电子信息类实验室信息化建设及开放管理

2018-04-03罗勋鹤王永涛

实验技术与管理 2018年5期

陈珺, 金星, 罗勋鹤,王永涛

(1. 中国地质大学(武汉) 信息技术教学实验中心, 湖北武汉 430074；2. 中国地质大学(武汉) 实验室与设备管理处, 湖北武汉 430074)

国务院下发的《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》中要求“各地区、各高校科技创新资源原则上向全体在校学生开放,开放情况纳入各类研究基地、重点实验室等的评估标准。”教育部在《教育部等部门关于进一步加强高校实践育人工作的若干意见》《教育部关于办好开放大学的意见》中多次强调了实验室开放,实验室信息化建设在高等学校创新型人才培养方面的重要作用。

1 电子信息类实验室运行中的主要问题

电子信息类实验室作为电子、通信、自动化、计算机等许多专业学生实践能力培养的主阵地,在创新人才培养方面发挥着巨大的作用。中国地质大学(武汉)的湖北省电工电子实验教学示范中心建成已有12年,在促进实验教学改革、培养创新人才方面取得了许多成绩,但是也存在着许多问题。其中一个突出问题就是实验室资源利用不够,实验室开放力度不够,制约了学生实践能力的培养和创新活动的开展,这也是许多高校实验室都存在的问题[1-4]。当前高校的电子类实验教学主要是作为理论教学的补充,实验课程的安排是随着理论课程的深入来进行的,因此实验室在学期开始时几乎都空着,而到学期中后期各个课程需要集中使用实验室时,使用情况非常紧张。近年来,随着国家和各高校不断推动创新创业实践活动,各级创新创业类竞赛项目层出不穷。对于电子信息类学生来说,与专业相关的实践活动需要在电子信息类实验室内完成。教学实验室是本科生非常好的实践场所,但是许多高校都存在着实验人员配置不够[5-6],实验管理人员对于实验室开放缺乏积极性的现象[7-8],原有的开放管理模式无法从根本上改变这一现象。造成了一方面学生没有合适的场所完成创新项目；另一方面有大量的教学实验室在晚间和周末闲置的现象。为了加强创新创业人才培养,部分高校建立了专门的创新创业中心,有的甚至是独立的一栋大楼来支持这项工作,许多大楼里设施完善,但大部分时间却都空着。造成这些现象的主要原因是实验室、创新创业中心的开放管理没有跟上。

传统的电子信息类实验室管理主要采用人工进行管理,实验课程的安排,实验室开放的登记都是人工来完成。由于实验教师和实验室管理人员有限,采用传统的实验教学管理模式,只能满足正常的实验教学和白天的实验室开放,很难满足实验室在夜间和周末的开放使用。实际上,要培养学生的创新创业能力,首先要做到的就是培养学生独立思考和解决问题的能力。学生在完成创新创业项目时,应该能有条件充分调动和发挥自己的主观能动性。实验室的管理部门,需要给学生提供一个完善、方便的实验条件,让学生能够根据自己的时间安排自由地到实验室进行实验。建设前期对学生进行调查问卷情况显示,95%的学生希望能够不通过人工登记而直接在网上实现实验室的开放预约使用。而且由于理论课程的学习多安排在白天,学生也希望能够在晚间或周末能够自由地使用实验室。这些都是传统的实验室管理方式和现有的实验人员配置难以保证的。

2 电子信息类实验室信息化建设

信息化技术的引入帮助许多高校解决了仪器设备资产管理、实验室安全管理、实验项目管理等方面的一些问题[9-11]。调研论证[12-16]表明实验室信息化建设也能帮助我校解决实验室开放中的问题。因此2017年,我校针对电工电子实验教学示范中心启动了实验室的信息化建设项目。通过电工电子类实验室智能化建设项目,我校对电工电子类相关的6个实验室实现了智能化建设。第一期建设的6个实验室有电子技术实验室、单片机实验室、EDA实验室、接口实验室、大学生科技创新实验室、智能小车竞赛实验室。选择第一批建设这6个实验室是因为:电子技术实验室是我校电子信息类实验室中涉及专业最多、上课人数最多的专业基础实验室；单片机和EDA实验室是电信类本科生和研究生使用人数最多的专业实验室；接口实验室是目前专业实验室中设备最先进,功能复用最多的实验室；大学生科技创新和智能小车竞赛实验室是我校专门用于学生科技活动和竞赛的实验室,学生流动量大。这6个实验室的教学内容与提供的资源形成了一个阶梯状、完整、开放的电子信息类人才培养环境。借助先进的智能化实验室管理手段,在原有的实验队伍配置的条件下,以上6个实验室作为我校第一批电子信息类开放实验室,实现了实验室在时间、空间上对学生的开放,以及实验材料、实验设备、实验内容等资源对学生的完全开放。

通过建立电子信息类实验室智能化管理平台,第一批建设的所有实验室门禁、设备电源、元器件及工具取用柜、照明、空调、安全监控、摄像头等硬件设施都通过网络接入到智能实验室管理系统中统一管理。智能实验室管理系统可以实现实验室运行情况展示、实验内容展示、实验室排课、预约使用、实验室的授权管理、实验室所有硬件设施的远程控制、实验室情况的远程查看、实验课程报告的提交、实验内容的讨论、实验相关数据的统计分析等功能。

使用该系统,学生不用到实验室找实验管理人员就可以很清楚地通过电脑或手机查询某个实验室在不同时段的安排情况,同时预约到某个实验室进行实验,实验管理人员可以在任何地方审核并批准学生的实验请求,在晚间或周末无人值守的情况下,学生也可以在实验室进行实验。这里的无人值守并不是说该时间段学生到实验室进行开放实验时就没有监管。借助联网的智能化管理手段,学生从刷校园卡或扫二维码进入实验室的那一刻,取用工具耗材、使用仪器设备进行实验,直至实验完成、整理实验台、离开实验室全过程都有痕迹管理。实验管理人员可随时通过视频查看实验室的情况,也可通过摄像头上的对讲机远程语音提醒学生注意实验纪律。实验完成以后学生要按照要求将实验台面整理干净,养成良好的实验习惯,否则将会被系统扣除信用分,信用分低的学生使用权限会受限；而实验习惯良好的且经常到实验室进行开放实验的学生,信用分会增加,从而实验室的使用权限也会增加。比如信用分高的学生有优先权,提交预约申请后,系统可以直接分配给他们实验室的使用权限。实验室使用流程越简单越有利于培养学生到实验室做实验的习惯,从而增加了实验室的使用率。

3 使用效果及开放管理

通过智能实验室管理系统,实验室管理人员可以很方便地实现对不同学生进行不同权限、不同时段的授权,来满足各种情况的开放需求。信息化建设还带来了实验室使用和相应的管理方式等全方位的改变,具体有以下6个方面:

(1) 改变了原有手动录入门禁使用信息的方式,可直接与学校的信息化管理平台对接,实现数据共享。

我校的电工电子类实验教学示范中心早在10年前就安装了门禁系统,但该门禁系统仅能实现授权后的刷卡使用,并不能联网进行管理。每次使用时需要师生提交纸质的实验室使用申请,然后到刷卡机上自行读出校园卡的内码并抄下,再提交到实验管理人员处,手动将该内码输入门禁管理系统中,同时设置相应的使用权限方可使用,而且一旦校园卡丢失更换,需要重新做一遍以上操作,过程繁琐,非常不方便。

而对接了学校的信息化管理平台以后,学生和教师通过自己的学号或工号登录该系统后,与其相关的班级、专业、课程、校园卡等信息都可实时读取,不需要人工查询输入内码,逐个授权使用。由于该系统对接了学校的信息化管理平台,师生用工号学号登录该系统以后,所有信息都是实时更新的,即使更换了校园卡,也不需要专门对门禁进行设置,原有老卡权限自动作废,新卡自动获得原来设置的门禁权限。

(2) 实验室的硬件设置都通过网络接入系统,实现远程操控。

每个实验室的每组设备电源、每组照明、每台空调、每个摄像设备的状态,实验室目前的使用情况,实验室的实时画面,实验课安排及开放情况等都可以很清楚地通过该系统展示,同时上述所有设备都可实现远程操控。管理员登录管理系统后可以很直观地看到实验室门禁刷卡使用以及实验设备是否异常等情况,然后可以很方便地通过选单栏选择相应的选项完成远程控制实验设备或空调、照明等装置的打开或关闭。同时管理员也可以很方便地通过实验室内的无死角摄像装置实时查看所管理的所有实验室的情况。即使实验管理员不在实验室内也可同时管理多个实验室,实现无人值守的开放式管理。

(3) 实验室可以很方便地实现分时复用及学生上课信息的批量导入。

对实验室进行分时复用是因为不同的专业课实验课程量有很大的差别。例如我校的单片机课程是电学专业的主干必修课,2017年有5个专业15个班级,共计692个学时的单片机实验和课程实习在单片机实验室完成,2018年后学习单片机课程的班级还会增至22个；接口实验课程每年总实验学时数为48学时。同时,单片机的实验课和实习时间相对比较集中,高峰期一个单片机实验室不够用,就需要将接口实验室也作为单片机实验室用。通过在智能实验室管理系统里面设置实验室分时功能,可以很方便地完成同一个实验室多个功能的分时复用。

(4) 预约和使用实验室更为方便自由,可以激励更多的学生到实验室进行实验,提高实验室的使用率。

教师和学生不需要到实验室就可以看到实验室目前的排课情况,完成实验室的预约使用。相较于以前需要到实验室查看实验室是否空闲,找教师预约使用、开门等繁琐的手续,现在的方式所需时间少,实验室使用更方便。同时,以前实验室只能在白天工作时间开放,现在可以实现全天候开放。智能实验室使用情况显示,学生更喜欢在晚上9点以后使用实验室开展科研活动,此时间段相对干扰因素较少,更容易集中注意力从事思考和实践。

(5) 采用信用分制度对学生使用实验室的情况进行监督管理,有利于学生养成良好的实验习惯。

以前实验室开放时,很多学生在完成实验后都没有收拾实验台的习惯,这给实验室的教师带来了很多额外的工作。如果开放力度一大,实验室的教师除了授课和科研以外,还要花很多的时间收拾实验台,这也是许多实验室教师对于实验室开放不是很积极的原因。

使用智能实验室管理系统以后,学生预约使用的实验台号在系统有记录,使用过程有视频影像,使用后的台面整洁情况由后面使用该台面的学生进行评分。如果学生不遵守实验室的规章制度,实验完成后不还原实验设备,不整理实验台面,将直接影响其信用分,因此能够督促学生养成良好的实验习惯。这样,实验室在实现开放的时候,并没有过多地增加实验室管理员的整理工作量,有利于提高实验室人员对实验室开放的积极性,让其仍然把主要精力放在实验室建设、教学科研和管理上。

(6) 能对实验过程进行痕迹管理,对实验数据进行客观的实时统计分析,数据准确且减少了人工统计的工作量。

随着国家和学校越来越重视对学生动手能力的培养,对实验室建设的投入也越来越大。实验室建成以后,实验室建设和使用的绩效情况往往需要实验室教师通过提交各种数据统计表来反映,统计工作量大,而且人工统计有很多数据也不够客观准确。

使用智能实验室管理系统以后,学生在实验室上实验课或自行进行实验,系统对所有的操作时间和内容都有记录,并能根据管理员的要求生成统计数据。所有实验室统计数据都可以通过该系统客观详实地反映出来,并且可以实时提取。

4 结语

我校的电工电子实验教学示范中心的第一期信息化建设是我校在实验室管理信息化建设上的一次尝试,本期建设选取的6个实验室是我校电子信息类实验室中比较有代表性的实验室,对其他教学及科研实验室的开放管理都有重要的借鉴作用。智能实验室管理平台建成后已有多个高校到我校参观交流实验室信息化工作。采用物联网技术实现了实验室的网络化使用和管理,对加快我校实验室开放管理模式和体制机制创新创造了条件,提高了实验室的使用效率和管理效率,为实验资源共享搭建了平台,为创新实践人才的培养提供了保障。以此为基础,我校将稳步推进实验室的信息化建设工作,逐步将实验室建设、使用和管理工作规范化、透明化、高效化,为广大师生提供更好的学习、实践和创新环境。也为下一步我校电子信息类实验教学资源整合和实验教学改革做准备。

参考文献(References)

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