1、开放式实验室与教学综合管理平台技术白皮书北京邮电大学北京润尼尔网络科技有限公司目 录一、产品背景1二、产品功能结构1三、系统介绍3开放式实验教学与实验室管理系统3(1) 系统概述3(2) 系统功能43.1 门户网站建设43.2 实验教学管理系统63.2.1 教务排课及选课73.2.2 实验教学管理63.3 实验室对外开放管理103.3.1 系统概述103.4 实验室资产管理系统123.4.1 实验室资产管理123.4.2 条码资产管理系统133.4.3 原理描述133.5 实验室耗材管理系统143.5.1 实验室物资耗材管理153.6 实验室建设项目管理系统163.6.1 系统概述163.6.
2、2 项目申报立项管理173.7 实习实训管理系统183.7.1 系统概述193.8 门禁考勤管理系统203.8.1 系统概述203.8.2 性能特点203.9 无线电源控制系统213.9.1 系统概述213.9.2 性能特点223.9.3 技术指标223.10 开放式网上虚拟实验教学系统223.11 互联互通交流通知系统233.12 系统管理25四、特色及创新点26五、运行环境27六、特色服务28七、应用案例29八、团队介绍308.1 北京润尼尔网络科技有限公司简介308.2 北京邮电大学网络教学系统研究中心简介30开放式实验室与实践教学综合管理系统一、产品背景随着学校管理变革的逐步推进，实验
3、室建设的进一步规范化、复杂化，学校实验室管 理工作也变得更加繁重和复杂，实验室建设和管理的问题也渐渐暴露出来：1、高校实验课发展“学分制”，实验课不再以课程作业方式的安排，而是将实验课从 理论课中剥离出来，单独开设课程，并给予相应学分，传统的实验手工排课方式就变得异 常艰难。2、实验模式局限于传统实物的实验方式，未能充分利用基于现代科技的虚拟实验方式， 同时，由于受空间、人力、时间等限制，实验设备、实验工作、实验并没有得充分的利用， 实验室资源浪费比较严重。3、实验设备、仪器、低值耐用品等没有较好地建立信息库，以供查询其基本信息及使 用状态，不利于对这些实验设备的维护；对仪器设备的领用、借用、
4、修理、报废的处理仍 处于手工处理阶段，处理过程繁琐，容易出现纰漏，造成设备流失；实验耗材的管理也带 有较大的主观随意性，容易造成耗材浪费。仪器设备信息统计过程复杂，占用大量工作时 间，耗材消耗情况不能够得到很好统计。4、实验室教学管理工作处于手工处理阶段。实验教学计划、课程大纲、实验安排完全 手工操作给实验教学管理带来繁重的工作负担；对教学过程和成绩评定没有建立详细的信 息管理和记录，从而无法充分保证教学效果，积累教学经验；实验室主管部门和实验室之 间没有方便快捷的协作通道，教师和学生之间也缺少很好的沟通桥梁，难以适应开放式的 实验教学的需要。这就迫切需要用计算机来进行辅助管理，以简化实验室主
5、管部门的工作。学校已建成 覆盖整个校园的计算机网络系统，使用计算机网络来进行实验室管理成为了必然，特别是 实验室开放选课给传统的实验室管理提出新的挑战。北京邮电大学和北京润尼尔网络科技 有限公司在国家科技支撑计划重点项目的基础上提出了实验室信息化管理一体化的解决方 案，建立网络化实验教学和实验室管理信息平台，提供丰富的网络实验教学资源，实现网 上辅助教学和网络化、智能化管理，减轻实验室管理人员的工作负担，提供工作效率和服 务水平，加强实验室主管部门对设备和材料的计划、采购、维修和使用的宏观控制和管理， 以节约成本，提高利用，强化管理，并为本科教学评估、实验室评估、实验教学示范中心 建设提供原始
6、资料和翔实数据，有效推动学校的评建工作。二、产品功能结构开放式实验室综合管理系统以开放式实验教学与实验室管理系统为主体和依托，集成门 禁考勤管理系统、无线电源控制系统、条码资产管理系统、网络课程与教学管理系统和虚 拟实验管理系统，并对上述系统的数据进行统一化管理，形成实验中心或实验室信息化管 理整体架构。系统以学校实验室管理流程和基本事务管理为核心，以规范实验室管理信息化为准则， 充分利用学校实验室资源，更好地服务于学生。系统依托校园网络构建管理模式，采用 B/S 结构，突破地域空间的限制，整个实验数据放在服务器上，管理人员、教师在办公室、宿 舍通过网络对仪器设备、实验项目、实验过程等进行管理
7、监控，而学生则可以在机房或在 能上网的地方进行实验预约。相对传统的手工管理，开放实验室综合管理系统有利于实验 室资源的充分利用，有利于实验室管理的科学化和规范化。整个系统由六个主要子系统构成，所有的子系统都是基于同一套基础数据，他们之间 既实现了信息共享又拥有相互独立的功能。 这种结构便于用户根据实际需求部署和使用其12地址：北京市西城区新街口外大街 28 号电话：010-82051526 82055082邮编：100088网址：中一部分子系统，而随着实际需求的变化又可以随时扩展新的子系统，所有的功能模块均 基于同一管理界面，平滑过渡。这样用户就可以降低维护和管理风险，避免各个业务系统 之间数
8、据不能共享的问题。产品的功能框架示意图如下：图 2-1 平台框架示意图三、系统介绍开放式实验教学与实验室管理系统(1) 系统概述开放式实验教学与实验室管理系统以服务大中专院校实验室全面实施信息化管理，提 高实验室的管理水平为宗旨，以全面提供实验室管理的解决方案为导向，是实验室实现信 息化管理的重要支撑平台。系统主要解决：实验室门户网站建设（中心介绍、实验队伍、设备与环境、教学特色、通知公告等） 实验教学管理(实验课程库、培养计划、开课计划、开课管理、开课审核、实物实验安排、虚拟实验安排、实验批改、考勤管理、成绩管理、实验报告)实验室对外开放管理(预约工位/实验室、设备外借、工位电源管理、实验室
9、利用率) 实验室资产管理（资产建账、维修、报废、报失、调拨、负责人变更、总账、盘点） 实验室耗材管理（耗材采购、入库、领用、报废、挂失、库存）实验室项目管理（项目申报、专家评审、主管审核、立项、检查项目进程、验收） 实习实训管理（实习实训大纲、基地、单位、岗位、项目、工作汇报、学生成绩） 实验室门禁考勤（刷卡开门、工位供电、系统自动签到）实验室无线电源控制（系统操作试验台供电、断电）虚拟实验教学（虚拟实验安排、实验指导、实验批改、查看成绩） 互动交流(实时答疑、在线留言、短信通知、邮箱提醒、搜索问题) 等全面的实验室综合管理系统。图 3-1 开放式实验教学与实验室管理系统界面(2) 系统功能图
10、 3-2 开放式实验教学与实验室管理系统功能图系统包括门户网站建设、实验教务管理、实验教学管理、实验室管理、系统管理等功 能模块。系统分为学生、教师、教务管理员、系统管理员、实验室管理员五种用户角色， 不同的用户角色拥有不同权限，根据设置的角色和权限的不同，呈现界面也会不一样。主 要功能介绍如下：3.1 门户网站建设实验室和教学实验示范中心门户信息展示综合平台是实验中心网站建设的利器，从实 验中心介绍、实验教学、实验开放、实践创新到管理体制、师资队伍、设备环境、网络资 源等，用户可通过系统的栏目管理、内容管理、资源管理模块自行建立模块或可根据中心 进行定制，支持多媒体信息在线编辑发布，可实现实
11、验中心与下设实验室门户网站统一管 理。表 3-1 实验中心功能简介首页教学实验中心门户网站首页中心介绍介绍教学实验中心的组织结构、中心状况分实验室页面实验中心下辖的各实验室的网站及相关信息实验教学介绍教学理念与改革思路、教学体系与教学内容、教学方法与教实验中心学手段、教学效果与教学成果实验队伍介绍实验中心人员构成、队伍状况、名师风采管理体制介绍实验室规章制度、运行体制、管理体制等设备环境介绍实验中心设备配置情况实践创新社团活动、创新成果、获奖竞赛、获奖论文、获奖成果、创新感言网上资源常用资源汇总及下载中心新闻发布实验中心最新的一些新闻、消息中心公告发布实验中心的一些公告、通知图 3-3 实验室
12、教学中心主页面3.2 实验教学管理系统图 3-4 实验教学管理系统流程图3.2.1 系统概述教师根据教务的开课计划可进行典型实验库的维护、实验安排、查看学生实验进展、 批改实验结果及实验报告、统计并发布实验成绩等功能。学生登陆系统后，首先根据培养计划进行选课，查看自己的课程表。根据教师的要求，进行虚拟实验预习，进入实验室完成实验，提交实验报告。另外，学生可根据自己的兴趣 爱好，提交实验预约以及工位预约，进行个性实验。也可以向实验提出设备借出申请。表 3-3 实验教学管理功能简介实验库管理维护各门课程实物实验和虚拟实验的典型实验，提供增、删、查、改操作。实验安排进行相应课程的实物实验的教学安排和
13、虚拟实验的教学安排。考勤管理对参与实验的学生提供签到签离，考查学生的出勤情况。电源控制通过软件控制实验室实验桌电源的开/关状态。虚拟实验实物实验开展前，先用虚拟实验进行预习。实物实验根据教师的实验要求，完成相应的实验任务并提交实验结果和实验报告实验批改针对实验结果和实验报告进行相应的批改并给出评语。成绩导出按照实验课程汇总成绩并输出，或提供数据接口给教务成绩管理系统。理论学习实验开始前教师可以安排习题使学生预习实验，在试验后也可进行复习。3.2.2 实验教学管理实验教务管理用于教务处给各实验室下达教学任务以及各实验室所承担的实验项目的 批次、教师的具体安排。在此之前要求已经完成专业培养计划的制
14、订、实验项目的开设、 实验课程大纲制订。本模块的具体功能是，教务处在学期开始前根据当前学期，找到各班 级的课程开设要求，从而对教师下达教学任务书。表 3-2 教务排课及选课功能简介学期时间设定设定每个学期的开始时间及截止时间课程库管理录入学校要开设的课程相关信息培养计划制定依据教务培养计划，按专业添加学生的实验培养计划排课管理针对全校学生制定每个学期开设的课程，发布选课日期，审核并发布最终开课信息学生选课根据自己的培养计划和学校的开课计划进行选课课表管理导入课表、查看学校总课表，提供个人、行政班、任选课、教室的排课信息打印相关的课程表图 3-5 实验库管理界面图 3-6 课程库管理列表界面图
15、3-7 理论学习模块3.3 实验室对外开放管理图 3-8 实验室对外开放管理系统流程简介3.3.1 系统概述学生可根据自己的兴趣爱好，提交实验预约以及工位预约，进行个性实验，也可以向 实验室提出设备借出申请。教师可以组织兴趣小组预约实验室来开展课外实验或增加课内实验时间，同时也可以 向实验室提出设备借出申请。表 3-4 实验室对外开放管理功能简介实验室信息管理实验室管理员对实验室及工位、设备相关信息进行增、删、查、改。预约工位预约实验室的工位及设备，预约成功后前往实验室做实验。设备借出通过系统查询可以外借的设备，申请、登记及归还设备预约实验室通过系统预约申请整个实验室开展相应的实验教学。实验室
16、预约审核教务处对教师提出的实验室的预约申请进行查询及审核。设备借出审核实验室管理员查询以及审核实验设备的借出与归还状态。实验室使用率统计各个实验室课时使用、工位预约、实验室预约情况电源控制通过软件控制实验室实验桌电源的开/关状态。图 3-9 学生预约工位界面3.4 实验室资产管理系统图 3-10 实验室资产管理系统流程简介3.4.1 实验室资产管理主要是针对学校各实验室资产进行统一管理，包括各实验室的资产采购、资产信息管 理、资产的状态监控、资产盘点。表 3-5 实验室资产管理系统功能简介资产采购资产采购的申请和审批，分析并导出资产采购表。资产信息管理资产管理员按照采购回的资产信息，录入系统，
17、提供增、删、查、改功能资产状态监控包括资产报修、报废、调拨、借出单的申请和审核；资产盘点制定资产盘点计划、条形码扫描设备实地盘点、导出盘点报表图 3-11 开放式实验教学与试验室管理系统统计图3.4.2 条码资产管理系统本系统主要通过条码识别技术实现资产管理、资产盘点功能。通过对某项资产进行查 询等功能建立以固定资产管理为中心的高效管理系统，以涵盖入库、出库、迁移和报废等 作业流程的实时数据采集技术，实现资产管理业务的整合，满足客户高质量服务的要求和 对信息化管理的需要，满足学校未来业务扩张的需要，兼顾解决目前办公用品浪费，未能 及时处理造成的损失的问题。本系统的建设应达到以下三个主要目标：1
18、. 实现资产的采购申请，入库、出库等信息采集；2. 实现固定资产的条码管理（条形码或二维码）、资产盘点、分拣、资产报修、报损及 报废管理；3. 在移动终端上查看固定资产分布情况、固定资产信息，目前状态查询功能，所有固定 资产变化的记录等。3.4.3 原理描述本系统是结合 WIFI，GPRS 等技术综合为一体，实现资产采购，入库、分备、检查及盘点各作业流程管理。管理人员、行政人员通过条码识别技术及 GPRS 通信技术将信息传送给采集服务器端，进行解析、存储转换、加工处理，然后转发给监控端，从而实现固定 资产的实时管理。管理人员通过终端可以实现对资产信息查询、库存信息查询以及资产使13地址：北京市
19、西城区新街口外大街 28 号电话：010-82051526 82055082邮编：100088网址：用全程管理等。图 3-11 实验室资产管理系统整体架构图3.5 实验室耗材管理系统图 3-12 实验耗材管理系统流程图31地址：北京市西城区新街口外大街 28 号电话：010-82051526 82055082邮编：100088网址：3.5.1 实验室物资耗材管理低值易耗品管理在实验室日常管理工作中是一项量大且繁琐的工作。本功能提供耗材 购置计划管理、实验耗材管理：入库、领用、使用统计、库存查询等工作。表 3-6 实验室物资耗材管理系统功能简介耗材采购耗材数据息录入耗材的数据信学期耗材计划制定本
20、学期耗材的使用计划耗材购置计划根据实验计划和库存情况制定出耗材的购置计划耗材购置审核对耗材购置计划的审核耗材管理耗材入库新到耗材时，进行入库耗材领用管理耗材的老师领取耗材领用记录对耗材的领用情况进行记录耗材统计统计耗材的使用情况库存查询查询出现在耗材的库存情况图 3-13 实验室列表界面3.6 实验室建设项目管理系统图 3-14 实验室建设项目管理系统流程简介3.6.1 系统概述实验室建设项目管理系统贯穿从项目申报立项管理到相关部门对建设项目申请计划按 流程进行审核，并且包含任务书执行情况跟踪及项目验收及项目汇总管理的具体内容。通 过实验室建设项目管理系统，使得实验室建设项目的管理日常工作井然
21、有序，并且可以实 现具体数据备份及统计工作的有效展开，从而符合国家级实验教学示范中心实际需求的信 息化建设，也能满足学校实验教学中心的信息化软件建设的需求。表 3-7 实验室建设项目管理系统功能简介项目申报由申报者申请项目专家评审评审专家以指标为申报人评分主管审核项目主管根据专家意见审核项目项目立项项目通过审核，进行立项检查进程主管设定各检查点检查项目进程项目验收项目结束后主管验收图 3-15 项目指南列表界面3.6.2 项目申报立项管理教务处通过系统发布建设项目立项通知；各实验室选择提交教育部规定的财政修购 专项文本或实验室建设项目申请计划书，并对应建立项目数据库，包括项目的基本信息、 拟采
22、购物资、大型设备论证文档和项目申报书等内容的管理。项目申报的关联数据能自动的从相关系统提取，最大限度的实现信息资源共享。校内主管部门和校外专家能对申报项目进行评介，对拟采购的物资提供采购建议。2、相关部门对建设项目申请计划按流程进行审核3、按规定格式填写项目任务书，按流程进行审核;自动形成项目任务书；4、任务书执行情况跟踪；5、项目验收及项目汇总管理网上提交项目验收申请；系统支持实验室建设项目负责人对项目进行自评、支持专家组评审。 按流程对项目验收进行审核。项目建设过程中新购置的设备自动进入设备管理系统。3.7 实习实训管理系统图 3-16 实习实训管理系统-大纲管理图 3-17 实习实训管理
23、系统-项目管理3.7.1 系统概述实习实训是一个学校、企业、学生多方参与的管理过程，经过分析，在实习实训管理 系统中共有以下几种角色：教务管理员、学生、校内指导教师、企业指导教师、实习实训 管理员。不同角色在实习实训管理过程中发挥着不同的作用，实习实训管理过程分为三个 阶段：实习前期、实习中期和实习后期，在不同阶段各角色对系统需求也各不相同。通过 实习实训管理系统，建立一个电子化的实习实训办公协作应用平台,为学生和指导教师建立 一个网络教学支持平台，为院校、企业、学生提供开放、透明的信息交流平台，同时整个 系统操作简单直观，流程清晰，数据查询、统计方便及时。表 3-8 实习实训管理系统功能简介
24、实习实训大纲由教务人员添加实习实训大纲计划添加基地由实习实训管理员添加校内/外基地添加单位由实习实训管理员添加基地相应单位添加岗位由实习实训管理员添加单位添加的对应的岗位添加项目实习实训管理员添加好岗位并发布后添加实习实训项目工作汇报学生在项目中添加工作汇报查看成绩教务浏览总成绩，发布后学成查看图 3-18 项目安排界面3.8 门禁考勤管理系统3.8.1 系统概述门禁考勤管理系统是根据高校实验室的考勤管理和数据监控要求而研制的，实现了进 出人员身份识别、进出记录数据采集、统计和信息查询过程自动化的一套管理系统。该系 统和实验室管理系统结合使用，将会使实验室的管理更加科学化、规范化、智能化和开放
25、 化。门禁考勤系统功能：学生通过IC 卡或磁卡验证学生信息，进出实验室大门；开放实验室综合管理系统统一管理学生 IC 卡或磁卡绑定、禁用、启用、删除等操作；学生可通过刷卡控制预约工位的实验台电源。图 3-19 门禁考勤管理流程简介3.8.2 性能特点1) 单门双向网络门禁控制器2) TCP/IP 联网3) 可接对读卡器4) 2 万张卡权限5) 10 万条记录6) 30-50W 大功率变压器，并且具备较高的利用效率，输出功率大。7) 电源前端后端都有 5A 的保险丝，保护电路以防短路损坏，并且方便更换保险丝，对应的保险丝都有指示灯提示。8) 输出电压为 12VDC，可局部微调到 14VDC。9)
26、 工作频率: 13.56M Hz ,7 线输出10) 工作模式: WEIGAND 26,WEIGAND 3411) 读卡速度: 0.2 S12) 感应距离: 0 10 CM13) 工作温度: -30 +7014) 工作电压: +9V +16V15) 工作电流: 静态 35 毫安；瞬间 45 毫安16) 维根传输距离: 100 米17) 外观颜色: 黑色，ABS 材料 /白色（可选）18) 外观尺寸: 761151719) 灌胶，全防水设计20) 带电源反接保护和数据耐压保护21) 输出采用玻璃放电管和半导体放电电路22) 电源采用保护电路，防人为等操作失误损坏23) 数据地程模拟隔离，防干扰3
27、.9 无线电源控制系统3.9.1 系统概述无线电源控制系统实现了实验室工位电源的智能化控制。学生通过刷 IC 卡，可开启预约的实验工位电源，实验结束刷卡关闭电源。教师通过实验室管理系统的页面进行各个实 验室的工位电源的开和关。通过实现各实验室内工位电源的智能化控制，减少实验室管理 人员的工作量，节省电能。系统功能学生可通过触屏设备选择进行的预约，启动预约的工位电源；图 3-20 无线电源控制系统流程简介3.9.2 性能特点1) 部署简单方便：采用电力线联网，在部署时只要有市电插座的地方就可以联网，无需附 加网线。2) 宽电流支持：可根据用户需要调整网络电源的承载功率，适用范围广，可根据用户需要
28、 调整，电源的额定电压和额定电流。3) 控制软件解决方案灵活：控制软件系统可以独立运行也可以和门禁管理系统配合使用。3.9.3 技术指标1) 无线信号，无声音、无方向，工作距离不小于 200 米；2) 灵敏可靠，控制次数可达十万次以上；3) 本产品使用 220V 交流电源，能长期通电使用；4)工作电压：AC160250V(50/60Hz)；3.10 开放式网上虚拟实验教学系统开放式网上虚拟实验教学系统是一种运用虚拟现实技术模拟真实实验的计算机教学软 件，是面向教学的虚拟实验室。它由课程实验仿真平台和虚拟实验教学管理系统两部分组成。仿真平台采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验环境，提供可操作的虚
29、拟实验仪器， 使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验，在计算机上营造可辅助、部分 替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境。虚拟实验教学管理系统提供全方位的虚拟实验教学辅助功能，包括：实验前的预习、 实验的开课管理、典型实验库的维护、实验教学安排、实验过程的指导、实验结果的批改、 实验成绩统计查询等功能，为实验教学环境提供服务并开展应用。开放式网上虚拟实验室教学系统可以促进学生学用结合，实验的安排更加灵活方便且 不受时间空间限制。只要有网络的地方就可以动手做实验，实现真正意义上的开放实验室。 虚拟实验可减少实验设备的维护强度，缓解当前实验设备不足，实现理论教学和实践教学 的有机融合。通过建立虚拟实验室，可以解决计算机、电子、通信等学科中的实验教学问 题，完善现有实验教学体系。目前已经开发完成的虚拟实验系列产品包括：1、 开放式网上计算机网络虚拟实验室2、 开放式网上 Linux 操作系统虚拟实验室3、 开放式网上模拟电路虚拟实验室
