電子信息類實驗室信息化建設(shè)及開放管理

陳 珺, 金 星, 羅勛鶴,王永濤

(1. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 信息技術(shù)教學(xué)實驗中心, 湖北 武漢 430074；2. 中國地質(zhì)大學(xué)(武漢) 實驗室與設(shè)備管理處, 湖北 武漢 430074)

國務(wù)院下發(fā)的《國務(wù)院辦公廳關(guān)于深化高等學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育改革的實施意見》中要求“各地區(qū)、各高校科技創(chuàng)新資源原則上向全體在校學(xué)生開放,開放情況納入各類研究基地、重點實驗室等的評估標(biāo)準(zhǔn)。”教育部在 《教育部等部門關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校實踐育人工作的若干意見》 《教育部關(guān)于辦好開放大學(xué)的意見》中多次強(qiáng)調(diào)了實驗室開放,實驗室信息化建設(shè)在高等學(xué)校創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方面的重要作用。

1 電子信息類實驗室運行中的主要問題

電子信息類實驗室作為電子、通信、自動化、計算機(jī)等許多專業(yè)學(xué)生實踐能力培養(yǎng)的主陣地,在創(chuàng)新人才培養(yǎng)方面發(fā)揮著巨大的作用。中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)的湖北省電工電子實驗教學(xué)示范中心建成已有12年,在促進(jìn)實驗教學(xué)改革、培養(yǎng)創(chuàng)新人才方面取得了許多成績,但是也存在著許多問題。其中一個突出問題就是實驗室資源利用不夠,實驗室開放力度不夠,制約了學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)和創(chuàng)新活動的開展,這也是許多高校實驗室都存在的問題[1-4]。當(dāng)前高校的電子類實驗教學(xué)主要是作為理論教學(xué)的補(bǔ)充,實驗課程的安排是隨著理論課程的深入來進(jìn)行的,因此實驗室在學(xué)期開始時幾乎都空著,而到學(xué)期中后期各個課程需要集中使用實驗室時,使用情況非常緊張。近年來,隨著國家和各高校不斷推動創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐活動,各級創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類競賽項目層出不窮。對于電子信息類學(xué)生來說,與專業(yè)相關(guān)的實踐活動需要在電子信息類實驗室內(nèi)完成。教學(xué)實驗室是本科生非常好的實踐場所,但是許多高校都存在著實驗人員配置不夠[5-6],實驗管理人員對于實驗室開放缺乏積極性的現(xiàn)象[7-8],原有的開放管理模式無法從根本上改變這一現(xiàn)象。造成了一方面學(xué)生沒有合適的場所完成創(chuàng)新項目；另一方面有大量的教學(xué)實驗室在晚間和周末閑置的現(xiàn)象。為了加強(qiáng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng),部分高校建立了專門的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心,有的甚至是獨立的一棟大樓來支持這項工作,許多大樓里設(shè)施完善,但大部分時間卻都空著。造成這些現(xiàn)象的主要原因是實驗室、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)中心的開放管理沒有跟上。

傳統(tǒng)的電子信息類實驗室管理主要采用人工進(jìn)行管理,實驗課程的安排,實驗室開放的登記都是人工來完成。由于實驗教師和實驗室管理人員有限,采用傳統(tǒng)的實驗教學(xué)管理模式,只能滿足正常的實驗教學(xué)和白天的實驗室開放,很難滿足實驗室在夜間和周末的開放使用。實際上,要培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力,首先要做到的就是培養(yǎng)學(xué)生獨立思考和解決問題的能力。學(xué)生在完成創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目時,應(yīng)該能有條件充分調(diào)動和發(fā)揮自己的主觀能動性。實驗室的管理部門,需要給學(xué)生提供一個完善、方便的實驗條件,讓學(xué)生能夠根據(jù)自己的時間安排自由地到實驗室進(jìn)行實驗。建設(shè)前期對學(xué)生進(jìn)行調(diào)查問卷情況顯示,95%的學(xué)生希望能夠不通過人工登記而直接在網(wǎng)上實現(xiàn)實驗室的開放預(yù)約使用。而且由于理論課程的學(xué)習(xí)多安排在白天,學(xué)生也希望能夠在晚間或周末能夠自由地使用實驗室。這些都是傳統(tǒng)的實驗室管理方式和現(xiàn)有的實驗人員配置難以保證的。

2 電子信息類實驗室信息化建設(shè)

信息化技術(shù)的引入幫助許多高校解決了儀器設(shè)備資產(chǎn)管理、實驗室安全管理、實驗項目管理等方面的一些問題[9-11]。調(diào)研論證[12-16]表明實驗室信息化建設(shè)也能幫助我校解決實驗室開放中的問題。因此2017年,我校針對電工電子實驗教學(xué)示范中心啟動了實驗室的信息化建設(shè)項目。通過電工電子類實驗室智能化建設(shè)項目,我校對電工電子類相關(guān)的6個實驗室實現(xiàn)了智能化建設(shè)。第一期建設(shè)的6個實驗室有電子技術(shù)實驗室、單片機(jī)實驗室、EDA實驗室、接口實驗室、大學(xué)生科技創(chuàng)新實驗室、智能小車競賽實驗室。選擇第一批建設(shè)這6個實驗室是因為:電子技術(shù)實驗室是我校電子信息類實驗室中涉及專業(yè)最多、上課人數(shù)最多的專業(yè)基礎(chǔ)實驗室；單片機(jī)和EDA實驗室是電信類本科生和研究生使用人數(shù)最多的專業(yè)實驗室；接口實驗室是目前專業(yè)實驗室中設(shè)備最先進(jìn),功能復(fù)用最多的實驗室；大學(xué)生科技創(chuàng)新和智能小車競賽實驗室是我校專門用于學(xué)生科技活動和競賽的實驗室,學(xué)生流動量大。這6個實驗室的教學(xué)內(nèi)容與提供的資源形成了一個階梯狀、完整、開放的電子信息類人才培養(yǎng)環(huán)境。借助先進(jìn)的智能化實驗室管理手段,在原有的實驗隊伍配置的條件下,以上6個實驗室作為我校第一批電子信息類開放實驗室,實現(xiàn)了實驗室在時間、空間上對學(xué)生的開放,以及實驗材料、實驗設(shè)備、實驗內(nèi)容等資源對學(xué)生的完全開放。

通過建立電子信息類實驗室智能化管理平臺,第一批建設(shè)的所有實驗室門禁、設(shè)備電源、元器件及工具取用柜、照明、空調(diào)、安全監(jiān)控、攝像頭等硬件設(shè)施都通過網(wǎng)絡(luò)接入到智能實驗室管理系統(tǒng)中統(tǒng)一管理。智能實驗室管理系統(tǒng)可以實現(xiàn)實驗室運行情況展示、實驗內(nèi)容展示、實驗室排課、預(yù)約使用、實驗室的授權(quán)管理、實驗室所有硬件設(shè)施的遠(yuǎn)程控制、實驗室情況的遠(yuǎn)程查看、實驗課程報告的提交、實驗內(nèi)容的討論、實驗相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等功能。

使用該系統(tǒng),學(xué)生不用到實驗室找實驗管理人員就可以很清楚地通過電腦或手機(jī)查詢某個實驗室在不同時段的安排情況,同時預(yù)約到某個實驗室進(jìn)行實驗,實驗管理人員可以在任何地方審核并批準(zhǔn)學(xué)生的實驗請求,在晚間或周末無人值守的情況下,學(xué)生也可以在實驗室進(jìn)行實驗。這里的無人值守并不是說該時間段學(xué)生到實驗室進(jìn)行開放實驗時就沒有監(jiān)管。借助聯(lián)網(wǎng)的智能化管理手段,學(xué)生從刷校園卡或掃二維碼進(jìn)入實驗室的那一刻,取用工具耗材、使用儀器設(shè)備進(jìn)行實驗,直至實驗完成、整理實驗臺、離開實驗室全過程都有痕跡管理。實驗管理人員可隨時通過視頻查看實驗室的情況,也可通過攝像頭上的對講機(jī)遠(yuǎn)程語音提醒學(xué)生注意實驗紀(jì)律。實驗完成以后學(xué)生要按照要求將實驗臺面整理干凈,養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣,否則將會被系統(tǒng)扣除信用分,信用分低的學(xué)生使用權(quán)限會受限；而實驗習(xí)慣良好的且經(jīng)常到實驗室進(jìn)行開放實驗的學(xué)生,信用分會增加,從而實驗室的使用權(quán)限也會增加。比如信用分高的學(xué)生有優(yōu)先權(quán),提交預(yù)約申請后,系統(tǒng)可以直接分配給他們實驗室的使用權(quán)限。實驗室使用流程越簡單越有利于培養(yǎng)學(xué)生到實驗室做實驗的習(xí)慣,從而增加了實驗室的使用率。

3 使用效果及開放管理

通過智能實驗室管理系統(tǒng),實驗室管理人員可以很方便地實現(xiàn)對不同學(xué)生進(jìn)行不同權(quán)限、不同時段的授權(quán),來滿足各種情況的開放需求。信息化建設(shè)還帶來了實驗室使用和相應(yīng)的管理方式等全方位的改變,具體有以下6個方面:

(1) 改變了原有手動錄入門禁使用信息的方式,可直接與學(xué)校的信息化管理平臺對接,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

我校的電工電子類實驗教學(xué)示范中心早在10年前就安裝了門禁系統(tǒng),但該門禁系統(tǒng)僅能實現(xiàn)授權(quán)后的刷卡使用,并不能聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行管理。每次使用時需要師生提交紙質(zhì)的實驗室使用申請,然后到刷卡機(jī)上自行讀出校園卡的內(nèi)碼并抄下,再提交到實驗管理人員處,手動將該內(nèi)碼輸入門禁管理系統(tǒng)中,同時設(shè)置相應(yīng)的使用權(quán)限方可使用,而且一旦校園卡丟失更換,需要重新做一遍以上操作,過程繁瑣,非常不方便。

而對接了學(xué)校的信息化管理平臺以后,學(xué)生和教師通過自己的學(xué)號或工號登錄該系統(tǒng)后,與其相關(guān)的班級、專業(yè)、課程、校園卡等信息都可實時讀取,不需要人工查詢輸入內(nèi)碼,逐個授權(quán)使用。由于該系統(tǒng)對接了學(xué)校的信息化管理平臺,師生用工號學(xué)號登錄該系統(tǒng)以后,所有信息都是實時更新的,即使更換了校園卡,也不需要專門對門禁進(jìn)行設(shè)置,原有老卡權(quán)限自動作廢,新卡自動獲得原來設(shè)置的門禁權(quán)限。

(2) 實驗室的硬件設(shè)置都通過網(wǎng)絡(luò)接入系統(tǒng),實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

每個實驗室的每組設(shè)備電源、每組照明、每臺空調(diào)、每個攝像設(shè)備的狀態(tài),實驗室目前的使用情況,實驗室的實時畫面,實驗課安排及開放情況等都可以很清楚地通過該系統(tǒng)展示,同時上述所有設(shè)備都可實現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。管理員登錄管理系統(tǒng)后可以很直觀地看到實驗室門禁刷卡使用以及實驗設(shè)備是否異常等情況,然后可以很方便地通過選單欄選擇相應(yīng)的選項完成遠(yuǎn)程控制實驗設(shè)備或空調(diào)、照明等裝置的打開或關(guān)閉。同時管理員也可以很方便地通過實驗室內(nèi)的無死角攝像裝置實時查看所管理的所有實驗室的情況。即使實驗管理員不在實驗室內(nèi)也可同時管理多個實驗室,實現(xiàn)無人值守的開放式管理。

(3) 實驗室可以很方便地實現(xiàn)分時復(fù)用及學(xué)生上課信息的批量導(dǎo)入。

對實驗室進(jìn)行分時復(fù)用是因為不同的專業(yè)課實驗課程量有很大的差別。例如我校的單片機(jī)課程是電學(xué)專業(yè)的主干必修課,2017年有5個專業(yè)15個班級,共計692個學(xué)時的單片機(jī)實驗和課程實習(xí)在單片機(jī)實驗室完成,2018年后學(xué)習(xí)單片機(jī)課程的班級還會增至22個；接口實驗課程每年總實驗學(xué)時數(shù)為48學(xué)時。同時,單片機(jī)的實驗課和實習(xí)時間相對比較集中,高峰期一個單片機(jī)實驗室不夠用,就需要將接口實驗室也作為單片機(jī)實驗室用。通過在智能實驗室管理系統(tǒng)里面設(shè)置實驗室分時功能,可以很方便地完成同一個實驗室多個功能的分時復(fù)用。

(4) 預(yù)約和使用實驗室更為方便自由,可以激勵更多的學(xué)生到實驗室進(jìn)行實驗,提高實驗室的使用率。

教師和學(xué)生不需要到實驗室就可以看到實驗室目前的排課情況,完成實驗室的預(yù)約使用。相較于以前需要到實驗室查看實驗室是否空閑,找教師預(yù)約使用、開門等繁瑣的手續(xù),現(xiàn)在的方式所需時間少,實驗室使用更方便。同時,以前實驗室只能在白天工作時間開放,現(xiàn)在可以實現(xiàn)全天候開放。智能實驗室使用情況顯示,學(xué)生更喜歡在晚上9點以后使用實驗室開展科研活動,此時間段相對干擾因素較少,更容易集中注意力從事思考和實踐。

(5) 采用信用分制度對學(xué)生使用實驗室的情況進(jìn)行監(jiān)督管理,有利于學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。

以前實驗室開放時,很多學(xué)生在完成實驗后都沒有收拾實驗臺的習(xí)慣,這給實驗室的教師帶來了很多額外的工作。如果開放力度一大,實驗室的教師除了授課和科研以外,還要花很多的時間收拾實驗臺,這也是許多實驗室教師對于實驗室開放不是很積極的原因。

使用智能實驗室管理系統(tǒng)以后,學(xué)生預(yù)約使用的實驗臺號在系統(tǒng)有記錄,使用過程有視頻影像,使用后的臺面整潔情況由后面使用該臺面的學(xué)生進(jìn)行評分。如果學(xué)生不遵守實驗室的規(guī)章制度,實驗完成后不還原實驗設(shè)備,不整理實驗臺面,將直接影響其信用分,因此能夠督促學(xué)生養(yǎng)成良好的實驗習(xí)慣。這樣,實驗室在實現(xiàn)開放的時候,并沒有過多地增加實驗室管理員的整理工作量,有利于提高實驗室人員對實驗室開放的積極性,讓其仍然把主要精力放在實驗室建設(shè)、教學(xué)科研和管理上。

(6) 能對實驗過程進(jìn)行痕跡管理,對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行客觀的實時統(tǒng)計分析,數(shù)據(jù)準(zhǔn)確且減少了人工統(tǒng)計的工作量。

隨著國家和學(xué)校越來越重視對學(xué)生動手能力的培養(yǎng),對實驗室建設(shè)的投入也越來越大。實驗室建成以后,實驗室建設(shè)和使用的績效情況往往需要實驗室教師通過提交各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計表來反映,統(tǒng)計工作量大,而且人工統(tǒng)計有很多數(shù)據(jù)也不夠客觀準(zhǔn)確。

使用智能實驗室管理系統(tǒng)以后,學(xué)生在實驗室上實驗課或自行進(jìn)行實驗,系統(tǒng)對所有的操作時間和內(nèi)容都有記錄,并能根據(jù)管理員的要求生成統(tǒng)計數(shù)據(jù)。所有實驗室統(tǒng)計數(shù)據(jù)都可以通過該系統(tǒng)客觀詳實地反映出來,并且可以實時提取。

4 結(jié)語

我校的電工電子實驗教學(xué)示范中心的第一期信息化建設(shè)是我校在實驗室管理信息化建設(shè)上的一次嘗試,本期建設(shè)選取的6個實驗室是我校電子信息類實驗室中比較有代表性的實驗室,對其他教學(xué)及科研實驗室的開放管理都有重要的借鑒作用。智能實驗室管理平臺建成后已有多個高校到我校參觀交流實驗室信息化工作。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)了實驗室的網(wǎng)絡(luò)化使用和管理,對加快我校實驗室開放管理模式和體制機(jī)制創(chuàng)新創(chuàng)造了條件,提高了實驗室的使用效率和管理效率,為實驗資源共享搭建了平臺,為創(chuàng)新實踐人才的培養(yǎng)提供了保障。以此為基礎(chǔ),我校將穩(wěn)步推進(jìn)實驗室的信息化建設(shè)工作,逐步將實驗室建設(shè)、使用和管理工作規(guī)范化、透明化、高效化,為廣大師生提供更好的學(xué)習(xí)、實踐和創(chuàng)新環(huán)境。也為下一步我校電子信息類實驗教學(xué)資源整合和實驗教學(xué)改革做準(zhǔn)備。

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