吳 荻，張 軍，周海芳，周競(jìng)文，寧偉勛，易任嬌

（國(guó)防科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073）

0 引言

實(shí)踐動(dòng)手能力的培養(yǎng)在計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)中占有非常重要的地位［1］。20 世紀(jì)80 年代，隨著計(jì)算機(jī)的普及，我校計(jì)算機(jī)學(xué)院建立了一批專(zhuān)業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，主要包括電路實(shí)驗(yàn)室、單板機(jī)實(shí)驗(yàn)室、專(zhuān)業(yè)電路輔助設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室、計(jì)算機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)室以及軟件新技術(shù)實(shí)驗(yàn)室等。20 世紀(jì)90 年代中期啟動(dòng)的“211 工程”建設(shè)項(xiàng)目對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平提升產(chǎn)生了強(qiáng)大的推動(dòng)作用，學(xué)院教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)有了質(zhì)的飛躍，建成了包含基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、課內(nèi)綜合性實(shí)驗(yàn)、綜合課程設(shè)計(jì)和自主創(chuàng)新實(shí)踐4 個(gè)層次完整的實(shí)驗(yàn)課程體系，在國(guó)內(nèi)率先推出了綜合課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程。進(jìn)入新世紀(jì)，為了更好地整合資源，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)備利用率，以及服務(wù)全校師生，計(jì)算機(jī)學(xué)院在整合相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)上，于2008 年3 月正式組建成立計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的建設(shè)與積累，中心已成為一個(gè)教學(xué)理念先進(jìn)、環(huán)境設(shè)備完善、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)室。計(jì)算機(jī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心在2009 年獲評(píng)湖南省實(shí)踐教學(xué)示范中心，2013 年入選計(jì)算機(jī)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心（簡(jiǎn)稱(chēng)中心）［2］。當(dāng)前，中心管理的機(jī)房面積、面向的師生數(shù)、人均服務(wù)人時(shí)數(shù)和實(shí)驗(yàn)資源需求等急劇增加，如何在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室管理人員編制數(shù)不變的情況下，利用信息化技術(shù)提升管理水平，進(jìn)一步滿(mǎn)足實(shí)踐教學(xué)日益增長(zhǎng)的新需求，成為中心亟待解決的問(wèn)題。基于此，中心重新設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了綜合信息管理系統(tǒng)。

1 實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀

中心傳統(tǒng)的管理模式在運(yùn)行中存在以下的一些問(wèn)題。

（1）實(shí)驗(yàn)資源分散，數(shù)據(jù)無(wú)法共享。表1 列舉了中心部分課程資源和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，中心大部分課程視頻和配套實(shí)驗(yàn)資源分布在中國(guó)大學(xué)MOOC 平臺(tái)、學(xué)堂在線、Trustie、EduCoder 等多個(gè)平臺(tái)。每門(mén)課程的資源平臺(tái)記錄的數(shù)據(jù)字段不同，不同資源平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)無(wú)法自動(dòng)匯總形成大數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

表1 中心部分課程和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目資源

（2）手動(dòng)操作，管理效率低。舊門(mén)戶(hù)網(wǎng)站展示了中心動(dòng)態(tài)、課表、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)教學(xué)課件、規(guī)章制度等信息。師生可以在舊門(mén)戶(hù)網(wǎng)站下載相關(guān)表格，通過(guò)電子郵件申請(qǐng)機(jī)時(shí)和設(shè)備，最后由實(shí)驗(yàn)管理人員手動(dòng)審核處理申請(qǐng)單。中心在保障正常實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)基礎(chǔ)上，每周7 ×14 h面向?qū)W生開(kāi)放，由專(zhuān)職實(shí)驗(yàn)管理人員負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)中心的日常開(kāi)放和維護(hù)工作。1 年按40 個(gè)教學(xué)周計(jì)算，每年實(shí)驗(yàn)室可用的開(kāi)放時(shí)間達(dá)110 萬(wàn)機(jī)時(shí)數(shù)，雖最大限度地滿(mǎn)足了學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需求，但傳統(tǒng)預(yù)約方式無(wú)法及時(shí)反饋信息，工作量大易出錯(cuò)，且需要手動(dòng)統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放情況。

（3）人員信息數(shù)據(jù)獨(dú)立，更新不及時(shí)。舊門(mén)禁系統(tǒng)布置在內(nèi)網(wǎng)的獨(dú)立服務(wù)器上，每年需要從學(xué)校申請(qǐng)新生信息并手動(dòng)導(dǎo)入人員數(shù)據(jù)庫(kù)。存在管理流程復(fù)雜，人員信息不同步、更新不及時(shí)等問(wèn)題。

2 其他院校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)開(kāi)發(fā)情況

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)高校在實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用做出了許多改革與探索。如東北農(nóng)業(yè)大學(xué)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)管理、建設(shè)管理、開(kāi)放管理、儀器和安全管理為一體的實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全校實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、安全、儀器等進(jìn)行統(tǒng)一的流程化管理［3］。

西南科技大學(xué)等高校嘗試從大數(shù)據(jù)視域構(gòu)建管理系統(tǒng)，提高管理水平［4-6］。重慶理工大學(xué)等高校介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建智能化管理系統(tǒng)［7-12］。集美大學(xué)等高校介紹了基于云計(jì)算技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)［13-15］。韓山師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于二維碼的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室預(yù)約系統(tǒng)［16］。

盡管各高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)與新技術(shù)的融合卓有成效，但仍存在管理系統(tǒng)部分功能利用率不高，對(duì)于實(shí)驗(yàn)室管理者仍存在流程過(guò)于復(fù)雜，操作不方便等問(wèn)題。

3 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循“以生為本，以師為先”的原則，即：實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和資源配置要充分尊重基層用戶(hù)意見(jiàn)，通過(guò)暢通、透明的信息平臺(tái)，將以實(shí)驗(yàn)室管理者為主體轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫?shí)驗(yàn)教師、學(xué)生為主體，建立實(shí)驗(yàn)室管理者與使用者直接、平等的連接機(jī)制，滿(mǎn)足教學(xué)的實(shí)際需求。

3.1 模塊設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室綜合信息管理系統(tǒng)由基礎(chǔ)信息管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理、開(kāi)放預(yù)約管理、示范中心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、儀器設(shè)備管理和財(cái)務(wù)管理6 個(gè)功能模塊組成，通過(guò)軟件管理平臺(tái)加硬件物聯(lián)網(wǎng)的模式，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)與管理過(guò)程中的學(xué)生自助預(yù)約開(kāi)放、身份識(shí)別、實(shí)驗(yàn)過(guò)程管理、示范中心年年終考核報(bào)表的自動(dòng)生成、設(shè)備和財(cái)務(wù)管理，同時(shí)和第三方系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)對(duì)接，匯總實(shí)驗(yàn)資源和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)采用B/S 結(jié)構(gòu)，突破地域空間的限制，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器，平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一化管理，避免信息孤島，為大數(shù)據(jù)決策提供依據(jù)（見(jiàn)圖1）。

圖1 綜合管理信息系統(tǒng)架構(gòu)

通過(guò)與綜合管理信息系統(tǒng)的信息交互，門(mén)戶(hù)網(wǎng)站將集中展示實(shí)驗(yàn)室動(dòng)態(tài)、規(guī)章制度、教學(xué)資源、教學(xué)成果、創(chuàng)新實(shí)踐等信息，并通過(guò)3D全景漫游展示實(shí)驗(yàn)室真實(shí)環(huán)境和設(shè)備信息（見(jiàn)圖2），其中的游戲場(chǎng)景式互動(dòng)體驗(yàn)?zāi)茏寧熒友杆倭私鈱?shí)驗(yàn)室基本信息。

圖2 3D全景漫游

3.2 模塊實(shí)現(xiàn)

（1）基礎(chǔ)信息管理。該模塊實(shí)行兩級(jí)管理結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)中心主任總管所有實(shí)驗(yàn)室，可維護(hù)如實(shí)驗(yàn)室編號(hào)、名稱(chēng)、實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人與實(shí)驗(yàn)室地點(diǎn)等基本信息，并且可指派實(shí)驗(yàn)室管理員進(jìn)行具體的事務(wù)管理；實(shí)驗(yàn)中心主任指定實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人后，負(fù)責(zé)人可繼續(xù)添加完成管轄實(shí)驗(yàn)室的其他信息：如實(shí)驗(yàn)室面積、布局、實(shí)驗(yàn)室類(lèi)型、實(shí)驗(yàn)室功能、實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)等詳細(xì)信息。

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊的功能涵蓋實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，即實(shí)驗(yàn)安排、考勤、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)批改與成績(jī)管理等整個(gè)教學(xué)過(guò)程，通過(guò)信息化手段優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，確保實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和秩序。

實(shí)驗(yàn)前教師可根據(jù)教務(wù)課程及開(kāi)課進(jìn)行實(shí)驗(yàn)庫(kù)的維護(hù)、實(shí)驗(yàn)安排、上傳實(shí)驗(yàn)資源；實(shí)驗(yàn)中，利用智能終端進(jìn)行考勤管理，監(jiān)管學(xué)生是否缺勤；實(shí)驗(yàn)后，能在線查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告、批改實(shí)驗(yàn)結(jié)果、導(dǎo)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告，能夠統(tǒng)計(jì)并發(fā)布實(shí)驗(yàn)成績(jī)。

實(shí)驗(yàn)前學(xué)生可查看實(shí)驗(yàn)的相關(guān)資源，根據(jù)任課教師的要求，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)；實(shí)驗(yàn)完成后，可在線提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過(guò)程管理模塊管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整個(gè)過(guò)程；學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，系統(tǒng)會(huì)對(duì)客觀題部分自動(dòng)進(jìn)行智能批改，大大減少了教師的工作量，教師也可進(jìn)行手動(dòng)批改；支持結(jié)合智能終端實(shí)現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)考勤，自動(dòng)生成學(xué)生考勤記錄，方便教師對(duì)學(xué)生的考勤管理。

（3）開(kāi)放預(yù)約管理。開(kāi)放預(yù)約管理模塊和智能終端實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放式自助管理模式。師生可以通過(guò)手機(jī)、電腦、平板等多種終端預(yù)約實(shí)驗(yàn)室，在通過(guò)審核后由學(xué)校統(tǒng)一認(rèn)證的二維碼信息即可使用教室。開(kāi)放預(yù)約實(shí)驗(yàn)室根據(jù)用戶(hù)權(quán)限不同有兩種模式：預(yù)約教室和預(yù)約工位。該模塊可實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的情況，師生可根據(jù)需要在網(wǎng)上完成審批流程，大大簡(jiǎn)化流程，提高設(shè)備利用率。除上述的預(yù)約操作，系統(tǒng)會(huì)對(duì)包括實(shí)驗(yàn)室使用率、工位使用率、儀器使用率等預(yù)約信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和圖形化展示，方便實(shí)驗(yàn)室管理員管理決策。

（4）示范中心基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。對(duì)示范中心年終考核數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)模板，檢測(cè)生成的數(shù)據(jù)內(nèi)容合法性，審核數(shù)據(jù)內(nèi)容的合理性，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)管理與上報(bào)。

（5）儀器設(shè)備和財(cái)務(wù)管理。因?qū)W校有獨(dú)立儀器設(shè)備和財(cái)務(wù)管理平臺(tái)，該模塊僅提供信息導(dǎo)入和基本的增刪改查功能，方便實(shí)驗(yàn)室管理人員的日常管理統(tǒng)計(jì)。

4 建設(shè)成效

目前實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)已經(jīng)正式上線，學(xué)生、教師、管理員等各類(lèi)校內(nèi)用戶(hù)都可以網(wǎng)頁(yè)或者微信公眾號(hào)登錄使用。該系統(tǒng)使用學(xué)校統(tǒng)一認(rèn)證賬號(hào)登錄，提高了賬號(hào)安全性，同時(shí)也方便用戶(hù)使用。通過(guò)門(mén)戶(hù)網(wǎng)站及時(shí)發(fā)布中心各類(lèi)動(dòng)態(tài)，方便師生了解中心工作進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)室全景漫游方便師生查看實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)際布局和儀器設(shè)備信息。開(kāi)放預(yù)約管理系統(tǒng)大大減輕了管理員工作負(fù)擔(dān)，同時(shí)又提高了實(shí)驗(yàn)室利用率。實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)過(guò)程的全程記錄和管理，為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供了定量分析的數(shù)據(jù)。同時(shí)系統(tǒng)提供的可視化數(shù)據(jù)分析功能實(shí)時(shí)展示了實(shí)驗(yàn)室各項(xiàng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，為管理員和領(lǐng)導(dǎo)提供決策依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

實(shí)驗(yàn)室綜合信息管理系統(tǒng)基于本校實(shí)際情況設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，采用3D場(chǎng)景漫游構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室面貌，提供了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的過(guò)程管理，使用智能終端和二維碼技術(shù)依托校園網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了開(kāi)放式自助預(yù)約管理模式，簡(jiǎn)化了部分模塊的審批流程。該系統(tǒng)以信息化的技術(shù)手段推進(jìn)了實(shí)驗(yàn)室管理創(chuàng)新，創(chuàng)建了一個(gè)突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室資源時(shí)空，構(gòu)建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室資源和職能拓展性、開(kāi)放性、動(dòng)態(tài)性、可量化、關(guān)聯(lián)性的生態(tài)系統(tǒng)。