高校智慧實(shí)驗(yàn)室的模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

高博

摘 ? 要：隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的教育教學(xué)方式正在發(fā)生飛速改變。高校實(shí)驗(yàn)室是提升科研水平和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ闹匾獔?chǎng)所，應(yīng)逐步改進(jìn)傳統(tǒng)的管理模式。文章設(shè)計(jì)出智慧實(shí)驗(yàn)室模型，將有效提高實(shí)驗(yàn)室管理效率與使用效能，更好地為教學(xué)與科研服務(wù)。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室;智慧;模型;設(shè)計(jì)

在高校中，學(xué)生和教師進(jìn)行科研活動(dòng)的主要場(chǎng)所是實(shí)驗(yàn)室，因此科學(xué)、有序地開展科研教學(xué)活動(dòng)離不開實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的科學(xué)性和高效管理。當(dāng)前高校的教學(xué)規(guī)模、學(xué)生數(shù)量等都在高速增長(zhǎng)，帶來(lái)了更多的實(shí)驗(yàn)人員，實(shí)驗(yàn)器材設(shè)備等的使用頻率和次數(shù)也在增加，這也增加了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的復(fù)雜性和不安全性。提高實(shí)驗(yàn)室科學(xué)管理水平和學(xué)生、老師使用實(shí)驗(yàn)室的安全性和實(shí)驗(yàn)效率是當(dāng)下較為突出的高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)和管理問(wèn)題[1]。

1 ? ?高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)存在的問(wèn)題

1.1 ?實(shí)驗(yàn)室管理業(yè)務(wù)系統(tǒng)繁多，用戶體驗(yàn)差

國(guó)有資產(chǎn)管理處或?qū)嶒?yàn)室與設(shè)備管理處是當(dāng)前主要的實(shí)驗(yàn)室管理機(jī)構(gòu)，其主要職責(zé)有：對(duì)實(shí)驗(yàn)室教學(xué)科研進(jìn)行管理，為學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)提供實(shí)驗(yàn)環(huán)境和所需設(shè)備、試劑等;采用儀器、設(shè)備等固定資產(chǎn)入賬以及對(duì)大型儀器建檔、分類等方式對(duì)實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)進(jìn)行管理;實(shí)驗(yàn)用房分配，實(shí)驗(yàn)室安全管理和使用時(shí)間等實(shí)驗(yàn)室日常管理;環(huán)境改造和儀器、設(shè)備采購(gòu)等實(shí)驗(yàn)室管理工作。相應(yīng)的專職管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)每一項(xiàng)主營(yíng)業(yè)務(wù)，這些實(shí)驗(yàn)業(yè)務(wù)的不斷出現(xiàn)和增加同實(shí)驗(yàn)室管理需求息息相關(guān)。當(dāng)前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室管理工作系統(tǒng)都由獨(dú)立的管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)每一項(xiàng)業(yè)務(wù)，相互聯(lián)系較少，導(dǎo)致用戶在進(jìn)行相關(guān)業(yè)務(wù)的處理時(shí)需要同時(shí)登陸不同系統(tǒng)進(jìn)行分別管理，很容易造成工作的低效性和無(wú)效性。多個(gè)管理系統(tǒng)的運(yùn)行消耗了更多的人力和物力，管理成本大大增加[2]。

1.2 ?信息化建設(shè)水平落后，形成“信息孤島”

在傳統(tǒng)的管理方式中，不同系統(tǒng)由相應(yīng)的科室進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理，在構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)彼此沒(méi)有共同設(shè)計(jì)，所使用的構(gòu)建技術(shù)不一致，各管理系統(tǒng)會(huì)出現(xiàn)互不兼容、信息共享無(wú)效的狀況，導(dǎo)致形成“信息孤島”，技術(shù)手段的落后或者時(shí)間的限制導(dǎo)致與實(shí)驗(yàn)室管理的相關(guān)信息數(shù)據(jù)不夠全面/真實(shí)。因此，要想真正突破實(shí)驗(yàn)室開放水平和服務(wù)質(zhì)量的瓶頸，必須實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)管理的信息化[3]。

學(xué)校開展的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)量與種類隨實(shí)驗(yàn)室開放的時(shí)間呈上升趨勢(shì)，很大程度上增加了實(shí)驗(yàn)室人數(shù)、試劑藥品與儀器設(shè)備數(shù)量。除去正常的研究生實(shí)驗(yàn)所需，很多大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目都需要在學(xué)生的課余時(shí)間進(jìn)行，但是當(dāng)前其運(yùn)行機(jī)制存在一定漏洞和弊端，在網(wǎng)絡(luò)共享信息化管理方面，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)無(wú)法滿足其需要。由于大部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)安全素養(yǎng)水平不一，缺乏一定的維護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，安全領(lǐng)取、使用和保管實(shí)驗(yàn)材料意識(shí)，沒(méi)有培養(yǎng)相應(yīng)的安全責(zé)任感，給實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題帶來(lái)了較大的隱患。同時(shí)，很多學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)沒(méi)有按照規(guī)范進(jìn)行，在加快實(shí)驗(yàn)室設(shè)備損壞的同時(shí)也導(dǎo)致了人、物的安全風(fēng)險(xiǎn)提高，尤其一些需要用電、氣的實(shí)驗(yàn)儀器，其安全問(wèn)題尤為突出、明顯[4]。

1.3 ?缺乏科學(xué)、有效的實(shí)驗(yàn)室管理制度和系統(tǒng)

局限在實(shí)驗(yàn)老師的管理下完成學(xué)生培訓(xùn)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析、學(xué)生實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)等工作，很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤或不到位的地方。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完善實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)和體制是智慧實(shí)驗(yàn)室管理理念，將實(shí)驗(yàn)室日常管理、設(shè)備維護(hù)、考勤管理等眾多業(yè)務(wù)集成到一個(gè)管理系統(tǒng)中，通過(guò)統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，即智慧實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息的在線共享。在管理系統(tǒng)中包含管理員、教師、學(xué)生等，能夠自動(dòng)化管理實(shí)驗(yàn)室事務(wù)，極大地改善了當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室管理工作低效的問(wèn)題，提高智慧化管理水平。

2 ? ?智慧實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)需求分析

2.1 ?系統(tǒng)目標(biāo)

系統(tǒng)開發(fā)采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)搭建數(shù)據(jù)庫(kù)，在結(jié)構(gòu)上選擇了瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）結(jié)構(gòu)，從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)是可行的。開發(fā)系統(tǒng)采用的軟件均為開源軟件，投入費(fèi)用較低，成本不高。同時(shí)，所需硬件配置要求不高，硬件成本不高，系統(tǒng)開發(fā)完成后可模擬校園實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)，可滿足日常管理需求，所以系統(tǒng)開發(fā)具有經(jīng)濟(jì)可行性[5]。

2.2 ?系統(tǒng)需求分析

2.2.1 ?教師主體的需求分析

教師作為本系統(tǒng)的普通用戶，享有教師角色相應(yīng)的權(quán)限，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)課程和內(nèi)容的管理和安排，具體管理功能包括教務(wù)管理和考評(píng)與考勤管理。其中實(shí)驗(yàn)室安排、分組、課程管理等屬于教務(wù)管理，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告、期末成績(jī)?cè)u(píng)判和管理、學(xué)生日常實(shí)驗(yàn)、教師工作情況及出勤率統(tǒng)計(jì)信息屬于考評(píng)與考勤管理功能。

2.2.2 ?學(xué)生主體的需求分析

學(xué)生作為本系統(tǒng)的普通用戶，其享有學(xué)生角色相應(yīng)的權(quán)限，主要有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目查看、實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交和成績(jī)查詢功能。登錄系統(tǒng)之后查看并下載實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安排、同時(shí)還可查看歷史實(shí)驗(yàn)成績(jī)，屬于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目查看功能。實(shí)驗(yàn)完成后，將實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳到系統(tǒng)，屬于實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交功能;教師對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告打分之后，學(xué)生可及時(shí)查看分?jǐn)?shù)，屬于查詢功能。

2.2.3 ?管理員主體的需求分析

在整個(gè)系統(tǒng)中最高權(quán)限為管理員權(quán)限，不僅能查系統(tǒng)所有用戶的信息，還可修改、增加、刪除用戶信息和賬號(hào)。主要權(quán)限包括對(duì)用戶、教師、學(xué)生、班級(jí)信息的管理，管理方式有對(duì)學(xué)生、老師等用戶信息如ID、用戶名、密碼以及學(xué)院和出生日期等的增改，同時(shí)還可以管理實(shí)驗(yàn)室信息，能夠在線實(shí)時(shí)查詢到每一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的當(dāng)前使用狀態(tài)以及該實(shí)驗(yàn)室相應(yīng)的課程時(shí)間安排和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等。

系統(tǒng)還包括管理實(shí)驗(yàn)設(shè)備、耗材的功能模塊。設(shè)備管理有對(duì)設(shè)備基本信息、新增設(shè)備、設(shè)備故障報(bào)修和維護(hù)、借用與歸還等信息的管理，由相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理員進(jìn)行相關(guān)信息的修改或增加，詳細(xì)記錄設(shè)備相關(guān)信息。耗材管理有對(duì)耗材基本庫(kù)存信息、耗材出庫(kù)與入庫(kù)等信息的管理，由相應(yīng)的耗材管理員對(duì)既定周期的耗材庫(kù)存信息進(jìn)行管理，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要和安排統(tǒng)計(jì)和預(yù)算下一周所需的耗材，并對(duì)其進(jìn)行申報(bào)，將耗材出入庫(kù)與購(gòu)買信息進(jìn)行更新。

3 ? ?智慧管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

智慧實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)功能模塊如圖1所示。

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)搭建需滿足系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)保存和處理的4個(gè)需求，包括數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)量足夠大、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性足夠高、數(shù)據(jù)保存的有效性足夠完整和數(shù)據(jù)提取的高效性。本研究中系統(tǒng)開發(fā)使用的數(shù)據(jù)庫(kù)類型為開源的輕型數(shù)據(jù)庫(kù)MySQL，通過(guò)該數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的功能和性能需求。

3.1 ?系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)角色選擇、用戶管理、參數(shù)查看、工作流程管理和相關(guān)編號(hào)管理等功能為主。其中，目標(biāo)開發(fā)系統(tǒng)總共包括實(shí)驗(yàn)室管理員、老師和學(xué)生這3類用戶角色。借助互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)管理員可在線管理不同用戶的詳細(xì)信息，并對(duì)日志存儲(chǔ)空間和系統(tǒng)備份時(shí)間利用系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行在線設(shè)置。本管理模塊中所需完成的系統(tǒng)工作流程有實(shí)驗(yàn)室申請(qǐng)和單據(jù)提交流程等，每次向系統(tǒng)提交的單據(jù)會(huì)自動(dòng)分類編號(hào)，有助于系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)管理。

3.2 ?基礎(chǔ)管理模塊設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)管理模塊以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)基礎(chǔ)信息的管理等功能為主，包括對(duì)不同用戶角色如教師和學(xué)生相關(guān)信息的增刪改等。同時(shí)，系統(tǒng)安排實(shí)驗(yàn)室使用是建立在本學(xué)期課程信息的基礎(chǔ)上，可從教學(xué)信息中自動(dòng)提取相應(yīng)實(shí)驗(yàn)教師的信息和課程情況，自動(dòng)安排實(shí)驗(yàn)并通知各位老師。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向教務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器端發(fā)送請(qǐng)求，得到學(xué)生和教師的相關(guān)信息，返回的信息利用SQL語(yǔ)句導(dǎo)入至數(shù)據(jù)庫(kù)。實(shí)驗(yàn)室人員流動(dòng)情況的統(tǒng)計(jì)可通過(guò)智慧實(shí)驗(yàn)室的攝像頭采集人體信息功能實(shí)現(xiàn)，不僅可以實(shí)現(xiàn)簽到功能，還可以進(jìn)行預(yù)警。

3.3 ?實(shí)驗(yàn)室管理模塊設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室管理模塊以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、工位、負(fù)責(zé)人信息按學(xué)期、院系與實(shí)驗(yàn)室管理數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)電源控制、門禁管理管理等功能為主。智慧實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)可依據(jù)不同時(shí)間節(jié)點(diǎn)，對(duì)沒(méi)有實(shí)驗(yàn)任務(wù)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行自動(dòng)斷電，提高實(shí)驗(yàn)室的安全性。同時(shí)對(duì)有實(shí)驗(yàn)安排的實(shí)驗(yàn)室提前通電，保障實(shí)驗(yàn)任務(wù)的有序進(jìn)行。

3.4 ?設(shè)備管理模塊設(shè)計(jì)

設(shè)備管理模塊以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息的管理功能為主。系統(tǒng)可利用終端掃描技術(shù)對(duì)每一項(xiàng)器材的唯一識(shí)別碼進(jìn)行感應(yīng)，當(dāng)器材遠(yuǎn)離時(shí)，就會(huì)發(fā)出警告并記錄，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)管理實(shí)驗(yàn)設(shè)備和耗材，減少了大量人工成本;同時(shí)對(duì)于新增的設(shè)備也會(huì)采用同樣的技術(shù)自動(dòng)記錄入庫(kù)。

3.5 ?考勤與考評(píng)管理模塊設(shè)計(jì)

考勤與考評(píng)管理模塊以實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生考勤和綜合考評(píng)的管理功能為主。系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)老師給學(xué)生統(tǒng)計(jì)的成績(jī)信息進(jìn)行管理，根據(jù)平時(shí)成績(jī)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)、期末成績(jī)和考勤狀況綜合計(jì)算總成績(jī)。實(shí)驗(yàn)室學(xué)生人數(shù)的統(tǒng)計(jì)可通過(guò)智慧實(shí)驗(yàn)室的攝像頭采集人體信息功能實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)簽到功能，確定每一位學(xué)生的考勤狀況。同時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行評(píng)分，然后自動(dòng)同步到學(xué)生成績(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行綜合評(píng)定。系統(tǒng)對(duì)學(xué)生成績(jī)的管理可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化統(tǒng)計(jì)，無(wú)需相關(guān)實(shí)驗(yàn)老師的人工管理，極大地提高了管理效率，降低了實(shí)驗(yàn)室管理成本。

建設(shè)智慧實(shí)驗(yàn)室不僅包含了硬件設(shè)備的投入，還包括相應(yīng)軟件的開發(fā)，這項(xiàng)工程的完成需建立在長(zhǎng)期、耐心的工作基礎(chǔ)上，要求學(xué)校不同部門的共同合作。因此，學(xué)校應(yīng)當(dāng)利用當(dāng)前已有資源大力建設(shè)實(shí)驗(yàn)室信息化管理平臺(tái)，通過(guò)加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理建設(shè)的軟硬件以及管理成本的投入，逐步實(shí)現(xiàn)智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，完成實(shí)驗(yàn)室的信息化管理，保障實(shí)驗(yàn)室管理的科學(xué)性、高效性。

[參考文獻(xiàn)]

[1]劉棣中，陳炳森.高職院校實(shí)驗(yàn)室管理模式的改革與創(chuàng)新[J].中國(guó)電力教育，2013（28）：178-179.

[2]王江濤.高職院校實(shí)驗(yàn)室管理工作的探索與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011（3）：173-175.

[3]杜娟.高職院校實(shí)驗(yàn)室管理模式改革的思考[J].甘肅聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(bào)，2010（11）：111-112.

[4]繆建華.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高職院校智慧實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)[J].開封教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2018（12）：145-145，220.

[5]王虹，王軍.基于“智慧校園”的高校實(shí)驗(yàn)室安全管理平臺(tái)建設(shè)[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2019（2）：55-58.

Abstract：With the development of modern information technology， the traditional methods of education and teaching should be undergoing rapid changes. University laboratories are the important places to improve scientific research level and experimental ability. This paper design on intelligence laboratory model， improving the traditional management model and designing a intelligent laboratory model will effectively enhance laboratory management efficiency and usage efficiency， thus better serving teaching and research.

Key words：laboratory; intelligent; model; design