高校實驗室“五維開放”管理模式研究初探

摘要：針對目前高校實驗室共享管理特別是大型儀器設備共享管理存在的問題，如何更好的提升設備的利用率，本文提出了利用物聯網、云計算及大數據等先進信息化技術和手段，實現“五維開放”管理模式，從而達到從時間、空間、對象、內容及過程五個維度的全方位開放，提升實驗室、大型儀器設備的使用率，為我國高校及科研院所實驗室、大型儀器設備共享開放探索新的模式。

關鍵詞：五維開放；設備共享；預約管理；物聯網

一、存在兩個問題

開放式實驗室管理系統是為了解決我國目前科研院所儀器設備、特別是大型儀器設備共享問題而提出的。大型儀器設備存在兩個亟待解決的問題：一方面，重復采購；另一方面，使用率低下。如何解決這兩個矛盾呢，國內外一致的解決方案是建立實驗室開放預約機制，實現設備面向所在單位內外開放預約。

二、“五維開放”模式

（一）“五維開放”模式

本文提出了基于時間開放、空間開放、人員開放、內容開放到過程開放的五維高校實驗室管理模式，并提出可行性解決方案。依托校園網絡構建管理模式平臺，系統采用混合模式（B/S+C/S）架構，突破地域空間的限制、時間的限制，管理和過程監控完全實現自動化，數據放在服務器上。實驗教學環節完全在可控、可管理的模式下來運行，校內外用戶通過預約流程，在平臺上完成業務員邏輯驗證，最終達到完全開放式科研服務管理，有利于實驗室資源的充分合理利用，實驗室管理的科學化和規范化。

通過建立自動門禁系統，實現24小時無人值守模式的時間開放體系，建立基于云實景服務的空間開放服務體系，建立基于預約機制的面向校內、校外人員開放體系，建立基于平臺內容管控突破院系課程體系的內容開放體系，建立全程可運營可管理的流程化管控開放體系，最終實現五維開放式實驗室管理模式體系。

（二）“五維模式”實現策略

1）實現策略及方法

“五維開放”實驗室管理體系擬基于物聯網、大數據及云計算相關信息技術，依托國家實驗儀器設備開放及預約管理相關規則，結合我校實際，依托項目團隊相關項目經驗，設計實現一套開放式實驗室管理系統來達到五維開放的目標。

數據管理平臺：數據管理平臺為平臺運行提供基礎數據、日志管理、數據完整性約束等數據安全策略。主要設置學期數據管理、學生數據管理、教師信息管理、實驗課程信息管理和實驗設備信息管理，可以與科研院所的教務管理系統和固定資產管理系統實現數據管理對接。

計費管理平臺：計費管理平臺在線根據儀器使用者的使用機時或次數進行實時扣費，使用申請者能夠實時查看費用使用情況，管理者與財務分離，收支兩條線，實現便捷的財務付費服務。主要功能：費率管理、充值管理，報表管理等。

設備管理平臺：設備管理平臺完成對整個平臺下設備從分類、成套、使用過程到報廢全生命周期的管理。主要功能包括設備分類、大型儀器設備管理、設備生命周期管理、設備報表（利用率等）及設備報廢管理等。

實驗教學管理平臺：實驗教學管理平臺，主要實現對實驗教學、實驗成績、實驗教學資源發布等工作的管理，使實驗教學做到真正量化上的管理，實驗成績做到全過程量化考核，提高工作效率。主要功能：排課管理、實驗課程管理、實驗報告管理、預習管理、現場評分管理、實驗成績管理、教學資源管理等。

現場評分平臺：現場評分平臺，主要完成對實驗過程全流程監控，對每一個實驗現場完成量化考核，真正體現學生的實際試驗水平，培養創新型學生。主要功能包括移動終端管理、移動APP現場打分系統及現場打分統計分析等。

開放預約平臺：針對開放式實驗室的使用特點，提供開放時間、開放場地、開放對象、開放內容及開放過程的開放式預約管理。支持預約與使用記錄自動關聯，支持預約未履行懲罰，支持預約取消審核及授權及用戶積分機制。主要功能包括預約授權管理、實驗室預約、大型儀器設備預約管理及預約信息發布展示及統計等功能。

門禁平臺：門禁平臺為實驗室的開放提供技術保障，對進出人員完成身份認證管理，對電控平臺提供聯動觸發機制，并完成自動視頻監控考勤功能，防止替代考勤。只有經過授權的人員，身份合法且在授權時間內，才能開門并進入實驗室做實驗，如有電控，對應的預約或者安排的實驗設備的電源自動開啟。主要功能包括遠程門禁管理、門禁現場管理及考勤統計等功能。

電控平臺：電控平臺為開放式環境下，設備派發監管提供技術支持，根據預約時段自動開啟/關閉設備，確保開放環境下設備使用的唯一性和可控性。主要功能包括電控模型管理、現場拓撲管理及設備電管理等。

視頻跟蹤監控平臺：視頻監控平臺為整個實驗室提供7*24小時無人值守現場監控，確保開放式環境下實驗室的安全。主要功能包括實驗室實時監控管理、實驗室視頻監控歷史數據管理、視頻監控云臺管理及實驗關鍵過程視頻監控等功能。

三、“五維開放”模式可行性分析

為了便于科研院所提升現有實驗室的服務能力和服務水平層次，解決上課時間之外實驗室的使用問題、解決校內外非實驗室工作人員使用實驗設備的問題、解決實驗內容難以共享問題，最終實現二十四小時無人值守下的時間開放問題、空間開放問題、解決對所有有資質用戶的用戶開放問題、解決高層次實驗內容開放共享問題及解決試驗過程全流程可運營可管理的過程開放問題。綜合考慮我校科研院所的日常工作情況，對本系統的開發可行性進行了如下分析：

（一）技術可行性

（1）操作可行性分析：本系統面對的使用人群是科研院所人員，這些人員用戶數較多，登錄頻繁，并不經常的使用此系統，所以盡量的減少系統學習時間，盡可能的進入系統后，通過系統指引和簡單的菜單目錄結構，便能方便的操作。

（2）權限可行性分析：使用角色進行權限分配管理，為了使系統易于權限管理和控制，引入角色概念，便于授權，簡化了權限分配工作強度。

（3）實施可行性分析：批量的數據管理功能，在單條數據錄入的功能實現的同時，系統提供了前臺的批量數據管理功能，減輕系統初始上線工作，通過批量的初始化功能，可以輕松實現系統上線，提供外部Excel導入的功能。

（4）業務可行性分析：系統開發時應考慮到科研院所工作流程的特性，實現實驗室管理的業務流程，使用同一系統即可完成上下級間的信息傳遞。

（5）安全可行性分析：本系統的使用者為科研院所和校外的工作人員，系統中記載的信息也應嚴格保密，因此，應針對不同級別的使用者限定操作權限，并對自動記錄系統用戶的登陸、修改、退出等操作信息。

（6）兼容性可行性分析：系統應具備高的兼容性，既要能適應不同配置的電腦，還需要能與各種基本程序與軟件兼容，從而實現信息共享最大化。

（7）容錯可行性分析：應具備高的容錯性，在出現系統崩潰的情況下能夠通過采取有效措施來保證系統的持續運行和系統內數據的準確。

（二）經濟可行性分析

本模式建立的開放體系，不僅可以提升設備利用率，降低人員成本，而且通過開放，可以實現自盈利能力，最大化提升設備的投資效益。

（三）政策可行性分析

貫徹落實黨的十九大和國家、內蒙古自治區《中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020年）》精神，根據《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》中都明確提出了高校實驗室建設、設備采購特別是大型儀器設備的采購要統籌兼顧，提升設備利用率，研究好的開放式設備預約服務體系，更好的為教學、科研及社會服務服務。

從技術可行性、經濟可行性到政策可行性進行了深入分析，可以看出建設五維實驗室開放服務體系具備良好的經濟、技術和政策可行性支持。

四、總結

本文提出了“五維開放”實驗室管理模式，實現了時間開放、空間開放、對象開放、內容開放及過程開放，提高了設備利用率，解決了重復購置問題。將實驗教學管理、實驗過程管理及實驗結果管理實現流程化管理，即具備了傳統的實驗教學管理功能，又具備了開放實驗室管理的功能。方案采用標準接口，具備與第三方系統無縫對接能力，為我國高校實驗室開放共享提供了可行性的解決方案。

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項目支持：內蒙古農業大學2017年教育教學改革研究重點項目-高校實驗室“五維開放”管理模式研究與改革支持（項目編號JGZD201709）

作者簡介：王步鈺（1981.05），男，碩士研究生，甘肅省鎮原縣 職稱：講師，研究方向：農牧業大數據。