人工智能技術在高校實驗室管理中的應用

朱燕祥 王勇軍

摘要：傳統高校實驗室管理模式已經難以適應教學改革發展的新要求。人工智能技術的應用對建立創新型、開放型的高校中心實驗室，發揮著積極作用。文章綜述了我國高校實驗室運行的現狀及其存在的問題、人工智能技術在高校實驗室管理中的應用模式以及發展展望，為加強高校實驗室的智能化管理提供了參考。

關鍵詞：人工智能;高校;實驗室;管理

中圖分類號：G717? ? ?文獻標志碼：A? ? ?文章編號：1674-9324（2019）50-0007-02

隨著教育改革的不斷深入以及社會對創新型、技能型人才需求的增加，高校實驗室在建設規模、儀器設備和實踐性教學安排等方面的投入不斷加大，為高校培養社會適用型人才發揮了重要作用。在滿足教學實踐需求的同時，高校實驗室也承擔了繁重的科研任務，因此傳統人工管理模式很能適應新的管理要求。實驗室運行時間和儀器使用頻度的增加，以及管理人員不足等因素，不但帶來管理效能的降低，也帶來了各種安全隱患。建立創新型、開放型、資源共享型的中心實驗室，采用人工智能技術進行科學管理，成為高校實驗室發展的必然趨勢[1，2]。

一、高校實驗室運行現狀及其存在的問題

目前，大部分高校實驗室都對儀器設備進行了大量投入，也制定了相應的管理規章制度，加強了實驗室的日常管理。但實驗室運行、儀器的管理、使用和維護，仍然沿用傳統的人工管理模式。

（一）固定時間的實驗室開放模式

中心實驗室以及教學實驗室通常設置固定的開放時間。教學實踐或公共平臺的大型儀器的使用必須在規定時間內完成。隨著創新型教學模式的拓展，以及教學實踐的多元化，如創新課題、個性化教育和研究性學習等，使得實踐內容、形式和時間的靈活性增強。預約登記雖然可以控制平臺或儀器的有序使用，但實驗過程中諸多不確定因素會導致平臺管理失控，從而影響實驗進度和效果。此外，固定時間的實驗室開放模式往往會導致實驗平臺和儀器的使用效率較低。

（二）儀器設備操作不規范導致維修成本的增加

高校實驗室中儀器不規范使用引起的損壞現象越來越嚴重。大型儀器設備價格昂貴，少則數十萬，多則數百萬，維護和運行成本較高。一旦損壞，維修費用大、修理周期長，進而影響實驗進展，主要原因：一是培訓不到位，學生操作不當;二是未經培訓的流動學生或實驗人員增加;三是儀器的使用環境不達標，如溫度、濕度、壓力等。

（三）缺乏實驗過程的監督管理及評價

教學質量管理部門需要隨時了解師生出勤和實驗室教學情況，對教學實驗過程做出質量評價;設備管理部門也需要動態了解實驗室運行、儀器設備的使用等情況。如果缺乏智能管理系統，往往出現補臺賬、補記錄等情況，很難做出客觀評價。

（四）存在安全隱患

雖然各高校嚴抓實驗室安全管理，配備有各種安全設備，但由于學生人數增加、儀器設備頻繁使用以及管理人員疏忽等，安全事故屢有發生，其中包括用電、藥品試劑、壓力容器等操作不當引起的爆裂和爆炸等人身傷害事件。因此，采用更加現代化的人工智能技術，加強高校實驗室管理，可以有效降低安全事故的發生率。

二、高校實驗室管理中人工智能技術的應用模式

人工智能（Artificial Intelligence）是采用計算機技術、網絡技術、信息處理技術、認知科學、語音科學等多學科知識，使機器模擬人的思維、學習和行為等的一種技術。目前，人工智能已經廣泛用于醫療、軍事、無人駕駛、倉儲運輸、文化事業和高等教育等多個領域[3-5]。高校實驗室加強人工智能管理，可以提高實驗室的管理和使用效率，從而促進專業和學科的發展。

1.智能化的實驗室管理控制系統。安裝感應式身份識別系統是高校實驗室不間斷運行的前提條件。原有讀卡式門禁系統是目前高校實驗室普遍采用的身份識別系統，包括讀卡器、感應卡、門禁控制器、通訊轉換器、電腦管理軟件、開門按鈕、電鎖、消防聯動及報警擴展、電源等[6]。實驗人員只需通過授權的校園“一卡通”，即可進入實驗室。經管理人員在教學時段或預約時間內授權，實驗人員方可進入，管理系統軟件同時會自動登記進入人員的名單和出入時間。隨著人臉識別系統技術的完善，讀卡式門禁系統逐漸被人臉識別門禁系統取代。人臉識別門禁系統只需輸入使用者身份信息，通過人臉識別即可進入實驗室。而使用者身份信息可直接與學校人員信息系統相連，這樣可以避免校園卡的丟失、損壞以及相互借用等造成的不便。此外，感應式身份識別系統可以應用于大型儀器的使用。通過身份識別系統，聯動儀器電源控制器，接通儀器電源。電腦軟件可以及時記錄使用者詳細信息、儀器使用狀態和時間等。

遠程視頻監控系統由攝像頭、語音提示器、通訊模塊和管理服務器等組成，用于實驗室須知提醒、遠程指導和監督、教學質量檢查等，還可以提供教學實踐回顧。

2.高校實驗室智能管理軟件系統。建立實驗室資源管理軟件系統，可以提高實驗室資源管理效率，其中包括：實驗儀器分類和檔案建立;教學實驗和承擔項目信息;藥品和易耗品的存儲消耗信息;實驗室管理人員相關信息等。

建立和完善實驗室開放預約系統，是提高平臺及儀器使用效率的關鍵。網上預約系統包括使用者信息、使用日期、使用時間段;儀器設備使用權和操作資格;操作培訓考核;審批人;預約取消通知等。管理員審批后，使用者方可進入實驗室使用。

3.構建示范中心資源共享平臺。示范中心資源共享平臺的建設，不但使有限的優質實驗教學資源得到充分利用，而且可以使不同專業、不同學科的科研人員取長補短、相互交流、增進感情，學生也可以有機會在不同實驗室學習，提高實驗技能。參與共享的資源包括：儀器設備、師資隊伍、教學方法和管理制度等。共享平臺的實現依托中心與中心之間、學院與學院之間的資源整合。通過建立示范中心開放、示范中心管理、儀器設備、實踐教學四個模塊，對共享平臺資源進行管理。將各中心實驗室管理控制系統和智能管理軟件系統的權限進行合理分配，可以最大限度地整合學校實驗教學資源。

三、人工智能技術在高校實驗室管理中的應用展望

人工智能技術在語音識別、計算機視覺、數據處理、互聯網與云計算等應用中日趨成熟，也徹底改變了傳統的實驗室管理體制，提高了高校實驗室的管理效率。隨著人工智能技術的發展，智能機器人的應用將越來越普及，并在實驗技能培訓中得到廣泛應用，高校實驗室將最終實現無人化管理;實驗室也將根據培養目標和社會需求，對學生實行多種技能的個性化培養，創新了人才培養模式;嚴格的過程管理、健全的安全管理措施，可以使實驗室的事故發生率減少到最低程度;實驗室不間斷開放模式，以及高效的運行機制，可以使學生的自主學習能力、創新能力不斷提高，也可以讓科研人員的研究水平不斷提升。

總之，改革高校實驗室的傳統管理模式，建立智能化的管理新模式，促進創新人才的培養，是推動學校專業和學科發展的重要舉措。

參考文獻：

[1]吳文華，施鎮江，朱娟娟，史同娜，謝衛民.智能管理系統在高校實驗室管理中的應用[J].實驗室研究與探索，2014，（33）：259-264.

[2]朱麗娜，何長征.淺析智能管理系統在高校實驗室管理中的運用[J].現代職業教育，2017，（16）：146.

[3]彭棉珠.人工智能的研究進展和應用概述[J].科技廣場，2017，（10）：110-113.

[4]莫蔚天，梁兢.人工智能在教學管理中的應用[J].求實，2010，（z1）：226-227.

[5]禤少茵.人工智能在教學質量監控中的應用[J].電腦與電信，2006，（12）：42-48.

[6]羅靜.高校實驗室管理的人工智能化設計——以四川警察學院為例[J].四川警察學院學報，2012，（6）：95-98.