構建信息平臺 推進“機械基礎”實驗室開放運行

唐 建， 周春華， 張蕉蕉

(解放軍理工大學 野戰工程學院,江蘇 南京 210007)

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構建信息平臺 推進“機械基礎”實驗室開放運行

唐 建， 周春華， 張蕉蕉

(解放軍理工大學 野戰工程學院,江蘇 南京 210007)

根據我校通識課程“機械基礎”及其實驗的特點，本文從教員、學員和實驗室使用與建設等方面分析了實驗室管理所面臨的難題，這些難題阻礙了實驗的開放式、自主性開設。并在此基礎上闡述了“機械基礎”實驗室建設、實驗管理信息系統的主要內容，以及實現實驗室開放性、自主性管理的必要性；此外，本文全面規劃了實驗室管理信息系統，詳細介紹了其功能與構成；最后，介紹了“機械基礎”實驗室管理信息系統建成后實驗室的運行情況，以及取得的成果與效益，并對進一步建設提出了詳細的設想和規劃。

機械基礎實驗； 開放性實驗； 自主性實驗； 管理信息系統

0 引 言

“機械基礎”是理工大學面向全校合訓類學員開設的一門機械類工程技術基礎課程，年平均授課人數達到近千人?！皺C械基礎”課程實驗是該課程教學的重要組成部分，其開設對于幫助學員直觀認識機器、機械、機構及零件，深入理解理論學習內容，使其具備運用常用機構、機械及通用傳動裝置的能力，以及培養學員的機電素養、工程素質和實踐創新能力等發揮著不可替代的重要作用。

我?！皺C械基礎實驗室”正是緊密圍繞上述目標所建設的，在實驗設備購置以及實驗內容設置時，充分考慮了實驗的基礎性、擴展性、探索性和創新性。學員在參觀完該實驗室后，對相關實驗表現出濃厚的興趣，同時提出，希望能根據個人需求、興趣和時間，自主地開展實驗。

1 實驗室管理信息系統建設的必要性

建設開放性實驗室，并不是簡單地把門打開[1-3]?！皺C械基礎”實驗室面臨的諸多現實難題阻礙了實驗的開放式、自主性開設，主要包括：

(1) 實驗授課教員人數多管理難。我校每年有約13名教員為全校近千名學員開設《機械基礎》課程，相關實驗課的開設目前都由相應的任課教員承擔，一些授課用教具也存放于該實驗室，這給實驗室管理，尤其是控制人員進出、明確管理責任、追溯物品去向等帶來較大管理難度；

(2) 實驗課時間協調、編排困難。由于學員人數多，師資力量有限，《機械基礎》課程通常采用大班授課，每班人數都在80人以上。同一班內的學員來自不同專業、不同區隊。在以往，實驗課時間需要提前與學員預約協調好，并在開課之初就統一編制實驗課表，嚴格按照課表實施，一旦學員或者教員因故無法按課表實施實驗教學，實驗時間的調整就非常困難，甚至牽涉到其他班的教員和學員；

(3) 實驗場地容量有限?！皺C械基礎”實驗室面積僅為250 m2，分3個房間，最小的房間僅能滿足20人實驗，最大房間也不過30人，對于80人左右的大班，教員至少需要對同一個實驗重復開設3次以上；

(4) 難以實現教員全時段職守實驗室。該課程的任課教員同時承擔著繁重的教學和科研任務，很難做到全時段職守實驗室，為此，中心專門制定了“機械基礎”實驗室管理規則，對任課教員推行值班制度，但制度的落實本身需要一定的技術手段作為支持；

(5) 學員存在專業、能力、需求上的差異。《機械基礎》課程的授課對象來自不同專業，既有機械類專業學員，也有近機械類專業學員(如道橋、地爆專業)，還有非機械類專業學員(如氣象、水文、通信專業)。根據專業的不同，所開設的實驗項目是有差異的，但由于不同專業混合編班，以往采用集中開設實驗的方式很難體現這種專業上的差異性；

(6) 實驗學時緊張，少數實驗開出率不高。根據現行的課程標準，配套的“機械基礎”課內實驗學時僅為10學時，只能完成國家和軍隊所規定的“機構認知實驗”、“零件認知實驗”、“齒輪參數測量實驗”、“帶傳動實驗”等基礎性、驗證類實驗，而對于“機構創新實驗”、“機器人實驗”、“3D快速成型加工實驗”等學員普遍表現出濃厚興趣的探索性、創新性、綜合設計性實驗，則需要在課表所預定的時間以外進行，學員個人需與教員預約，時間上很難得到保障，因此，這類實驗開出率并不高。

基于上述原因，尤其是學員對于不同實驗項目進行深入探索和研究的意愿差異性，集中開設實驗的模式在激發學員自主探索和創新方面，顯得動力不足，也在很大程度上阻礙了“機械基礎”實驗開出率的提高。

2 “機械基礎”實驗室管理信息系統建設

為了便于實驗室管理和實現學員在線預約的自主性實驗[4-6]，經過嚴密論證，本實驗室建設了一個基于校園卡的實驗管理信息系統，該系統的主要功能與構成如圖1。

圖1 “機械基礎”實驗室管理信息系統構成與功能

系統的基本構成和主要功能描述如下[7-8]：

(1) 門禁系統。實驗室安裝自動門，門上配置校園卡刷卡器，刷卡器控制自動門的開、閉，可實現：①教員刷校園卡進、出實驗室，可記錄實驗指導教員在位情況，實驗指導任務完成情況，可追溯其管理職責履行情況；②學員刷校院卡進、出實驗室，可記錄學員進入、離開實驗室的時間、次數和持續時間，全面掌握學員實驗實施情況，統計實驗開出情況，便于獲取數據進行分析，不斷優化和調整實驗項目的開設；③當同時實驗人數超過實驗室最大承載量，則暫停放行學員進入實驗室，對實驗室內人數進行控制。

(2) 監控系統[9-10]。實驗室內安裝攝像頭，可實現：①現場實驗指導教員可實時監控實驗室內各個角落的實驗開展情況，及時發現違規操作，并及時給有需要的學員以指導和幫助；②教員在中心校區也能在線掌握實驗開設情況；③可有效實現實驗室防火、防盜。

(3) RFID射頻系統[11-12]。實驗室內的重要儀器、物品上粘貼RFID射頻卡，并在大門適當位置安裝RFID掃描儀，實現：①實驗室內任何物品進出大門，RFID掃描儀都將自動獲取其相關信息，并以報警的方式提示管理人員，在獲得管理人員認可后，攜帶人員須刷校院卡，待系統記錄其個人信息后，方可將設備儀器帶出實驗室；②歸還儀器設備時，RFID掃描儀自動獲取設備信息，并由借出人員刷卡完成歸還信息的記錄；③信息系統將借出實驗設備與借用人信息相關聯，并存儲于管理信息系統，可實現對物品進出入實驗室情況的可追溯性管理。

(4) 條碼系統。實驗室內所有物品按規則編制和粘貼條碼，并配置條碼掃描儀(PDA)，實現：①所有物品信息以刷條碼的方式錄入管理信息系統，便于實驗室管理人員對物品進行定期點驗；②學員完成實驗報告后，在報告上的指定位置粘貼個人條碼，教員使用PDA刷取條碼，獲取學員信息，便于實驗成績的登統計和實驗情況統計數據的分析。

(5) 信息管理系統[13-14]。建立一個在線數據庫，對前述各系統所獲取的信息進行集中、關聯式管理，教員通過實驗室所配置的電腦使用該數據庫，也可通過其個人辦公電腦登錄該數據庫，并同時實現：①教員在其他校區即可對實驗室實施在線監控和管理；②學員可實現實驗的在線預約，可根據實驗室實時情況，決定或更改個人實驗實施計劃；③條碼上承載豐富的儀器設備信息，包括其服役、維修、報廢等全壽命周期信息，管理信息系統可實現儀器設備的全壽命管理。

3 實驗室運行情況

“機械基礎”實驗室管理信息系統建成后，中心制定了配套的運行制度和管理規定，積累了大量行之有效的管理方法和經驗，實現了以信息技術推動實驗室管理模式的改革，促成了實驗室的開放式運行。直至目前，其運行情況良好[15,16]，并在以下幾個方面表現出突出的優越性：

(1) 有效促進了實驗室的“三開放”。所謂“三開放”，即實驗時間開放、實驗資源開放和實驗內容開放[2-3]。學員可以更加靈活地選擇實驗時間、實驗內容，更加開放的使用實驗資源，學員的探索熱情、創新能力將得到進一步的激發和提高，實驗資源也得到更加充分的使用；

(2) 大幅度增加了學員的有效實驗時間。按照以往的實驗運行模式，只有課程標準中規定的10學時的實驗時間能得到保證。而在管理信息系統支持下，實驗室每周一、二、三、四下午和晚上開放，每天可接待學員150人(次)。按照每學期開放16周計(注：除去開學、學期末、綜合演練、精武杯等時間)，該實驗室每學期接待學員9 600人/次。若按每人每次實驗2 h，該實驗室每學期開放的總有效時間為19 200學時，即平均每個學員可使用的有效實驗時間約為19 h，這19 h既可以滿足課程標準規定的10學時的基本需求，也給學員開展探索性、創新性實驗預留了充足的時間，完全可以滿足學員的個性化需求。

(3) 管理責任明確，節約了教員時間。實驗室實行值班教員負責制，即當日值班教員承擔指導學員實驗的任務，并對當日進出入實驗室的所有學員負責，對所有器材物品負責，且需在確保設備儀器無故障、無丟失后方可與下一位值班教員交接，其管理職責非常明確。同時，由于不再采用實驗集中授課模式，任課教員不用再多方協調、提前預約實驗時間，也不用所有工作日都職守在實驗室，將教員從瑣碎的實驗室管理事務中解放出來。

(4) 物品管理更加規范、高效。由于在重要儀器設備以及存放于實驗室內的教具上粘貼了RFID射頻卡，任何物品的帶出都必須經門禁系統認可和記錄，并與實驗室進出人員個人信息相關聯，實現了物品、器具進出入的可追溯性管理。同時，所有儀器、設備、器材粘貼條碼，只要用PDA刷取條碼即可完成物品的集中點驗，大幅度提高了物品點驗效率，降低了誤點率，也減少了教員的工作量。

4 成果與效益

“機械基礎”實驗室管理信息系統的建設，解決了以往實驗室管理和實驗課程開設所面臨的諸多矛盾，即：有限的課內實驗學時與豐富的實驗內容之間的矛盾；學員數量大與實驗場地有限之間的矛盾；實驗開設的集中統一性與學員能力和需求差異性之間的矛盾；教員跨校區授課，無法全時段職守實驗室和實驗室全時段開放需求之間的矛盾。

同時，實驗室在培養學員創新能力和實驗室建設方面取得了顯著效益，主要體現在：

(1) 學員參加各類機械創新大賽，成果豐碩。以實驗室為依托，中心組織了全校性“機械創新俱樂部”，指導本科學員參加?！白吭奖笨萍紕撔麓筚悺⑷珖敖K省“機械創新”大賽、“全國大學生交通科技大賽”、“全國機器人大賽”等賽事，獲得全國一等獎2項，二等獎6項；省一等獎8項，二等獎16項，三等獎7項，位列軍隊院校和江蘇省各高校的前列。同時，基于這些創新成果，學員們還獲批國家發明專利7項，新型實用專利12項。

(2) 實驗室建設獲得跨越式發展。近年來，緊密圍繞“學為主體，教為主導，能力為本，知識、能力和素質全面發展”的教育理念，本實驗室一直在推進實驗室的自主式、開放式運行上狠下功夫，在信息化管理上狠下功夫，在相關軟硬件建設上狠下功夫?！皺C械基礎”實驗室所屬的“軍用機械裝備實驗中心”2013年獲批江蘇省省級實驗示范中心，2014年申報國家級實驗示范中心。而這些實驗示范中心的評價都非常重視實驗教學的規模效應，在促進學員“自主動手、深入探索、促進創新”等方面所發揮的重要作用。本實驗中心能夠在眾多參評的實驗室中脫穎而出，很大程度上得益于所進行的信息化建設，以及基于信息化建設成果所推行的實驗室開放式、自主式管理。

(3) 廣泛開展實驗教學研究，教研成果豐碩。為深化推進實驗室開放性、自主性運行，圍繞實驗室建設和管理的相關問題，中心承擔了多項軍隊級及校級教學研究課題，并獲得軍隊級教學成果1項，校級成果4項，學院及成果2項，撰寫12篇相關教育研究論文，實驗教學研究成果豐碩。

5 展 望

下一步，在現有基礎上，“機械基礎”實驗室將建強信息化平臺，豐富信息化實驗資源，進一步推進實驗室運行的開放性和自主性，主要著力點在于：

(1) 實現“機械基礎”實驗的“虛實結合”。即建設網上虛擬實驗室，豐富虛擬、仿真實驗資源，上傳實驗視頻文件，實現“理論學習→虛擬實驗→實際操作”的無縫銜接。在實際操作之前，學員可以登錄網上虛擬實驗室，了解實驗內容、實驗步驟、重點環節等，以縮短在實體實驗室的停留時間，提高實驗室周轉率；同時，一些實驗成本高、實驗效率低、實驗效果不理想的實體實驗，可由網上虛擬實驗代替，可豐富實驗內容，形成對實體實驗的有力補充。

(2) 實現實驗教學評價的網絡化管理。建設基于網絡的“機械基礎”實驗在線評價平臺，學員可在線完成實驗報告，教員則可對其實驗操作、實驗過程、實驗結果、實驗報告等進行在線評價。學員也可對實驗教學進行在線評價，及時反饋對“機械基礎”實驗開設的意見和建議。

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Building an Information Platform to Promote the Running of the Open Laboratory of “Machinery Foundation”

TANGJian,ZHOUChun-hua,ZHANGJiao-jiao

(College of Field Engineering, University of Science & Technology of PLA, Nanjing 210007, China)

According to the characteristic of machinery foundation experiments, the paper analyzes the difficulty of experiment running, and expounds the needs to realize opening experiments and independent experiments. On the bases, the paper marks out the experiment system and introduces it’s function and structure. In the end, the paper introduces the running and the benefit of experiment platform.

machinery foundation experiment； opening experiments； independent experiments； management information system

2015-03-28

唐 建(1977-)，女，四川廣安人，博士，講師，主要從事機械設計及理論方面的實驗教學和研究工作。

Tel.：13951824347；E-mail：lgdx-tj@163.com

周春華(1978-)，女，山東單縣人，博士，講師，主要從事機械設計及理論方面的實驗教學和研究工作。

Tel.：13851710561；E-mail：zchzch780111@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2016)02-0259-04