高校實驗室智能化管理的應用與實踐

廉靜靜， 龐璽斌， 徐 進， 王海霞， 魯 峰

（大連海事大學航海學院，遼寧大連116026）

0 引 言

高校實驗室是高等教育的重要硬件條件，是高校管理工作的重要組成部分，是實驗教學和科學研究的重要實踐基地，是拓展學生綜合素質教育和技能訓練的主要場所，是高校綜合實力的重要標志之一，同時高校實驗室也承擔科研和完成科技攻關任務，努力提高高校實驗室的管理水平既是自身建設的客觀需要，也是現(xiàn)代社會對高等教育管理工作提出的客觀要求［1］。2010年7月教育部頒發(fā)《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020 年）》提出［2］“構建先進、高效、實用”的數字化教育基礎設施，推進數字化校園建設，實現(xiàn)多種方式接入互聯(lián)網；2012年3月教育部頒發(fā)《關于開展“十二五”高等學校實驗教學示范中心建設工作的通知》（教高司［2012］33 號）［3］指出構建功能集約、資源優(yōu)化、開放充分、運作高效的專業(yè)類或跨專業(yè)類的實驗教學平臺，為學生自主學習、自主實驗和創(chuàng)新活動創(chuàng)造條件；同年3月教育部正式頒發(fā)［4］《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》（教技［2012］5號）提出開發(fā)整合各類優(yōu)質教育教學資源，建立高等教育資源共建共享機制；2017年7月教育部頒布了［5］《關于2017—2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》（教高廳［2017］4號）將繼續(xù)深入推進信息技術與高等教育實驗教學的深度融合，不斷加強高校實驗教學優(yōu)質資源建設與應用，著力提高高等教育實驗教學質量和實踐育人水平。近年來，很多高校對實驗室設備的投入逐年增加，實驗室的硬件設施得到了很大改善，但是原有的管理方式也越來越不適應新形勢的發(fā)展要求，高校實驗室在管理和日常運行中要面對更高的要求，改變原有的管理方式，實現(xiàn)高校實驗室智能化管理是必然的。隨著信息采集、網絡管理和傳感器技術的迅猛發(fā)展，為實現(xiàn)實驗室的智能化管理提供了條件，利用在線管理，遠程監(jiān)控等技術手段，將實驗室管理和服務融為一體，提高了實驗室的使用率和管理效率。

1 實驗室管理存在的難題

實驗室管理涉及設備、人員、經費等諸多問題［6-10］，從目前我國高校實驗室具體運行的實際情況來看，普遍存在著一些需要解決的問題。

（1）儀器設備多，管理人員少，報表工作量大。每學期初，實驗室需向各個部門提交各種表格，如向校教務處提交實驗教學任務分配表、總結表和實驗教學評估表等，向國有資產和實驗室管理處提交實驗設備使用機時等。若校內構建一個以實驗室為基本單元的大數據，實現(xiàn)數據共享，校內部門也可有效查閱所需要的數據，報表工作量將會大幅度降低。

（2）實驗室安全隱患客觀存在［11-13］。實驗室的安全運行是保障學校正常教學、科研秩序，確保廣大師生人身安全、校園和諧穩(wěn)定的重要基礎，為健全實驗室安全監(jiān)控責任體系和長效工作機制，強化實驗室安全風險防控意識和能力，預防、遏制實驗室安全事故發(fā)生，確保師生安全和校園穩(wěn)定，學校每年都開展實驗室安全檢查工作，目前實驗室管控相對較弱，同時實驗室開放過程無法有效管控。

（3）實驗教學改革對實驗室管理提出更高要求。教育部要求高校按照“興趣驅動、自主實踐、重在過程”的原則［14-16］，鼓勵學生開展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練與實踐，提升大學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力，實驗教學的不斷改革，在探索多元化實驗培養(yǎng)新模式過程中，開放實驗室沿用傳統(tǒng)的管理模式，則需要投入大量的物力和人力，并且容易造成管理混亂和管理效率較低。

2 實驗室智能化管理應用

航海實踐實驗教學中心是學校按照統(tǒng)籌規(guī)劃、優(yōu)化組合、資源共享、運行高效原則，在2005年整合航海實驗資源建立的實踐實驗教學中心，中心下設船舶貨運、航海模擬器、海事管理、航海儀器等11個實驗室，并于2009年榮獲國家普通高校實驗教學示范中心稱號，開設對應專業(yè)課程92個實踐實驗教學項目，每年參加實踐實驗教學的學員數近2 000多人。目前，實踐實驗教學中心實驗面積達6 000 m2，儀器設備1 500余臺套。2018年，航海實踐實驗教學中心搭建了實驗室智能化管理平臺，實現(xiàn)了實驗室智能化管理，促進了實驗教學中心管理水平的提高。

實驗室智能化管理平臺利用物聯(lián)網、信息采集、傳感器技術等，將在線管理，遠程監(jiān)控等實驗室管理和服務融為一體。管理平臺實現(xiàn)4個管理功能：管理模式信息化，如從傳統(tǒng)的人工管理模式轉變?yōu)橐劳芯W絡的信息化管理；業(yè)務處理流程化，如實驗室業(yè)務合理安排，規(guī)范操作，系統(tǒng)與具體工作相輔相成；開放管控過程化，如資源查詢、預約、授權、刷卡身份認證，遠程門、電、視頻監(jiān)控控制；管理數據系統(tǒng)化，如從業(yè)務流程中自動采集真實數據，以供科學決策，見圖1。

圖1 智能化管理平臺功能

2.1 智能化管理平臺軟件模塊

智能化管理平臺軟件模塊包括實驗教學管理、資產設備管理、實驗室開放管理、實驗室面向各管理部門的數據填報系統(tǒng)、實驗室安全準入管理、實驗室耗材等管理模塊，以方便實驗室的日常管理，減少實驗室報表的填寫等（見圖2）。統(tǒng)計分析模塊包括對實驗室通斷電統(tǒng)計、設備使用率統(tǒng)計、課程統(tǒng)計、開發(fā)實驗使用情況統(tǒng)計和實驗室進出統(tǒng)計等。

圖2 智能化管理平臺軟件模塊

2.2 智能化管理平臺硬件模塊

智能化管理平臺的硬件模塊包括智能門禁、電源、視頻監(jiān)控管理等，以方便實驗室的遠程控制。圖3為航海實踐實驗教學中心航海模擬器實驗室布線圖。圖4和圖5為智能化管理平臺硬件模塊的弱電和強電結構圖。每一間教室的強電連接方式都是相同的，從教室原本的空開上方接入電控箱，再由電控箱輸出接入空開的下方，以保證在空開斷開的情況下，電控箱能夠控電，當電控箱斷開的時候，可以人為推上空開，可保證設備用電的正常使用。刷卡器與數據分析器相連，數據分析器通過RS485將卡片的物理地址傳輸給中控箱，中控箱與電控箱相連實現(xiàn)智能門禁和電控。

圖3 智能化管理平臺布線圖（航海模擬器實驗室）

圖4 硬件模塊弱電結構圖

圖5 硬件模塊強電結構圖

3 結 語

航海實踐實驗教學中心實驗室智能管理平臺主要服務教師和學生，使教師和學生上實驗課時更加方便、更加自主，提高實驗室管理水平，加大實驗室開發(fā)使用度和實驗室資源的使用率，同時節(jié)省了大量的人力物力，并且從智能管理系統(tǒng)中采集的數據更準確、更清晰。