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【摘要】为了提高实验室管理的效率，本论文研究并实现了基于视频的实验室信息化管理系统，使实验课的各项任务能够在信息化的网络平台上进行。节省了大量的实验资源，增加了师生两方面的工作效率，是新型实验室管理模式的一个有益探索.
【关键词】实验室管理系统;信息化;视频
1引言
高校实验室管理是学校实验室教学、科学研究、技术开发、资产管理的重要保障。目前随着计算机科学技术的进步以及Internet技术的不断发展，大大促进了实验室管理技术的变革。本论文主要研究实现实验室管理的无纸化、网络化，并基于视频以及网络开发实验室管理系统的网络平台；达到实验室老师可以仅通过网络实现实验室的管理，完成学生实验的各项检查验收工作，以及学生的答疑处理、数据保存等学生实验中各项必不可少的任务。
2基于视频的实验室管理系统总体设计与功能
以申请的北航教改项目“基于视频的实验室网络化管理系统研究和实践”作为经费支持，项目组成员在调研了相关高校实验教学信息化管理现状的基础上，通过带领毕设学生开发基于视频的实验室信息化管理软件，在小范围内进行实践，为下一步建设我们电工电子中心的全面的信息化管理系统积累了丰富的经验。
2.1总体设计
随着学生实验课不断发展的需求以及网络技术的发展，本实验室信息化管理系统将实验老师和学生间的交流、检查、数据保存等步骤移至网络平台，在网页上进行学士实验的各种步骤。使得学生检查是不需等待实验老师到实验台检查，老师也可在一台连入Internet的设备中直接进行实验室的管理，达到了实验室管理的无纸化以及网络化。网站整体设计为服务器端以及客户端。服务器端为教师端，实验老师拥有登录权限。在服务器端实验老师可对实验的各项内容进行管理操作，并可对学生实验用户及其信息等进行管理。客户端为学生端，实验学生有自己实验课程的登录权限。在客户端实验学生可进行实验及数据录入等工作。整个网站在实验中可随时登录，管理员（实验老师）可实时进行修改以及与实验学生的交互工作。本实验室信息化管理系统根据大学课程《电气技术实践》的模拟电路实验部分进行设计。根据一般实验要求，实验室管理系统应包括以下几个功能：实验内容管理、实验学生管理、学生实验指导、实验结果检查、实验结果判断以及实验数据保存。六个功能基本覆盖所有实验室管理所需的步骤。实验室信息化管理系统的总体结构图如图1所示。
2.2实验学生管理功能
实验学生管理功能是实验老师在服务器端（教师端）对参加实验的每个学生进行管理。对实验参加者信息的获取、修改，以及实验学生的增加、删除、查询、更改。根据实验室的实际要求，每次实验大概有30名左右学生进行实验，每节实验课有不同的实验学生，实验学生每次实验课内容也不同。考虑到实验课的流动性，实验学生的添加采用外部文件批量导入的方法。通过这种方法，实验老师可以在每堂课前将学生信息“一键录入”。学生的信息根据实验要求，包括：姓名、学号、权限类别、座位号、IP地址等项目。实验学生的各项信息将应用于学生实验中登录、实验过程以及数据提交等各项过程中的身份认证以及功能实现等部分中，是实现实验系统必不可少的信息。
2.3学生实验指导功能
学生实验指导功能是指，在实验过程中，学生会对实验内容、实验步骤、实验仪器等产生疑问，传统的实验室管理方式面对这种情况，实验老师会到实验台前对学生进行指导、答疑。这种传统的管理方式会造成实验老师未看到实验学生时，学生的问题得不到解决。并且会有学生排队等候实验老师指导的现象，造成实验室的混乱。而且每个学生的问题不尽相同也会增加老师针对每一位学生的指导时间。对于上述这些问题，本系统设计实现实验学生与实验老师的实时留言互动以及音视频的通话交流，实验老师的学生指导任务移至网络页面上进行。实验学生可通过客户端（学生端）向老师发起提问，实验老师可通过本实验室管理系统服务器端（教师端），对学生的疑问、错误进行处理、解决，减少了实验中学生排队的现象，避免了实验室的混乱。
2.4实验结果检查功能
实验结果检查功能是指本实验室管理系统根据实验具体需求，对实验结果、数据以及现象等的检查工作。按照目前传统的实验室管理方法，实验老师要到各学生实验桌前进行实验结果的检查，检查的内容基本包括实验仪器设置情况、可视化的实验现象和实验记录数据等。与学生实验指导相同，传统管理方式下的实验结果检查也会造成实验中学生排队等待以及排队混乱的状况。同时，由于每个实验学生实验的进度根据他们自身的能力等因素有一定程度上的不同，每个学生检查结果的内容也不同，这也增加了实验老师检查的复杂性。而且，实验结果检查与实验指导在实验课的不同时间段都会出现，实验老师工作压力很大。为解决以上问题，本实验室管理系统根据实际检查需要，在网页平台服务器端（教师端）上设定了多种样式的检查方法，包括：数据结果检查、示波器波形检查、实验现象视频检查等。涵盖了实验所遇到的各项检查项目。实验数据检查是实验学生将实验结果直接记录在网页中，无需用数据纸记录。实验老师可在服务器端（教师端）实时观看学生实验的数据结果，并进行检查。示波器波形检查是根据模拟电路实验的实验要求，很多实验现象需在示波器上进行观察。针对这要求，本实验室管理系统将示波器显示画面传输到网络，并在网页上进行显示，实验老师可在服务器端（教师端）直接观察实验学生的示波器界面。实验现象视频检查针对可视化的实验效果的检查。实验中一些实验结果为可视化的实验现象，如仪器仪表示数、电路板亮灯情况等。这些实验结果需要实验老师用眼睛去观察现象，并进行检查。在网络上实现，本实验室管理系统为老师在每个实验台配置一个电子眼——摄像头，实验学生的实验现象通过摄像头传输至实验服务器端（教师端）。学生需要检查结果时，向老师提出申请，老师打开对应摄像头建立视频流连接，在网页上观看实验现象。
2.5实验结果判断功能
实验结果判断是指在实验结果数据中，一些数据之间有一定的数学运算关系，只有满足某种运算关系的数据组才是正确的结果。本实验室管理系统在客户端（学生端）设计数据的初步判断要求，如果学生提交错误数据系统提示数据错误，反馈给学生进行二次实验。
2.6实验数据保存功能
实验数据保存是指在每次实验结束后，实验老师需保留学生实验原始数据，在学生后续上交实验报告的时候进行数据比对，防止学生造假、抄袭。传统方法为学生手抄两份实验原始数据，一份留作报告备份，另一份上交老师留底保存。本实验室管理系统设计无纸化保存实验原始数据，将实验数据直接生成word文档进行保存。学生无需在抄写实验数据上浪费时间。
3基于视频的实验室信息化管理系统各功能实现
根据本实验室管理系统的设计与建设，在实验平台完成搭建后，具体各功能用C#对网页进行开发。根据本实验系统实际要求，以及实验课的具体流程。我们将实验课上的各个步骤、流程移植网络平台，基于WEB开发。各功能覆盖实验课基本所有流程，达到实验课的无纸化、网络化以及高效地进行。本实验系统分为教师管理端与学生实验端。管理端由实验老师登录，对学生实验进行管理工作；实验端由学生登录，进行实验课的相关内容。在实验老师登入管理端后，显示实验管理界面，管理端具体包括以下几个功能，如表1所示。教师管理界面如图2所示。学生登入实验端后，可以点击相应的实验进行相应实验、检查，还可以向实验老师留言以提问、请求查询等。学生端实验界面如图3所示。
4结论
通过基于视频的实验室信息化管理系统，实验课的各项任务能够完全在网络平台上进行。学生只需浏览器加视频录制软件就可进行实验的检查、提问、数据保存等；老师只需浏览器就可实现各种实验管理的任务。基本实现了实验的无纸化、网络化、视频化，节省了大量的实验资源，增加了师生两方面的工作效率，是新型实验室管理模式的一个合理实现。为后续实验平台的搭建提供了思路。
作者:李莉 胡晓光 吴星明 唐瑶 黄亚玲 单位:北航自动化学院电工电子中心
