高校實驗室智慧管理系統開發(fā)探討

【摘 要】本文認為高校實驗室信息化建設面臨著實驗室信息化管理平臺建設有待加強、實驗室現有的軟硬件無法滿足信息化建設要求、實驗室管理人員對信息化管理的認識有待提升等問題，有必要開發(fā)和應用實驗室智慧管理系統，并從管理系統開發(fā)設計框架及具體管理模塊功能開發(fā)兩方面論述實驗室智慧管理系統的開發(fā)路徑。

【關鍵詞】高校 實驗室 智慧管理系統 信息化管理

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）47-0115-03

在高校辦學規(guī)模快速擴大的今天，高校實驗室、實訓基地及儀器設備等實踐教學資源出現倍增式的增長，由此帶來管理和使用上的問題，迫切需要改革相應的管理方式以適應高校實驗室的管理與發(fā)展。如何高效利用信息化、智能化等現代化手段對實驗室進行有效管理，提高資源利用率，是各高校亟待解決的問題。以信息化、互聯網技術為基礎，以智慧化管理為主，輔以相應的管理模塊以兼容或替換現有的實驗室信息化管理系統，是實驗室管理方式的創(chuàng)新，是實現實驗室規(guī)范化、科學化、智能化管理的必由之路。

一、目前高校實驗室信息化建設面臨的問題

（一）實驗室信息化管理平臺建設有待加強

近年來，隨著5G技術、大數據、人工智能等信息化技術的發(fā)展與應用，高等學校的部分實驗室建成了信息化管理平臺，這對實現實訓室的信息化建設與管理至關重要。但由于受到網絡技術、管理模式等多方面因素的影響，建成的各信息化管理平臺仍處于相互獨立狀態(tài)，尚未實現資源共享，因而各實驗室變成了“信息孤島”，導致管理混亂等現象層出不窮。在實驗室日常管理中，多數學校還是采用傳統的人工管理模式對實驗室的使用、設備登記、耗材進行管理，這已不適應信息化建設的要求。

（二）實驗室現有的軟硬件無法滿足信息化建設要求

目前，大部分高校對實驗室的硬件進行了信息化改造與建設，但忽視了軟件的應用，導致信息數據的共享出現問題。實驗室的硬件往往只采購一些基礎的設備，如電腦、實驗設備、網絡服務器等;軟件也往往只采購一些管理網絡系統、數據庫、實驗課程等，軟硬件的管理處于分散狀態(tài)，未能統一，從而導致在實驗教學中產生的信息數據不能形成系統化資源。要滿足實驗室的信息化建設，實現信息化管理，應加大軟硬件的采購力度，注重軟硬件的配套與兼容性。

（三）實驗室管理人員對信息化管理的認識有待提升

當前，實驗室信息化管理制度尚未健全，管理人員對信息化管理的認識還處于淺層次，在工作中未能充分利用現有的信息化管理平臺進行數據采集、管理、登記，造成實驗室信息化管理水平整體偏低。有的管理人員甚至對信息化管理存在抵觸和排斥心理，在完成本職工作之外，也不主動學習信息化管理知識，處于被動工作狀態(tài)。在信息化技術快速發(fā)展的今天，傳統落后的管理模式已不能滿足實驗室的發(fā)展，也阻礙了教學和科研工作的順利開展。

二、開發(fā)和應用實驗室智慧管理系統的必要性

目前，大部分高校的實驗室都進行了信息化建設、規(guī)劃、改造，這對實驗室實現信息化管理至關重要。但由于學校及教師應用已建成的信息化管理平臺的水平不高，許多實驗室尚未實現信息化資源的共享。要改變目前的管理狀況，做到少投入、高效率，必須依托現有的信息化平臺、實訓設備、校園網和5G技術開發(fā)一套集管理、應用、服務為一體的實驗室智慧管理系統。這樣一來，實驗室的使用、管理、設備報修、清查、開課情況、耗材等方面都可以通過智慧管理系統進行管理、調配、分析。因此，實驗室智慧管理系統的開發(fā)和應用是實現實驗室信息化、智能化管理的有效手段，是管理規(guī)范化、系統化的重要保證。總之，要使實驗室更好地為理論、科研、實踐教學服務，實現學校智慧校園的建設目標，從而使高校在教育教學改革、科研競爭中處于有利地位，實驗室的管理向信息化、智能化管理的方向發(fā)展是大勢所趨。

三、實驗室智慧管理系統的開發(fā)路徑

隨著云計算、互聯網技術、5G技術的發(fā)展，現代信息技術在高校管理中的應用越來越廣泛，實驗室智慧管理系統是利用現代信息化技術，設計相應的模塊管理功能，結合自身需求開發(fā)的信息化管理系統。實驗室智慧管理系統功能開發(fā)即以信息化手段為主，進行模塊化設計，對實驗室的教學實驗、設備管理、耗材管理、智能控制等方面實行信息化管理、操作。

（一）智慧管理系統開發(fā)設計框架

智慧管理系統以5G技術、物聯網、人工智能技術為基礎，并結合數字校園建設平臺進行開發(fā)設計。從開發(fā)設計框架來看，智慧管理系統在功能應用上分為四層，如圖1所示。其中，感知層是物聯網的基礎，由智能控制器、智能傳感器、HFID等電子元件構成，根據功能輔以相應的網關，接入互聯網。對實驗室的環(huán)境、設備和耗材使用等方面的管理通過感知層的設備功能來實現。網絡層的功能是通過有線和無線網絡傳輸，在服務器、網絡結構之間開設一條信息傳送通道，經過數據信息的傳輸轉換，將實驗室計算機設備所產生的數據信息映射到網絡中，以實現智慧管理系統用戶、管理、安全等信息數據的交換與傳送。數據層的作用是實現對智慧管理系統信息數據的存儲、交換、采集和修改。應用層則是信息化管理平臺的重要載體，由管理系統的各個功能模塊構成，通過路徑將傳感器、控制器、存儲器等鏈接起來，利用數據庫語言，通過文本傳輸等方式傳輸數據，其作用是實現智慧管理系統的接入端口與互聯網入口的對接，實現管理系統的網絡化管理。

（二）智慧管理系統平臺架構

管理系統平臺的運行是實現實驗室信息化管理的重要手段。在互聯網技術、信息技術、5G技術的共同應用下搭建的管理系統平臺，可有效提高實驗室信息化系統的建設水平，最大限度地降低管理成本、簡化管理流程、提高管理效率，實現實驗室資源的共享。系統平臺的建設可以實現三個目標：一是服務實踐教學管理工作，幫助教師完成實踐教學任務;二是實現獨立式鏈接結構，為數據接入制訂統一標準;三是對數據庫中的信息進行分類標記、分析、描述。

實驗室的管理主要包括日常的開關門、通斷電、安全檢查與保障、設備維修維護、耗材監(jiān)管等。管理系統的設計開發(fā)要遵循研究、分析、調查、規(guī)劃的理念，以信息化管理為設計核心，按照實驗室的功能、特點，設計、開發(fā)信息化、智慧化管理平臺。然后，將實驗室的日常使用、管理、用戶信息等數據接入管理系統，實現管理工作的科學化、規(guī)范化、信息化。根據日常的管理和使用需要，智慧管理系統平臺分為用戶層、應用層。其中用戶層包括系統管理員、教師、學生等用戶信息模塊;應用層包括使用管理、資產管理、安全管理、耗材管理等模塊，如圖 2所示。根據學生、教師、院系管理員、學校管理員等不同的用戶身份設置不同的登錄方式，根據不同的用戶群體設置不同的訪問權限，用戶可根據自己的權限訪問、設置不同的信息資源。院系管理人員、學校管理員通過遠程網絡對實驗室實行常規(guī)管理，包括門禁系統、開放申請、使用預約、資產管理、設備報修等。管理系統的投入使用不僅可以降低實驗室管理人員的工作強度，還可以促進實驗室教學資源的共享，有利于實現實驗室管理的科學化、規(guī)范化、信息化。

1.用戶管理

用戶管理模塊主要包含用戶角色定義、角色權限的功能，分為學生、教師、管理員的身份。其作用是按權限劃分使用管理系統的用戶身份，根據不同的用戶身份分配不同的管理權限。管理員不僅能管理用戶信息，如用戶信息的添加、修改、刪除，密碼的初始化、修改加密等，還可以查看用戶信息列表，了解用戶的操作過程信息。學生、教師這類用戶在權限范圍內進行相關操作，僅有修改本人密碼、信息的權限。

2.使用管理

使用管理模塊的主要作用是查詢定位、統計分析、數據庫管理、數據的導入導出。包括實驗室的門禁系統、開放申請、使用預約、資產管理、設備報修等。在各實驗室入口處安裝人面識別器，根據刷臉讀入的信息自動校對數據庫信息從而作出判斷，確定是否開放實訓室、開放時間以及時間的長短、使用設備的種類等。該模塊的開發(fā)應用是改變實驗室傳統管理模式的重要途徑，是實現實驗室開放共享、合作共贏，推動高校實踐教學改革，促進教學研究成果誕生的重要保障。

3.資產管理

資產管理模塊主要是對硬件設備進行管理，通過對資產從采購、安裝、運用、調配、維修、報廢全生命周期過程的監(jiān)管，對資產實行動態(tài)管理。即通過感知層的傳感器、控制器、HFID記錄條碼（資產類型、名稱、時間、價格、使用部門等）的識別進行設備資產的清查、調配、登記等管理，快速檢索出資產的當前狀態(tài)，實現資產的全過程管理。在資產數據庫可以查詢到設備的資產標簽，資產標簽的信息來自學校設備管理處資產管理系統。依托資產管理模塊，還可以隨時更新報表，實現賬物匹配;根據設備的使用年限、報廢年限的實際情況和慣例，采用平均年限法對固定資產計提折舊。該模塊的開發(fā)應用是對實驗室設備進行維護、管理的有效手段。

4.安全管理

安全監(jiān)控體系是實驗室信息化建設的重要組成部分，而開發(fā)應用安全管理模塊是實現實驗室安全監(jiān)控的重點，也是實現實驗室可視化管理的關鍵，其功能包括授權、鑒權、數據管理和網絡傳輸安全監(jiān)控等。借助安全管理模塊，可隨時監(jiān)控、查看安裝有攝像頭布點的實驗室，授權用戶也可以通過移動終端遠程登錄管理系統，連接到安全管理模塊。監(jiān)控畫面可以單列顯示，也可以組合顯示，以便全方位掌握實驗室實時狀況。安全管理模塊的開發(fā)應用實現了對實驗室的遠程監(jiān)控，在管理上突破了時間、地點的限制，真正實現了對實驗室安全的信息化管理。

5.耗材管理

耗材管理包括易耗品出入庫、實驗材料統計等管理。實訓耗材的管理與使用，一直以來是實驗室管理員面臨的難點問題。在舊的管理機制下，實訓耗材進來多少、使用多少、剩余多少都很難確定，而在智慧管理系統下，可以對耗材遴選、采購、驗收、入庫、儲存、盤點、申領、出庫等工作進行全流程管理，可查詢每次實踐教學課程中耗材的用量、時間、班級的使用情況，做到實時更新耗材的總量、剩余量，并能做到進出有賬，從而提高實訓耗材的使用率。耗材管理模塊可以有效地對實訓耗材進行分類管理，如分為常規(guī)耗材、普通化學藥品、有毒有害耗材等，對耗材的領用、使用、回收進行詳細的跟蹤記錄，確保賬目清晰、安全可靠。

在信息化時代背景下，傳統人工管理模式已不能適應現代高校實驗室管理需要，推動實驗室的信息化、智能化建設是實現實驗室信息化建設的重要組成部分。打破技術堡壘，突破管理局限，創(chuàng)新管理模式，把實驗室管理系統、教務系統、智慧校園平臺等信息化系統整合到統一平臺，充分挖掘管理潛力，實現管理系統的互聯互通、數據共享，是實現實驗室科學化、規(guī)范化、信息化管理的有力保障。

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注：2021年度廣西高校中青年教師科研基礎能力提升項目“實訓室智能化管理平臺的研究與實踐”（2021KY1166）

【作者簡介】李波林（1980—），男，廣西玉林人，廣西建設職業(yè)技術學院副教授、工程師，研究方向為高等職業(yè)教育。

（責編 蘇 洋）