面向二維碼的開放實驗室管理系統設計與實現

劉杰

摘? 要：在互聯網信息技術快速發展的過程中，高校對開放實驗室管理手段的要求也不斷提升。鑒于開放實驗室管理設備種類多、信息總量龐大等特征，傳統的管理模式已經無法滿足實際工作需求，迫切地需要做出轉變和創新，而將二維碼技術運用到開放實驗室管理工作中，構建信息化水平較高的實驗室管理系統，能夠大大提升開放實驗室管理效率，更好地服務高校教學工作。該研究主要對二維碼技術進行概述，對開放實驗室管理系統進行總體設計，并介紹面向二維碼的開放實驗室管理系統的實現，以期構建功能完善、性能強大的開放實驗室管理系統，提高開放實驗室管理系統的運行速度和管理效率，降低開放實驗室管理成本，充分發揮開放實驗室的功能。

關鍵詞：二維碼；開放實驗室；實驗室管理；管理系統；教學工作

中圖分類號：G647? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）10-0134-05

Abstract： With the rapid development of Internet information technology， the requirements of colleges and universities for the management of open laboratories are also increasing. In view of the characteristics of many kinds of open laboratory management equipment and large amount of information， the traditional management mode has been unable to meet the needs of actual work， and there is an urgent need for transformation and innovation. The application of QR code technology to open laboratory management and the construction of a laboratory management system with a high level of information can greatly improve the efficiency of open laboratory management and better serve the teaching work of colleges and universities. This study mainly summarizes the QR code technology， points out the overall design of the open laboratory management system， and introduces the implementation of the open laboratory management system oriented to the QR code， in order to build an open laboratory management system with perfect function and powerful performance， improve the running speed and management efficiency of the open laboratory management system， reduce the management cost of the open laboratory， and give full play to the function of the open laboratory.

Keywords： QR code; open laboratory; laboratory management; management system; teaching work

作為高校開展教學科研工作的主要場所，開放實驗室承擔著重要的職責，直接影響著實踐教學質量，關系到學生實踐操作能力、創新能力的提升。近年來，高校逐漸增大了對開放實驗室建設的資金投入力度，購入了大量的軟、硬件設施，配備了充足的工作人員，這在一定程度上就增大了開放實驗室管理工作難度。在互聯網時代背景下，網絡信息技術在教學及管理等方面的應用愈發廣泛，而在開放實驗室管理方面，開展開放實驗室信息化管理建設工作勢在必行。二維碼憑借其空間占用小、數據密度大及識別速度快等優勢，在跟蹤識別方面發揮著重要作用，將其運用到開放實驗室管理工作中可以打造出更加規范化、先進化的管理模式[1]。開展面向二維碼的開放實驗室管理系統研究具有非常重要的意義，能夠研制出針對性的開放實驗室管理系統，實現對開放實驗室的信息化和數據化管理，提升開放式實驗室的管理效率和使用效率，助力高校育人工作的開展。

1? 二維碼技術原理

基于特定規則、通過某種幾何圖形形成的二維碼，能夠記錄數據符號信息，呈現出高密度、表述范圍廣、糾錯、加密等特性。二維碼技術則是應用二維碼生成器生成二維碼，借助二維碼生成軟件，向二維碼生成器傳輸獲取的信息，并存儲、應用生成的二維碼。結合二維碼技術原理，可以將其劃分為堆疊式、矩陣式兩大類二維碼，具體如圖1所示。

圖1? 二維碼生成原理示意圖

其中，堆疊式二維碼生成原理主要為：結合規定和實際需求，基于一維條碼開展條碼堆疊處理，形成兩行或多行條碼。該二維碼生成方式在設計、識別方面同一維條碼相似，然而由于條碼行數相對增多，因此譯碼算法有所改變。在堆疊一維條碼的方式之下所形成的二維碼呈現出全新的特征，具體為各二維碼均擁有相應的字符集合，且字符寬度相對固定，能夠發揮基礎檢驗的作用[2]。該類二維碼依托智能手機、掃描機、掃碼機或攝像機，運用簡單的方式能夠從橫向、總量兩個層面來高效識別信息，并且也為數據信息的存儲提供了方便，應用非常便利。

其次，矩陣式二維碼的生成原理為：借助數字矩陣（包括大量“0”和“1”），參考“0”和“1”的比特流定義，形成電腦內部邏輯，并通過一些同二進制相符的幾何圖形，呈現出不同類型的文字及數字信息。整個過程可以概述為基于“空”的形式完成二進制“0”的表達，運用“點”的形式完成二進制“1”的表達，結合“空”和“點”的排列形式，對二維碼進行自動化的生成。矩陣式二維碼的特殊點在于其通過“0”和“1”數字矩陣的排列，得到數字信息、二維碼生成文字，明確“0”和“1”組合形式。

2? 面向二維碼的開放實驗室管理系統總體設計

2.1? 開放實驗室管理系統設計思路

作為一項復雜的任務，高校開放實驗室管理工作涉及到多方面內容?；诙S碼技術在開展管理系統設計的過程中，首先要將開放實驗室管理的重點內容進行明確，理清相關類目，為系統框架系統的科學性和合理性提供保障。開放實驗室管理主要可以劃分為實驗教學管理、實驗設備管理、實驗室安全管理三大內容，在利用二維碼開展系統設計時，也要從這3方面入手，開放實驗室管理模塊如圖2所示。

圖2? 開放實驗室管理模塊

基于整體角度來看，面向二維碼的開放實驗室管理系統運用的主要技術有二維碼技術、數據庫技術和網絡技術。當前智能手機用戶普遍運用微信軟件進行社交，而作為微信軟件下的重要平臺，二維碼能夠發揮驗證、錄入信息的作用。在手機端條碼的掃描工程支持下，可以借助攝像頭來實現。使用者通過智能手機，在用戶端能夠直接識別二維碼，對系統中錄入的信息進行查看，而服務端數據庫也可以及時獲得反饋，為后期實驗室管理決策的制定奠定了基礎。

2.2? 開放實驗室管理系統應用架構

在開放實驗室管理系統設計過程中，要想充分彰顯二維碼技術的優勢、價值，應對系統應用架構進行完善。開放實驗室管理系統應用架包括技術層、網絡層和應用層三大內容，其中技術層主要涉及到二維碼生成技術、掃描技術和應用技術，要增強各項技術的可靠程度及先進性；網絡層則需要依托穩定的無線網和寬帶網，為高校開放實驗室管理工作者提供便利，使其能夠開展網絡信息搜集、整理、查詢及管理等各項操作；應用層要求在系統中對信息查詢軟件和二維碼掃描軟件進行配置，實現二維碼技術的高效化運用，提高管理系統的整體運行效率，更加快速、低成本和高質量地完成開放實驗室管理任務[3]。開放實驗室管理系統中二維碼技術的應用框架如圖3所示。

2.3? 開放實驗室管理系統功能設計

面向二維碼的開放實驗室管理系統功能設計包括APP、后臺數據管理、數據庫三大內容。

首先，開放實驗室管理工作者應統一對內部設施、軟件等數據信息進行登記，構建完整的信息數據庫，并結合錄入的信息生成二維碼標簽，確保標簽與實驗室內部設備、軟件等管理對象的一致性。

其次，管理工作者具備管理開放實驗室設備、軟件等對象的權利。以實驗室設備為為例，使用者則可以在系統中提出借用、歸還和維護的申請，而管理者需要開展設備借用申請進行審批、設備歸還登記、設備運維處理等工作。

最后，在開展開放實驗室系統數據庫設計環節中，應結合高校實驗教學需求和實踐管理現狀，通過MySQL數據庫來保存、管理數據信息。系統數據庫涵蓋用后申請表、設備維修表、用戶表及設備表等多項內容。

2.4? 開放實驗室管理系統中二維碼技術應用流程設計

構建面向二維碼的開放實驗室管理系統中，除了要對整體框架結構進行明確，同時還要關注二維碼技術的具體應用流程，為系統功能的實現提供保障，具體如圖4所示。

圖3? 系統二維碼技術運用框架圖

圖4? 系統中二維碼技術應用流程圖

首先，登錄設定網址后，通過二維碼生成軟件將邊界頁面打開，對開放實驗室設備、教學及安全三大管理內容的二維碼信息新內容進行編寫，將資料和圖片進行存儲，生成相應的二維碼；其次，對不同內容的二維碼圖片在網站中進行上傳，或在實驗室內進行粘貼；最后，需要借助掃描器、智能終端對二維碼進行掃描，獲取有關開放實驗室設備、教學安排及安全管理等方面的資料信息。需要注意的是，二維碼技術的實踐應用建立在資料信息充分準備工作的基礎上，這就要求管理工作者基于網絡平臺中的軟件對二維碼進行生成編輯時，應結合開放實驗室管理工作現狀和使用需求，對數據信息進行編寫，并將資料上傳到平臺中，便于后期使用者掃描二維碼獲知開放實驗室使用狀況，從而針對性、精準性地落實各項管理工作[4]。

3? 面向二維碼的開放實驗室管理系統功能的實現

為了充分發揮二維碼技術的優勢，本研究所設計的開放實驗室管理系統采用手機端、電腦端相接的方式對設備、教學信息和安全狀況進行管理。其中管理工作者可以在電腦端對教學安排、設備及維護工作等信息開展記錄、管理工作，也可以通過打印機對二維碼進行打印，粘貼于每臺實驗設備中，方便用戶進行掃碼登錄；使用者依托智能手機的APP則可以在系統中提交教學使用、維護和申請，操作極為便利。

3.1? 二維碼制作功能的實現

高校要深入了解開放式實驗室管理工作的要求和目的，對二維碼技術的應用方案、體系進行進一步的完善，支持開放實驗室功能的發揮。

首先，要對二維碼平臺進行構建（表1）。高校開放實驗室管理工作中廣泛應用到二維碼技術，所以需要將關注點放在二維碼平臺的構建上，使二維碼技術的有效應用、實驗室管理效率的提升具有可靠的保障。二維碼平臺的構建依賴于智能終端，需要在良好的無線網絡中進行生成、打印操作，此外還需要對數據庫系統進行建立，保存大量的數據信息，方便后期進行信息查詢[5]。而數據系統中又涵蓋不同類型的數據表，能夠對教學評價、安全巡查、實驗預約等信息進行統計，可以修改、保存數據資料，為更好地落實開放實驗室管理工作提供可靠、穩定的依據，促使開放實驗室的利用效率得到大幅度提升。

表1? 二維碼平臺的構建

其次，要對二維碼的生成模式進行完善。當下高校主要依靠軟件生成二維碼，或將生成模塊嵌入到開放實驗室管理系統中生成二維碼?；诖?，高校首要任務就是對開放實驗室設備二維碼的陣碼類型進行研究和分析。QR碼生成技術在信息存儲效果、存儲總量等方面的優勢非常明顯，可以基于不同的視角進行掃描。通過掃描開放實驗室設備的二維碼，能夠及時了解設備的相關信息，獲取數據鏈接。因此，在開展開放實驗室設備管理工作的過程中，要對二維碼生成模式進行完善，有效利用QR碼生成技術的優勢，將設備的編號、型號、生產廠商及實踐等信息填入二維碼中，并對設備服務器、設備生產廠商售后網絡鏈接進行設置，從而對實驗室設備進行快速、高效維修，促進設備同管理服務器間的互動，保障開放實驗室設備的穩定、可靠運行。

3.2? 系統后臺數據管理功能的實現

在開放實驗室管理系統中，后臺數據管理功能是管理工作者特有的權限，不僅可以對實驗設備、實驗預約及登記、實驗安全巡查、實驗互動課堂、實驗教學評價等環節進行管理，還可以大批量導入數據信息，并增添、刪減相關數據信息，并對二維碼進行生成和打印。

對于用戶管理功能的實現。在開放實驗室管理系統的子菜單中，管理人員可以點擊用戶管理選項，對用戶的班級、專業、學號及實驗名稱等信息進行管理。在增添用戶的過程中，管理人員既可以點擊新增來逐次增添用戶信息，也可以點擊導入，從Excel文件中對用戶信息進行批量化的導入，后者大大減輕了管理人員的任務量，提高了管理效率。

對于設備、教學和安全的管理功能。管理工作者可以在系統導航欄中選擇不同的管理按鈕，在新頁面中對信息進行添加、導入、修改或刪除，完成數據信息的管理功能。以安全管理功能實現為例，管理人員通過掃碼進行信息填報時，所設計的表格要以巡查為主，細分為用電安全、化學安全、用水安全及用氣安全等多項內容，支持照片的上傳，以便形成專項檔案，開展高質量的管理工作[6]。

最后，是二維碼的生成和打印功能。開放實驗室內的設備編碼是固定、唯一的，所以在對二維碼進行生成的過程中，應以設備編碼為依據來確定二維碼。二維碼的生成方式可以劃分為如下2類：一是單獨選取幾個設備來生成二維碼，這種情況主要應用在增添、淘汰實驗室設備，或設備二維碼丟失及損壞的狀況；另一種是在系統平臺中結合設備編碼一鍵生成全部二維碼。開放實驗室設備二維碼的生成主要應用的是二維碼開源包zxing、谷歌瀏覽器插件QR Code（Generator and Reader），對字符串進行封裝形成二維碼。管理人員可以在系統中對二維碼的高度、寬度進行合理調整和設置，呈現出二維碼保存路徑，對二維碼圖片進行命名。管理員在確保本機與打印機相連接的情況下，可以選擇幾個或所有設備對二維碼進行打印。

3.3? 系統APP的實現

開放實驗室管理系統APP的實現涉及到普通用戶、管理者兩大用戶群體，其中前者能夠在系統中提出實驗設備使用申請、設備維修申請等，而后者則擁有管理教學、安全及設備的功能。

系統面向普通用戶功能的實現介紹如下：首先，在借用開放實驗室設備方面，用戶可以在智能終端中對APP進行安裝，打開后選擇“掃一掃”的功能，對設備中張貼的二維碼進行掃描，查看設備的有關信息，并在圖片底部對申請綁定的請求進行選取，則可以提交設備試用申請，通過管理人員的審核之后就能夠順利使用實驗室設備。在借用設備完成實驗操作之后，用戶還可以在APP中的“我的設備”選項，點擊指定設備來對設備的具體信息進行查看，并在圖片下方選擇結束綁定的選定[7]。系統管理人員在收到信息之后，會對實驗室設備進行查看，通過用戶退出設備使用的請求，順利完成實驗室設備的歸還工作，以便后續其他用戶正常使用。其次，在實驗室設備維修方面，用戶如果發現所借用的設備存在故障問題，無法正常發揮作用，就可以在APP軟件中選擇“設備維修”的選項，進入新的界面中，將設備需要維修的具體緣由輸入到提示框中，并點擊“確認”進行提交。管理人員在系統中可以查看用戶的設備維修申請，通過審核查明該設備確實存在故障問題之后，就可以在數據表中獲取該設備生產廠商的聯系方式，要求廠商開展維修處理。待實驗室設備完成維修處理之后，管理人員可以點擊“完成”的選項，確認設備已恢復正常功能。但如果遇到實驗室設備無法進行維修，需要進行更換或重構的情況，管理人員需要點擊“設備報廢”的選項，重新采購設備，并將其相關信息重新錄入到管理系統中。

管理員功能。管理員在開放實驗室管理系統中擁有管理設備、管理用戶等功能。其中對于設備管理功能而言，管理員可以在系統首頁的用戶管理目錄中，對設備的綁定狀況進行查看和審核，對于未進行綁定的設備應制定特定用戶進行綁定，而對于處于綁定狀態的設備，則要對設備的領用情況進行分析，必要時可以對綁定人進行調整和更改[8]。同時，管理員在系統中還可以在用戶管理目錄中對用戶信息進行查看，了解用戶有無綁定實驗室設備，允許用戶對已綁定的設備進行操作使用。管理員對設備領用人進行點擊后，能夠進入到設備列表中，對用戶所綁定的所有設備進行查看，及時了解設備處于維修狀態還是正常使用狀態，為用戶開展實驗研究提供保障。

4? 結束語

伴隨著網絡信息技術的不斷發展，高校開放實驗室管理工作也要緊跟時代發展潮流，將先進科學技術運用到管理實踐中，創新開放實驗室的管理思路和模式，逐步提升開放實驗室管理質量、水平。在高校開放實驗室管理工作中引入二維碼技術，可以使開放實驗室的整體管理效率得到顯著的提升，節約成本費用，更好在教學科研領域中發揮開放實驗室的功能和價值。處在新時期背景下，高校開放實驗室管理部門，迫切地需要結合實驗室信息化管理現狀和需求，深入挖掘和利用二維碼技術，建立完善化的二維碼技術應用框架，明確二維碼技術部的應用流程，從而打造出功能完備的開放實驗室管理系統，使開放實驗室管理工作更加便利，促進高校教學科研工作效率的提高。

參考文獻：

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