实验室软件技术及其应用场景

实验室软件包括实验室管理软件和仿真模拟教学软件等。

1.实验室管理软件

(1)实验室管理软件概念及使用对象。实验室管理软件是为实验室的管理提供快捷方便的服务,及数据查询、统计为一体。实验室管理软件的功能包括实验场地管理(实验室管理),实验场地物品管理、实验场地使用申请、实验物品领用、实验人员设置、实验报告维护、实验记录维护、实验物品退还、实验设备效验、实验场地维护、实验场地检验,实验室物品盘点,实验室物品请购,实验室物品报废等功能。

从使用的对象来看,不同的使用对象其核心功能不同,学校实验室管理的重要放在实验室使用申请,实验室物品的领用和简单的实验报告记录。

科研院所实验室管理软件主要是对实验的组织,实验数据的记录与分析,实验设备的管理。医院与科研院所的需求大体相同。

科研企业实验室管理软件主要内容在于产品制造与实验记录的分析,并最终得出制造批次的合格与否的结论,并验证产品的性能是否符合规定的要求。

(2)实验室信息管理系统实例

××实验室信息管理系统

一、实验室信息管理系统的功能

1.标准库管理系统

主要是完成相关标准的录入、更新、修改和审核等功能。一套完整的标准库是使整个业务能够流畅运转的根本保障,标准库的内容应该包括标准代码、标准名称、标准类别、项目代码、项目名称、项目标准值、项目标准单位、检验方法、检验科室等必要字段,为了保证标准的准确性,标准库应由资深的专家审核后方可正式使用。

2.样品管理系统

该系统是实验室日常运行最为频繁的模块,它为样品分析评价提供了支持,包括样品分析、样品登录、样品管理、样品测试、审核系统、结果输出、QA/QC等方面。

3.争议处理系统

当用户对分析结果产生质疑时,可以通过争议模块处理争端。LIMS应完整记录样品分析相关信息并具备可追踪性。用户只需通过书面、电话、传真、电子邮件、网上发布等形式提出争议请求,争议处理负责人员将及时响应用户需求。

4.查询统计系统

(1)信息查询:包括分析进度、综合信息查询。用户可根据授权级别查询相关信息。为了迅速从系统中找到所需信息,避免多余信息的出现,用户可进行特定的、自定义查找。所有查询结果都可以进行排序、分类、统计。

信息查询可快速反映从原始数据到加工处理数据的每一步历史数据,也能查询人员情况,项目进行情况,客户,标准资料,实验室各种文件规定,各种报表,及各种技术资料等等。

(2)信息统计:灵活方便的反映不同用户要求的各类统计图表信息模块。根据需要还可提供与各类专用统计软件的无缝连接。

5.实验室事务管理系统

包括实验室杂务、内部通告、人员去向、计划、工作安排、文档处理、公共信息、人事管理和经费管理等方面。主要从事日常事物处理工作,提供汇总实验室人员、设备、项目以及实验数据,完成各种日常报表编制和实现网上信息采集、整理、检索和数据统计工作。

6.检测收费管理系统

受检样品收费功能:样品受理完成后形成缴费单据(进行过欠费处理的除外),财务科的工作人员根据样品受理时产生的唯一编号进行收费操作。财务收费应包括申请(被采样)单位、缴款方式(现金、支票、电汇)、打折情况、应缴款、实际缴款等字段。

7.财务管理系统

财务管理功能包括会计核算(总账模块、应收账模块、应付账模块、现金管理模块、固定资产核算模块、多币制模块、工资核算模块、成本模块)和财务管理(财务计划、财务分析、财务决策)等模块;系统自动完成凭证记账、根据定义好的报表格式和公式自动生成报表,而且保证了数据的准确性和一致性,减轻了手工劳动,大大提高了工作效率和工作质量。

8.科研管理及资料查询系统

包括科研立项、过程监控(文档)、阶段试验(报告)、科研档案管理和项目结题等方面。该系统将与单位内部的文献资料信息库集成,方便科研人员的资料查询,提高科研的水平和质量。

9.资源管理系统

资源管理包括人力资源、物力资源、标准物资管理、其他物资管理以及无形资产如知识产权等的管理模块。

10.客户关系管理系统

由于消费者的消费者意识逐渐加强,顾客已由过去的被动接受,转变为主动寻求自我需求,因此注重满足个性差异的顾客需求将是企业间的竞争趋势。在客户导向的时代,只有积极的个性化服务,才能提高消费者的忠诚度,抓住客户的心。客户关系管理关注的就是如何通过不断的沟通了解并影响顾客的行为,通过分析对顾客有效并可供参考的信息,增加新客户、留住老客户,根据客户的个性化需求提供专为客户量身定做的服务以提高客户的满意度并改善客户的利润贡献度。

11.系统管理系统

系统管理模块是对系统用户进行管理,包括用户设置与编辑、数据查询用户、部门设置与编辑和部门管理等;同时进行资源配置管理和日志管理。

系统管理包括系统初始化、设定用户权限、系统设定、日志管理、论坛管理和数据维护。数据维护是系统维护工作量最大的部分。因为系统每天运行都要产生大量数据,这些数据的有效存储、备份都是很重要的。

12.内部论坛和公告栏

可以按业务种类设置专题论坛,每一论坛由本实验室的这类业务负责人负责,内容涉及该类业务的发展动态、员工的技术交流、专业问题的讨论等;公告栏主要是针对实验室的当前的研究重点、工作活动的安排、主攻的难点、科研计划等进行公告,让员工随时了解本实验室的工作动态,有利于调动员工的工作主动性。

13.帮助系统

有独立运行帮助系统,有紧跟具体模块的在线帮助,更有智能化帮助信息(系统自动根据鼠标所处的位置给出相应的帮助信息),全方位地提供帮助信息。

(资料来源:http://www.inprosystem.com/Templates/product_cn.html)

二、实验室信息管理系统平台

(资料来源:http://www.rainier.net.cn/jjfa/sysgljjfa)

2.仿真模拟教学软件

(1)模拟、仿真、虚拟的区别

1)模拟是对真实事物或者过程的虚拟。模拟要表现出选定的物理系统或抽象系统的关键特性。模拟的关键问题包括有效信息的获取、关键特性和表现的选定、近似简化和假设的应用,以及模拟的重现度和有效性。

2)仿真即利用模型复现实际系统中发生的本质过程,并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。可以认为仿真是一种重现系统外在表现的特殊的模拟。

3)虚拟是一抽象概念。与真实相对。

(2)模拟仿真教学课件的特点

1)丰富的表现力。模拟仿真课件运用多媒体、模拟仿真技术及文、声、像、影并茂的特点,把培训时说不清道不明,只靠挂图或黑板作图又难讲解清楚的知识,通过形象生动的画面、声像同步的情境、言简意赅的解说、悦耳动听的音乐、及时有效的反馈,将知识一目了然地展现在学员面前。

2)良好的互动性。模拟仿真课件更好的实现了人机间的交互和教师的参与组织,通过知识形成过程的充分展示,培养了学习者的观察能力和思维能力以及动手能力,使学习者的培训变得轻松愉快,激发求知欲望,充分调动了学习者的学习积极性,为学习者的创新意识和探索精神的培养提供了良好的环境。(www.xing528.com)

3)极大的共享性。模拟仿真课件运用网络技术,使课件可以通过连接在网络上进行相互传递,实现资源的共享。

(3)模拟仿真教学课件的优势

1)教学内容方面。生动理论教学与模拟仿真实际操作有机结合,真正做到省时、省力、省财。学习形式方面:人机交互、自主学习。

2)教学组织方面。因材施教、个性发展。效果反馈方面:互动练习、学习效果随时掌握。

(4)模拟仿真教学软件的主要教学因素

1)什么是教学因素?教学因素也称教学要素,它是构成教学过程的既独立又联系的基本成分。一般分为教师、学生、教学内容(教材)和教学媒体。

2)以教师为中心的教学结构。教师是知识的传授者,是主动的施教者,是教学的绝对主导者,监控整个教学活动的进程;学生是知识传授的对象,是外部刺激的被动接受者;教学媒体是辅助教师教的演示工具;教学内容基本由教材决定,教材是学生的唯一学习内容,是学生知识的主要来源。

3)以学生为中心的教学结构。学生是信息加工的主体,是知识意义的主动建构者;教师是课堂教学的组织者、指导者,是学生建构意义的帮助者、促进者;教学媒体是促进学生自主学习的认知工具;教材不是学生的主要学习内容,通过自主学习学生主要从其他途径(例如图书馆、资料室及网络)获取大量知识。

4)学教并重的教学结构(“主导——主体”教学结构)。教师要对学生及其学习过程中的教学内容及教学媒体进行总体的指导和把握;教师要根据学生的特点为其选择、设计特定的教学内容、教学媒体和交流方式;教师是教学过程的组织者,学生意义建构的促进者,学生良好情操的培育者;学生拥有大量的经过教师选择、设计并控制的学习资源,是学习活动的主体,是信息加工与情感体验的主体,是知识意义的主动建构者;教学媒体既可以是辅助教师教的演示工具,也可以是促进学生自主学习的认知工具与情感激励工具;教材不是唯一的教学内容,通过教师指导、自主学习与协作交流,学生可以从多种学习对象(包括本门课程的教师、同学以及社会上的有关专家)和多种教学资源(例如图书资料及网上资源)获取多方面的知识。

(5)模拟仿真教学软件的设计原则

1)科学性原则。科学性是应该遵循的首要原则,主要体现在概念的准确、数字的可靠、知识的真实。

2)规范性原则。课件作为多媒体技术的应用形式,应遵循多媒体技术的法则和规范,只有坚持规范性原则,课件才有推广的价值和重复利用的可能。

3)简洁性原则。首先内容上应简洁,应该文字简练、重点突出、脉络清晰、层次分明。其次,制作技术上简洁,要做到色彩和谐、图像得当、操作便利、节约存储空间。

4)艺术性原则。从色彩应用、构图布局、特效表现到精彩创意都要搭配恰当、应用得体。

5)时效性原则。课件的真正价值是实际应用的效果,时效性的具体体现是教师使用方便,学生易于接受,学习起来轻松愉快,并真正能学到知识和技能。

(6)模拟仿真教学软件的开发

1)生成动态文本和实图解释。生成动态解释文本是仿真课件的基本元素,文本的首要功能是介绍理论知识,对相应章节的内容进行展示,给出所涉及概念、定理的定义以及相关的公式。

2)演示单元。演示就是对理论中一些比较抽象或需要进行较为复杂变化的概念进行形象的动画展示。在这个部分里,主要是采用动画的形式来完成的。也就是说,通过动画来对理论知识进行阐述和演绎。演示有两种形式:单纯的动画演示和带交互性的演示动画。

3)测试模块。仿真课件通常也用于自学的网络课件中,测试是必不可少的一部分。通过自测,读者可以清楚地了解到自己学习的情况,从而更好地进行下面的学习。制作这个部分跟上面的模块一样,也是用互动的形式,在读者给出答案后由系统进行判断、修正解释、让读者自己进行比较,从而提高学习的效果。

(7)模拟/仿真教学软件常用开发工具

1)用ToolBook制作软件模拟课件。ToolBook是一款历史较久的多媒体软件开发开发工具,其创始人Paul Allen曾经与Bill Gates合伙创建了微软公司。Paul Allen于1985年离开微软后创办了Asymetrix公司,并在Windows3.0发布时推出了Toolbook的第一个版本。

2)用FrontPage或Dreamweaver制作模拟课件。

3)用Flash制作模拟课件。

4)用VR制作模拟课件。

3.实验室软件配置举例

经管类专业实验室软件的配置

经管类专业实验室软件配置包括基础软件和教学软件,基础软件包括操作系统、数据库软件和各种工具软件,教学软件是经管类实验室建设的重点。根据经济管理学科的教学需要,按照专业划分,教学软件可分为以下几类:工商管理类、财务会计类、统计决策类、证券金融类、管理科学与工程类、旅游管理类、国际贸易类、电子商务类。

一、模拟/仿真教学软件的配置

工商管理类实验软件依据管理学、经济学的基本理论,与具体的行业相结合,通过利用计算机仿真模拟教学实验环境,让学生们亲身参与企业的管理和决策。包括经营决策管理、人力资源管理、营销管理、生产运作管理、物流、企业连锁运营和财务管理等模拟软件。

财务会计类实验软件提供完整的模拟作账流程,逼真地模拟了财务管理中的财务分析、预算、筹资、投资管理流程。让学生直观感受工业企业、商品流通企业、行政事业单位三种不同类型的企业财务部门的基本业务流程,了解各环节工作内容、所需技能、岗位的设置情况以及业务流程,包括会计实务、财务管理等模拟软件。

统计决策类实验软件利用数量分析模型、图表再现等手段,对社会经济现象进行分析、预测。包括EVIEWS、SPSS、EXCEL等软件。

证券金融类实验软件利用计算机技术虚拟仿真市场经济环境,金融行业业务流程,使学生能更全面地了解金融知识,提高学生的专业知识和实际操作能力。包括证券期货外汇模拟交易、商业银行、国际结算、保险实务、金融实务、企业投融资决策、商业银行信贷业务等模拟软件。

管理科学与工程类实验软件提供一个虚拟的经营管理环境,利用计算机的优势,将整个抽象、复杂的经营管理环境演变为美观、人性化的互动人机界面,以实验的形式向学生不断呈现先进的管理思想。包括ERP模拟、企业经营决策、项目管理、MIS、供应链管理等模拟软件。

旅游管理类实验软件模拟现实的旅行社经营和行政管理、旅游资源的开发与利用、星级宾馆标准化业务程序流程,通过活泼多样的教学模式,提高导游人员和酒店服务人员的业务与技能。包括旅游信息、酒店管理和导游业务与技能等模拟软件。

国际贸易类实验软件通过案例为主线,以出口业务和进口业务为核心,模拟进出口的相关企业和海关的业务处理流程,让学生在一系列的案例中,通过在各流程中填写并传递各类单据,完成贸易过程,从而熟悉整个进出口贸易中各个细节及所要提交的单据。包括国际贸易、单证实务等模拟软件。

电子商务类实验软件模拟电子商务过程中B2B、C2B、C2C、B2C等几大交易类型,通过模拟角色扮演,让学员切身感受如何在网络中展开业务,完成相关业务流程。包括电子商务、网络营销等模拟软件。

二、模拟仿真教学软件的架构选择

统模式下,实验室的环境基本固定,课间切换工作量巨大,设备利用率低。因此,保证用户获得足够的自由度,同时满足集中管理和数据安全的要求,解决实验室管理的各种难题。通过这种管理架构,用户可以获得改进的服务,并拥有充分的灵活性,例如,在办公室或实验实训室里均可使用不同的客户端(如PC、智能手机、平板电脑等)使用存放在数据中心的虚拟机展开工作,实验管理人员通过虚拟化架构能够简化实验室管理,提高数据的安全性,降低运维成本。在技术架构上采用基于云计算技术的桌面虚拟系统架构,如图1-1所示。桌面虚拟化架构采用以用户为中心的计算、按需向用户提供IT资源,既不改变用户的使用习惯、在虚拟桌面模式下,只要更换一下用户名和密码,就能快速切换到新的实验实训教学环境中。实验室只需部署一台虚拟桌面主控机,使用原有的PC即可轻松构建虚拟桌面云实验室,踏上桌面云之旅;通过“桌面漫游”使老师能够在多个地点,多种设备上进行灵活便利的、连续性的备课和授业活动,学生只要连上网络,通过云技术访问数据中心的服务器,获得完整的学习环境;桌面与终端无关,实验管理人员只需进行用户绑定和后台管理,课程以桌面形式完整归档;桌面和数据集中于后台虚拟化服务器,数据安全有保障。前台终端与后台计算相分离,计算完全由后台虚拟机执行,架构优越,符合云计算概念;扩展能力优越,需要更多桌面时,只需向服务器添加虚拟机,物理资源不够时,可随时在集群的资源池中添加硬件扩展,稳定高效;出现故障时,虚拟机恢复简单快捷,大大提高了效率和系统安全。学校和学校之间资源可开放共享,可根据用户权限详细定义共享资源级别,教案,演练,考卷,习题可在有权限的老师间传看。

图1-1　基于虚拟桌面模式经管类实验软件架构

三、经管类实验室的软件维护

1.快速部署需要的教学桌面

通过对虚拟桌面模板进行克隆,可以实现快速批量部署与统一升级。虚拟桌面和用户数据集中于后台的数据中心的服务器中,前台PC终端与后台计算相分离,应用和计算完全由后台服务器执行,采用虚拟化部署,使得后台桌面和计算能力易扩展,易调整。在主控机管理平台上,根据教学需要配置了桌面环境,建立相应的快照,即可快速部署到每个学生桌面上,且课间切换瞬间完成。

2.快速更新教学环境

在基础快照上更新教学软件后,只需执行一下同步镜像动作,其他PC开机即可自动更新。虚拟桌面的主机名、AD域信息、DNS等都可以在部署时统一指定,通过对虚拟桌面模板进行升级,其对应的克隆虚拟机可以自动升级,从而实现统一升级;虚拟桌面的操作系统、应用系统与用户数据分离,保证用户数据不受升级影响。

3.快速恢复教学故障

教室内有电脑发生故障,死机等情况,只需执行“重建缓存”动作即可回退到系统初始状态。用户自动连接数据中心的服务器从桌面池分配虚拟桌面,用户退出桌面连接后,服务器自动恢复原始状态,无需担心病毒感染。

4.桌面环境零改变

所有的用户在使用电脑时都不会察觉到虚拟桌面系统的运行,同时管理员又能统一控制管理电脑的操作系统和软件。负载均衡可以使虚拟桌面负载均衡分布在各台服务器上,浮动桌面池每次用户连接时进行负载均衡,专用桌面池用户首次连接时进行负载均衡。