用此系统完成教学任务和实验预约。

(2)“实验室管理”模块，主要显示不同数据之间的关联，形成各类数据表。例如，课程与实验室的关联，课程与教师的关联，每学期的实验教学安排，实验课程介绍等。该模块也会对任意时间段内登录的教师信息及授课信息进行记录。通过这个模块，实验室管理员可以建立相应的数据表，还可以了解实验室任意时间段内的使用情况，借此分析需要改进及完善的地方，为日后的实验课辅助工作提供依据。通过日常的教学及实验进行情况，可逐步完善数据库信息，形成实验室管理大数据，以便将来对数据库进行管理及分析。

(3)“实验室预约”模块，主要实现面向学生的实验室的预约功能。为了配合自主创新实验教育教学改革的需要，培养学生的科研创新能力，特别开发这一模块。在完成正常教学任务的前提下，利用实验室现有仪器设备、试剂耗材，实验环境等资源条件，让有科研实验需要的学生可以在预约时间段内使用实验室相关资源，为本科生教育以及大学生创新活动提供平台。具体来说，实验室管理员可按不同时间段设定可用实验室，并设定可用仪器、试剂、耗材的种类及数量等，学生预约实验室时就可以生成可预约实验室列表，根据自己设计的实验方案，选定使用仪器、试剂及耗材，并提交实验方案。实验室管理员接到预约申请，严格分析实验方案的可行性，全面综合考虑实验室安全、实验可操作性等方面因素，最终确定可否审核通过学生的实验室预约申请。

(4)“课堂管理”模块，主要功能包括课上及课后需要完成的一系列工作。教师可通过该模块对实验仪器设备、所需物品准备、实验室安全管理等方面的工作进行评价。例如可实现评教功能，将教学质量管理平台学生评教二维码嵌入，便于课后向学生展示，以便学生扫码参与评教。上课教师需要填写的“实验开设记录”等课后需完成的工作也可整合到系统内，通过简单的电脑操作即可完成。此外，“安全管理”模块中录入的滚动提醒安全通知及危险品使用说明等，教师也可直接将该界面同步共享给学生，方便学生了解，学生需按照相关标准操作，完成实验室清理及善后工作。

(5)“故障响应”模块，主要实现教师和学生在使用实验室的过程中，遇到实验室仪器设备无法解决等问题时，通过系统实时向实验室管理员发送请求，等待管理员响应其请求，并提供帮助。届时，管理员界面会弹出请求窗口，其中一名管理员确定接收该请求，则为成功接收教师请求，代表其会立刻赶往指定实验室，解决教师提出的问题。其他管理员也会得到相应提示，则无需再次应答。教师或学生可对此次响应给予反馈，在数据库中形成相应故障请求响应记录。如2min内无人响应，则会弹出管理员联系方式，教师或学生可根据实际情况自由处理，该系统会对上课遇到的问题及解决方法等信息进行记录，以便系统向教师或学生提供自助解决方案。

(6)“安全管理”模块，主要功能包括实验室安全消防知识介绍、滚动提醒安全通知、危险品使用说明等。实验室管理员可以利用该模块功能提前上传相关文件，便于教师及学生知晓安全管理要求。实验室对学生开放，接受学生的自主学习实验室预约，就势必会增加不可控因素，提升安全风险等级，面临安全问题的困扰。这些问题会集中体现在流动人员数量的增多、实验设备损坏率的增加等，对日常安全管理提出了新的挑战。因此我们需要建立严格的实验室安全考核准入机制，以确保实验室安全有序地运行。

(7)“设备仪器管理”模块，主要功能包括设备、仪器、试剂及耗材的预约、登记、使用及维修记录等，以确保更好的使用这些实验材料。逐步建立相应的数据表，对应的数据表字段包括设备仪器编号、名称、品牌、具体型号、所在实验室、出厂号、维修日期、故障记录、维修方法、经手人、备注等[2]。

(8)“个人中心”模块，针对实验室管理员、教师及学生三类不同的用户群，会展示不同的界面信息。“实验室管理员”的“个人中心”将为实验室管理员建立个人档案，产生相应的数据表，其对应的数据表字段为姓名、性别、出生年月、民族、职称、毕业院校、专业、学历、学位、所在的实验室名称、简历、联系电话、电子邮箱、手机、通讯地址、备注等。“教师”的“个人中心”包括个人信息、联系方式、电子邮箱、所属科室、相关课程或实验室，提出报修请求及响应情况记录等。“学生”的“个人中心”包括学生个人信息、联系方式、电子邮箱、专业、班级、实验室预约记录等。

4 实验室教学及资源管理平台的大数据分析功能

在“互联网+”时代，大数据是对资源进行整合利用的基础理论，通过专业的数据处理工具，可以将产生的数据整理得更有规则，实现数据的有效划分，提高数据的实际利用程度，方便用户从这些数据中获取真正有价值的信息。在实验室教学及资源管理平台使用过程中，会产生大量实验教学及管理工作方面的信息数据，大数据使实验室的各项信息的处理过程变得更加便捷，为实验室管理工作提供更为丰富的技术信息资源，并有效保障数据的完善性与精准性[3]，实现最大限度的利用与整合。通过这些信息数据的查询与统计，可以全面掌握平台所管理的实验室的真实应用状况，进一步对平台中的数据进行分析，为实验室管理者制定科学决策提供数据支持[4]。

5 具体系统架构

本文所提出的基于数据交互查询方式的实验室教学及资源管理平台，主要是利用PHP编程语言同MySQL数据库实现功能模块。具体采用的是MVC三层架构模型。用户通过操作界面提交操作信息，通过视图层生成SQL语句操作数据传递给MySQL数据库，返回用户需要的结果，并显示回操作界面。

6 结语

在我国实验教育教学改革的新形势下，现有的实验室管理模式已落后，无法适应目前实验教学的实际需要，对教学质量造成了不必要的影响。而基于数据交互查询方式的实验室教学及资源管理平台的构建，则在努力弥补这些不足，从而有效提高了学生对实验的参与热情，授课教师及实验室管理人员的工作效率，实验室各项资源的利用率，满足师生的日常需要。

引用

[1] 晁妍,陈文龙,王浩.大数据技术在高校实验室管理系统中的应用[J].电脑知识与技术,2020,16(18):31-33.

[2] 李伟伟,王瑞利.医学院校数字化实验室管理系统软件设计应用探讨[J].科技与创新,2017(11):152+157.

[3] 吴晓冰.“互联网+”背景下大数据创新高校实验室管理分析[J].数码世界,2018(4):527.

[4] 郝海妍.数据挖掘在计算机实验室管理系统中的应用[J].电子技术与软件工程,2020(11):210-212.