基于信息化平臺(tái)建設(shè)的高校實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)

夏春琴，劉芫健

（南京郵電大學(xué)a.電子與光學(xué)工程學(xué)院；b.實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理處，南京 210023）

0 引言

實(shí)驗(yàn)室是高校開(kāi)展實(shí)踐教學(xué)和科研創(chuàng)新的重要場(chǎng)所，承擔(dān)著高校人才培養(yǎng)的重要任務(wù)［1-2］。隨著高?！半p一流”建設(shè)的不斷推進(jìn)，高校的教學(xué)、科研、創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)也隨之增加，但是由于實(shí)驗(yàn)室傳統(tǒng)管理手段的限制，目前高校實(shí)驗(yàn)室的管理方式已經(jīng)難以滿足“雙一流”建設(shè)目標(biāo)下人才培養(yǎng)的需求。利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，整合資源，構(gòu)建先進(jìn)、高效、實(shí)用的基于信息化平臺(tái)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)［3］，是滿足高校日益增長(zhǎng)的創(chuàng)新實(shí)踐與科研發(fā)展人才培養(yǎng)需求的良好解決方案。

1 實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀分析

教育部印發(fā)的《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見(jiàn)（征求意見(jiàn)稿）》中明確指出，要進(jìn)一步深化“三通兩平臺(tái)”建設(shè)，“到2020 年，基本建成‘人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)’、與國(guó)家教育現(xiàn)代化發(fā)展目標(biāo)相適應(yīng)的教育信息化體系［4-7］。進(jìn)一步加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施和信息資源建設(shè)，重點(diǎn)推進(jìn)信息技術(shù)與高等教育的深度融合，促進(jìn)教育內(nèi)容、教學(xué)手段和方法現(xiàn)代化，創(chuàng)新人才培養(yǎng)、科研組織和社會(huì)服務(wù)模式，推動(dòng)文化傳承創(chuàng)新，促進(jìn)高等教育質(zhì)量全面提高［8］”。在我國(guó)高校人才培養(yǎng)體系中，實(shí)驗(yàn)室是十分重要的教育資源，如何充分利用高校實(shí)驗(yàn)室的教育管理資源，是高校創(chuàng)新實(shí)踐和科研人才培養(yǎng)工作的重要問(wèn)題［9］。在實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理過(guò)程中，高校實(shí)驗(yàn)室管理缺乏科學(xué)規(guī)劃，現(xiàn)有管理模式跟不上新興的信息化教育手段，難以滿足現(xiàn)代化的教學(xué)需求。

1.1 缺乏科學(xué)的規(guī)劃，資源設(shè)置浪費(fèi)

目前高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)存在規(guī)劃不合理，實(shí)驗(yàn)室功能單一，且建設(shè)前期缺乏整體溝通協(xié)調(diào)與長(zhǎng)期規(guī)劃，在建設(shè)過(guò)程中，常常僅根據(jù)學(xué)院的學(xué)科建設(shè)規(guī)劃進(jìn)行設(shè)置，有些實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)內(nèi)容和其他學(xué)院存在重復(fù)，在一定程度上造成了學(xué)校辦學(xué)經(jīng)費(fèi)和實(shí)驗(yàn)室資源浪費(fèi)。學(xué)校和二級(jí)學(xué)院之間的實(shí)驗(yàn)室資源無(wú)法有效整合、做到資源的合理匹配，在一定程度上影響了科研和教學(xué)水平的共同提高。而學(xué)科之間缺乏及時(shí)有效的交流，也影響交叉學(xué)科與跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)之間的溝通與共同發(fā)展，不利于學(xué)校教學(xué)與科研的高效開(kāi)展。

1.2 管理手段比較落后，設(shè)備利用率低下

隨著大量設(shè)備購(gòu)置與創(chuàng)新活動(dòng)進(jìn)行，原有的實(shí)驗(yàn)室管理模式的弊端逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。實(shí)驗(yàn)室的一般管理模式還處于人工管理狀態(tài)，工作內(nèi)容煩瑣，辦公效率低下，致使大量設(shè)備無(wú)法得到有效管理，設(shè)備使用情況與相關(guān)記錄常常被忽視，一定程度上造成設(shè)備的閑置浪費(fèi)與更新不及時(shí)［10-11］。實(shí)驗(yàn)室信息類型繁多，管理者需要掌握實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過(guò)程中各類數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)工作需要適時(shí)對(duì)各類數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和判斷。通過(guò)人工管理方式處理實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行信息，信息可追溯性差，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)漏，無(wú)法進(jìn)行科學(xué)的數(shù)據(jù)分析和研究。信息不暢導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室在運(yùn)行過(guò)程中清查與校驗(yàn)工作難度大，設(shè)備使用和實(shí)驗(yàn)耗材的情況無(wú)法及時(shí)更新，設(shè)備無(wú)法及時(shí)維護(hù)、實(shí)驗(yàn)耗材無(wú)法及時(shí)補(bǔ)給，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研工作的順利開(kāi)展。

1.3 教學(xué)手段單一，信息化程度低

目前的實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐教學(xué)無(wú)法跟上信息時(shí)代發(fā)展，受實(shí)驗(yàn)室自身?xiàng)l件所限，依托于學(xué)院專業(yè)設(shè)置開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程十分有限，無(wú)法進(jìn)行有效創(chuàng)新。教學(xué)模式固定，學(xué)生只能在規(guī)定的時(shí)間和地點(diǎn)做相同內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)，缺乏個(gè)性化培養(yǎng)，無(wú)法為學(xué)生提供多方面應(yīng)用理論知識(shí)的深化了解以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)提升；教學(xué)方法單一，采用統(tǒng)一的教授方式，方法簡(jiǎn)單，學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與老師之間缺少思維碰撞，缺乏互動(dòng)性，不利于培養(yǎng)學(xué)生相互合作與溝通的團(tuán)隊(duì)合作能力，也無(wú)法拓展學(xué)生創(chuàng)新思維；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，主要是課件演示單一，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊，缺乏更深入的知識(shí)與思考，學(xué)生難以跟上現(xiàn)代社會(huì)的實(shí)際需求［12-13］。

1.4 信息資源缺乏開(kāi)放平臺(tái)，無(wú)法開(kāi)放共享

目前的實(shí)驗(yàn)室資源管理相對(duì)獨(dú)立，無(wú)法實(shí)現(xiàn)信息資源共享，高校之間、高校與各二級(jí)學(xué)院間溝通共享少。先進(jìn)的設(shè)備、優(yōu)秀的實(shí)驗(yàn)室管理經(jīng)驗(yàn)、好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式等優(yōu)質(zhì)資源無(wú)法共建共享，成果輻射效應(yīng)相對(duì)低下，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)與發(fā)展。

2 信息化平臺(tái)建設(shè)的必要性

基于信息化平臺(tái)建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)在高校實(shí)驗(yàn)室管理方面具有巨大優(yōu)勢(shì)，在推動(dòng)創(chuàng)新科研人才培養(yǎng)方面起著重要作用。實(shí)驗(yàn)室的信息化建設(shè)既是學(xué)校創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)管理水平的反映，也是高校辦學(xué)實(shí)力的一種體現(xiàn)［14］。

2.1 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整體合理規(guī)劃

信息化平臺(tái)建設(shè)為實(shí)驗(yàn)室提供了信息共享的交互平臺(tái)，學(xué)?？梢愿鶕?jù)長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃來(lái)制定實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理方案，加強(qiáng)對(duì)各學(xué)院實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的監(jiān)督與管理，可以分類把控每個(gè)學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行合理配置，做到胸中有丘壑，整體布局，局部特色，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)資源配置，使實(shí)驗(yàn)室資源得到高效合理地利用，推動(dòng)學(xué)校實(shí)踐教學(xué)和科研工作有序開(kāi)展，為學(xué)校的創(chuàng)新實(shí)踐人才培養(yǎng)打好基礎(chǔ)［15］。

2.2 提升實(shí)驗(yàn)室資源的利用率

信息化平臺(tái)建設(shè)能夠及時(shí)反映實(shí)驗(yàn)室的各類使用信息的真實(shí)情況，能夠?qū)崿F(xiàn)所有實(shí)驗(yàn)室資源信息可追溯。實(shí)驗(yàn)室管理人員可以根據(jù)信息化平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)信息及時(shí)了解實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用情況，實(shí)驗(yàn)教師可以根據(jù)信息化平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)信息及時(shí)了解上課及課后學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況，隨時(shí)了解學(xué)生知識(shí)掌握情況以及動(dòng)手實(shí)踐能力，創(chuàng)新及科研老師也可根據(jù)信息化平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)信息了解開(kāi)放實(shí)驗(yàn)學(xué)生實(shí)訓(xùn)進(jìn)程，學(xué)生也可根據(jù)信息化平臺(tái)選擇自己的自主開(kāi)放實(shí)驗(yàn)時(shí)間，自主選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，全面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室資源的管理與利用，有效提升實(shí)驗(yàn)室的利用率。

2.3 提升實(shí)驗(yàn)室工作人員工作效率

信息化平臺(tái)建設(shè)使得實(shí)驗(yàn)室工作人員擺脫了人工統(tǒng)計(jì)信息、追溯信息、處理信息的難題。實(shí)驗(yàn)室工作人員可根據(jù)平臺(tái)提供的真實(shí)有效的數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與整理，從設(shè)備入庫(kù)、使用、維修、出庫(kù)到報(bào)廢的全生命周期信息查詢簡(jiǎn)單快捷，可追溯性強(qiáng)，能隨時(shí)管理設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，有利于設(shè)備的及時(shí)更新維護(hù)，提升了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作效率。

2.4 提升學(xué)生開(kāi)放實(shí)踐創(chuàng)新能力及科研能力

信息化平臺(tái)建設(shè)提供了開(kāi)放式的實(shí)踐教學(xué)與實(shí)驗(yàn)服務(wù)，學(xué)生可通過(guò)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放預(yù)約平臺(tái)自主選擇實(shí)驗(yàn)時(shí)間、教室和實(shí)驗(yàn)設(shè)備，方便學(xué)生自主靈活地參與實(shí)驗(yàn)，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性與自主創(chuàng)新性，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果，為實(shí)踐創(chuàng)新及科研人才的培養(yǎng)提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

3 信息化平臺(tái)建設(shè)的整體方案

信息化平臺(tái)主要提供實(shí)驗(yàn)中心教學(xué)與管理過(guò)程中的教學(xué)、儀器設(shè)備、預(yù)約派位與電源管理系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)等功能，如圖1 所示，信息化平臺(tái)并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行配置，是實(shí)驗(yàn)室其他管理系統(tǒng)的運(yùn)行基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)中心，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理人員、實(shí)驗(yàn)室管理員、教師、學(xué)生在線互動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)化開(kāi)放管理平臺(tái)。

3.1 教學(xué)管理系統(tǒng)

圖1 信息化平臺(tái)建設(shè)方案

全面開(kāi)放的信息化實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)，提供開(kāi)放式實(shí)踐教學(xué)服務(wù)，多種角色用戶身份管理，多種業(yè)務(wù)權(quán)限配置，滿足學(xué)生、教師、教務(wù)人員、實(shí)驗(yàn)室管理人員和校領(lǐng)導(dǎo)等多方需求。為教學(xué)實(shí)踐創(chuàng)新如基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)等提供服務(wù)。

教師根據(jù)教務(wù)處的開(kāi)課計(jì)劃進(jìn)行典型實(shí)驗(yàn)庫(kù)維護(hù)、實(shí)驗(yàn)安排、查看學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)展、批改實(shí)驗(yàn)結(jié)果及實(shí)驗(yàn)報(bào)告、統(tǒng)計(jì)并發(fā)布實(shí)驗(yàn)成績(jī)等教學(xué)環(huán)節(jié)。學(xué)生根據(jù)任課教師的要求，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室完成實(shí)驗(yàn)，提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。圖2 為教學(xué)管理流程圖以及圖3為學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程模型圖。

圖2 教學(xué)管理流程圖

圖3 學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程模型圖

信息化平臺(tái)具備人性化的協(xié)同學(xué)習(xí)功能，能幫助教師和學(xué)生隨時(shí)隨地通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行互動(dòng)交流，幫助教師進(jìn)行網(wǎng)上布置安排預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)和報(bào)告等教學(xué)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)提供智能指導(dǎo)、自動(dòng)批改和一鍵式成績(jī)分析匯總功能；平臺(tái)支持學(xué)生網(wǎng)上自主選課和課內(nèi)自主選擇實(shí)驗(yàn)，為學(xué)生在網(wǎng)上提供選擇開(kāi)課、選擇實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)測(cè)試、在系統(tǒng)智能指導(dǎo)下進(jìn)行驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、利用系統(tǒng)提供的虛擬設(shè)備和器材完成自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及填寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等功能；平臺(tái)為學(xué)校管理人員查看實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程提供監(jiān)控界面，包括學(xué)生實(shí)驗(yàn)的安排情況、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交情況、教師指導(dǎo)和批改的情況、學(xué)生的問(wèn)題和反饋意見(jiàn)等內(nèi)容。

3.2 設(shè)備管理系統(tǒng)

設(shè)備管理是對(duì)實(shí)驗(yàn)室存放的設(shè)備儀器和物資耗材進(jìn)行基礎(chǔ)信息記錄以及開(kāi)放預(yù)約管理。設(shè)備管理系統(tǒng)包括設(shè)備信息管理、設(shè)備使用周期、實(shí)驗(yàn)室房間、大型儀器、設(shè)備查詢5 個(gè)子模塊。不同身份的用戶在登錄時(shí)可以進(jìn)行不同權(quán)限的操作。管理員可以通過(guò)RFID閱讀器將讀取到的新的設(shè)備信息傳到數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行設(shè)備出入庫(kù)等操作，而一般用戶根據(jù)實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備開(kāi)放狀態(tài)、設(shè)備管理員等進(jìn)行各項(xiàng)查詢操作，包括設(shè)備的信息，設(shè)備的使用情況，實(shí)驗(yàn)室用房，大型儀器的共享等。

進(jìn)入具體實(shí)驗(yàn)室后可對(duì)設(shè)備進(jìn)行新建、導(dǎo)入、導(dǎo)出、設(shè)置等操作。在設(shè)備管理系統(tǒng)中，可對(duì)設(shè)備的型號(hào)、規(guī)格、購(gòu)買年限、物聯(lián)硬件、參數(shù)設(shè)置、相關(guān)圖片、相關(guān)視頻、相關(guān)文檔、二維碼、設(shè)備安全協(xié)議等設(shè)置，圖4為設(shè)備管理流程圖。

圖4 設(shè)備管理流程圖

使用RFID技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室24 h不間斷、全方位監(jiān)控，真正做到了穩(wěn)固的安防系統(tǒng)。使用RFID 電子標(biāo)簽，使得設(shè)備的地理位置被弱化，更加注重管理過(guò)程中的邏輯關(guān)系?？赏ㄟ^(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)更新，實(shí)時(shí)地掌握設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)和存放地理位置，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室高效、合理、智能化管理。

3.3 預(yù)約派位與電源管理系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)登錄與派位系統(tǒng)主要包括派位系統(tǒng)服務(wù)器、實(shí)驗(yàn)室電源集控器、工位電源控制器與派位終端，系統(tǒng)各部分通過(guò)局域網(wǎng)互聯(lián)互通，可集成第三方門禁系統(tǒng)。派位系統(tǒng)服務(wù)器運(yùn)行派位系統(tǒng)軟件、SQL 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)等，為系統(tǒng)的設(shè)置、賬戶管理、規(guī)則定義等功能提供服務(wù)，還包括一套Web 頁(yè)面系統(tǒng)，用于遠(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)查詢、實(shí)驗(yàn)預(yù)約、取消預(yù)約、用戶密碼修改等功能；派位終端部署在實(shí)驗(yàn)室入口等公共區(qū)域，由讀卡器和觸摸一體機(jī)組成。通過(guò)實(shí)驗(yàn)派位終端，學(xué)生登錄系統(tǒng)進(jìn)行查看、預(yù)約與派位；派位位終端提供學(xué)號(hào)密碼、一卡通刷卡與微信掃碼3 種身份識(shí)別方式，與電子實(shí)驗(yàn)報(bào)告系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)派位及電源管理系統(tǒng)見(jiàn)圖5。

圖5 實(shí)驗(yàn)派位及電源管理系統(tǒng)

每個(gè)實(shí)驗(yàn)室安裝一臺(tái)實(shí)驗(yàn)室電源集控器，通過(guò)局域網(wǎng)接入派位系統(tǒng)，根據(jù)派位系統(tǒng)狀態(tài)管理各實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的工位電源控制器，進(jìn)而控制實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源通斷；電源集控器與工位之間的控制通信通過(guò)2.4 G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)方式傳輸。

3.4 安全管理系統(tǒng)

安全檢查常態(tài)化是高校進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全管理的一種常用手段。從高校實(shí)驗(yàn)室安全形勢(shì)、實(shí)驗(yàn)室安全新時(shí)代新要求、實(shí)驗(yàn)室安全管理與事故來(lái)看，實(shí)驗(yàn)室安全管理是實(shí)驗(yàn)室工作重點(diǎn)之一。信息化安全管理系統(tǒng)很好地幫助管理部門24 h查看實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行情況，可有效避免了重大事故和風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，如圖6 所示。

圖6 實(shí)驗(yàn)室安全化檢查圖

4 實(shí)踐成效

實(shí)踐證明，信息化平臺(tái)的構(gòu)建打破了現(xiàn)有的管理模式，解決了管理運(yùn)行上存在的問(wèn)題，提高了實(shí)驗(yàn)室資源利用率，減輕了實(shí)驗(yàn)教輔人員的工作量，讓實(shí)驗(yàn)教輔人員能有更多時(shí)間從事實(shí)踐教學(xué)的探索、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新與研發(fā)，提高了實(shí)驗(yàn)教輔人員的管理能力和綜合素質(zhì)。實(shí)現(xiàn)信息和技術(shù)共享，促進(jìn)實(shí)踐教學(xué)和科研創(chuàng)新并行提高；切實(shí)提高學(xué)校實(shí)驗(yàn)室管理信息化水平，逐步實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室資源的開(kāi)放共享。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著高?！半p一流”建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)已成為高校教學(xué)科研高效開(kāi)展的重要條件。信息化平臺(tái)建設(shè)大大提升了實(shí)驗(yàn)室的整體管理水平，為實(shí)踐教學(xué)和科研創(chuàng)新提供了技術(shù)幫助，為培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實(shí)踐能力提供了平臺(tái)支撐，也提高了實(shí)驗(yàn)教輔人員的工作效率。信息化建設(shè)在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)實(shí)踐中不斷取得創(chuàng)新與發(fā)展，不僅促進(jìn)了學(xué)生的全面發(fā)展、提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)，而且使高等教育質(zhì)量進(jìn)一步提高，教育資源配置更公平。