基于信息化平臺建設的高校實驗室管理系統

夏春琴，劉芫健

（南京郵電大學a.電子與光學工程學院；b.實驗室建設與管理處，南京 210023）

0 引言

實驗室是高校開展實踐教學和科研創新的重要場所，承擔著高校人才培養的重要任務［1-2］。隨著高校“雙一流”建設的不斷推進，高校的教學、科研、創新實踐活動也隨之增加，但是由于實驗室傳統管理手段的限制，目前高校實驗室的管理方式已經難以滿足“雙一流”建設目標下人才培養的需求。利用先進網絡信息技術，整合資源，構建先進、高效、實用的基于信息化平臺建設的實驗室管理系統［3］，是滿足高校日益增長的創新實踐與科研發展人才培養需求的良好解決方案。

1 實驗室管理現狀分析

教育部印發的《關于“十三五”期間全面深入推進教育信息化工作的指導意見（征求意見稿）》中明確指出，要進一步深化“三通兩平臺”建設，“到2020 年，基本建成‘人人皆學、處處能學、時時可學’、與國家教育現代化發展目標相適應的教育信息化體系［4-7］。進一步加強基礎設施和信息資源建設，重點推進信息技術與高等教育的深度融合，促進教育內容、教學手段和方法現代化，創新人才培養、科研組織和社會服務模式，推動文化傳承創新，促進高等教育質量全面提高［8］”。在我國高校人才培養體系中，實驗室是十分重要的教育資源，如何充分利用高校實驗室的教育管理資源，是高校創新實踐和科研人才培養工作的重要問題［9］。在實驗室的建設與管理過程中，高校實驗室管理缺乏科學規劃，現有管理模式跟不上新興的信息化教育手段，難以滿足現代化的教學需求。

1.1 缺乏科學的規劃，資源設置浪費

目前高校實驗室建設存在規劃不合理，實驗室功能單一，且建設前期缺乏整體溝通協調與長期規劃，在建設過程中，常常僅根據學院的學科建設規劃進行設置，有些實驗室的建設內容和其他學院存在重復，在一定程度上造成了學校辦學經費和實驗室資源浪費。學校和二級學院之間的實驗室資源無法有效整合、做到資源的合理匹配，在一定程度上影響了科研和教學水平的共同提高。而學科之間缺乏及時有效的交流，也影響交叉學科與跨學科團隊之間的溝通與共同發展，不利于學校教學與科研的高效開展。

1.2 管理手段比較落后，設備利用率低下

隨著大量設備購置與創新活動進行，原有的實驗室管理模式的弊端逐漸顯現出來。實驗室的一般管理模式還處于人工管理狀態，工作內容煩瑣，辦公效率低下，致使大量設備無法得到有效管理，設備使用情況與相關記錄常常被忽視，一定程度上造成設備的閑置浪費與更新不及時［10-11］。實驗室信息類型繁多，管理者需要掌握實驗室運行過程中各類數據信息，并根據工作需要適時對各類數據信息進行分析和判斷。通過人工管理方式處理實驗室的運行信息，信息可追溯性差，統計數據經常會出現錯漏，無法進行科學的數據分析和研究。信息不暢導致實驗室在運行過程中清查與校驗工作難度大，設備使用和實驗耗材的情況無法及時更新，設備無法及時維護、實驗耗材無法及時補給，影響實驗教學和科研工作的順利開展。

1.3 教學手段單一，信息化程度低

目前的實驗室實踐教學無法跟上信息時代發展，受實驗室自身條件所限，依托于學院專業設置開設的實驗課程十分有限，無法進行有效創新。教學模式固定，學生只能在規定的時間和地點做相同內容的實驗，缺乏個性化培養，無法為學生提供多方面應用理論知識的深化了解以及創新能力的培養提升；教學方法單一，采用統一的教授方式，方法簡單，學生與學生之間、學生與老師之間缺少思維碰撞，缺乏互動性，不利于培養學生相互合作與溝通的團隊合作能力，也無法拓展學生創新思維；實驗內容單一，主要是課件演示單一，實驗教學內容陳舊，缺乏更深入的知識與思考，學生難以跟上現代社會的實際需求［12-13］。

1.4 信息資源缺乏開放平臺，無法開放共享

目前的實驗室資源管理相對獨立，無法實現信息資源共享，高校之間、高校與各二級學院間溝通共享少。先進的設備、優秀的實驗室管理經驗、好的實驗教學方式等優質資源無法共建共享，成果輻射效應相對低下，嚴重影響了實驗室信息化建設與發展。

2 信息化平臺建設的必要性

基于信息化平臺建設的實驗室管理系統在高校實驗室管理方面具有巨大優勢，在推動創新科研人才培養方面起著重要作用。實驗室的信息化建設既是學校創新實踐活動管理水平的反映，也是高校辦學實力的一種體現［14］。

2.1 實驗室進行整體合理規劃

信息化平臺建設為實驗室提供了信息共享的交互平臺，學校可以根據長期發展規劃來制定實驗室建設和管理方案，加強對各學院實驗室建設的監督與管理，可以分類把控每個學院的實驗室建設，對實驗室資源進行合理配置，做到胸中有丘壑，整體布局，局部特色，優化實驗資源配置，使實驗室資源得到高效合理地利用，推動學校實踐教學和科研工作有序開展，為學校的創新實踐人才培養打好基礎［15］。

2.2 提升實驗室資源的利用率

信息化平臺建設能夠及時反映實驗室的各類使用信息的真實情況，能夠實現所有實驗室資源信息可追溯。實驗室管理人員可以根據信息化平臺提供的數據信息及時了解實驗室設備的使用情況，實驗教師可以根據信息化平臺提供的數據信息及時了解上課及課后學生的實驗完成情況，隨時了解學生知識掌握情況以及動手實踐能力，創新及科研老師也可根據信息化平臺提供的數據信息了解開放實驗學生實訓進程，學生也可根據信息化平臺選擇自己的自主開放實驗時間，自主選擇實驗內容，全面優化實驗室資源的管理與利用，有效提升實驗室的利用率。

2.3 提升實驗室工作人員工作效率

信息化平臺建設使得實驗室工作人員擺脫了人工統計信息、追溯信息、處理信息的難題。實驗室工作人員可根據平臺提供的真實有效的數據信息實時進行數據分析與整理，從設備入庫、使用、維修、出庫到報廢的全生命周期信息查詢簡單快捷，可追溯性強，能隨時管理設備的數據信息，有利于設備的及時更新維護，提升了實驗室管理人員的工作效率。

2.4 提升學生開放實踐創新能力及科研能力

信息化平臺建設提供了開放式的實踐教學與實驗服務，學生可通過實驗室開放預約平臺自主選擇實驗時間、教室和實驗設備，方便學生自主靈活地參與實驗，充分發揮學生的主觀能動性與自主創新性，提高了實驗教學的效果，為實踐創新及科研人才的培養提供實驗平臺。

3 信息化平臺建設的整體方案

信息化平臺主要提供實驗中心教學與管理過程中的教學、儀器設備、預約派位與電源管理系統、安全管理系統等功能，如圖1 所示，信息化平臺并對整個系統進行配置，是實驗室其他管理系統的運行基礎和數據中心，是實現設備管理人員、實驗室管理員、教師、學生在線互動的網絡化開放管理平臺。

3.1 教學管理系統

圖1 信息化平臺建設方案

全面開放的信息化實踐教學管理系統，提供開放式實踐教學服務，多種角色用戶身份管理，多種業務權限配置，滿足學生、教師、教務人員、實驗室管理人員和校領導等多方需求。為教學實踐創新如基礎實驗、教學實驗、創新實驗、開放實驗等提供服務。

教師根據教務處的開課計劃進行典型實驗庫維護、實驗安排、查看學生實驗進展、批改實驗結果及實驗報告、統計并發布實驗成績等教學環節。學生根據任課教師的要求，進行實驗預習，進入實驗室完成實驗，提交實驗報告。圖2 為教學管理流程圖以及圖3為學生實驗過程模型圖。

圖2 教學管理流程圖

圖3 學生實驗過程模型圖

信息化平臺具備人性化的協同學習功能，能幫助教師和學生隨時隨地通過平臺進行互動交流，幫助教師進行網上布置安排預習、實驗和報告等教學環節，系統提供智能指導、自動批改和一鍵式成績分析匯總功能；平臺支持學生網上自主選課和課內自主選擇實驗，為學生在網上提供選擇開課、選擇實驗、進行實驗相關的基礎知識測試、在系統智能指導下進行驗證性實驗、利用系統提供的虛擬設備和器材完成自主設計實驗以及填寫實驗報告等功能；平臺為學校管理人員查看實驗教學過程提供監控界面，包括學生實驗的安排情況、實驗結果、實驗報告的提交情況、教師指導和批改的情況、學生的問題和反饋意見等內容。

3.2 設備管理系統

設備管理是對實驗室存放的設備儀器和物資耗材進行基礎信息記錄以及開放預約管理。設備管理系統包括設備信息管理、設備使用周期、實驗室房間、大型儀器、設備查詢5 個子模塊。不同身份的用戶在登錄時可以進行不同權限的操作。管理員可以通過RFID閱讀器將讀取到的新的設備信息傳到數據庫，進行設備出入庫等操作，而一般用戶根據實驗室、設備開放狀態、設備管理員等進行各項查詢操作，包括設備的信息，設備的使用情況，實驗室用房，大型儀器的共享等。

進入具體實驗室后可對設備進行新建、導入、導出、設置等操作。在設備管理系統中，可對設備的型號、規格、購買年限、物聯硬件、參數設置、相關圖片、相關視頻、相關文檔、二維碼、設備安全協議等設置，圖4為設備管理流程圖。

圖4 設備管理流程圖

使用RFID技術的實驗室設備管理系統實現了實驗室24 h不間斷、全方位監控，真正做到了穩固的安防系統。使用RFID 電子標簽，使得設備的地理位置被弱化，更加注重管理過程中的邏輯關系。可通過數據庫實時更新，實時地掌握設備的當前狀態和存放地理位置，實現實驗室高效、合理、智能化管理。

3.3 預約派位與電源管理系統

實驗登錄與派位系統主要包括派位系統服務器、實驗室電源集控器、工位電源控制器與派位終端，系統各部分通過局域網互聯互通，可集成第三方門禁系統。派位系統服務器運行派位系統軟件、SQL 數據庫系統等，為系統的設置、賬戶管理、規則定義等功能提供服務，還包括一套Web 頁面系統，用于遠程實現網絡查詢、實驗預約、取消預約、用戶密碼修改等功能；派位終端部署在實驗室入口等公共區域，由讀卡器和觸摸一體機組成。通過實驗派位終端，學生登錄系統進行查看、預約與派位；派位位終端提供學號密碼、一卡通刷卡與微信掃碼3 種身份識別方式，與電子實驗報告系統共享數據。實驗派位及電源管理系統見圖5。

圖5 實驗派位及電源管理系統

每個實驗室安裝一臺實驗室電源集控器，通過局域網接入派位系統，根據派位系統狀態管理各實驗臺上的工位電源控制器，進而控制實驗臺電源通斷；電源集控器與工位之間的控制通信通過2.4 G無線網絡方式傳輸。

3.4 安全管理系統

安全檢查常態化是高校進行實驗室安全管理的一種常用手段。從高校實驗室安全形勢、實驗室安全新時代新要求、實驗室安全管理與事故來看，實驗室安全管理是實驗室工作重點之一。信息化安全管理系統很好地幫助管理部門24 h查看實驗室的運行情況，可有效避免了重大事故和風險的發生，如圖6 所示。

圖6 實驗室安全化檢查圖

4 實踐成效

實踐證明，信息化平臺的構建打破了現有的管理模式，解決了管理運行上存在的問題，提高了實驗室資源利用率，減輕了實驗教輔人員的工作量，讓實驗教輔人員能有更多時間從事實踐教學的探索、實驗設備的更新與研發，提高了實驗教輔人員的管理能力和綜合素質。實現信息和技術共享，促進實踐教學和科研創新并行提高；切實提高學校實驗室管理信息化水平，逐步實現實驗室資源的開放共享。

5 結語

隨著高校“雙一流”建設的持續推進，實驗室信息化建設已成為高校教學科研高效開展的重要條件。信息化平臺建設大大提升了實驗室的整體管理水平，為實踐教學和科研創新提供了技術幫助，為培養學生創新實踐能力提供了平臺支撐，也提高了實驗教輔人員的工作效率。信息化建設在實驗室教學實踐中不斷取得創新與發展，不僅促進了學生的全面發展、提高了學生的綜合素質，而且使高等教育質量進一步提高，教育資源配置更公平。