林偉君

(廣東金融學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，廣州 廣東 510521)

0 引言

實(shí)驗(yàn)室是高校開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)科研以及對(duì)外服務(wù)等功能于一體的重要場所[1]。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)及信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，信息系統(tǒng)的應(yīng)用不斷普及與提高，實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)建設(shè)是高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，是高校教育信息化建設(shè)的必然趨勢。

在清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京師范大學(xué)等國內(nèi)著名高校，有專門的教師致力于實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作，他們均有自主研發(fā)、適合自身校情的實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)。高校自行研發(fā)的實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)與自身職能部門的設(shè)置分工、實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)范圍等緊密相結(jié)合，具有“單一性”、“專一性”等功能特點(diǎn)，其系統(tǒng)的擴(kuò)展性、兼容性較差[2];社會(huì)上也出現(xiàn)較多中小企業(yè)專注研發(fā)的實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)，由于他們對(duì)獲取高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求的局限性和不明確性，導(dǎo)致研發(fā)的實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)出現(xiàn)“兩端倒”現(xiàn)象:①將把實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)定位為實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)，如:杭州天軟科技有限公司的實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)軟件、深圳國泰安技術(shù)有限公司的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)等，這些軟件公司推出的系統(tǒng)多數(shù)以實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理功能為主的實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)。②將實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的功能服務(wù)定位過于龐大，缺乏與原有系統(tǒng)的兼容，新系統(tǒng)上線一次性投入太大，導(dǎo)致了系統(tǒng)不能有效地普及使用。如:北京智方科技開發(fā)有限公司實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的解決方案就需要投入資金300多萬元來建設(shè)，這對(duì)普通高校卻是一筆不小的經(jīng)費(fèi)。

通過走訪國內(nèi)高校，了解并吸取其實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。認(rèn)為實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)建設(shè)可以從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、管理、教研、對(duì)外服務(wù)的需求出發(fā)，分析實(shí)驗(yàn)室的隊(duì)伍、設(shè)備、教學(xué)等經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的資源管理、公共服務(wù)管理實(shí)際需求，通過構(gòu)建基于J2EE技術(shù)的經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)，重點(diǎn)突出實(shí)驗(yàn)室的信息服務(wù)、資源服務(wù)、教研服務(wù)、專項(xiàng)技能服務(wù)等服務(wù)功能;同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)拓展與人事系統(tǒng)、教務(wù)系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)接功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)范化管理和實(shí)驗(yàn)資源的充分應(yīng)用與共享。

1 實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)管理

實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的功能需求與實(shí)驗(yàn)室的日常運(yùn)行管理及單位機(jī)構(gòu)設(shè)置緊密相關(guān)[3]，我院的實(shí)驗(yàn)室由實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心負(fù)責(zé)建設(shè)與管理;通常情況下，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部圍繞著實(shí)驗(yàn)室的隊(duì)伍資源、實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源、實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源等進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)與管理;同時(shí)，與人事處、教務(wù)處、資產(chǎn)管理等部門有著密切的外部業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)來往;本實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的功能主要包括隊(duì)伍資源管理模塊、設(shè)備資源管理模塊、實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源管理模塊及公共服務(wù)與管理4個(gè)管理模塊組成，如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)總體功能框架圖

1.1 隊(duì)伍資源管理

隊(duì)伍資源管理模塊為實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)管理隊(duì)伍實(shí)施工作量化績效管理，其目的為科學(xué)有效地實(shí)施績效考核實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍，為人事系統(tǒng)的人員績效考核提供支撐數(shù)據(jù)[4]。具體的功能包括人員信息管理、工作量化管理等功能。

人員信息管理包括對(duì)實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍人員的姓名、性別、年齡、學(xué)歷、職稱、編號(hào)、入職時(shí)間、科研情況、獎(jiǎng)罰情況、主要工作內(nèi)容等信息的管理。

工作量化管理包括制定工作量化細(xì)則，規(guī)范各項(xiàng)工作流程;具體量化內(nèi)容包括:①實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)科研的工作量化標(biāo)準(zhǔn);②實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員的實(shí)驗(yàn)設(shè)備維護(hù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助支持的工作量化標(biāo)準(zhǔn);③實(shí)驗(yàn)管理人員的實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)規(guī)劃宏觀指標(biāo)的落實(shí)與管理;實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍的工作量化結(jié)果直接用于人事考核系統(tǒng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源管理

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源管理系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室硬件、軟件的設(shè)備管理功能[5]。經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室的硬件設(shè)備主要是電腦、服務(wù)器、交換機(jī)及其他硬件設(shè)備;其軟件設(shè)備主要是實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件、工具軟件、金融數(shù)據(jù)庫等。設(shè)備資源管理包括設(shè)備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置、申購管理、設(shè)備入庫管理、設(shè)備維護(hù)管理、設(shè)備借用管理、設(shè)備報(bào)廢管理、輔助決策等功能，如圖2所示。

圖2 設(shè)備資源管理模塊功能結(jié)構(gòu)圖

為了統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)室設(shè)備數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備信息是從資產(chǎn)部門系統(tǒng)中導(dǎo)入，因此，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的各數(shù)據(jù)項(xiàng)字段與資產(chǎn)部門的資產(chǎn)管理系統(tǒng)保持一致。同時(shí)，設(shè)備資源管理還需提供統(tǒng)一的、規(guī)范的、符合教育部教學(xué)評(píng)估的格式要求的實(shí)驗(yàn)設(shè)備報(bào)表，為學(xué)校教學(xué)評(píng)估檢查、項(xiàng)目申報(bào)等提供快速有效的實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)據(jù)[6]。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源管理

實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源管理包括實(shí)驗(yàn)預(yù)約管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理三大功能管理模塊，模塊之間的關(guān)系如圖3所示。

預(yù)約管理模塊實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的開放式管理，實(shí)驗(yàn)室在承擔(dān)正常的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)外，還接受學(xué)生課后自主實(shí)驗(yàn)的申請(qǐng)。因此，實(shí)驗(yàn)室預(yù)約管理的數(shù)據(jù)來源一方面來自教務(wù)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課表數(shù)據(jù)，另一方面來自學(xué)生課后的實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)。預(yù)約管理模塊為實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊提供實(shí)驗(yàn)室使用安排計(jì)劃。

圖3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源管理模塊結(jié)構(gòu)圖

實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊主要實(shí)現(xiàn)教師信息管理、班級(jí)管理、學(xué)生管理、實(shí)驗(yàn)課程管理、實(shí)驗(yàn)課堂管理等功能[7]。實(shí)驗(yàn)課程管理主要是實(shí)驗(yàn)計(jì)劃、實(shí)驗(yàn)大綱、實(shí)驗(yàn)教材、實(shí)驗(yàn)課件及實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等信息的管理。實(shí)驗(yàn)課堂管理主要實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)考勤、教學(xué)互動(dòng)、教學(xué)同步、實(shí)驗(yàn)監(jiān)控、授課實(shí)錄及文件的發(fā)放和作業(yè)的提交等功能。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)管理模塊主要對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，包括實(shí)驗(yàn)工具、實(shí)驗(yàn)記錄、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)成績等，并將實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)與實(shí)驗(yàn)課程項(xiàng)目數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，有效地豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)案例庫建設(shè)。實(shí)驗(yàn)成績管理小模塊將實(shí)驗(yàn)成績按照教務(wù)部門的成績管理系統(tǒng)格式直接導(dǎo)出學(xué)生的最終實(shí)驗(yàn)成績，減輕了教師的工作量。

1.4 公共服務(wù)與管理

公共服務(wù)與管理模塊是實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的核心模塊，其主要包括有門戶管理、公共數(shù)據(jù)接口管理、決策管理等功能。

門戶管理為用戶提供統(tǒng)一的Web門戶網(wǎng)站，實(shí)驗(yàn)室管理的各項(xiàng)事務(wù)的輸入、輸出、調(diào)用、查詢、統(tǒng)計(jì)等均通過門戶管理網(wǎng)站來實(shí)現(xiàn)[8]。門戶系統(tǒng)的前臺(tái)是實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的對(duì)外宣傳窗口，版面布局有公告信息、實(shí)驗(yàn)室介紹、教師資源、教學(xué)數(shù)據(jù)管理資源、虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、交流空間等;門戶系統(tǒng)的后臺(tái)則是用戶角色分配、用戶權(quán)限管理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理等功能。

公共數(shù)據(jù)接口管理實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室與其他部門系統(tǒng)數(shù)據(jù)的對(duì)接管理，為本系統(tǒng)與其他關(guān)聯(lián)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)格式一致的有效內(nèi)部管理數(shù)據(jù)[9]。實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)信息并不是一個(gè)孤立的“信息獨(dú)島”，其與人事部門的績效、資產(chǎn)部門的資產(chǎn)管理、教務(wù)處的教務(wù)排課、成績管理系統(tǒng)等多個(gè)系統(tǒng)有著密切的數(shù)據(jù)來往。

輔助決策管理是為部門領(lǐng)導(dǎo)建設(shè)與管理實(shí)驗(yàn)室提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，其主要有數(shù)據(jù)的查詢和數(shù)據(jù)匯總等功能。如實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資源的使用“月報(bào)表”，準(zhǔn)確掌握設(shè)備的使用效益，查詢實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)情況，了解實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)情況等。

2 實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)軟件架構(gòu)

在充分了解經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室信息化管理各業(yè)務(wù)功能需求后，重點(diǎn)闡述實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的軟件架構(gòu)。當(dāng)前較成熟的企業(yè)級(jí)應(yīng)用開發(fā)技術(shù)主要有:Sun公司推出的J2EE技術(shù)體系;OMG組織推行的CORBA規(guī)范;Microsoft公司推出的.Net技術(shù)架構(gòu)[10]。這3種技術(shù)架構(gòu)各有其優(yōu)勢，在綜合其他高校實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)及下面4個(gè)技術(shù)的具體需求后，最終確定本實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的構(gòu)建采用J2EE技術(shù)架構(gòu)。①跨平臺(tái)使用需求，系統(tǒng)的主要用戶是老師和學(xué)生，滿足他們可以在不同的地點(diǎn)、不同的時(shí)間、不同的系統(tǒng)環(huán)境下使用該系統(tǒng)進(jìn)行各項(xiàng)工作;② 動(dòng)態(tài)生成數(shù)據(jù)需求，系統(tǒng)需要發(fā)布海量的動(dòng)態(tài)服務(wù)信息，因此，要求系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)發(fā)布功能也就不言而喻了;③組件復(fù)用需求，信息系統(tǒng)有許多類似但又不完全相同的業(yè)務(wù)處理功能，需要做到高內(nèi)聚低耦合組件設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)功能模塊的可重用性，提高系統(tǒng)的開發(fā)效率。④系統(tǒng)的安全性需求，本系統(tǒng)是一個(gè)多用戶、分權(quán)限的綜合管理系統(tǒng)，其開發(fā)平臺(tái)需要更高的安全要求。

系統(tǒng)主要采用Web四層體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用B/S開發(fā)模式，J2EE對(duì)開發(fā)基于Web的多層應(yīng)用系統(tǒng)提供了全面的功能支持。構(gòu)建基于J2EE經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室管理信息系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)的四層軟件架構(gòu)圖

(1)用戶層為用戶提供統(tǒng)一的、可視化的人機(jī)交互界面;客戶端無需安裝客戶端軟件，采用標(biāo)準(zhǔn)的瀏覽器接入網(wǎng)絡(luò)即可使用，實(shí)現(xiàn)了“瘦客戶”的設(shè)計(jì)要求。

(2)Web層主要用于接收用戶輸入信息，并將信息發(fā)送給業(yè)務(wù)層上的JavaBean來進(jìn)行處理;同時(shí)，將業(yè)務(wù)層JavaBean的處理結(jié)果通過Servlet和JSP Web層組件動(dòng)態(tài)生成HTML頁面，呈現(xiàn)給用戶層。從而減輕Web層的負(fù)擔(dān)，大大提高了系統(tǒng)的效率。

(3)業(yè)務(wù)邏輯層是整個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程、功能需求的實(shí)現(xiàn)層;業(yè)務(wù)邏輯層將業(yè)務(wù)邏輯與其他層分開，單獨(dú)進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性。該層主要負(fù)責(zé)處理來自上一層的操作請(qǐng)求，將用戶的請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫后臺(tái)操作的SQL語言，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的訪問操作，并將操作結(jié)果返回上一層;JDBC數(shù)據(jù)庫接口程序?qū)崿F(xiàn)與不同數(shù)據(jù)庫的開放式連接。

(4)數(shù)據(jù)層由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)成，物理上與業(yè)務(wù)層、Web層分離，由獨(dú)立數(shù)據(jù)庫服務(wù)器負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)，保證整個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性、一致性。

3 關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)

本節(jié)主要結(jié)合具體實(shí)現(xiàn)過程介紹客戶層、Web層、業(yè)務(wù)層的設(shè)計(jì)開發(fā)及系統(tǒng)的實(shí)施部署情況。

(1)用戶層的設(shè)計(jì)。用戶層的用戶類型分有系統(tǒng)管理員、教師、學(xué)生三種類型，其中教師用戶根據(jù)不同的角色分工分有實(shí)驗(yàn)教師、實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員、實(shí)驗(yàn)管理人員三種角色。用戶層主要為用戶提供友好的人機(jī)交互窗口，因此，客戶端程序如輸入、報(bào)表圖形輸出、Applet小應(yīng)用程序均由客戶端機(jī)器運(yùn)行，從而減輕了服務(wù)器的運(yùn)行負(fù)荷。

(2)中間層的設(shè)計(jì)。中間層主要是Web層和業(yè)務(wù)邏輯層組成。Web層主要用JSP和Serlet技術(shù)建立的響應(yīng)組件[11];業(yè)務(wù)邏輯層則是符合J2EE技術(shù)規(guī)范的Enterprise JavaBeans(EJB)組件。EJB組件封裝系統(tǒng)的各業(yè)務(wù)邏輯，有效地減少代碼冗余[12]。EJB組件根據(jù)用戶需求功能進(jìn)行劃分，充分考慮各個(gè)功能模塊的獨(dú)立性、復(fù)用性、擴(kuò)展性，又便于組件的管理升級(jí)，分為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)模塊Bean、信息查詢模塊Bean、隊(duì)伍資源管理Bean、設(shè)備資源管理Bean、教學(xué)資源管理Bean、決策管理Bean等。

(3)數(shù)據(jù)庫連接的實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)庫連接主要應(yīng)用了JDBC接口技術(shù)和數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)。JDBC為數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的API，可以構(gòu)建更高級(jí)的工具和接口，使數(shù)據(jù)庫開發(fā)人員能夠用純Java API編寫數(shù)據(jù)庫應(yīng)用程序[13]。JDBC對(duì)數(shù)據(jù)庫的主要操作步驟為:①建立到數(shù)據(jù)庫的連接;② 執(zhí)行SQL語句;③處理結(jié)果;④從數(shù)據(jù)庫斷開連接。數(shù)據(jù)庫連接池技術(shù)是解決數(shù)據(jù)訪問瓶頸較有效方法。數(shù)據(jù)庫連接池是為數(shù)據(jù)庫連接建立一個(gè)“緩沖池”，預(yù)先在緩沖池中放入一定數(shù)量的連接，當(dāng)需要建立數(shù)據(jù)庫連接時(shí)，只需從“緩沖池”中取出一個(gè)，使用完畢之后再放回去，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一對(duì)數(shù)據(jù)庫連接管理，加快了與數(shù)據(jù)庫的響應(yīng)速度，避免數(shù)據(jù)庫連接泄漏。

部分?jǐn)?shù)據(jù)庫連接代碼如下:

(4)系統(tǒng)部署。信息系統(tǒng)的部署首要考慮的重要因素是安全和運(yùn)行效率[14]。安全主要來自內(nèi)部操作安全和外部的網(wǎng)絡(luò)安全兩個(gè)方面。內(nèi)部操作安全主要由用戶操作權(quán)限設(shè)置、用戶操作日志、WebLogic服務(wù)器的訪問端口和訪問IP來控制及J2EE安全模型配置等方式進(jìn)行防范;外部的網(wǎng)絡(luò)安全主要由連接外部網(wǎng)絡(luò)核心交換層上的防火墻和網(wǎng)絡(luò)行為管理來控制[15]。運(yùn)行效率體現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)行速度及負(fù)載平衡能力方面，其主要通過將業(yè)務(wù)層分布到多個(gè)中間服務(wù)器及應(yīng)用磁盤陣列等方式來提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

4 結(jié)語

經(jīng)過長時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)業(yè)務(wù)流程、數(shù)據(jù)、管理的梳理，需求的多方論證及與兄弟院校進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)交流，文章對(duì)經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)的隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)、公共服務(wù)管理等有充分理解和認(rèn)識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室信息數(shù)據(jù)接口做好擴(kuò)展的基礎(chǔ)上，提出基于J2EE軟件模型構(gòu)建經(jīng)管類實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)，有效地提高了實(shí)驗(yàn)室管理的效率及提升了實(shí)驗(yàn)室的對(duì)外服務(wù)功能[16]。目前，系統(tǒng)試用了兩個(gè)學(xué)期，運(yùn)行正常，教師、學(xué)生也逐漸地使用實(shí)驗(yàn)室信息系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室各業(yè)務(wù)流程進(jìn)一步規(guī)范，實(shí)驗(yàn)教學(xué)數(shù)據(jù)資源越來越豐富，實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)資源得到充分的應(yīng)用與共享。

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