基于校园网的开放实验室管理系统的设计

摘要：开放式实验室管理系统是实现数字化校园建设的重要组成部分。传统实验室管理机制无法满足当前对实验室信息化管理的要求，因此需要一种基于校园网的开放实验室管理系统，以提高效益并降低成本。本文介绍了该系统的总体结构设计和主要功能模块，并选择了门禁动态控制和智能刷卡控制终端相结合的方式来实现该系统。通过测试环境的搭建和相应的测试，验证了该系统的性能和可靠性。结果表明，该系统能够满足开放实验室管理的需求。

关键词：管理系统；系统设计；校园网；开放实验室；B/S结构

高等学校信息化发展对于开放实验室的要求日益重要。在教学、科研和教育过程中，开放实验室扮演着重要的角色。随着校园网的建设，许多高校已经开始实施开放实验室，并利用校园网为实验室管理提供了新的平台，实验设备得到充分的应用。然而，当前高校开放实验室仍面临预约人数过多和人工管理等问题。为了解决这些问题，迫切需要建立一种新的开放实验室管理系统。因此，本文以B/S结构为基础，设计并开发了基于校园网的开放实验室管理系统。该系统的设计彻底改变了传统实验室管理方式，解决了实验设备不足和实验室需预约等问题。通过这个系统，实验室的应用效率得到了显著提高，实验设备资源也得到了有效共享[1]。开发实验室管理系统对于高校实验室的管理应用具有重要意义。教师和学生可以更轻松地预约实验室，同时实验设备的利用率也得到了提高。此外，该系统的设计符合当前数字化校园建设的需要，使实验室管理更加高效和便捷。

一、开放实验室管理系统设计需求分析

本系统基于校园网和校园一卡通系统的衔接，实现了开放实验室的管理功能。它利用校园网提供的网络通信基础，可以进行实验室预约、实验设备资源管理、生成不同类型的报表、记录实验数据以及设置实验室权限等功能。为了进一步满足用户需求和加强实验室资源的应用，该系统还设计了实验项目申报功能。用户可以自主申报实验项目并设计实验步骤，在完成项目申报后即可进行相应的实验操作。通过这样的设计，本系统提供了更便捷、自主的实验室管理方案[2]。

二、基于校园网的开放实验室管理系统总体设计研究

（一）系统总体架构设计

基于校园网的开放实验室管理系统设计选择了B/S结构模式和Web技术。该系统通过浏览器，让实验室管理人员、教师、学校领导和学生等用户能够直接管理、查询和维护系统中的不同类型信息，从而提高系统的灵活性和易用性。用户无需安装额外软件，随时随地通过浏览器访问系统，便捷地进行实验室管理操作。这样的设计符合用户需求，同时提供了良好的用户体验[3]。

校园网的开放实验室管理系统采用了分布式架构设计，将系统划分为数据库管理层、业务层和应用层三个层次，以实现数据的分散保存和负荷的分担。由于每个实验室中的数据分散保存，对每个实验室的应用程序管理器的负荷并不高，所以并不需要特别关注系统的负荷平衡和容错能力。此外，为了简化系统架构，还将数据库和应用程序管理器部署在相同的管理设备中。具体基于校园网的开放实验室管理系统的总体框架设计如图1所示。

（二）系统主要功能模块设计

针对实验室管理系统的主要功能模块设计可以分为7种：注册功能模块、用户及权限管理模块、实验室项目管理模块、系统管理模块、实验室管理模块、实验室预约模块以及数据库等，具体功能模块架构设计如图2所示。

1.注册功能模块

该模块的设计主要涉及教师和学生的身份认证。教师和学生可以使用自己注册成功的账号和密码，在Web浏览器上直接登录到系统。登录后，根据实验项目的需求，他们可以选择相应的实验内容并预约实验时间。预约成功后，他们需要按时在实验室完成相关实验项目。

2.系统管理模块

在完成此模块的设计后，系统管理员将能够编辑每个用户的信息。此外，管理员还可以管理实验室项目，包括实验室信息的维护、项目情况的介绍、实验安排的制定以及不同实验项目在评分中所占的比例的管理。管理员可以根据需要对实验室和项目进行更新和调整，以确保系统的管理和运行效率。

3.实验室设备管理模块

实验室管理模块是指对实验室内仪器设备进行申请购置、使用和报废等过程的管理。该模块涵盖设备入库等级、设备报废、设备安全自检和设备维修等功能。在开放实验室管理中，由于学生的自主性和流动性较大，同一班级的学生可能选择不同的课程，因此采用开放实验室管理可以让学生根据自身情况选择合适的时间完成不同的实验项目。此外，实验室设备管理模块的设计还包括对不同实验仪器的出入库管理以及设备故障的维修养护记录等管理。用户进入实验室后，需要对所借用的设备进行登记，以便后续查找。当实验室中的设备更换时，需要及时更新系统中的设备信息[4]。

4.实验室预约模块

首先，开放实验室分为实验室工位开放与实验室预约两种。管理员可以通过实验室预约功能对实验室的开放进行配置。该功能需要考虑开放时间与实验教学时间的安排，以便进行实验室的预约。教师与学生可以通过系统选择空闲的实验室进行预约，并提交相应的申请。实验室负责人审批后，申请即可生效。此外，实验室工位开放是根据实验室的工位数向全校的师生开放。用户可以根据系统的时间节点选择具体时间段内的空闲工位进行预约。在工位富余的情况下，用户可以重复预约同一时间段的实验工位。此外，为了满足开放性实验的需求，用户还可以利用校园网通过网络进行实验预约，方便系统对校园卡权限进行重新配置。这样，用户就可以通过网络轻松地预约实验室工位。总之，通过实验室预约功能实现实验室的管理和配置，能够提高实验室的使用效率和管理效果。

5.用户及权限管理模块

在基于校园网的开放实验室管理系统中，用户及权限管理模块的设计非常重要，它包括对用户和不同类型实验设备的管理。由于各单位对开放实验室管理方式的不同，因此在用户的权限配置方面也有所不同。为实现这一目的，可以从操作权限设计和数据权限设计两个方面进行考虑。首先，操作权限设计主要用于配置管理系统各个功能模块的操作权限。可以分配给某个功能模块相应的操作权限，或者實现对功能模块进行增加、删除和修改等处理功能。系统中的用户角色包括实验人员、系统管理人员、学校领导、职能部门、学生和教师等，每个角色都有不同的权限。最高权限的管理人员可以根据不同用户角色进行权限赋予。其次，数据权限设计主要是指用户所能够操作的数据范围权限。例如，实验室的教师只能拥有本实验室的数据权限，但基于管理需求，还可以赋予他们其他学院的相关数据权限[5-7]。这样可以实现数据的共享和跨学科合作。

6.实验室管理模块

实验室管理模块的设计包括实验信息统计、实验运行管理与安排、实验记录查询等功能。对于实验运行安全功能，实验室管理人员可以通过实验室管理系统界面对实验室进行管理，并分配空闲实验室。用户可以通过校园网结合系统，查看自己申请实验室的结果和具体安排。

实验室运行状态功能实现了对实验室的实时监测，包括学生、教师和项目等在各个实验室分室中的配备情况。查询功能允许根据专业、实验分室、课程名称或指导教师等条件查询所需的实验记录。通过查询结果，可以进一步检索某个学期或学年的不同专业课程和实验室的实验项目完成情况，为后续的教学管理提供依据。实验室信息统计功能按学期对总实验学时、开放实验室的人数和时间等进行分类和统计，以提供学校对实验室作业的全面了解和依据[8]。

（三）数据库设计

以校园网为网络设计的开放实验室管理系统的数据库见表1所示。

三、系统测试分析

（一）测试环境开发部署

为了进一步验证校园网开放实验室管理系统的可行性，本文选择对系统的安全性和性能进行测试。首先，该管理系统可以与校园网进行集成，实现随意访问和共享数据的对接。通过校园网集成平台，可以将其他系统的基础数据与平台数据进行对接，从而方便用户在浏览器上进行操作。同时，该系统还能将实验室的业务流程移植到系统中，为教师的工作提供便利。具体的系统运行测试环境搭建请参考表2。测试服务器采用32G内存、双CPU、Windows10系统。

（二）性能测试

为了验证本实验室管理系统的设计能够满足实际需求和规格定义，需要进行系统测试。测试的重点是对系统的各项功能进行验证，并发现不符合规格定义和实际需求的问题，并提供相应的改进方案。这次测试选择使用了Google的Web应用测试插件进行初步的功能测试。同时，还使用来主流浏览器进行对比测试。通过Google的页面性能监测，全面了解Web应用的请求、时间线、远程IP、数据大小和域名等信息。初步测试结果表明，该系统的运行情况良好，其功能和性能都达到了设计要求，并且保障了系统的安全性。通过测试过程中的发现和分析，提供改进方案，进一步完善系统的性能和功能。

四、结束语

综上所述，本文提出的校园开放实验室管理系统充分满足了学校开放实验室管理的实际需求。该系统改变了传统的人工管理方式，实现了校园实验室管理的智能化和信息化，从而促进了校园开放实验室的教学水平和效率的提升。同时，在系统设计方面，选择了B/S结构，并设计了实验室教学管理模块、实验室信息管理模块以及报表统计模块等功能模块。这些模块能够有效支持开放实验室的管理任务。经过测试和分析，验证了该系统在实际应用过程中能够提高开放实验室管理效率并降低管理成本。同时，用户的负担也得到了一定程度的减轻。

作者单位：赵惠 金肯职业技术学院

参  考  文  献

[1]黄孝新，蔡运记，刘念.高校实验室管理系统的功能分析与设计[J].电脑知识与技术，2022，18（34）：42-44.

[2]张琴.高校实验室信息管理系统的设计与实现[J].中國信息化，2022（12）：107-108.

[3]王中华.基于J2EE的开放实验室管理系统[D].陕西：西安电子科技大学，2021.

[4]闫鸿英.基于RFID的实验室设备管理系统的设计与研究[D].北京：北京化工大学，2021.

[5]唐宇.基于云桌面技术的高校开放实验室信息管理系统设计[J].宁夏师范学院学报，2021，42（10）：90-97.

[6]朱俊杰，李勇，郑志安，等.基于信息深度融合的智慧型实验室管理系统[J].实验室研究与探索， 2021，40（11）：228-232.

[7]杨晶晶.基于Zig bee和RFID技术的实验室管理系统的设计与实现[J].科学与信息化，2021（6）：166.

[8]吴荻，张军，周海芳，等.高校实验室综合信息管理系统的设计与实现[J].实验室研究与探索，2021，40（10）： 266-268，284.