張斯琪　王劍

摘要：高校實驗室是人才培養(yǎng)、學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究的重要基地，發(fā)揮著不可替代的作用，信息化管理模式具有技術(shù)先進、功能強大、操作簡單、可數(shù)據(jù)共享等特點，該文通過對高校實驗室信息管理系統(tǒng)（ULIMS）進行設(shè)計與實現(xiàn)，闡述了系統(tǒng)各模塊功能，設(shè)計了相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及接口，有效的促進實驗室信息資源的利用，也為各教育管理部門進行決策提供準(zhǔn)確依據(jù)和可靠的信息支持。

關(guān)鍵詞：高校實驗室信息管理系統(tǒng)；ULIMS；B/S和C/S混合體系結(jié)構(gòu)；JDBC數(shù)據(jù)庫接口

中圖分類號：TP311 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2014）33-7892-03

隨著我國高等教育制度改革的不斷深化，各高校的辦學(xué)規(guī)模逐步的擴大，國家對于創(chuàng)造性人才的培養(yǎng)日益重視，實踐教學(xué)的比重日益提高，高校實驗室成為人才培養(yǎng)、學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究的重要基地，發(fā)揮著不可替代的作用。如何進行實驗室資源的有效管理和利用，為廣大師生提供更好的服務(wù)，一直是實驗室管理人員面臨的重要課題。信息化管理模式具有技術(shù)先進、功能強大、操作簡單、可數(shù)據(jù)共享等特點，因此，高校實驗室信息管理系統(tǒng)的研發(fā)和應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 ULIMS發(fā)展背景

1.1定義

高校實驗室信息管理系統(tǒng)（University Laboratory information Management System） 即ULIMS，是一種采用科學(xué)管理思想以及先進的信息化技術(shù)，立足于實驗研究和實驗教學(xué)，將高校實驗室各種設(shè)備及相關(guān)信息，進行有效的管理和應(yīng)用的信息管理系統(tǒng)。

1.2發(fā)展現(xiàn)狀

目前，實驗室信息管理系統(tǒng)已經(jīng)成為西方一些大型實驗室中實現(xiàn)全質(zhì)量控制的核心[2]。而國內(nèi)對于實驗室管理工作相對于發(fā)達國家是滯后的。高校實驗室在國內(nèi)實驗科研和實驗教學(xué)中發(fā)揮著重要的作用，但學(xué)校實驗室多存在課程安排效率較低、實驗數(shù)據(jù)更新不及時、實驗設(shè)備管理混亂等現(xiàn)象，開發(fā)一套較為完備的高校實驗室信息管理系統(tǒng)已勢在必行。

本文從高校院級實驗室運行管理情況出發(fā)，利用校園網(wǎng)資源，構(gòu)建了適用于高校院級實驗室的實驗室信息管理系統(tǒng)，對實驗設(shè)備、實驗數(shù)據(jù)、實驗課程、實驗項目、實驗人員等進行統(tǒng)一管理，以提高各項實驗室資源的利用效率，使實驗室能夠更好地為教學(xué)和科研工作服務(wù)。

2 ULIMS系統(tǒng)設(shè)計

2.1體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)采用B/S與C/S混合架構(gòu)模式，在信息的發(fā)布與遠程交互時利用Internet的優(yōu)點采用B/S模式，在處理對安全性要求較高或計算量較大的數(shù)據(jù)時采用C/S模式，這兩種模式的結(jié)合體系構(gòu)架同時兼顧了B/S和C/S結(jié)構(gòu)的特點，一方面滿足了用戶遠程瀏覽、查詢、交互的功能，另一方面又滿足了數(shù)據(jù)處理和實驗室各項事務(wù)處理的功能。B/S 與 C/S 混合體系結(jié)構(gòu)是一種典型的異構(gòu)體系結(jié)構(gòu)，B/S模式與C/S模式相結(jié)合、分布式處理與集中式處理相結(jié)合的架構(gòu)，既具有較高的實時性、高效性，又具有突出的穩(wěn)定性和可擴展性。

如圖1所示，本系統(tǒng)采用B/S和C/S混合體系結(jié)構(gòu)模式，系統(tǒng)管理員、教師和具有對應(yīng)權(quán)限的其他實驗人員采用C/S模式，具有交互性較強，數(shù)據(jù)查詢修改的響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)安全性較高；同時，教師也可以采用B/S模式訪問系統(tǒng)，方便與系統(tǒng)進行實時交互，與學(xué)生在線交流等，但相應(yīng)的權(quán)限就會變小，以保證數(shù)據(jù)和系統(tǒng)安全；學(xué)生訪問系統(tǒng)的方式，采用B/S模式，系統(tǒng)安裝、修改和維護全在服務(wù)器端解決，學(xué)生在使用系統(tǒng)時，僅僅需要一個瀏覽器便可訪問，真正達到了"零客戶端"的功能，輕松方便。

2.2功能模塊設(shè)計

2.2.1 實驗室日常管理模塊

該模塊主要包括資產(chǎn)設(shè)備管理、實驗室文件管理、統(tǒng)計分析管理和系統(tǒng)運維管理四個部分。其中，實驗室文件管理模塊，主要包括管理實驗室文件、實驗室各類規(guī)章等，實現(xiàn)實驗室無紙化辦公；統(tǒng)計分析管理模塊，主要包括統(tǒng)計分析和生成報表功能，可隨時對實驗數(shù)據(jù)、實驗項目等信息進行查詢和打印，為教學(xué)和科研提供幫助，提高統(tǒng)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，減少環(huán)節(jié)，同時減少出錯的機會。

2.2.1.1資產(chǎn)設(shè)備管理

該模塊主要包括實驗室設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、設(shè)備維修管理、設(shè)備使用管理及家具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊。實驗室設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理是開展實驗教學(xué)課程的基礎(chǔ)，根據(jù)實驗設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)可以進行實驗課程人員的統(tǒng)籌安排，確定課時人次。實驗室設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理主要包括各項設(shè)備信息，包括名稱、規(guī)格、數(shù)量、單價、廠家、購置日期、保修期，還包括各類操作系統(tǒng)級軟件的相關(guān)信息，可以進行查詢、增加、刪除、修改等功能。設(shè)備維修管理和使用管理模塊可以對實驗室設(shè)備的維修、借用等相關(guān)信息進行登記和查詢。家具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊可以對實驗室家具相關(guān)信息進行管理。

2.2.1.2系統(tǒng)運維管理

該模塊主要包括系統(tǒng)維護、數(shù)據(jù)維護、用戶管理等功能。其中系統(tǒng)維護包括系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置及代碼的維護，改正系統(tǒng)在使用過程中異常及錯誤。數(shù)據(jù)維護主要包括數(shù)據(jù)內(nèi)容的維護（無錯漏、無冗余、無有害數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)邏輯一致性等方面的維護。用戶管理模塊主要實現(xiàn)管理員對用戶信息的添加、刪除及修改，包括教師和學(xué)生的基本信息，并可以查看用戶信息列表，對新增用戶進行密碼初始化。還包括根據(jù)用戶對象，設(shè)置不同等級的權(quán)限從而進行系統(tǒng)的訪問及操作。

2.2.3實驗教學(xué)管理模塊

該模塊主要包括實驗課程項目管理、實驗課程管理、教學(xué)大綱管理、實驗考試評分。實驗項目管理包括實驗課程項目和競賽項目，其中實驗課程項目包括課程名稱、上課班級、任課教師、選課人數(shù)等課程信息的查詢、增加、修改和刪除。競賽項目包括競賽名稱、指導(dǎo)教師、項目組成員等信息的查詢、增加、修改和刪除。實驗課程管理模塊可按照所需條件進行查詢，并能夠?qū)λ柽x項生成實驗室課表進行導(dǎo)出和打印。教學(xué)大綱管理包括實驗教學(xué)大綱查詢、上傳和下載的功能。實驗考試評分包括實驗考試題目、評分和總結(jié)等。endprint

2.2.4學(xué)生信息管理模塊

該模塊主要包括實驗選課功能、實驗課件學(xué)習(xí)功能和模擬實驗功能。實驗選課功能為學(xué)生提供不同的實驗課程的選擇，可以根據(jù)所選課程或?qū)W分自由選擇部分實驗實踐課。實驗課件學(xué)習(xí)功能是教師為每項實驗提供的教學(xué)課件，學(xué)生登錄系統(tǒng)后可以在線觀看學(xué)習(xí)。對于具有危險性或難度較大的實驗，模擬實驗功能為學(xué)生提供在線模擬實驗功能，可以有效的提高學(xué)生對該知識點的掌握程度，降低危險，提高安全系數(shù)。

3 ULIMS系統(tǒng)實現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是實驗室信息管理系統(tǒng)開發(fā)的重要組成部分，是系統(tǒng)各部分緊密聯(lián)系的關(guān)鍵所在。數(shù)據(jù)庫將大量數(shù)據(jù)按照一定的模式組織起來，完成存儲、維護、檢索等功能，實現(xiàn)及時準(zhǔn)確獲取所需信息的目的。

由圖1，教師辦公電腦和學(xué)生電腦均可通過校園網(wǎng)或internet網(wǎng)訪問本系統(tǒng)，所以網(wǎng)絡(luò)化的ULIMS實質(zhì)是通過intranet或internet網(wǎng)絡(luò)，由web服務(wù)器處理客戶端的需求，并與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，即B/S實現(xiàn)異地Web訪問信息數(shù)據(jù)庫。同時，ULIMS應(yīng)用軟件平臺在C/S服務(wù)器端由運行于應(yīng)用服務(wù)器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。

3.1開發(fā)環(huán)境及工具

本系統(tǒng)采用SQL Server企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，其性能穩(wěn)定、功能豐富，具有較好的安全機制和認證模式，可以通過設(shè)置數(shù)據(jù)庫用戶訪問權(quán)限，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[4-5]。選擇Windows 2008 Server R2作為操作系統(tǒng)平臺，客戶端或瀏覽器端需要Web瀏覽器的支持，并開放cookie功能。ULIMS使用QT開發(fā)人機交互界面以及后臺服務(wù)程序，Qt 的良好封裝機制使得 Qt 的模塊化程度非常高，可重用性較好，Qt還具備優(yōu)良的跨平臺特性，豐富的API，并支持 2D/3D 圖形渲染和OpenGL，這些對于用戶開發(fā)來說是非常方便的。Qt 提供了一種稱為 signals/slots 的安全類型來替代 callback，這使得各個元件之間的協(xié)同工作變得十分簡單。

3.2數(shù)據(jù)庫訪問接口

3.3 數(shù)據(jù)庫表建立

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫磁盤陣列采用RAID5模式，RAID 5 是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。在數(shù)據(jù)庫中建立實時數(shù)據(jù)表和歷史數(shù)據(jù)表，實時數(shù)據(jù)表服務(wù)于師生在線交流以及學(xué)生在線模擬實驗，歷史數(shù)據(jù)表用于歷史數(shù)據(jù)的存檔以及統(tǒng)計分析需求。數(shù)據(jù)庫建立了設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表、設(shè)備檢修信息表、設(shè)備使用信息表、家具基礎(chǔ)信息表、管理員信息表、教師信息表、學(xué)生信息表、系統(tǒng)維護情況表、數(shù)據(jù)維護情況表、實驗室文件信息表、實驗項目信息表，實驗課程信息表，教學(xué)大綱信息表，實驗考試評分表等。以管理員信息表為例，其字段名包括ID、工號、姓名、性別、出生年月、畢業(yè)院校、專業(yè)、學(xué)歷、學(xué)位、職稱、聯(lián)系電話、用戶密碼。

4 結(jié)束語

高校實驗室是人才培養(yǎng)、學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究的重要基地，實踐教學(xué)要求的不斷提升，使得高校實驗室發(fā)揮著不可替代的作用。本系統(tǒng)的實現(xiàn)使得實驗室管理人員對實驗室現(xiàn)有設(shè)備等資源都能進行更高效的管理，有效的促進實驗室信息資源的利用，從而取得更好的教學(xué)效果。同時，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，可以為申報各類教改、科研等項目提供準(zhǔn)確詳盡的數(shù)據(jù)，也可以為各教育管理部門進行決策提供準(zhǔn)確依據(jù)和可靠的信息支持。

參考文獻：

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[2] 楊海鷹，潘華.實驗室信息管理系統(tǒng)[M].北京市：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3] 廖志英，董安邦.基于C/S和B/S混合結(jié)構(gòu)的管理信息系統(tǒng)運行模式[J].計算機工程與應(yīng)用，2002，38（2）： 184-185.

[4] 張麗娟.SQL Server 2000網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫教程[M].北京市：機械工業(yè)出版社，2006.

[5] 范立南，劉天惠.SQL Server2000實用教程[M].北京市：清華大學(xué)出版社，2004.endprint

2.2.4學(xué)生信息管理模塊

該模塊主要包括實驗選課功能、實驗課件學(xué)習(xí)功能和模擬實驗功能。實驗選課功能為學(xué)生提供不同的實驗課程的選擇，可以根據(jù)所選課程或?qū)W分自由選擇部分實驗實踐課。實驗課件學(xué)習(xí)功能是教師為每項實驗提供的教學(xué)課件，學(xué)生登錄系統(tǒng)后可以在線觀看學(xué)習(xí)。對于具有危險性或難度較大的實驗，模擬實驗功能為學(xué)生提供在線模擬實驗功能，可以有效的提高學(xué)生對該知識點的掌握程度，降低危險，提高安全系數(shù)。

3 ULIMS系統(tǒng)實現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是實驗室信息管理系統(tǒng)開發(fā)的重要組成部分，是系統(tǒng)各部分緊密聯(lián)系的關(guān)鍵所在。數(shù)據(jù)庫將大量數(shù)據(jù)按照一定的模式組織起來，完成存儲、維護、檢索等功能，實現(xiàn)及時準(zhǔn)確獲取所需信息的目的。

由圖1，教師辦公電腦和學(xué)生電腦均可通過校園網(wǎng)或internet網(wǎng)訪問本系統(tǒng)，所以網(wǎng)絡(luò)化的ULIMS實質(zhì)是通過intranet或internet網(wǎng)絡(luò)，由web服務(wù)器處理客戶端的需求，并與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，即B/S實現(xiàn)異地Web訪問信息數(shù)據(jù)庫。同時，ULIMS應(yīng)用軟件平臺在C/S服務(wù)器端由運行于應(yīng)用服務(wù)器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。

3.1開發(fā)環(huán)境及工具

本系統(tǒng)采用SQL Server企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，其性能穩(wěn)定、功能豐富，具有較好的安全機制和認證模式，可以通過設(shè)置數(shù)據(jù)庫用戶訪問權(quán)限，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[4-5]。選擇Windows 2008 Server R2作為操作系統(tǒng)平臺，客戶端或瀏覽器端需要Web瀏覽器的支持，并開放cookie功能。ULIMS使用QT開發(fā)人機交互界面以及后臺服務(wù)程序，Qt 的良好封裝機制使得 Qt 的模塊化程度非常高，可重用性較好，Qt還具備優(yōu)良的跨平臺特性，豐富的API，并支持 2D/3D 圖形渲染和OpenGL，這些對于用戶開發(fā)來說是非常方便的。Qt 提供了一種稱為 signals/slots 的安全類型來替代 callback，這使得各個元件之間的協(xié)同工作變得十分簡單。

3.2數(shù)據(jù)庫訪問接口

3.3 數(shù)據(jù)庫表建立

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫磁盤陣列采用RAID5模式，RAID 5 是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。在數(shù)據(jù)庫中建立實時數(shù)據(jù)表和歷史數(shù)據(jù)表，實時數(shù)據(jù)表服務(wù)于師生在線交流以及學(xué)生在線模擬實驗，歷史數(shù)據(jù)表用于歷史數(shù)據(jù)的存檔以及統(tǒng)計分析需求。數(shù)據(jù)庫建立了設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表、設(shè)備檢修信息表、設(shè)備使用信息表、家具基礎(chǔ)信息表、管理員信息表、教師信息表、學(xué)生信息表、系統(tǒng)維護情況表、數(shù)據(jù)維護情況表、實驗室文件信息表、實驗項目信息表，實驗課程信息表，教學(xué)大綱信息表，實驗考試評分表等。以管理員信息表為例，其字段名包括ID、工號、姓名、性別、出生年月、畢業(yè)院校、專業(yè)、學(xué)歷、學(xué)位、職稱、聯(lián)系電話、用戶密碼。

4 結(jié)束語

高校實驗室是人才培養(yǎng)、學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究的重要基地，實踐教學(xué)要求的不斷提升，使得高校實驗室發(fā)揮著不可替代的作用。本系統(tǒng)的實現(xiàn)使得實驗室管理人員對實驗室現(xiàn)有設(shè)備等資源都能進行更高效的管理，有效的促進實驗室信息資源的利用，從而取得更好的教學(xué)效果。同時，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，可以為申報各類教改、科研等項目提供準(zhǔn)確詳盡的數(shù)據(jù)，也可以為各教育管理部門進行決策提供準(zhǔn)確依據(jù)和可靠的信息支持。

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[4] 張麗娟.SQL Server 2000網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫教程[M].北京市：機械工業(yè)出版社，2006.

[5] 范立南，劉天惠.SQL Server2000實用教程[M].北京市：清華大學(xué)出版社，2004.endprint

2.2.4學(xué)生信息管理模塊

該模塊主要包括實驗選課功能、實驗課件學(xué)習(xí)功能和模擬實驗功能。實驗選課功能為學(xué)生提供不同的實驗課程的選擇，可以根據(jù)所選課程或?qū)W分自由選擇部分實驗實踐課。實驗課件學(xué)習(xí)功能是教師為每項實驗提供的教學(xué)課件，學(xué)生登錄系統(tǒng)后可以在線觀看學(xué)習(xí)。對于具有危險性或難度較大的實驗，模擬實驗功能為學(xué)生提供在線模擬實驗功能，可以有效的提高學(xué)生對該知識點的掌握程度，降低危險，提高安全系數(shù)。

3 ULIMS系統(tǒng)實現(xiàn)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計是實驗室信息管理系統(tǒng)開發(fā)的重要組成部分，是系統(tǒng)各部分緊密聯(lián)系的關(guān)鍵所在。數(shù)據(jù)庫將大量數(shù)據(jù)按照一定的模式組織起來，完成存儲、維護、檢索等功能，實現(xiàn)及時準(zhǔn)確獲取所需信息的目的。

由圖1，教師辦公電腦和學(xué)生電腦均可通過校園網(wǎng)或internet網(wǎng)訪問本系統(tǒng)，所以網(wǎng)絡(luò)化的ULIMS實質(zhì)是通過intranet或internet網(wǎng)絡(luò)，由web服務(wù)器處理客戶端的需求，并與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，即B/S實現(xiàn)異地Web訪問信息數(shù)據(jù)庫。同時，ULIMS應(yīng)用軟件平臺在C/S服務(wù)器端由運行于應(yīng)用服務(wù)器和相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組成。

3.1開發(fā)環(huán)境及工具

本系統(tǒng)采用SQL Server企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，其性能穩(wěn)定、功能豐富，具有較好的安全機制和認證模式，可以通過設(shè)置數(shù)據(jù)庫用戶訪問權(quán)限，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性[4-5]。選擇Windows 2008 Server R2作為操作系統(tǒng)平臺，客戶端或瀏覽器端需要Web瀏覽器的支持，并開放cookie功能。ULIMS使用QT開發(fā)人機交互界面以及后臺服務(wù)程序，Qt 的良好封裝機制使得 Qt 的模塊化程度非常高，可重用性較好，Qt還具備優(yōu)良的跨平臺特性，豐富的API，并支持 2D/3D 圖形渲染和OpenGL，這些對于用戶開發(fā)來說是非常方便的。Qt 提供了一種稱為 signals/slots 的安全類型來替代 callback，這使得各個元件之間的協(xié)同工作變得十分簡單。

3.2數(shù)據(jù)庫訪問接口

3.3 數(shù)據(jù)庫表建立

根據(jù)系統(tǒng)功能要求，本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫磁盤陣列采用RAID5模式，RAID 5 是一種存儲性能、數(shù)據(jù)安全和存儲成本兼顧的存儲解決方案。在數(shù)據(jù)庫中建立實時數(shù)據(jù)表和歷史數(shù)據(jù)表，實時數(shù)據(jù)表服務(wù)于師生在線交流以及學(xué)生在線模擬實驗，歷史數(shù)據(jù)表用于歷史數(shù)據(jù)的存檔以及統(tǒng)計分析需求。數(shù)據(jù)庫建立了設(shè)備基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表、設(shè)備檢修信息表、設(shè)備使用信息表、家具基礎(chǔ)信息表、管理員信息表、教師信息表、學(xué)生信息表、系統(tǒng)維護情況表、數(shù)據(jù)維護情況表、實驗室文件信息表、實驗項目信息表，實驗課程信息表，教學(xué)大綱信息表，實驗考試評分表等。以管理員信息表為例，其字段名包括ID、工號、姓名、性別、出生年月、畢業(yè)院校、專業(yè)、學(xué)歷、學(xué)位、職稱、聯(lián)系電話、用戶密碼。

4 結(jié)束語

高校實驗室是人才培養(yǎng)、學(xué)科建設(shè)和科學(xué)研究的重要基地，實踐教學(xué)要求的不斷提升，使得高校實驗室發(fā)揮著不可替代的作用。本系統(tǒng)的實現(xiàn)使得實驗室管理人員對實驗室現(xiàn)有設(shè)備等資源都能進行更高效的管理，有效的促進實驗室信息資源的利用，從而取得更好的教學(xué)效果。同時，通過系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，可以為申報各類教改、科研等項目提供準(zhǔn)確詳盡的數(shù)據(jù)，也可以為各教育管理部門進行決策提供準(zhǔn)確依據(jù)和可靠的信息支持。

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[5] 范立南，劉天惠.SQL Server2000實用教程[M].北京市：清華大學(xué)出版社，2004.endprint