基于區塊鏈原理的高校智能實驗室管理平臺建設

李江峰 張善鋒 宋國英 鄭州大學基礎醫學院

王志武 鄭州大學實驗室管理中心

一、區塊鏈的內涵分析

區塊鏈是指運用區塊鏈式數據結構分析利用數據的現代化技術系統，用于查看、存儲、計算和更新所需的數據。高校智能實驗室管理平臺建設大多是利用現代技術，通過自動化腳本解釋和管理。

高校智能實驗室管理平臺建設具有高度的開放性、安全性和可擴展性。區塊鏈技術是互聯網時代最常見的應用技術之一，不僅能將數據有效分離和融合，還能幫助使用者擴展信息處理的深度，具有保護隱私和低成本的優點，在教育領域的應用也有著非常大的潛力。

二、高校智能實驗室管理平臺現狀

（一）高校實驗室現狀

高等教育的轉型發展導致大學實驗室的變化。從年級到學院，實驗室變成了一個集產、教、研于一體的綜合型試驗場。實驗教學從簡單的課堂教學轉變為基于教學、實踐和創造力的多層次教學。

自然實驗室大多具備產教研方面的特征，包括教學實驗室、科研實驗室、虛擬仿真實驗室及開放實驗室等實驗室。高校院系機構的細分及院系科研教學工作的多樣化與深入對實驗室的功能與管理提出了更高的要求。因此，傳統的管理模式已不再能夠滿足實驗室的正常工作以及學生和教師的需求[1]。

部分高校擁有多個實驗室管理平臺，包括實驗室管理系統、設備管理系統、大型公用設施管理系統及廢物廢液處理系統等，各個學校都有其產品分配系統，然而這些系統無法正常進行數據共享與互動，導致許多“信息孤島”現象[2]。

一些高校擁有多個校區，不同的學院可以有不同陣營的實驗室，但由于缺乏統一的實驗室規劃與管理，設備及其實驗物資被儲存在不同的高校智能實驗室管理平臺，很難實施統一管理。

雖然大型儀器設備的數量在全校儀器設備中的占比不大，但對高校智能實驗室的科研教學工作具有十分重要的價值。許多先進的工具和設備分散在不同的實驗室，沒有配備專業的操作技術人員，使得儀器因操作不熟練而導致使用效率低下。

近年來，參加實驗室科研的人數逐年增加，實驗內容不斷豐富，安全事故也隨之增加，使得實驗室安全被納入各高校日常行政工作的重要內容。許多學者也開始了實驗室安全方面的研究。其中，利用高校智能實驗室管理平臺建設加強實驗室的日常管理成為熱點。

（二）高校智能實驗室管理平臺建設現狀

目前，高校在智能實驗室管理平臺建設方面雖然開展了一些探索，但依然存在以下問題。

第一，智能實驗室管理平臺的新技術融入度不夠。高等教育機構主要考慮實驗培訓的基本要求，提供必要的課程，而不是使學生完全學習學術建構的專業知識。傳統的管理模式并不能管理實驗室和分配資源，因而難以有效發揮實驗室的價值。

第二，尚未全面實現資源開發及教學評價等功能。目前，教師對高等教育機構知識管理系統建設的了解有限，學校沒有提供相關的核查系統，沒有系統的管理方法和實驗室數據開發，沒有對學生參加考試進行評價等。

三、基于區塊鏈原理的實驗室綜合管理平臺

（一）功能架構

為滿足實驗室的日常管理需求，實驗室綜合管理平臺主要包括實驗教學、設備采購、大型儀器共享、設備資產管理及實驗室安全五大功能模塊。

第一，實驗教學模塊。通過實驗教學模塊，實驗管理員可以查詢全校實驗課程的所有數據，避開節假日調休或突發事件等因素，做好實驗課的準備工作。

第二，設備采購模塊。設備采購模塊包括業務流程、設備項目、投標、合同、補償和會計。根據系統定義，不同業務功能之間的數據鏈接只能通過項目演示工具進入申請區域；在提交申請后，系統會自動向有關人員發出有關訂立設備合同的通知，最后通知管理人員；在確認合同后，設備供應商可以得到相應的金額。

第三，大型儀器共享模塊。為了提高高校實驗室儀器的運行效率，可建設大型高校智能實驗室管理平臺管理儀器。在此基礎上，整合學校的儀器資源，例如將價值50 萬以上的儀器設備納入該平臺，實施統一管理。通過大型儀器共享模塊，網上預約，網上接單，實時更新儀器的運行數據，同時結合學校的財務系統，完成自動繳費和內部轉賬的測試流程。此模塊實現了儀器快捷共享的功能，促進儀器使用效益最大化。

第四，設備資產管理模塊。該模塊主要用于實驗室設備的日常管理工作，包括設備采購、使用、維護保養和費用管理等。將設備納入平臺后，通過對現有設備的使用數據分析，可有效杜絕重復采購、超額預算等情況，利于審計工作的開展，也為后期采購工作的開展提供重要的參考價值。該模塊整合日常測試費和日常維護費，結合學校的相關政策，實現結余費用的合理分配。

第五，實驗室安全模塊。該模塊包括安全知識管理、危險資產管理和實驗室日常管理三個組成部分。基于安全教育管理的學生訪問系統，學員一旦注冊，實驗室將為每個學員提供安全指示，定期組織課程和培訓。儀器設備的日常管理需要管理人員開展定期審查、記錄及操作等，對存在安全威脅的實驗室實施安全檢查并在系統中生成數據，對在檢查中發現問題的設備，要通過系統告知老師及學生，保證老師和學生的人身安全。

（二）系統模塊分析

根據系統的需求分析，該系統還包括實驗室管理、實驗室隊伍、實驗教學、日常辦公、實驗室評估和系統維護等功能模塊。系統是相互連接的，客戶機函數是由客戶機在端口上運行的用戶函數，而服務器上的其他端口是控制系統的“管理員”，不同用戶的界面將根據安裝的任務而有所不同。

1.實驗室管理模塊

實驗室管理模塊介紹實驗室的一般信息，如管理機構、基本信息、規章制度、認證信息、基礎數據和學生管理等。

管理機構子模塊：以列表的方式列出學校實驗室的組成，列示實驗室名稱、負責人、聯系電話及管理單位等信息。

基本信息子模塊：在實驗室中建立學校和辦公室的統計數據，以及平臺的數量、設施的數量、設備的位置及數量、貨物的數量。通過信息小程序，可以看到所有實驗室的細節，根據需要統計分析數據。

規章制度子模塊：分類列出學校及各實驗室的教學管理規章制度，提供標題關鍵詞搜索功能，方便查閱。

學生管理子模塊：類數據管理子模塊系統是從知識管理系統進入接口的，系統還提供了簡單的服務任務，如添加或刪除個別類和學生的數據，以及更新類的功能。

2.實驗室隊伍模塊

實驗室隊伍模塊提供了人員基本信息管理、人員工作量統計、實驗室人員結構分析、人員崗位職責維護及個人崗位日志管理等功能。

人員基本信息管理子模塊：提供服務、觀看和檢索基本人員信息的功能。

人員工作量統計子模塊：員工績效因用戶控件而異，即用戶可以在控件允許的空間內簡單查看員工的績效統計。該模塊可計算員工負責的項目數、測試科目組數和總課時數。

實驗室人員結構分析子模塊：按照教育部信息格式，提供實驗室人員構成、實驗室設施數量、建筑物位置及教學活動統計報告等信息。

人員崗位職責維護子模塊：設置通用崗位及各實驗室各工作崗位的描述信息。

個人崗位日志管理子模塊：管理員在這里管理（包括查看、填充、編輯和刪除）其待辦事項列表，所有者可以查看其帖子列表，但是無法查看其他所有者的帖子列表。

3.“智能排課”模塊的實現技術

實驗室是開展科研工作的主要場所，承擔著實驗教學的重要任務，科學合理地規劃實驗教學工作也是實驗室建設的重要任務之一。為合理高效地完成實驗教學工作，可將實驗教學排課模塊加入智能實驗室管理平臺建設內容。將科研與教學工作結合起來，不僅可以利用好實驗室資源，而且可以提高教學效率。

在排課系統中存在著五個因素，分別是教師、課程、班級、地點和上課時間。在這種情況下，排課的運算法可以描述為給定的某個教師教授課程，要求為課程配置一個合適的地點和時間，班級和授課教師不能在同一個地點或同一時間上課。排課問題的解空間實際上就是教師、班級、課程、時間和地點五個基本因素，滿足笛卡爾乘積構成，這樣排課問題就變成了在五個基本因素的空間基礎上求一個解。在排課算法中，通過均衡化、科學化策略可以保障一門課的時間間隔，杜絕同一門課程連續上，以免影響學生的興趣培養。

根據蟻群算法的基本思路，選課時，通過記錄每只螞蟻（即學生）在高校智能實驗室管理平臺的訪問情況，比較每次訪問的結果，計算最佳的學習方法。一種特殊的方法是給每只螞蟻一個臨時的活動清單。當你離開時，為每個列表選擇一個課程，然后寫一個課程列表。在構造結束時，比較一下臨時螞蟻的路徑，看看能不能找到最近的路徑。每次螞蟻開始新的旅程，其都會重新發布路徑，記錄航向節點與“”的連接程度。“”中的所有螞蟻都配有一張數據表，每只螞蟻都有其信息表。

螞蟻周游的定義為：在已構造好的排課問題的二部圖模型中，所有的螞蟻都從圖表左邊的兩個部分開始收集其中一個節點，螞蟻準備完成所有的GLC-tin 課程。當然，在旅程結束時，一些螞蟻必須留在GPR，在所有的螞蟻完成它們的旅程后，比較所有螞蟻的旅行成本，然后計算并選擇低成本的方法，即最優選課方案。

四、基于區塊鏈視域，加強高校智能實驗室管理平臺建設的建議

為了更好地提升高校智能實驗室管理平臺建設成效，在借助區塊鏈技術完成高校智能實驗室管理平臺建設的同時，可從以下幾個方面入手。

一是加強區塊鏈技術與其他先進技術的融合，不斷探索和優化其平臺模塊和功能，完善高校智能實驗室管理平臺。

二是結合實際需求，加強平臺功能的個性化管理。高等教育實驗室管理平臺的主要功能是為教師和學生提供寶貴的資源，用于科學培訓、管理和科學研究。

三是加強專業力量的支持，實現區塊鏈信息化的有效應用。

簡而言之，建設高校智能實驗室管理平臺，需要在高等教育機構滿足培訓和培養人才的需求以及深入研究的基礎上進行，將創新應用程序和安全保障相結合，進而提高高校的建設水平。

五、結語

高校智能實驗室管理平臺的建設，不僅促進了實驗室管理隊伍的建設、保障了實驗室的安全、加強了儀器設備的管理、提高了管理人員的業務水平、改變了高校實驗室建設的傳統理念，而且還提高了高校的信息化管理水平。