计算机实验室智慧化管理服务系统构建研究

摘要：本文基于计算机网络信息技术，利用分布式协同和集中式统筹的思想创新实验室管理模式，提出B/S架构的计算机实验室综合管理平台系统，引入图形化操作界面，实现实验业务的全面管理，提供高效准确的数据支撑，有效改善师生的实验教学体验，极大提升了实验室管理效率。

关键词：计算机实验室；图形化；智慧化；管理平台

中图分类号：G642  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2024）08-0105-04

计算机实验室是学生开展各类课程和创新实践的主要场所，计算机实验教学已贯穿各类课程教学、实验环节的全过程，承担的教学、科研、创新实践等任务几乎覆盖所有专业。[1]随着高校教育信息化建设的不断深入，校内高速网络和无线全覆盖等基础设施建设基本完成。高校实验室的规模不断扩大，但实验室管理中许多环节还停留于人工管理模式，信息化水平落后。因此，笔者设计了一套基于B/S模式的实验室管理系统，应用于实验室设备、场地以及教学的智能化、信息化管理，以提高实验室管理的效率。

实验室管理现状

计算中心是笔者所在学校重要的公共基础实验平台。例如，某校区的计算中心有计算机实验室（机房）15间，共计1100台计算机，除了为各学院的实验教学和实验创新提供环境以外，还需承担学生每个学期的专业确认、网上选课服务和课外自主上机等任务。同时，它还要保障各类科技活动和竞赛活动的实验环境，以及各类社会培训考试等重要对外服务工作。但笔者发现现有的实验室管理方式存在以下不足[2-4]：

①系统互不兼容。缺乏集中统一的管理平台，各校区实验管理系统互不兼容，统计分析研究过程中无法综合利用数据。

②管理模式落后。实验室管理中许多环节还停留于人工管理模式，如实验室预约需要任课教师到实验室现场手工填写，再由实验室人员手工录入系统，工作效率低且数据易出错。

③信息化程度低。教师无法随时查看自己的实验安排计划，无法随时调整实验安排计划，无法了解实验室容量大小以及软件配置。学生自主实验也受时间和空间的制约，无法按需开放，影响了实践能力的提高。实验室工作人员一旦对实验室预约工作进行调整，也只能人工通知，这样就容易出错，影响教学秩序。

④智能化程度低。实验课排课过程需要人工调整，无法自动编制，严重影响实验室的工作效率。

⑤信息资源缺乏开放平台。无法开放共享，缺乏有效信息手段对实验教学资源进行收集、整理、存储，实验教学资源难以共建共享。

管理系统架构

1.分布式网络架构

为实现实验室运行状况数字化管控、实验室数字化预约，使学校各校区用户获得使用及管理服务，笔者采用了分布式网络架构设计，如图1所示。平台综合系统采用B/S架构，应用程序服务器为主服务器，负责处理所有的用户请求、数据处理、日志和数据库信息。与此同时，在三个校区分别配置备份服务器，其软件功能和数据都与主服务器保持一致，通过校园专网内互联互通。备份服务器通过定时备份的方式与主服务器的数据保持一致。用户可以通过互联网或校园网与应用平台建立连接，并通过浏览器进行访问使用。

2.模块化体系架构

根据计算机实验中心智慧管理服务建设需求，按照“数据采集→传输→处理”的思路，设计智慧管理服务建设框架（如图2），该框架由基础设施层、网络传输层、应用服务层组成。

基础设施层包括实验教学设施与网络设施两大部分。实验教学设施为实验教学的顺利开展提供保障；网络设施是实验室基础设施联通的基础，根据实际需求设计布局。

网络传输层的核心功能是提供网络接入和数据传输，依靠基础设施层为实验室服务的正常开展提供保障。

应用服务层是智慧管理服务建设框架的核心部分，包括基础服务和业务服务。基础服务包含实验室公告发布、信息服务平台运行日志记录，以及用户管理、课程管理、学期设置等管理信息设置。业务服务提供多元化实验教学相关服务，包括实验预约、实验准入、设备管控、运行管理以及报表统计等，以实现实验教学数据采集与分析。

系统事务流程

实验室的排课预约管理流程如下页图3所示，具体分为四个步骤。

①排课开放前，实验室管理人员从管理端预先进行初始设置，包括设置学期起止时间、节假日占用、机房设备更新、安装软件更新等信息。同时，连接教务系统，导入本学期课程列表，获取课程安排信息；更新学生和教师等人员信息；连接校园一卡通系统，更新校园卡信息。

②用户从用户端进入预约界面，教师可以切换不同的课程以实现实验室预约。每一课程在预约实验前必须导入学生名单，并创建每次实验项目内容，才能进入预约状态，管理端根据教师填写内容可自动生成该学期的实验授课计划表。

③实验室预约方式分为图形化预约和条件筛选预约两种方式。图形化预约可以通过图形方式直观地查看机房预约情况，选择空闲机房直接预约。条件筛选预约方式适合批量操作，先选定时间、合适的机房（综合考虑机位数和安装软件等因素），然后查询匹配情况，条件无法满足的预约操作被单独列出，预约者与实验室管理者都可以通过修改时间或者更换教室进行调整。

④根据预约情况，实验室管理人员在管理端可以进行预约的新增、修改和删除管理，同时，实现机房使用情况、各学院实验安排情况、年度实验项目汇总等数据的综合统计以及分析。

系统控制管理

1.智能登录控制

控制方式分四种，一是课表控制，根据系统内已导入的课表，结合师生身份信息，根据输入学工号和密码，实现机器登录控制，非课表内师生无法实现开机。二是根据开放预约信息，结合人员身份信息认证控制，非预约人员，无法登录系统。三是刷卡控制，针对学生个人上机，通过学校IC卡刷卡的方式进行人员身份认证。四是免登录控制，用于处理异常情况，如断网自动启动免登录模式，确保上课秩序的正常进行。

2.设备运行控制

设备运行实现远程控制，包括设备运行状态查询，IP地址查询，Mac地址查询，远程开机、关机、重启、锁定以及U盘禁用控制等。智能化信息化管理模式的应用，减少了设备管理人员的工作量，极大地提高了计算机实验室机器设备的运行效率。

3.上网监控控制

根据教学需要，尤其是在实验场地用于通关考试、ACM竞赛使用时，需要对网络访问进行限制。系统通过网址管理，实现对实验室机器的上网监控、上网记录查询等功能。

综合管理平台

1.预约管理模块

该模块包括对实验室预约情况查询、新增、修改和删除功能。实验室预约采取用户在线提交，教室预约的课程可以通过图像化展示生成当日课表和周课表，使管理人员能实时掌握实验室排课情况，同时提供了增加临时预约、修改实验时间、调换实验教室、添加学生名单等预约运行管理功能。上页图4、图5分别展示了图形化预约和条件筛选预约的两个不同界面。

2.设备管理模块

该模块包括设备运行状态查询、设备的远程控制（如开机、关机、重启及锁定等），还包含了对实验室的上网监控、系统监控、上网记录查询等功能。

3.管理设置模块

该模块包括校区管理、楼宇管理、教学软件管理、机房管理、学期管理、作息时间管理、预约规则管理和用户管理，并提供了用户权限设置、用户添加、修改，操作日志查询，机房和机器的分类、添加、修改和删除，门禁设置，监控设置等多种管理功能。

4.统计分析模块

该模块包括与实验安排、课程管理和设备管理模块相关的多种信息统计报表，如实验教学服务管理数据、实验设备运行管理数据、实验教学软件运行数据及实验教学运行数据等，为各学院实验上机机时统计分析、实验教学基本状态分析、设备运维基本情况分析、实验室开放度分析和教学软件利用率分析提供了便利。

结语

计算机实验室智慧化管理服务系统已在笔者所在学校的实验中心各个机房上线试运行，并进行在线调试和维护。实验室全部进行在线预约登记及运行管理，感知实验室数据信息，融合实验室管理业务流程，通过数据的可视化带动管理精细化，实现计算机实验室的多维服务。并从使用数据来看，系统运行稳定，从低效的管理方式向智慧化信息化的管理方式转换，打造了宜学易管的实验实践空间。

参考文献：

[1]李居英，李欣，田铁强，等.高校计算机实验室科学规划建设体系分析探索与实践[J].实验技术与管理，2020，37（01）：253-256.

[2]胡国强，杨彦荣.智慧教育背景下高校智慧实验室的构建与研究[J].实验技术与管理，2021，38（03）：283-287.

[3]夏春琴，刘芫健.基于信息化平台建设的高校实验室管理系统[J].实验室研究与探索，2020，39（11）：251-254+289.

[4]谢添德，徐守萍.大数据促实验教学智慧管理服务研究与实践[J].实验室研究与探索，2020，39（06）：138-143+165.

作者简介：卢瑾（1982－），女，汉族，浙江温岭人，博士，高级实验师，研究方向为实验室管理与建设。

基金项目：浙江省高校实验室工作研究项目（YB202243）。