面向二维码的开放实验室管理系统设计与实现

刘杰

摘  要：在互联网信息技术快速发展的过程中，高校对开放实验室管理手段的要求也不断提升。鉴于开放实验室管理设备种类多、信息总量庞大等特征，传统的管理模式已经无法满足实际工作需求，迫切地需要做出转变和创新，而将二维码技术运用到开放实验室管理工作中，构建信息化水平较高的实验室管理系统，能够大大提升开放实验室管理效率，更好地服务高校教学工作。该研究主要对二维码技术进行概述，对开放实验室管理系统进行总体设计，并介绍面向二维码的开放实验室管理系统的实现，以期构建功能完善、性能强大的开放实验室管理系统，提高开放实验室管理系统的运行速度和管理效率，降低开放实验室管理成本，充分发挥开放实验室的功能。

关键词：二维码；开放实验室；实验室管理；管理系统；教学工作

中图分类号：G647       文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）10-0134-05

Abstract： With the rapid development of Internet information technology， the requirements of colleges and universities for the management of open laboratories are also increasing. In view of the characteristics of many kinds of open laboratory management equipment and large amount of information， the traditional management mode has been unable to meet the needs of actual work， and there is an urgent need for transformation and innovation. The application of QR code technology to open laboratory management and the construction of a laboratory management system with a high level of information can greatly improve the efficiency of open laboratory management and better serve the teaching work of colleges and universities. This study mainly summarizes the QR code technology， points out the overall design of the open laboratory management system， and introduces the implementation of the open laboratory management system oriented to the QR code， in order to build an open laboratory management system with perfect function and powerful performance， improve the running speed and management efficiency of the open laboratory management system， reduce the management cost of the open laboratory， and give full play to the function of the open laboratory.

Keywords： QR code; open laboratory; laboratory management; management system; teaching work

作為高校开展教学科研工作的主要场所，开放实验室承担着重要的职责，直接影响着实践教学质量，关系到学生实践操作能力、创新能力的提升。近年来，高校逐渐增大了对开放实验室建设的资金投入力度，购入了大量的软、硬件设施，配备了充足的工作人员，这在一定程度上就增大了开放实验室管理工作难度。在互联网时代背景下，网络信息技术在教学及管理等方面的应用愈发广泛，而在开放实验室管理方面，开展开放实验室信息化管理建设工作势在必行。二维码凭借其空间占用小、数据密度大及识别速度快等优势，在跟踪识别方面发挥着重要作用，将其运用到开放实验室管理工作中可以打造出更加规范化、先进化的管理模式[1]。开展面向二维码的开放实验室管理系统研究具有非常重要的意义，能够研制出针对性的开放实验室管理系统，实现对开放实验室的信息化和数据化管理，提升开放式实验室的管理效率和使用效率，助力高校育人工作的开展。

1  二维码技术原理

基于特定规则、通过某种几何图形形成的二维码，能够记录数据符号信息，呈现出高密度、表述范围广、纠错、加密等特性。二维码技术则是应用二维码生成器生成二维码，借助二维码生成软件，向二维码生成器传输获取的信息，并存储、应用生成的二维码。结合二维码技术原理，可以将其划分为堆叠式、矩阵式两大类二维码，具体如图1所示。

图1  二维码生成原理示意图

其中，堆叠式二维码生成原理主要为：结合规定和实际需求，基于一维条码开展条码堆叠处理，形成两行或多行条码。该二维码生成方式在设计、识别方面同一维条码相似，然而由于条码行数相对增多，因此译码算法有所改变。在堆叠一维条码的方式之下所形成的二维码呈现出全新的特征，具体为各二维码均拥有相应的字符集合，且字符宽度相对固定，能够发挥基础检验的作用[2]。该类二维码依托智能手机、扫描机、扫码机或摄像机，运用简单的方式能够从横向、总量两个层面来高效识别信息，并且也为数据信息的存储提供了方便，应用非常便利。

其次，矩阵式二维码的生成原理为：借助数字矩阵（包括大量“0”和“1”），参考“0”和“1”的比特流定义，形成电脑内部逻辑，并通过一些同二进制相符的几何图形，呈现出不同类型的文字及数字信息。整个过程可以概述为基于“空”的形式完成二进制“0”的表达，运用“点”的形式完成二进制“1”的表达，结合“空”和“点”的排列形式，对二维码进行自动化的生成。矩阵式二维码的特殊点在于其通过“0”和“1”数字矩阵的排列，得到数字信息、二维码生成文字，明确“0”和“1”组合形式。

2  面向二维码的开放实验室管理系统总体设计

2.1  开放实验室管理系统设计思路

作为一项复杂的任务，高校开放实验室管理工作涉及到多方面内容。基于二维码技术在开展管理系统设计的过程中，首先要将开放实验室管理的重点内容进行明确，理清相关类目，为系统框架系统的科学性和合理性提供保障。开放实验室管理主要可以划分为实验教学管理、实验设备管理、实验室安全管理三大内容，在利用二维码开展系统设计时，也要从这3方面入手，开放实验室管理模块如图2所示。

图2  开放实验室管理模块

基于整体角度来看，面向二维码的开放实验室管理系统运用的主要技术有二维码技术、数据库技术和网络技术。当前智能手机用户普遍运用微信软件进行社交，而作为微信软件下的重要平台，二维码能够发挥验证、录入信息的作用。在手机端条码的扫描工程支持下，可以借助摄像头来实现。使用者通过智能手机，在用户端能够直接识别二维码，对系统中录入的信息进行查看，而服务端数据库也可以及时获得反馈，为后期实验室管理决策的制定奠定了基础。

2.2  开放实验室管理系统应用架构

在开放实验室管理系统设计过程中，要想充分彰显二维码技术的优势、价值，应对系统应用架构进行完善。开放实验室管理系统应用架包括技術层、网络层和应用层三大内容，其中技术层主要涉及到二维码生成技术、扫描技术和应用技术，要增强各项技术的可靠程度及先进性；网络层则需要依托稳定的无线网和宽带网，为高校开放实验室管理工作者提供便利，使其能够开展网络信息搜集、整理、查询及管理等各项操作；应用层要求在系统中对信息查询软件和二维码扫描软件进行配置，实现二维码技术的高效化运用，提高管理系统的整体运行效率，更加快速、低成本和高质量地完成开放实验室管理任务[3]。开放实验室管理系统中二维码技术的应用框架如图3所示。

2.3  开放实验室管理系统功能设计

面向二维码的开放实验室管理系统功能设计包括APP、后台数据管理、数据库三大内容。

首先，开放实验室管理工作者应统一对内部设施、软件等数据信息进行登记，构建完整的信息数据库，并结合录入的信息生成二维码标签，确保标签与实验室内部设备、软件等管理对象的一致性。

其次，管理工作者具备管理开放实验室设备、软件等对象的权利。以实验室设备为为例，使用者则可以在系统中提出借用、归还和维护的申请，而管理者需要开展设备借用申请进行审批、设备归还登记、设备运维处理等工作。

最后，在开展开放实验室系统数据库设计环节中，应结合高校实验教学需求和实践管理现状，通过MySQL数据库来保存、管理数据信息。系统数据库涵盖用后申请表、设备维修表、用户表及设备表等多项内容。

2.4  开放实验室管理系统中二维码技术应用流程设计

构建面向二维码的开放实验室管理系统中，除了要对整体框架结构进行明确，同时还要关注二维码技术的具体应用流程，为系统功能的实现提供保障，具体如图4所示。

图3  系统二维码技术运用框架图

图4  系统中二维码技术应用流程图

首先，登录设定网址后，通过二维码生成软件将边界页面打开，对开放实验室设备、教学及安全三大管理内容的二维码信息新内容进行编写，将资料和图片进行存储，生成相应的二维码；其次，对不同内容的二维码图片在网站中进行上传，或在实验室内进行粘贴；最后，需要借助扫描器、智能终端对二维码进行扫描，获取有关开放实验室设备、教学安排及安全管理等方面的资料信息。需要注意的是，二维码技术的实践应用建立在资料信息充分准备工作的基础上，这就要求管理工作者基于网络平台中的软件对二维码进行生成编辑时，应结合开放实验室管理工作现状和使用需求，对数据信息进行编写，并将资料上传到平台中，便于后期使用者扫描二维码获知开放实验室使用状况，从而针对性、精准性地落实各项管理工作[4]。

3  面向二维码的开放实验室管理系统功能的实现

为了充分发挥二维码技术的优势，本研究所设计的开放实验室管理系统采用手机端、电脑端相接的方式对设备、教学信息和安全状况进行管理。其中管理工作者可以在电脑端对教学安排、设备及维护工作等信息开展记录、管理工作，也可以通过打印机对二维码进行打印，粘贴于每台实验设备中，方便用户进行扫码登录；使用者依托智能手机的APP则可以在系统中提交教学使用、维护和申请，操作极为便利。

3.1  二维码制作功能的实现

高校要深入了解开放式实验室管理工作的要求和目的，对二维码技术的应用方案、体系进行进一步的完善，支持开放实验室功能的发挥。

首先，要对二维码平台进行构建（表1）。高校开放实验室管理工作中广泛应用到二维码技术，所以需要将关注点放在二维码平台的构建上，使二维码技术的有效应用、实验室管理效率的提升具有可靠的保障。二维码平台的构建依赖于智能终端，需要在良好的无线网络中进行生成、打印操作，此外还需要对数据库系统进行建立，保存大量的数据信息，方便后期进行信息查询[5]。而数据系统中又涵盖不同类型的数据表，能够对教学评价、安全巡查、实验预约等信息进行统计，可以修改、保存数据资料，为更好地落实开放实验室管理工作提供可靠、稳定的依据，促使开放实验室的利用效率得到大幅度提升。

表1  二维码平台的构建

其次，要对二维码的生成模式进行完善。当下高校主要依靠软件生成二维码，或将生成模块嵌入到开放实验室管理系统中生成二维码。基于此，高校首要任务就是对开放实验室设备二维码的阵码类型进行研究和分析。QR码生成技术在信息存储效果、存储总量等方面的优势非常明显，可以基于不同的视角进行扫描。通过扫描开放实验室设备的二维码，能够及时了解设备的相关信息，获取数据链接。因此，在开展开放实验室设备管理工作的过程中，要对二维码生成模式进行完善，有效利用QR码生成技术的优势，将设备的编号、型号、生产厂商及实践等信息填入二维码中，并对设备服务器、设备生产厂商售后网络链接进行设置，从而对实验室设备进行快速、高效维修，促进设备同管理服务器间的互动，保障开放实验室设备的稳定、可靠运行。

3.2  系统后台数据管理功能的实现

在开放实验室管理系统中，后台数据管理功能是管理工作者特有的权限，不仅可以对实验设备、实验预约及登记、实验安全巡查、实验互动课堂、实验教学评价等环节进行管理，还可以大批量导入数据信息，并增添、刪减相关数据信息，并对二维码进行生成和打印。

对于用户管理功能的实现。在开放实验室管理系统的子菜单中，管理人员可以点击用户管理选项，对用户的班级、专业、学号及实验名称等信息进行管理。在增添用户的过程中，管理人员既可以点击新增来逐次增添用户信息，也可以点击导入，从Excel文件中对用户信息进行批量化的导入，后者大大减轻了管理人员的任务量，提高了管理效率。

对于设备、教学和安全的管理功能。管理工作者可以在系统导航栏中选择不同的管理按钮，在新页面中对信息进行添加、导入、修改或删除，完成数据信息的管理功能。以安全管理功能实现为例，管理人员通过扫码进行信息填报时，所设计的表格要以巡查为主，细分为用电安全、化学安全、用水安全及用气安全等多项内容，支持照片的上传，以便形成专项档案，开展高质量的管理工作[6]。

最后，是二维码的生成和打印功能。开放实验室内的设备编码是固定、唯一的，所以在对二维码进行生成的过程中，应以设备编码为依据来确定二维码。二维码的生成方式可以划分为如下2类：一是单独选取几个设备来生成二维码，这种情况主要应用在增添、淘汰实验室设备，或设备二维码丢失及损坏的状况；另一种是在系统平台中结合设备编码一键生成全部二维码。开放实验室设备二维码的生成主要应用的是二维码开源包zxing、谷歌浏览器插件QR Code（Generator and Reader），对字符串进行封装形成二维码。管理人员可以在系统中对二维码的高度、宽度进行合理调整和设置，呈现出二维码保存路径，对二维码图片进行命名。管理员在确保本机与打印机相连接的情况下，可以选择几个或所有设备对二维码进行打印。

3.3  系统APP的实现

开放实验室管理系统APP的实现涉及到普通用户、管理者两大用户群体，其中前者能够在系统中提出实验设备使用申请、设备维修申请等，而后者则拥有管理教学、安全及设备的功能。

系统面向普通用户功能的实现介绍如下：首先，在借用开放实验室设备方面，用户可以在智能终端中对APP进行安装，打开后选择“扫一扫”的功能，对设备中张贴的二维码进行扫描，查看设备的有关信息，并在图片底部对申请绑定的请求进行选取，则可以提交设备试用申请，通过管理人员的审核之后就能够顺利使用实验室设备。在借用设备完成实验操作之后，用户还可以在APP中的“我的设备”选项，点击指定设备来对设备的具体信息进行查看，并在图片下方选择结束绑定的选定[7]。系统管理人员在收到信息之后，会对实验室设备进行查看，通过用户退出设备使用的请求，顺利完成实验室设备的归还工作，以便后续其他用户正常使用。其次，在实验室设备维修方面，用户如果发现所借用的设备存在故障问题，无法正常发挥作用，就可以在APP软件中选择“设备维修”的选项，进入新的界面中，将设备需要维修的具体缘由输入到提示框中，并点击“确认”进行提交。管理人员在系统中可以查看用户的设备维修申请，通过审核查明该设备确实存在故障问题之后，就可以在数据表中获取该设备生产厂商的联系方式，要求厂商开展维修处理。待实验室设备完成维修处理之后，管理人员可以点击“完成”的选项，确认设备已恢复正常功能。但如果遇到实验室设备无法进行维修，需要进行更换或重构的情况，管理人员需要点击“设备报废”的选项，重新采购设备，并将其相关信息重新录入到管理系统中。

管理员功能。管理员在开放实验室管理系统中拥有管理设备、管理用户等功能。其中对于设备管理功能而言，管理员可以在系统首页的用户管理目录中，对设备的绑定状况进行查看和审核，对于未进行绑定的设备应制定特定用户进行绑定，而对于处于绑定状态的设备，则要对设备的领用情况进行分析，必要时可以对绑定人进行调整和更改[8]。同时，管理员在系统中还可以在用户管理目录中对用户信息进行查看，了解用户有无绑定实验室设备，允许用户对已绑定的设备进行操作使用。管理员对设备领用人进行点击后，能够进入到设备列表中，对用户所绑定的所有设备进行查看，及时了解设备处于维修状态还是正常使用状态，为用户开展实验研究提供保障。

4  结束语

伴随着网络信息技术的不断发展，高校开放实验室管理工作也要紧跟时代发展潮流，将先进科学技术运用到管理实践中，创新开放实验室的管理思路和模式，逐步提升开放实验室管理质量、水平。在高校开放实验室管理工作中引入二维码技术，可以使开放实验室的整体管理效率得到显著的提升，节约成本费用，更好在教学科研领域中发挥开放实验室的功能和价值。处在新时期背景下，高校开放实验室管理部门，迫切地需要结合实验室信息化管理现状和需求，深入挖掘和利用二维码技术，建立完善化的二维码技术应用框架，明确二维码技术部的应用流程，从而打造出功能完备的开放实验室管理系统，使开放实验室管理工作更加便利，促进高校教学科研工作效率的提高。

参考文献：

[1] 叶林.高校实验室智能管理系统设计实践：以无锡职院为例[J].科技与创新，2023（17）：132-134.

[2] 黄柯程.基于二维码和NET技术的实验设备管理系统设计[J].信息记录材料，2022，23（11）：184-188.

[3] 罗亚萍.计算机实验室管理系统的设计与实现[J].电子制作，2022，30（16）：55-57.

[4] 梁莉娟.人工智能背景下高校智慧实验室系统的构建与研究[J].内蒙古科技与经济，2022（4）：68-69，74.

[5] 张丽梅，王昭，易层等.新时代学院实验室开放管理的实践与探索[J].实验室研究与探索，2022，41（2）：266-269.

[6] 陈靖，王卉，付彦君.基于信息化的实验室开放管理系统的构建研究[J].卫生职业教育，2021，39（13）：47-48.

[7] 覃卫玲，黄善斌，何登旭.基于高校智慧实验室的仪器设备管理模式改革探究——以广西民族大学为例[J].行政事业资产与财务，2021（11）：12-14.

[8] 雷川成，郭阳勇.基于多技术融合的高校实验设备安全管理系统设计与实现[J].电脑知识与技术，2021，17（15）：197-198，201.