林偉君

(廣東金融學院實驗教學中心，廣州 廣東 510521)

0 引言

實驗室是高校開展實驗教學、實驗科研以及對外服務等功能于一體的重要場所[1]。隨著計算機網絡技術、多媒體技術及信息產業(yè)的蓬勃發(fā)展，信息系統的應用不斷普及與提高，實驗室信息系統建設是高校實驗教學改革的一個重要應用領域，是高校教育信息化建設的必然趨勢。

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

通過走訪國內高校，了解并吸取其實驗室信息系統建設經驗。認為實驗室信息系統建設可以從實驗室建設、管理、教研、對外服務的需求出發(fā)，分析實驗室的隊伍、設備、教學等經管類實驗室信息管理系統的資源管理、公共服務管理實際需求，通過構建基于J2EE技術的經管類實驗室管理信息系統，重點突出實驗室的信息服務、資源服務、教研服務、專項技能服務等服務功能;同時，實驗室信息管理系統拓展與人事系統、教務系統、資產管理系統的數據對接功能，實現對實驗室的規(guī)范化管理和實驗資源的充分應用與共享。

1 實驗室信息系統管理

實驗室信息系統的功能需求與實驗室的日常運行管理及單位機構設置緊密相關[3]，我院的實驗室由實驗教學中心負責建設與管理;通常情況下，實驗室內部圍繞著實驗室的隊伍資源、實驗設備資源、實驗教學數據資源等進行運轉與管理;同時，與人事處、教務處、資產管理等部門有著密切的外部業(yè)務數據來往;本實驗室信息系統的功能主要包括隊伍資源管理模塊、設備資源管理模塊、實驗教學數據資源管理模塊及公共服務與管理4個管理模塊組成，如圖1所示。

圖1 實驗室信息系統總體功能框架圖

1.1 隊伍資源管理

隊伍資源管理模塊為實驗教師隊伍、實驗技術隊伍、實驗管理隊伍實施工作量化績效管理，其目的為科學有效地實施績效考核實驗室隊伍，為人事系統的人員績效考核提供支撐數據[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實驗室隊伍人員的姓名、性別、年齡、學歷、職稱、編號、入職時間、科研情況、獎罰情況、主要工作內容等信息的管理。

工作量化管理包括制定工作量化細則，規(guī)范各項工作流程;具體量化內容包括:①實驗教師隊伍的實驗教學任務和實驗科研的工作量化標準;②實驗技術人員的實驗設備維護與實驗教學輔助支持的工作量化標準;③實驗管理人員的實驗教學建設規(guī)劃宏觀指標的落實與管理;實驗隊伍的工作量化結果直接用于人事考核系統。

1.2 實驗設備資源管理

實驗室設備資源管理系統主要實現實驗室硬件、軟件的設備管理功能[5]。經管類實驗室的硬件設備主要是電腦、服務器、交換機及其他硬件設備;其軟件設備主要是實驗教學軟件、工具軟件、金融數據庫等。設備資源管理包括設備的基礎數據設置、申購管理、設備入庫管理、設備維護管理、設備借用管理、設備報廢管理、輔助決策等功能，如圖2所示。

圖2 設備資源管理模塊功能結構圖

為了統一實驗室設備數據，實驗室的設備信息是從資產部門系統中導入，因此，實驗室設備的各數據項字段與資產部門的資產管理系統保持一致。同時，設備資源管理還需提供統一的、規(guī)范的、符合教育部教學評估的格式要求的實驗設備報表，為學校教學評估檢查、項目申報等提供快速有效的實驗設備數據[6]。

1.3 實驗教學數據資源管理

實驗教學數據資源管理包括實驗預約管理、實驗教學管理、實驗數據管理三大功能管理模塊，模塊之間的關系如圖3所示。

預約管理模塊實現實驗室的開放式管理，實驗室在承擔正常的實驗教學任務外，還接受學生課后自主實驗的申請。因此，實驗室預約管理的數據來源一方面來自教務系統的實驗課表數據，另一方面來自學生課后的實驗申請。預約管理模塊為實驗教學管理模塊提供實驗室使用安排計劃。

圖3 實驗教學數據資源管理模塊結構圖

實驗教學管理模塊主要實現教師信息管理、班級管理、學生管理、實驗課程管理、實驗課堂管理等功能[7]。實驗課程管理主要是實驗計劃、實驗大綱、實驗教材、實驗課件及實驗項目等信息的管理。實驗課堂管理主要實現實驗考勤、教學互動、教學同步、實驗監(jiān)控、授課實錄及文件的發(fā)放和作業(yè)的提交等功能。

實驗數據管理模塊主要對學生實驗過程及結果數據進行管理，包括實驗工具、實驗記錄、實驗報告、實驗成績等，并將實驗過程數據與實驗課程項目數據相關聯，有效地豐富實驗教學案例庫建設。實驗成績管理小模塊將實驗成績按照教務部門的成績管理系統格式直接導出學生的最終實驗成績，減輕了教師的工作量。

1.4 公共服務與管理

公共服務與管理模塊是實驗室信息系統的核心模塊，其主要包括有門戶管理、公共數據接口管理、決策管理等功能。

門戶管理為用戶提供統一的Web門戶網站，實驗室管理的各項事務的輸入、輸出、調用、查詢、統計等均通過門戶管理網站來實現[8]。門戶系統的前臺是實驗室信息系統的對外宣傳窗口，版面布局有公告信息、實驗室介紹、教師資源、教學數據管理資源、虛擬實驗系統、交流空間等;門戶系統的后臺則是用戶角色分配、用戶權限管理、數據存儲與管理等功能。

公共數據接口管理實現實驗室與其他部門系統數據的對接管理，為本系統與其他關聯系統提供數據格式一致的有效內部管理數據[9]。實驗室的數據信息并不是一個孤立的“信息獨島”，其與人事部門的績效、資產部門的資產管理、教務處的教務排課、成績管理系統等多個系統有著密切的數據來往。

輔助決策管理是為部門領導建設與管理實驗室提供科學的數據支撐，其主要有數據的查詢和數據匯總等功能。如實驗室設備資源的使用“月報表”，準確掌握設備的使用效益，查詢實驗項目的開設情況，了解實驗室的實驗教學情況等。

2 實驗室信息系統軟件架構

在充分了解經管類實驗室信息化管理各業(yè)務功能需求后，重點闡述實驗室信息系統的軟件架構。當前較成熟的企業(yè)級應用開發(fā)技術主要有:Sun公司推出的J2EE技術體系;OMG組織推行的CORBA規(guī)范;Microsoft公司推出的.Net技術架構[10]。這3種技術架構各有其優(yōu)勢，在綜合其他高校實驗室信息系統應用技術及下面4個技術的具體需求后，最終確定本實驗室信息系統的構建采用J2EE技術架構。①跨平臺使用需求，系統的主要用戶是老師和學生，滿足他們可以在不同的地點、不同的時間、不同的系統環(huán)境下使用該系統進行各項工作;② 動態(tài)生成數據需求，系統需要發(fā)布海量的動態(tài)服務信息，因此，要求系統能夠實現數據的動態(tài)發(fā)布功能也就不言而喻了;③組件復用需求，信息系統有許多類似但又不完全相同的業(yè)務處理功能，需要做到高內聚低耦合組件設計要求，實現系統內功能模塊的可重用性，提高系統的開發(fā)效率。④系統的安全性需求，本系統是一個多用戶、分權限的綜合管理系統，其開發(fā)平臺需要更高的安全要求。

系統主要采用Web四層體系結構進行系統設計，使用B/S開發(fā)模式，J2EE對開發(fā)基于Web的多層應用系統提供了全面的功能支持。構建基于J2EE經管類實驗室管理信息系統架構如圖4所示。

圖4 實驗室信息系統的四層軟件架構圖

(1)用戶層為用戶提供統一的、可視化的人機交互界面;客戶端無需安裝客戶端軟件，采用標準的瀏覽器接入網絡即可使用，實現了“瘦客戶”的設計要求。

(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)務層上的JavaBean來進行處理;同時，將業(yè)務層JavaBean的處理結果通過Servlet和JSP Web層組件動態(tài)生成HTML頁面，呈現給用戶層。從而減輕Web層的負擔，大大提高了系統的效率。

(3)業(yè)務邏輯層是整個系統業(yè)務流程、功能需求的實現層;業(yè)務邏輯層將業(yè)務邏輯與其他層分開，單獨進行業(yè)務邏輯處理，提高了系統的可擴展性和靈活性。該層主要負責處理來自上一層的操作請求，將用戶的請求轉化為數據庫后臺操作的SQL語言，實現對數據庫的訪問操作，并將操作結果返回上一層;JDBC數據庫接口程序實現與不同數據庫的開放式連接。

(4)數據層由數據庫服務器構成，物理上與業(yè)務層、Web層分離，由獨立數據庫服務器負責整個系統的數據信息存儲，保證整個系統數據完整性、一致性。

3 關鍵技術及其實現

本節(jié)主要結合具體實現過程介紹客戶層、Web層、業(yè)務層的設計開發(fā)及系統的實施部署情況。

(1)用戶層的設計。用戶層的用戶類型分有系統管理員、教師、學生三種類型，其中教師用戶根據不同的角色分工分有實驗教師、實驗技術人員、實驗管理人員三種角色。用戶層主要為用戶提供友好的人機交互窗口，因此，客戶端程序如輸入、報表圖形輸出、Applet小應用程序均由客戶端機器運行，從而減輕了服務器的運行負荷。

(2)中間層的設計。中間層主要是Web層和業(yè)務邏輯層組成。Web層主要用JSP和Serlet技術建立的響應組件[11];業(yè)務邏輯層則是符合J2EE技術規(guī)范的Enterprise JavaBeans(EJB)組件。EJB組件封裝系統的各業(yè)務邏輯，有效地減少代碼冗余[12]。EJB組件根據用戶需求功能進行劃分，充分考慮各個功能模塊的獨立性、復用性、擴展性，又便于組件的管理升級，分為基礎數據模塊Bean、信息查詢模塊Bean、隊伍資源管理Bean、設備資源管理Bean、教學資源管理Bean、決策管理Bean等。

(3)數據庫連接的實現。數據庫連接主要應用了JDBC接口技術和數據庫連接池技術。JDBC為數據庫開發(fā)人員提供了一個標準的API，可以構建更高級的工具和接口，使數據庫開發(fā)人員能夠用純Java API編寫數據庫應用程序[13]。JDBC對數據庫的主要操作步驟為:①建立到數據庫的連接;② 執(zhí)行SQL語句;③處理結果;④從數據庫斷開連接。數據庫連接池技術是解決數據訪問瓶頸較有效方法。數據庫連接池是為數據庫連接建立一個“緩沖池”，預先在緩沖池中放入一定數量的連接，當需要建立數據庫連接時，只需從“緩沖池”中取出一個，使用完畢之后再放回去，從而實現統一對數據庫連接管理，加快了與數據庫的響應速度，避免數據庫連接泄漏。

部分數據庫連接代碼如下:

(4)系統部署。信息系統的部署首要考慮的重要因素是安全和運行效率[14]。安全主要來自內部操作安全和外部的網絡安全兩個方面。內部操作安全主要由用戶操作權限設置、用戶操作日志、WebLogic服務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行防范;外部的網絡安全主要由連接外部網絡核心交換層上的防火墻和網絡行為管理來控制[15]。運行效率體現系統的運行速度及負載平衡能力方面，其主要通過將業(yè)務層分布到多個中間服務器及應用磁盤陣列等方式來提高系統運行效率。

4 結語

經過長時間對實驗室各項業(yè)務流程、數據、管理的梳理，需求的多方論證及與兄弟院校進行經驗交流，文章對經管類實驗室信息管理系統的隊伍、實驗設備、實驗教學數據、公共服務管理等有充分理解和認識，對實驗室信息數據接口做好擴展的基礎上，提出基于J2EE軟件模型構建經管類實驗室信息系統，有效地提高了實驗室管理的效率及提升了實驗室的對外服務功能[16]。目前，系統試用了兩個學期，運行正常，教師、學生也逐漸地使用實驗室信息系統，實驗室各業(yè)務流程進一步規(guī)范，實驗教學數據資源越來越豐富，實驗室數據資源得到充分的應用與共享。

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