開放式實驗室運(yùn)行機(jī)制的研究與設(shè)計*

吳玲敏 楊海玲 肖麗娟 常瑞晴 魯成秀

（山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院）

高校實驗室是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度、激發(fā)學(xué)生探索創(chuàng)新的欲望、提高學(xué)生綜合能力的重要基地。實驗室的建設(shè)與管理在高等教育中有著舉足輕重的地位[1,2]，目前高校實驗室存在儀器利用率低、資源信息共享度低等問題[3,4]，傳統(tǒng)的封閉式管理模式對創(chuàng)新應(yīng)用型人才的培養(yǎng)造成了阻礙，開放共享的新型實驗室運(yùn)行機(jī)制成為高校實驗室的新需求。

本文結(jié)合微信小程序（Lab Sir）、NFC（Near Field Communication)技術(shù)設(shè)計開放式實驗室運(yùn)行模式[5,6]，從實驗室預(yù)約、安全知識考察及實驗室安全管理等方面進(jìn)行創(chuàng)新，立足于學(xué)生，在實驗室預(yù)約系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、培訓(xùn)考核系統(tǒng)及安全監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)計創(chuàng)新點，讓學(xué)生成為實驗的主體，能更加安全有效地進(jìn)行實驗。一方面以簡單的開放式管理模式為尚未引入“智慧實驗室”的高校提供新思路，另一方面打破現(xiàn)階段部分正進(jìn)行實驗室改革的高校以智慧設(shè)施建設(shè)為重心的做法，其運(yùn)行機(jī)制的更新未跟上設(shè)施更新的步伐，要將側(cè)重點轉(zhuǎn)移到學(xué)生使用與實驗?zāi)芰ε囵B(yǎng)上，把“智慧設(shè)施”真正用起來，推進(jìn)高校開放式實驗室的建設(shè)。

一、高校實驗室管理現(xiàn)狀

目前國內(nèi)市場中實驗室信息管理系統(tǒng)定制費(fèi)用較高，在高校中未能全面普及，僅部分經(jīng)費(fèi)充足的高校院系引入了智慧實驗室，全國大部分高校實驗室依然遵循較為傳統(tǒng)的管理模式，近幾年高校實驗室安全事故頻發(fā)與其不無關(guān)系[7]，除安全問題外，陳舊的管理模式也不利于學(xué)生實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新意識的培養(yǎng)。

高校實驗室主要用于本科生的實驗教學(xué)以及科研項目，就本科教學(xué)階段而言，學(xué)生的實驗課程時間有限，教師對學(xué)生的實驗安全教育以及實驗設(shè)備操作培訓(xùn)通常在實操過程中完成，比較倉促，難以確定學(xué)生是否已經(jīng)掌握。實驗室準(zhǔn)入制度過于程式化[8]，學(xué)生憑借背誦記憶便能通過理論考試，安全意識并未落實到實處[9]，因此學(xué)生往往存在對實驗設(shè)備運(yùn)行安全、危險品的使用和存放認(rèn)識不足、應(yīng)急能力缺乏以及廢棄物的處置方法不明確等問題[10]。在實驗室安全教育方面，學(xué)生能得到的培養(yǎng)有限。

其次，在極其有限的教學(xué)時間內(nèi)，部分學(xué)生的實驗需求也難以得到滿足[11]，而自主申請實驗室程序復(fù)雜，實驗室一般由老師管理鑰匙，借用實驗室需手工填報，費(fèi)時費(fèi)力，效率較低，一般實驗室內(nèi)缺少監(jiān)控，本科生獨立實驗存在較大的安全隱患，因此本科生很少有機(jī)會進(jìn)行獨立實驗。

現(xiàn)階段高校建設(shè)智慧實驗室、共享實驗室已是大勢所趨，大部分高校已經(jīng)進(jìn)入了實驗室管理改革的新時期，就部分已經(jīng)引入智慧實驗室的高校來看，都將重心落在了基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)上，如智能互聯(lián)實驗室所有設(shè)備、后臺統(tǒng)一管控等硬件方面，這的確提高了實驗室管理效率，但在規(guī)定制定、學(xué)生使用過程說明等方面的細(xì)節(jié)落實不足，未能激發(fā)起學(xué)生獨立實驗的興趣，不利于今后自主實驗的常態(tài)化。

二、開放式實驗室的設(shè)計

開放式實驗室的構(gòu)建結(jié)合Lab Sir以及NFC技術(shù)展開，該架構(gòu)包括實驗室預(yù)約系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)、培訓(xùn)考核管理系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 開放式實驗室架構(gòu)示意圖

開放式實驗室架構(gòu)以學(xué)生為主體,實驗室預(yù)約系統(tǒng)使學(xué)生通過Lab Sir進(jìn)行實驗室及危險藥品預(yù)約，還可通過小程序?qū)W習(xí)實驗室安全知識[12]；信息管理系統(tǒng)主要包括實驗室使用情況、器材存量、人員信息等的收集整理；安全監(jiān)控系統(tǒng)通過實時監(jiān)控對講裝置不但能實現(xiàn)監(jiān)控，學(xué)生還能使用對講功能與指導(dǎo)老師進(jìn)行溝通；培訓(xùn)考核系統(tǒng)針對學(xué)生進(jìn)行相關(guān)法律法規(guī)、應(yīng)急事故的處理、實驗基礎(chǔ)操作等方面進(jìn)行考核培訓(xùn)。實驗人員實驗流程圖如圖2所示。

圖2 實驗人員實驗流程圖

（一）實驗室預(yù)約系統(tǒng)

實驗室預(yù)約系統(tǒng)主要借助Lab Sir小程序，設(shè)計學(xué)習(xí)資源、實驗室預(yù)約及實驗反饋等板塊[13]。在學(xué)習(xí)資源中分享了如儀器設(shè)備操作、實驗室安全常識、應(yīng)急處理方法等文章，學(xué)生可以隨時登錄小程序瀏覽學(xué)習(xí)；在實驗室預(yù)約板塊，供學(xué)生查詢實驗室、預(yù)約實驗室，學(xué)生選擇實驗室后，須填寫姓名學(xué)號等個人信息，還須上傳安全知識測試單和預(yù)約實驗報告[14]，提交后等待管理員審核。在實驗反饋中設(shè)計師生反饋通道，以便用具損壞、儀器故障能及時上報[15]。實驗人員進(jìn)入實驗室前需先通過Lab Sir操作完成預(yù)約，允許后即可進(jìn)入實驗室進(jìn)行實驗。圖3、圖4、圖5為Lab Sir小程序的二維碼、首頁局部截圖及預(yù)約實驗界面。

圖3 Lab Sir二維碼

圖4 Lab Sir小程序首頁局部截圖

圖5 Lab Sir預(yù)約實驗界面

（二）信息管理系統(tǒng)

在傳統(tǒng)實驗室中，大型儀器設(shè)備的信息展示依然采用在儀器上貼標(biāo)簽的方式，標(biāo)簽信息更新困難，實驗儀器的使用手冊存在易丟失的狀況，且在實驗過程中，使用手冊數(shù)量有限，難以滿足大量學(xué)生的使用需求。此外，實驗室鑰匙一般由教師保管，學(xué)生進(jìn)出實驗室須手寫登記，程序較為繁瑣。NFC技術(shù)憑借著安全快速、簡單低功耗的特點可以化解這一難題，可滿足學(xué)生對開放式實驗室的使用需求。

本研究NFC的工作模式可以分為兩種，主要為卡模擬模式、讀卡器模式。卡模擬模式屬于被動通信模式，主要應(yīng)用于非接觸移動支付，廣泛應(yīng)用門禁的管理，其極大優(yōu)勢在于通過NFC終端讀卡器的RF場來供電，不需要電的支持也可以完成相關(guān)操作，在本研究中主要體現(xiàn)在門禁系統(tǒng)的使用上。讀卡器（讀寫）模式屬于主動通信模式[16]，主要應(yīng)用于信息獲取，將支持NFC的手機(jī)靠近帶有NFC功能的標(biāo)簽，通過NFC應(yīng)用程序展示預(yù)先設(shè)定的內(nèi)容[17]，在本研究中主要體現(xiàn)在當(dāng)學(xué)生在實驗室中想要使用某種儀器時，只需通過支持NFC的手機(jī)去掃描相應(yīng)的標(biāo)簽，便能瀏覽該儀器的信息，包括儀器的名稱、使用方法或使用視頻等內(nèi)容，讓學(xué)生在無老師指導(dǎo)的情況下也可以學(xué)習(xí)有關(guān)儀器操作的知識。

信息收集整理主要包括實驗室信息表、人員信息表、儀器耗材信息表、實驗室安全管理條例，將其導(dǎo)入小程序中，便于學(xué)生查詢相關(guān)信息，如空閑實驗室查詢、?；飞暾埖?，在小程序中，還需定時上傳實驗教學(xué)視頻，以供學(xué)生學(xué)習(xí)。信息庫不僅便于學(xué)生查詢信息，也對實驗室管理人員的管理工作提供了極大的便利。

（三）安全監(jiān)控系統(tǒng)

安全監(jiān)控系統(tǒng)的主要目的是提高實驗室的安全性，避免偷盜事件的發(fā)生。實驗室管理人員可對學(xué)生實驗操作過程進(jìn)行實時監(jiān)控，提高管理效率。此外，學(xué)生和值班教師通過監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行語音溝通，在第一時間能夠進(jìn)行問題交流與反饋。通過電腦或手機(jī)客戶端借助語音功能對實驗室狀況的實時反饋，如遇突發(fā)情況，指導(dǎo)老師或管理員也能夠在第一時間給予指導(dǎo)或前往實驗室進(jìn)行及時處理。監(jiān)控設(shè)備的使用既保證了實驗室的安全性，也為學(xué)生創(chuàng)造獨立自主完成實驗操作的實驗室環(huán)境，在提高效率的同時也保證了安全性。

（四）培訓(xùn)考核系統(tǒng)

培訓(xùn)考核系統(tǒng)面對的主體主要是學(xué)生，旨在考查學(xué)生實驗室安全知識的掌握情況，其考察內(nèi)容主要包括國家頒布的實驗室相關(guān)法律、法規(guī)等，以及制定的應(yīng)急預(yù)案、儀器設(shè)備的使用和急救措施等理論知識，如如何使用滅火器和消防栓進(jìn)行火災(zāi)，如何從事故中的實驗室逃生，發(fā)生觸電事件后如何應(yīng)急處理等[18]?？己说男问街饕獮楣P試，定期在Lab Sir中發(fā)布測試題，所有人員使用自己的賬號登錄進(jìn)行答題，提交后成績再自動判定，借此考察動手操作能力和基本知識的儲備強(qiáng)弱水平。

除理論學(xué)習(xí)外，各班每學(xué)期開展一次及以上的實驗室安全教育活動，如組織講座、應(yīng)急演練等[19,20]，以將所學(xué)落實到實處。

三、結(jié)語

開放式實驗室架構(gòu)從為學(xué)生創(chuàng)造開放式實驗室的角度出發(fā)，為學(xué)生提供從實驗室預(yù)約、儀器使用學(xué)習(xí)到實驗中遠(yuǎn)程協(xié)助的一條龍服務(wù)，可從一定程度上滿足學(xué)生自主進(jìn)行實驗操作的需求，培養(yǎng)學(xué)生的實驗素養(yǎng)和創(chuàng)新能力，同時還能提高實驗室資源利用效率，為高校學(xué)生創(chuàng)造一個更便捷的實驗?zāi)Ｊ?、學(xué)習(xí)模式，以及更安全的實驗環(huán)境。

當(dāng)然，要實現(xiàn)高效安全的開放式實驗室建設(shè)并非易事，運(yùn)用本文所研究的開放式實驗室運(yùn)行機(jī)制，借助小程序和NFC進(jìn)行管理，在一定程度上可以提高實驗室的利用效率和學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，簡單的預(yù)約流程也有助于激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，但是，開放式的實驗室意味著更大的人員流動，因此在管理規(guī)范的問題上依然不容忽視，所有流程應(yīng)當(dāng)制定詳細(xì)的規(guī)定，實現(xiàn)規(guī)范化，本文研究的運(yùn)行機(jī)制在具體實踐中還需進(jìn)一步完善。除了制定詳細(xì)的規(guī)定外，開放實驗室的落地還需要足夠的資金支持，開放式實驗室意味著實驗室的使用率提高，會消耗更多的試劑及折舊更多的器材，因此足夠的資金是基礎(chǔ)。開放式實驗室的實現(xiàn)并非一朝一夕之事，需要在這個漫長的過程中一步一步地改進(jìn)，才能達(dá)成安全高效的目標(biāo)。