基于信息化平臺的高校化學實驗室管理研究

蔡姝崴(海軍勤務學院基礎(chǔ)部，天津 300450)

0 引言

高校實驗室是有效開展實踐教學和科學研究的重要保障，實驗室的管理水平則對教學和科研工作的質(zhì)量起著重要的作用[1]。在眾多實驗室中，化學類實驗室貯存了許多易制毒、易燃易爆的試劑，如若監(jiān)管不到位勢必會造成嚴重的后果。因此，在信息化高速發(fā)展的今天，利用先進的網(wǎng)絡技術(shù)，構(gòu)建基于信息化平臺建設(shè)的化學實驗室管理系統(tǒng)是十分必要的，不僅可以提高管理效率從而減輕實驗室管理人員的工作負擔，還可以有效地服務于教學工作，提高教學質(zhì)量[2]。本文以高校化學實驗室為例，對其信息化管理平臺建設(shè)及相關(guān)問題展開討論，旨在整合資源，建立共享、高效的化學實驗室信息化管理和服務平臺。

1 高?；瘜W實驗室建設(shè)現(xiàn)狀分析

1.1 人工管理任務重，工作效率低

傳統(tǒng)的人工管理模式適合于小型實驗室，近年來，隨著高校的深入轉(zhuǎn)型發(fā)展，實驗室的建設(shè)規(guī)模也越來越大，人工管理模式的弊端也逐漸顯露出來：化學實驗室每年都會統(tǒng)計各種數(shù)據(jù)，比如試劑、玻璃儀器的購買需求、工作量統(tǒng)計等，這些數(shù)據(jù)又會分別上報給不同的部門，而不同的部門所需數(shù)據(jù)有一定的交叉性，導致管理人員的重復和超負荷工作[3]；在實驗室儀器使用方面，為了了解儀器使用后的狀態(tài)，及時維修，通常采用紙質(zhì)本記錄相關(guān)信息，如：使用者、使用時間、使用后的狀態(tài)等，還需要管理人員及時進行核實，如果出現(xiàn)忘填、字跡潦草等問題，無疑加重了管理人員后期核實的困難，而且紙質(zhì)文檔還需要專門的柜子進行保管，不利于信息的快速查找[4]；傳統(tǒng)排課方式依靠排課人員根據(jù)學生理論課的排課情況及實驗室的情況手動安排，雖然避免了理論課與實驗課產(chǎn)生沖突，但無法避免基礎(chǔ)課實驗與專業(yè)實驗課的時間發(fā)生沖突，而且需要花費較長時間反復核對，加重工作負擔。通過人工記錄數(shù)據(jù)，不僅耗時耗力，而且容易出現(xiàn)疏漏，不利于數(shù)據(jù)的查詢與調(diào)研，也不利于科學的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，從而影響教學和科研工作的高效進行[5]。

1.2 設(shè)備共享困難，資源利用率低

高校是由不同的學科門類組成的，雖然不同的學科之間有著不同的知識體系，但是各個學科不是孤立存在的，它們之間相互滲透，又有著一定的交叉融合。以有機化學實驗為例，不僅化學專業(yè)的學生會進行有機實驗操作，生物專業(yè)、農(nóng)學專業(yè)、環(huán)境專業(yè)的相關(guān)學生也會進行有機實驗，而有機實驗室一般由化學學院進行管理，傳統(tǒng)的管理模式不容易讓其他學院的老師了解實驗室具體的儀器、設(shè)備情況，以及可開展的實驗內(nèi)容[6-7]。這種由于信息不暢通導致的設(shè)備共享困難會極大地降低教學效率。

目前，隨著“雙一流”建設(shè)的深入推進，部分學科為了提升自己專業(yè)的競爭力，在實驗室管理上采用“自管理”模式，比如實驗室資源只對自己專業(yè)開放，這就導致了其他專業(yè)會購買相似儀器設(shè)備[8]，降低了資源的利用率。雖然不同的實驗室由不同的部門管理，但是儀器、設(shè)備是屬于學校的固定資產(chǎn)，從提高資源利用率的角度，學校有責任對實驗室資源進行統(tǒng)籌規(guī)劃，以避免重復購買造成經(jīng)費上的極大浪費。

1.3 存在安全隱患，監(jiān)督管理難度大

2015年12月，北京某高校的化學實驗室發(fā)生爆炸火災事故，一名做實驗的博士后當場死亡；2016年9月，上海某大學實驗室發(fā)生爆炸，兩名學生受重傷，一名學生受輕微擦傷；2018年12月，北京某高校實驗室發(fā)生爆炸，三名學生死亡。這些事故暴露出高校實驗室存在極大的安全隱患，相關(guān)管理人員安全意識薄弱。雖然高校每年都會進行實驗室安全大檢查，但往往流于形式，檢查前會提前告知各個學院，因此檢查時藥品擺放整齊，存放有序，檢查后恢復原樣—插排依舊超負荷工作、浪費水電現(xiàn)象依然嚴重，這些現(xiàn)象暴露出相關(guān)整改措施不到位，缺少“回頭看”的閉環(huán)管理。這種人工檢查的方式，不利于對相關(guān)問題進行有效地收集與匯總，難以通過大數(shù)據(jù)分析進行風險評估，相關(guān)安全隱患難以徹底解決。

2 高?；瘜W實驗室信息化建設(shè)的意義

2.1 為高校實驗室的宏觀管理和科學決策提供依據(jù)

通過實驗室的信息化建設(shè)，相關(guān)實驗室之間的數(shù)據(jù)可以實現(xiàn)線上的互通共享，避免實驗人員線下溝通交流的不便，從而實現(xiàn)實驗室資源的精細化管理。高校實驗室的主管部門通過該系統(tǒng)也可以全面及時地掌握各個實驗室的最新動態(tài)，加強對實驗室的監(jiān)督與管理，合理配置實驗室資源，同時在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上進行統(tǒng)籌安排和科學決策[9]。

2.2 減輕實驗室管理人員工作負擔，提升辦公效率

高校實驗室的管理人員不僅要管理實驗室，還要承擔一定的科研任務，工作壓力較大。通過信息化平臺的建設(shè)，免去了管理人員重復核對數(shù)據(jù)、填報表格的工作負擔，所有統(tǒng)計數(shù)據(jù)都可以通過信息化平臺客觀詳實地反映出來，實現(xiàn)動態(tài)更新，并且可以快速完成報表的整理與導出，提升工作效率和工作質(zhì)量，極大地降低人員成本，有效地提升了辦公效率。

2.3 促進設(shè)備共享，提升資源利用率

建立信息化平臺，可以讓其他部門的師生及時知悉儀器設(shè)備的使用情況，有效地進行信息共享。對于學生而言，通過實驗室信息化平臺，可以預約實驗儀器的使用時間，強化實驗基本技能，鍛煉動手實踐能力；對于老師而言，可以知悉本校其他實驗室是否有自己需要的儀器設(shè)備，線上預約使用，從而避免重復購買，浪費科研經(jīng)費。師生、學校監(jiān)管部門都可以通過信息化平臺查詢實驗室排課情況，教學督導可以通過線上課表自主選擇聽查課時間，節(jié)約了人力成本。

2.4 促進實驗室安全問題動態(tài)監(jiān)管，形成危險防范體系

高?；瘜W實驗室因危險品種類多，存在易燃易爆試劑而成為事故頻發(fā)的地點。以往主要依靠實驗人員依據(jù)自身經(jīng)驗的積累對可能出現(xiàn)的安全問題提出預判，但是一個實驗室往往進行多組化學反應，每個人雖然知曉自己實驗的安全注意事項，但是對其他人的實驗可能出現(xiàn)的安全問題并不知曉，這樣就很容易引發(fā)事故。建立實驗室信息化平臺，將實驗室所用危險品數(shù)據(jù)、實驗室面積數(shù)據(jù)、儀器設(shè)備功率數(shù)據(jù)、實驗流程數(shù)據(jù)等錄入系統(tǒng)，依據(jù)大數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)通過對相關(guān)數(shù)據(jù)進行動態(tài)分析與預判，可以準確地判斷實驗室的潛在安全隱患及隱患發(fā)生的概率和發(fā)生險情時的處置方法，這樣實驗室的每位成員對潛在安全隱患有了一定的認識，實現(xiàn)了科學的風險控制和防范，避免釀成安全事故造成人員傷亡[10]。

3 高?；瘜W實驗室信息化建設(shè)的思路與方案

隨著教育信息化的不斷深入，運用信息化手段服務實驗教學、科研與管理已成為高校實驗室改革發(fā)展的必然趨勢[11]。針對上述現(xiàn)狀，本文提出化學實驗室信息化管理平臺建設(shè)的一種構(gòu)想，該平臺主要包括教學管理模塊、資產(chǎn)管理模塊、安全管理模塊三個方面，以期解決現(xiàn)實中遇到的問題。實驗室信息化平臺設(shè)計框架如圖1所示。

圖1 實驗室信息化平臺設(shè)計框架

3.1 教學管理模塊

教學管理模塊包括實驗室基本信息、實驗室預約、課表公示、工作量統(tǒng)計和實驗考核評價五個子模塊。教學管理模塊前臺功能流程圖如圖2所示。

圖2 教學管理模塊前臺功能流程圖

化學實驗室下設(shè)無機實驗室、有機實驗室、分析實驗室、物理化學實驗室和高分子化學與物理等具體科室，實驗室基本信息子模塊就包括上述實驗室的簡介、可開展的實驗項目、主要儀器設(shè)備等基本信息，方便師生瀏覽。同時，該部分還具有實時動態(tài)更新的功能，隨著新建實驗室的使用，可以手動添加實驗室相關(guān)信息。

實驗室預約子模塊是與全校課表實時對接的，教師可以根據(jù)實際情況線上申請實驗室的使用時間，完成調(diào)課，申請成功后課表會自動更新，相關(guān)信息會發(fā)送到任課教師和學生的手機上。這種方式改變了傳統(tǒng)的由教師向教務處提出調(diào)課需求，教務處人工調(diào)課的時間損耗，極大地提高了工作效率。另外，本科生可以通過線上預約實驗室場地，在老師發(fā)布的實驗項目中，完成一些校級或國家級創(chuàng)新實驗項目，由于這些實驗項目為創(chuàng)新性實驗，并非課程中規(guī)定的必做實驗，所以學生需完成預習任務待考核合格后方可進入實驗室進行實驗，最后由教師對學生的實驗結(jié)果給予評價，相關(guān)信息可以作為學生日后綜合評價的依據(jù)，從而激發(fā)學生的實踐熱情和創(chuàng)新能力。

工作量統(tǒng)計子模塊只對相關(guān)管理人員和任課教師開放，任課教師線上核對工作量，確認無誤后即可形成數(shù)據(jù)表，教務部門根據(jù)確認的信息發(fā)放課時費，避免了線下簽名確認的麻煩。

本學期實驗課結(jié)束后，教師會在網(wǎng)上給出學生的學期評價，學生也可以通過實驗考核評價子模塊提出對實驗室建設(shè)的意見建議，從而促進實驗室的動態(tài)良好發(fā)展。

3.2 固定資產(chǎn)管理模塊

固定資產(chǎn)管理模塊包括試劑管理、玻璃儀器管理和大型儀器設(shè)備管理三個子模塊。固定資產(chǎn)管理模塊使用流程圖如圖3所示。

圖3 固定資產(chǎn)管理模塊使用流程圖

試劑管理子模塊包含試劑采購申請、信息查詢、領(lǐng)用登記、庫存實時更新和存放安全提示等功能。當實驗需要某種試劑時，比如氫氧化鈉，教師可以通過試劑中文名、英文名、結(jié)構(gòu)式或CAS號進入系統(tǒng)查詢該藥品的存放位置，若試劑量不足，則可線上提出采購申請，相關(guān)采購進度、發(fā)票信息會實時更新在平臺上，整個過程完全透明、公開。對于一些危險品試劑，如甲苯等易制毒化學品，在入庫登記時，平臺會自動提示該試劑的風險以及存儲方法，避免了人工查詢的麻煩。

玻璃儀器管理子模塊包含領(lǐng)用申請、損壞登記和庫存實時更新功能。學生可以在該平臺根據(jù)實驗項目進行玻璃儀器的申請領(lǐng)用，學期結(jié)束后再歸還儀器，若有破損則按原價的三分之一進行賠償。當庫存不足時，系統(tǒng)會提醒實驗室管理人員及時購買相應儀器。

大型儀器設(shè)備管理子模塊，學生可以線上申請使用這些設(shè)備，但是由于此類儀器設(shè)備一般比較貴重，操作步驟比較復雜，學生需要先觀看儀器操作使用視頻，待考核合格后，方可使用，如有必要還可讓管理人員在旁協(xié)作指導，從而提高儀器的使用壽命，避免因為操作不當造成不必要的損失[12]。

3.3 安全管理模塊

安全管理模塊包括安全教育與考核、廢棄物處理、安全檢查通報三個子模塊。安全管理模塊流程圖如圖4所示。

圖4 安全管理模塊流程圖

安全教育與考核子模塊進行線上化學實驗室安全常識的測試，考試合格的師生方可進入實驗室進行實驗，這是為了提高實驗人員的安全意識，避免出現(xiàn)安全事故；廢棄物處理子模塊通過線上提出廢棄物處理申請，由學校審核處集中處理，避免亂扔亂放，保證實驗室的安全；安全檢查通報子模塊通過對實驗室進行實時監(jiān)控，將問題設(shè)備、違規(guī)操作人員等信息進行線上通報。

4 結(jié)語

信息化實驗室管理系統(tǒng)在國外已經(jīng)發(fā)展的較為成熟，目前，隨著我國信息技術(shù)的快速發(fā)展，信息化技術(shù)在教學領(lǐng)域中的應用也越來越普及，高校實驗室信息化平臺建設(shè)就是信息技術(shù)在教學中應用的實例，這種管理模式能夠有效地解決高校實驗室目前存在的大部分問題，如：管理人員工作負擔重、儀器設(shè)備利用率低、安全事故頻發(fā)等。信息化實驗室管理系統(tǒng)不僅促進了高校實驗室的規(guī)范化管理，也整合了實驗室教學資源，充分發(fā)揮了實驗室的功能，提高了實驗室的綜合效益。