基于物聯網的高校院級大型儀器設備開放共享實踐

摘" 要：以華中科技大學機械科學與工程學院為例，闡述院級大型儀器設備開放共享在相關制度、技術隊伍、信息化平臺平穩運行的前期基礎上，運用物聯網、人工智能等新技術進行制度創新、機制創新、平臺優化，打造更加便捷高效且符合學院特色的開放共享機制，以提高儀器設備利用率，滿足高校“雙一流”學科建設、高層次應用型與創新型人才培養需求，為企業科技創新和技術轉型升級提供更好的支撐和保障。深化高校院級儀器設備開放共享的舉措有：1）開發符合學院特點的儀器設備開放共享信息化服務平臺，客戶端增加手機預約和審批功能；2）構建基于物聯網的7×24小時無人值守的儀器設備開放共享服務機制，方便師生隨時實驗；3）建立院級大實驗中心，整合公共資源，更好地服務教學、科研和提供社會服務；4）院校部多級開放共享平臺數據對接，入駐省級共享平臺，拓寬開放渠道。

關鍵詞：物聯網；儀器設備開放共享；大型儀器設備

文章編號：1671-489X（2025）04-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2025.04.0

0" 引言

創新驅動發展，科技引領未來。為加快建設科技強國、實現高水平科技自立自強，一方面國家持續加大科技投入，據全國教育事業發展統計公報年度數據顯示，2019年，全國普通高校生均教學科研儀器設備值為16 264元[1]，2020年，全國普通高校生均教學科研儀器設備值為16 522元[2]，2021年，全國普通、職業高等學校生均教學科研實習儀器設備值為17 091.23元[3]；另一方面，科技部、財政部、教育部等部門相繼發布系列相關文件，引導和激勵國家重大科研設施與大型儀器設備開放共享，提高科技資源的利用效率和效益，為科技創新提供有力支撐。

自《國家重大科研基礎設施和大型科研儀器開放共享管理辦法》發布以來，各大高校借鑒國內、國外先進的經驗，積極籌劃儀器設備開放共享，探索適合學校的儀器設備開放共享管理模式，初步實現了大型儀器設備開放共享[4]。“雙一流”建設背景下，落實“以學生為中心”的教育理念，進一步深化高校儀器設備開放共享建設，更大程度地發揮儀器設備在實驗教學、科學研究、人才培養、社會服務、成果轉化等方面的支撐作用，助力一流大學和一流學科建設，具有重要的研究意義。

本文以華中科技大學機械科學與工程學院為例，進行基于物聯網的高校院級大型儀器設備開放共享實踐研究，有效提高了儀器設備利用率，滿足了高校“雙一流”學科建設、高層次應用型與創新型人才培養需求，為企業科技創新和技術轉型升級提供了有力支撐。

1" 開發符合學院特點的儀器設備開放共享" "信息化服務平臺，客戶端增加手機預約" "和審批功能

華中科技大學機械科學與工程學院（以下簡稱機械學院）儀器設備開放共享主要面臨三大問題。

1）50%以上的共享儀器設備由學生助理承擔設備日常維護和測試服務工作，學生助理在高校儀器設備開放共享運行中發揮著重要的作用，是對實驗機組人員的有力補充，但學生助理在校級共享平臺中沒有完整的機組負責人的執行權限，無法響應預約完成審批。2）設備眾多，但專職實驗教師數量有限，一位教師要管理十幾臺乃至幾十臺設備，有的教師甚至還承擔教學實驗任務，及時通過電腦響應預約很難實現。3）很多實驗區域涉密，因而屏蔽了校園局域網，專職實驗教師不能及時到有網絡的PC機上審批預約信息。

中國互聯網絡信息中心（CNNIC）發布的第52次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》顯示：截至2023年6月，我國網民規模為10.79億，互聯網普及率達76.4%，我國網民使用手機上網的比例達99.8%；使用臺式電腦、筆記本電腦、電視和平板電腦上網的比例分別為34.4%、32.4%、26.8%和28.6%[5]。學院綜合評估自身特點和現狀后決定升級儀器設備開放共享服務系統，增加手機端微信預約、審批和消息傳遞功能，開發符合學院特點的大型儀器設備開放共享信息化服務平臺（簡稱院級大儀預約平臺），如圖1所示。服務端為共享設備層，包括服務端管理軟件、設備信息數據庫、安全系統等；客戶端為終端用戶層，含移動終端用戶和PC終端用戶；服務端與客戶端通過校園局域網和公網連接。

1.1" 對接校園信息化平臺，綁定統一身份認證

華中科技大學校園信息化建設卓有成效，已實現全校一張網、基礎一平臺、數據一個庫、上網一個號等“十個一”工程。院級大儀預約平臺App構建于校園信息化平臺之上，綁定統一身份認證，與校園人事系統、學生庫系統等對接，可實名預約和審批，信息可經“華中大微校園”及時推送。

1.2" 支持PC端網上預約和移動端手機微信預約兩種預約方式

1.2.1" 移動端預約

在手機端打開微信，打開“華中科技大學”（首次打開需要進行統一身份認證并綁定手機號），點擊“學院應用”“機械學院共享資源預約”“大儀預約”，進入院級大儀預約平臺界面，選擇儀器設備、預約時間、導師等信息，提交后完成預約申請。師生通過統一身份認證后登錄預約，既方便快捷，又提高了安全性。

1.2.2" PC端預約

進入機械學院實驗室開放及實驗教學綜合管理系統（http：//ilab.mse.hust.edu.cn）進行網上預約，登錄后選擇儀器設備、實驗方式、實驗時間等信息，提交后完成預約申請。

1.3" 微校園審批便捷高效

預約信息自動通過短信或“華中大微校園”的“消息中心”發送給共享儀器設備的實驗負責人，實驗負責人點擊審批通知消息界面，瀏覽預約實驗詳情后，點擊“同意”或“拒絕”按鈕完成審批。實驗負責人可以隨時隨地在手機端完成審批，便捷高效。

1.4" 審批結果通知更及時

院級大儀預約平臺通過短信或在“華中大微校園”的“消息中心”將審批結果發送給實驗人員，并在預約實驗時間開始前24小時提醒實驗人員。

1.5" 全流程管理

預約、審批、預約單下載、記錄查詢和導出可以對接校級儀器設備開放服務系統，乃至對接國家網絡平臺，構建較為科學、完整的二級學院開放共享服務信息化管理體系，也即將虛擬對接財務系統，在系統中實現測試費核算、雙方核對、自動扣除。

1.6" 支持學生助理成為實驗技術負責人[6]

基于移動端的院級大儀預約平臺是對基于PC端的儀器設備開放共享信息化平臺的創新式升級，一經推出就得到師生的高度評價，具有極高的易用性，可以增強實驗人員的體驗感，支持學生助理成為實驗技術負責人，大大提升了大型儀器設備開放共享服務的水平和質量。同時，院級大儀預約平臺仍然具備傳統的基于PC端的大型儀器設備預約平臺功能，支持從PC端登錄系統，進行預約、審批、后臺共享儀器設備增減、開放參數設置、使用數據檢索和導出等。

2" 構建基于物聯網的7×24小時無人值守" "的儀器設備開放共享服務機制，方便師" "生隨時實驗

基于物聯網的院級大型儀器設備預約流程如圖2所示。實驗人員在院級大儀預約平臺預約，通過審批后，在預約時間內可以刷校園卡進/出實驗室，刷校園卡打開儀器，自主完成實驗，再刷校園卡關閉儀器，離開實驗室。

學院首批選擇了掃描電子顯微鏡、拉曼顯微鏡、蒸鍍、磁控濺射鍍膜機等操作簡單且使用率高的儀器設備，部署了安全可控、信息化、標準化、智能化的開放共享實驗基礎環境，為具有操作資質的實驗人員提供7×24小時全天候開放共享實驗環境。

基于物聯網的7×24小時無人值守的儀器設備開放共享服務機制可以最大限度地滿足師生個性化的實驗需求，滿足高校“以學生為中心”的創新型人才培養的需要。科研時間緊迫的師生可以在周末或下班后的非工作時間段自主開展實驗；學有余力的學生可以在課余時間開展創新型實驗；基礎較差的學生可以反復預約，多次實驗，鞏固實驗技能技巧。管理人員能夠可視化地遠程管理實驗，能夠客觀、準確地獲取儀器設備的使用數據，為客觀評估大型儀器設備的績效、運維提供真實可靠的數據支撐。基于物聯網的7×24小時無人值守的儀器設備開放共享服務機制具有鮮明的互聯網時代特色，是大型儀器設備開放共享的典范。

2.1" 實驗室門禁系統

為了保障實驗室消防安全、人員安全、設備安全，為師生提供更安全的實驗環境，實驗中心對所有實驗區域統一部署新門禁系統。新門禁系統與校園一卡通綁定，師生通過安全準入考試后，在獲批的預約實驗時間段內可以刷校園卡通過實名鑒權后進入實驗室。

2.2" 實驗設備刷卡控制系統

實驗負責人不在場的情況下，如何準確判斷進行自主實驗的師生的實驗時間是個難題。為此，實驗中心給設備安裝控制器，通過校園卡控制其開、關，實時記錄設備開、關時間，從而準確地記錄設備的使用機時，為系統自動核算測試費用和費用扣除等提供依據。

2.3" 實驗室監控系統

實驗中心根據實驗類別設有裝備制造實驗室、精密測量實驗室、微納加工及測量實驗室、柔性電子制造實驗室、數控技術實驗室、現代制造實驗室、新材料新器件化學實驗室等多個開放共享實體平臺，按照學校和學院要求，在實驗室的出入口、走廊、儀器設備周邊等安裝監控攝像頭，實現24小時全時段無死角視頻監控，實驗室各區域安全員可以在電腦或手機上隨時進行線上巡檢。

2.4" 實驗室安全管理系統

安全是實驗室工作的基石，沒有安全作保障，就無法確保儀器設備開放共享持續深入地進行。實驗中心開發了實驗室安全管理系統，每日安全檢查現場拍照上傳，整改通知及時推送反饋。實驗室安全管理系統促進了安全巡查日常化、規范化，實現了安全檢查與問題整改的全閉環信息化管理，提升了實驗室安全管理水平。實驗中心專門為化學試劑管理開發了危化品管理系統，確保危化試劑采購、取用、存儲和跟蹤安全規范。

2.5" 定期培訓，規范儀器設備操作

基于物聯網的7×24小時無人值守的儀器設備開放共享的必要條件之一是實驗人員必須具備獨立操作儀器設備的能力。大型科研儀器設備的使用通常要求使用者具備一定的專業技術水平，盲目使用可能會發生誤操作，造成儀器損壞或人身傷害等。國外大型科研儀器設備管理單位會要求使用者在使用前接受專業培訓。例如，接受過培訓的實驗人員可以7×24小時訪問斯坦福大學的生物材料和先進藥物輸送系統設施、功能基因組學設施、高通量生物科學中心等[7-8]。實驗中心每學期面向全校師生組織儀器設備操作培訓，培訓合格者才有資格預約自主上機實驗。

3" 建立院級大實驗中心，整合公共資源，更" "好地服務教學、科研和提供社會服務

學院整合教學實驗室和科研實驗室，創建大實驗中心，涵蓋國家級機械基礎教學實驗中心、虛擬仿真實驗教學中心、智能制造裝備與技術全國重點實驗室、制造裝備數字化國家工程研究中心等多個國家級教學平臺和科研平臺，實現資源統籌管理。目前，大實驗中心實驗場所面積達8 000平方米、大型儀器設備200余臺（套），資產近兩億元。

整合資源，推動科研成果向教學資源轉化，實現科教融合，讓更多的科研優質資源對本科生開放，有利于本科生拓展專業視野，盡早接觸專業前沿動態，獲得更多創新實踐機會；教師得以從繁瑣的設備運維中解脫出來，專注科學研究和人才培養；實驗中心可以全面掌握全院儀器設備的運行狀態，更好地平衡資源，推進儀器設備開放共享工作。例如，數控實驗室每年承擔本科教學實驗課后，有近半年的空閑時間，因此，數控實驗室的教學設備可優先滿足教學，階段性完全服務教學，空余時間對外開放共享，提供社會服務。

4" 院校部多級開放共享平臺數據對接，入駐" "省級共享平臺，拓寬開放渠道

2023年，院級大儀預約平臺成功對接校級儀器設備共享服務平臺，同時對接國家網絡平臺，實現了院校部多級信息化窗口的開放共享。院校部三級共享平臺對接的意義重大，從管理上講，方便數據實時上傳，能客觀、準確地反饋大型儀器設備的使用情況；從共享宣傳上看，有助于讓學院的儀器設備走向全校、全國，打破信息孤島。

學院實驗中心首批入駐省級科技創新劵服務平臺，成為其優質服務機構，為當地高校院所、企業等社會用戶提供服務。

5" 結束語

華中科技大學機械科學與工程學院根據自身特點，開發支持手機預約和審批的院級大儀預約平臺和安全管理系統等；構建基于校園一卡通的實驗室門禁、監控、儀器設備控制器等智慧物聯終端，構建簡單便捷、高效智能、7×24小時無人值守的儀器設備開放共享服務機制，最大限度地釋放大型儀器設備的潛能；構建大實驗中心，推動科研資源向教學資源的轉化，實現科教融合、產教貫通；院校部多級開放共享平臺數據對接，入駐省級共享平臺，拓寬開放渠道……多措并舉讓院級大型儀器設備開放共享可持續健康發展[9]。

“以教師為中心”轉變為“以學生為中心”給工程教育改革帶來巨大的動力[10]。華中科技大學機械科學與工程學院秉承“以學生為中心”理念，以互聯網、物聯網為支點，探索構建7×24小時無人值守的儀器設備開放共享服務機制，有效促進了儀器設備的開放共享，全天候地保障科研、教學實驗的正常開展[11]，完善創新了人才培養新模式，為學科高質量發展、“雙一流”建設、創新型人才培養、高水平科學研究、寬口徑社會服務提供了堅實的支撐。

6" 參考文獻

[1] 2019年全國教育事業發展統計公報[J].中國地質教育，2020，29（4）：120-124.

[2] 2020年全國教育事業發展統計公報[J].中國地質教育，2021，30（3）：106-110.

[3] 2021年全國教育事業發展統計公報[J].中國地質教育，2022，31（3）：109-112.

[4] 鄭忠香.高校大型儀器設備開放共享建設與實施[J].中國教育技術裝備，2018（16）：20-22，26.

[5] 中國互聯網絡信息中心發布第52次《中國互聯網絡發展狀況統計報告》[J].國家圖書館學刊，2023，32（5）：13.

[6] 孫雨茜.重點實驗室大型儀器共享運行機制的實踐與思考[J].農業科技管理，2023，42（4）：61-64.

[7] 蔡鷹，李宇彬，趙輝等.高校二級學院儀器設備開放共享平臺建設探討[J].實驗技術與管理，2020，37（2）：15-18，23.

[8] 眭川，眭平.實驗室創新發展與實驗室主任特色素質關系分析：以劍橋大學卡文迪許實驗室為例[J].實驗技術與管理，2023，40（1）：248-252.

[9] 陳熹，陸春芬.高校大型儀器設備開放共享機制探索[J].合作經濟與科技，2023（22）：119-121.

[10] 李嘉曾.“以學生為中心”教育理念的理論意義與實踐啟示[J].中國大學教學，2008（4）：54-56.

[11] 黃弢，萬晨暉，王峻峰，等.基于物聯網的全天候實驗室探索與建設[J].實驗技術與管理，2022，39（1）：232-236.

*項目來源：華中科技大學實驗室與設備管理處2023年實驗技術研究項目“院級儀器設備開放服務平臺升級”（項目編號：HZKJSYJSXM2023M029）。

作者簡介：鄭忠香、朱巖、王勛、張翁晶，工程師。