院級實驗室管理平臺的建設與實踐

瞿紹軍，鄧月明，劉 慧，謝 超

（湖南師范大學信息科學與工程學院，長沙 410081）

0 引言

高校實驗室是進行實踐教學的重要場所［1-2］，學科競賽活動的重要支撐條件，是創新人才培養的基地，是科研創新活動的重要平臺，已成為各高校教學和科研建設的重中之重。作為人才培養和科學研究的重要陣地，也是高校實力的重要體現［1］。2018 年，教育部發布“關于加快建設高水平本科教育，全面提高人才培養能力的意見”，其中重要的一項就是智慧實驗室的建設［3-4］。

隨著教育主管部門對高校實驗室的建設越來越重視，投入資金逐年增加，實驗室門類和種類越來越多，實驗室建設快速發展。與此同時，也大大增加了實驗室管理的難度，對實驗室管理提出了更高的要求。傳統的實驗室管理手段不再適應現代化的實驗室管理，暴露出信息滯后、設備利用率低、管理混亂等突出問題。急需對實驗室進行智能化改造［5］。

建設實驗室綜合管理平臺可以最大程度合理、有效地利用實驗室資源，減少實驗技術人員的管理工作強度，有效提升實驗室共享和管理水平，充分調動學生的創新實踐積極性，促進實踐教學和科研創新水平的同步提高，有利于高校實現創新人才和拔尖人才的培養［6-8］。

1 高校實驗室管理現狀

1.1 信息化建設滯后，管理手段落后，設備利用率不高

目前，眾多高校的實驗室信息化平臺的建設重在校級平臺建設，功能主要集中在固定資產和設備管理、實驗室安全管理、大型儀器開放共享和教育部本科教育教學質量監測數據上報。考慮學院的實驗室管理、開放共享的較少，院級實驗室管理信息化建設嚴重滯后，造成管理水平不高，資源閑置浪費較多，設備利用率低等問題［6，9-11］。

1.2 實驗教學過程管理依賴人工管理，效率低下

由于沒有實驗室信息化管理平臺支撐，在實驗教學過程中涉及實驗室排課、學生考勤、實驗報告撰寫和批改、實驗成績管理、實驗教學數據統計全部依賴人工管理，經常造成管理混亂，排課沖突，統計數據不準確，數據上報不及時等問題。

1.3 實驗室開放共享程度低

因實驗室管理手段落后，實驗室管理人員、實驗教師和學生不能及時掌握實驗室和儀器設備的使用情況，造成教師、學生自主實驗、創新實驗預約手續繁雜和效率低下［12］。此外，實驗室開放會增加實驗室與設備安全風險，由于沒有先進的管理手段確保開放實驗的安全，管理人員主動開放實驗室的意愿低，導致實驗室開放共享程度低［13］，進而沒能很好發揮出高校實驗室在人才培養的重要作用。

1.4 實驗室管理人員隊伍整體素質亟待提高

不少高校對實驗室人員不重視，把實驗室人員作為教學輔助人員，崗位工資比同級教師和行政管理人員低，高級職稱評聘職位數少，實驗室人員前途渺茫，一些優秀的實驗教師在取得博士學位后紛紛轉為專任教師，更是缺乏引進高水平的實驗人才機制，留不住優秀的實驗室管理人才。實驗隊伍建設亟待加強［10］。

2 實驗室綜合管理平臺建設目標

我校資產與實驗室管理處已經建成資產與實驗室業務信息平臺，主要功能包括設備的計劃申報與采購、資產登記與處置、實驗室安全管理系統、大型儀器開放共享，缺少實驗室教學管理、實驗室和普通實驗設備開放共享、實驗室預約等功能。結合學院實際情況，提出了院級實驗室綜合管理平臺建設目標：

綜合應用現代信息技術、網絡、物聯網和監控等先進技術，以現代化的管理理念為指導，實現對實驗室、實驗室設備、實驗室人員、實驗設備使用記錄的全過程管理；實現實驗排課、實驗考勤、實驗報告的提交和批改、實驗成績管理等實驗教學全過程的管理；實現實驗室的開放、預約和審批的網絡化管理，以及開放實驗室的無人值守管理；實現實驗室使用情況24 h 實時監控。從而減輕實驗室管理的工作負擔，提高工作效率和設備利用率，保障實驗數據的準確和完備，充分調動學生實踐創新的積極性，提高對外服務水平。

3 平臺組成與功能

學院實驗室綜合管理平臺采用服務器／瀏覽器架構，包括綜合管理、實驗教學、實驗室開放、終端設備管理、系統設置、機房管理系統和實驗室綜合管理平臺門戶網站7 大模塊，整體框架如圖1 所示。院級平臺通過校級平臺開放數據接口獲取部分基礎數據，包括從教務系統獲取學生基本信息和實驗課程數據，從采購與資產業務系統獲取實驗室設備數據。

圖1 實驗室綜合管理平臺整體框架

3.1 系統設置

系統設置包括基本參數設置、數據字典設置、數據導入、學期設置、統一身份認證設置、上課節次設置、權限管理、運行記錄和日志。

3.2 綜合管理

綜合管理模塊包括實驗室管理（實驗室建制、實驗室用房），儀器設備（導入導出儀器設備、查詢、大型儀器），實驗室隊伍（實驗人員管理、人員角色任命），用戶管理（部門管理、學生、教師、校外用戶）。

3.3 實驗教學

實驗教學是院級實驗室管理系統的核心功能［14］，包括實驗教學安排、實驗教學體系、實驗教學過程管理、實驗教學統計、教學資源共享五大模塊。系統功能模塊如圖2 所示。

圖2 實驗教學功能模塊

（1）教學體系。教學體系中包括班級、專業、實驗課程、實驗項目和實驗教學大綱等基礎數據的管理和維護。①行政班級。創建、修改、刪除和導出學院設置的自然班級信息，行政班級的創建也可以通過系統設置中的數據導入功能進行成批的導入。②選修班級。指實際開課時候的班級，可以是一個自然班，也可以是一個班中的部分同學，也可以是多個班合班上課。可以創建選修班級和添加選修學生或導入選修班級和學生信息，修改、導出和刪除選修班級及學生。③專業管理。創建、修改和刪除專業信息。專業信息也可以通過系統設置中的數據導入功能進行成批的導入。④實驗課程庫。創建、導入、導出、修改和刪除實驗課程信息。⑤實驗項目庫。創建、導入、導出、修改和刪除實驗項目信息。在實驗項目管理中可以上傳預習資料、添加項目涉及的知識點、為實驗項目指派指導老師等。⑥教學大綱。創建新的教學大綱、修訂現有教學大綱、查詢和審核教學大綱。

（2）教學安排。教學安排主要包括教學任務安排和實驗課程排課，實驗課程排課可以按課程和按實驗項目排課。在實驗教學過程中，學院實驗教學管理員先按模板導入教學任務或手動新增教學任務；然后進行實驗排課。如果按實驗項目排課，則首先要添加好教學任務、實驗項目、班級信息、課程信息、教學大綱信息等。①教學任務準備。添加、導入、修改和刪除教學任務。實驗項目開設需在“教學體系”中建好實驗項目后進行，此處課程信息需要和實驗項目對應，一門課程可以同時有多個實驗項目，實驗項目開設即是完成課程與實驗項目的關系綁定。②實驗課程排課。實驗排課可以按實驗項目排課、按課程排課、按教學任務排課。雖然排課方式不同，但都可以實現實驗排課。快速排課主要用于臨時增加的一些課程排課，這類課程一般不是教學任務之內的排課，沒有教學任務也可以進行排課。導入排課可以從Excel 表格導入課表，適合根據教學任務批量排課。為最大程度利用實驗室，避免排課造成資源的浪費，在實驗排課中要求課程的時間精確到具體的周次和節次。③實驗預約管理。此模塊可以進行實驗預約管理，教師如果臨時有實驗課程需要安排，可以自己提交預約申請。教師預約申請后，由實驗室人員進行預約審批或調整申請。④實驗課表。提供了多種方式呈現課表，包括課表查詢、當日課表、周課表、課表明細、教師課表和實驗室課表，其中課表查詢和課表明細提供多種組合條件查詢，在課表明細中還可以調整課程的安排。

（3）教學過程管理。教學過程管理包括實驗預習、實驗考勤、實驗過程、實驗報告、實驗成績5 大模塊，需準確記錄實驗過程數據。①實驗預習。預習資料的上傳和管理、檢查預習情況和對預習情況打分。②實驗考勤。提供考勤情況查詢和提供按指定時間段統計各門課程的學生出勤詳細情況。③實驗過程。為教師提供實驗過程的打分功能。實驗過程打分可以對不同實驗項目分別進行打分，實驗過程分數可以計算到實驗成績中。④實驗報告。實驗報告是對實驗操作過程的全面分析和總結，是實驗成果的一種表達形式，是學生實驗評分的重要環節和依據。⑤電子實驗報告管理流程。教師在系統后臺上傳實驗報告模板，設置每次實驗報告提交截止日期；學生在前臺個人中心直接在模板上填寫實驗報告，提交至系統；教師對實驗報告進行批改和打分，并存檔備份，也可下載后打印，以紙質版保存。⑥實驗成績。教師首先對考勤分數進行設置，然后對實驗成績比例（預習、平時、期中、期末等）進行設置。實驗成績管理模塊提供成績查詢和成績歸檔等。

實驗教學實現了實驗教學全過程的信息化管理，大大提高了實驗教學管理水平，減輕了教師的工作量，為教學評估和工程認證等提供了原始、客觀、準確和全面的過程記錄。

（4）教學資源共享。供教師進行教學課件和教學視頻的共享，方便學生課前預習和課后復習。

（5）教學統計。為實驗管理人員和學院提供實驗教學工作量統計、教學人時數統計、教師工作日志等功能。

3.4 實驗室開放

實驗室開放是指在教學計劃外，面向師生開放而進行的額外實驗［15-17］。它打破了時間和空間的限制，為師生提供更多自主實驗時間，對提高實驗教學質量，培養學生的動手實踐和創新能力具有重要的意義［18］。也提高了設備的利用率，實現資源共享，發揮出設備的最大效益［19］。

實驗室開放主要包括實驗室開放設置、網上預約、預約審批、查詢和統計等功能。實驗室開放流程如圖3 所示。

圖3 實驗室開放實驗流程

通過實驗室開放模塊，師生可以實時查詢實驗室的使用情況，隨時在網上進行預約和審批，簡化了實驗室使用流程，提高了實驗室管理水平和共享水平，最大程度發揮實驗室的作用。

3.5 終端設備管理

終端設備管理包括實驗室刷卡統計、智能物聯網設備管理、刷卡端管理、門禁設備授權、安全監控等。

該模塊通過智能數據采集設備與實驗室管理平臺對接，實現對實驗過程的管理與控制，包括師生的身份認證、開門、計費、安全管理等功能，自動分配實驗座位，遠程控制設備啟用，記錄學生的進出記錄［20］，生成學生、設備使用記錄等原始數據。

實驗室綜合管理平臺與監控設備聯動，實現實驗室開放的無人值守管理，有效保證實驗室安全［20］。

3.6 機房管理系統

計算機機房是高校計算機相關專業的專業教學和全校計算機基礎課的重要教學場所，使用頻率高，人數眾多，管理繁雜。學院通過開發的機房管理系統極大的提高了管理效率。該模塊采用客戶端／服務端管理模式，主要包括機器、賬號、課程班、預約、收費和考勤等管理功能，該模塊的賬號、課程班、課程預約等信息均來自前面平臺中產生的數據。學生進行實驗課的時候開機后首先要登錄機房管理系統客戶端，只有驗證通過后才能進入操作系統進行實驗，并根據登錄信息產生考勤數據。

系統支持機房和機器級的預約；機房可設為免登錄或必須登錄；可以設置機房使用的優先權；系統可以設置免費使用，也可以設置收費使用。機房管理系統可以實時監控學生機器使用情況，遠程進行監控和控制。

3.7 實驗室綜合管理平臺門戶網站

實驗室綜合管理平臺門戶網站架構如圖4 所示。

圖4 實驗室綜合管理平臺門戶網站

在門戶網站為教師和學生提供了查閱實驗室新聞、通知和規章制度等內容，提供了設備預約和實驗室預約功能。用戶登錄成功后，會根據用戶的身份出現不同的鏈接，如果是管理員，則可以對網站欄目、網站參數和內容進行管理和維護，可以進入綜合管理平臺后臺操作所有管理功能；如果是教師，則可以進入到后臺教學管理，實現實驗教學全過程的管理和跟蹤；如果是學生，則可預約自主實驗、進行實驗預習、在線選課、查看考勤情況、提交實驗報告、查看實驗成績等。

4 平臺實踐成效

學院實驗室綜合管理平臺已經正式運行1 年多，運行穩定，各項指標先進，滿足了學院實驗教學和實驗室開放要求，有效減輕了實驗室人員的管理工作，提高了設備的利用率。為實驗教學管理和量化分析提供了全程和全方位的數據支持，實現了實驗室全空間全業務開放，為學院領導和管理人員提供決策依據。

5 結語

借助于互聯網、物聯網和信息化等手段，建設學院綜合實驗室管理平臺，將實驗教學、實驗室開放、終端設備管理、機房管理系統等功能集于一體，實現了實驗教學管理的高效、快捷、規范和科學。充分調動了學生的創新實踐積極性，有利于高校實現創新人才培養的總體目標。下一步將根據使用情況和師生反饋，繼續完善和優化綜合管理平臺流程和功能，利用深度學習和大數據分析等技術開發統計分析功能，為學生個性化培養和學院實驗教學管理提供決策支持，為學校一流人才和一流專業建設貢獻一份力量。