流动式、信息化、开放性高校实验室的建设与管理

韩景芸， 宋 崴， 李晓明， 蒲 放， 樊瑜波

(北京航空航天大学 生物与医学工程学院,北京 100083)

0 引 言

高校实验室具有教学和科研的双重属性,是孕育一流师资队伍、培养拔尖创新人才、提升科研水平的必要支撑与保障[1]。目前，我国高等教育的改革日益加速：2015年10月国务院印发《统筹推进设计一流大学和一流学科建设总体方案》，“以一流为目标、以学科为基础、以绩效为杠杆、以改革为动力”的基本原则，提出加快建成一批世界一流大学和一流学科的重大战略决策；2017年2月高等教育司发布《关于开展新工科研究与实践的通知》，以新技术、新业态、新模式、新产业为导向，推动新理念、新结构、新模式、新质量、新体系的工程教育体系的深度改革[2]。在“双一流”和新工科建设进程中，各大高校加大经费投入力度，在创建一流实验室的必要性方面达成共识，近年不仅充实了基础实验装备，同时搭建起一批高精尖实验平台，教学与科研条件得到明显改善[3-4]。

但是，实验室在迎来机遇的同时，也面临着诸多挑战[5-7]，特别是一些新兴交叉学科。以生物与医学工程学院为例，伴随着学科跨越式的发展，学院在师生规模、实验室建设经费以及实验/实践类课时量等方面年均大幅攀升，但与之形成鲜明对比的是实验室面积增长有限与管理水平欠缺，无法满足教学、科研发展的需求。因此，如何利用先进的技术手段和创新的管理模式来拓展实验室功能、发掘潜在空间、开放共享、提高实验资源的利用率，是缓解当前学科发展中实验空间不足问题的关键所在。

1 实验室利用情况分析

1.1 研究生座位利用情况调查分析

生物与医学工程学院自2016年以来，受实验室面积限制，座位不足率占总学生数的30%。与此同时，学院对座位使用情况进行了连续2周的调研，每天统计4个时间点的在座率。发现：生物力学方向实验室在座率高于其他2个方向，但没有显著性差异(P>0.05)；时间点8:30实验室的人数最少，平均在座率仅有10%，与其它3个时间点数据差异显著(P<0.05)；下午16:00时实验室人数最多，但全院平均在座率仅有47%。此外周一到周五，每天人数都相对稳定，没有显著性差异，最大值平均在座率不足30%。通过以上数据说明，各方向实验室研究生时间均较自由且活动多样，在座时间不固定，从而导致实验室的高空置率，即使在人数最多的时间段，空闲座位数量也超过未分配到座位的总人数。

1.2 实验平台运行情况分析

学院近年通过学科建设、改善办学条件经费等，先后建设了医疗器械、生物技术、康复医学、生物力学、航空航天医学等方向实验平台，初步形成了跨学科、跨专业、多层次的本研与教研一体化的综合实验平台。其中在平台运行的空间上，由于实验室传统的布局设计，导致仪器设备扁平摆放，相互拥挤干扰，实验需要的有效面积难以保障。而在平台运行时间上，生物类的基础类常用设备，如洁净台、摇床、离心机、培养箱、灭菌器等，处于不间断使用状态。而其他专用设备，如材料性能测试设备、射线类成像与分析设备、运动学测试系统等则与科研项目、实验课程和学生活动的内容、安排直接相关。其中随着人才培养体系的改革[8-9]，学生课后实践项目增多。以上原因导致这些专用设备的使用时间具有随机性与短期集中的特点，而传统的负责人监管使用制度使得平台的开放时间有限，而且难以优化预约分配，影响实验室运行效率。

2 流动式座位设计与管理

鉴于实验室座位不足，利用率偏低现象，将“固定座位”转变为“公共座位”，并按照学生年级差异规定每周不同的最高使用时限级别，实施流动式座位使用模式。同时，通过配备智能门禁系统[10-11]，实现高效且准确的非人工管理：安装智能显示终端，在每个实验室门口实时显示总座位的分布图(每个座位都有编号)，并标注剩余座位情况；利用校园一卡通，为学生授权不同使用级别，进行选座刷卡入室；系统后台统计实验室使用情况，对不足5 h的使用者发送邮件提醒，对超时长的刷卡则进行无效化处理。通过以上管理模式，实现了座位使用动态平衡，收到良好效果：① 满足了学生进入实验室的需求，不同时限级别体现了共享性与公平性。② 提高了座位利用率，受找座压力和时长限制，学生会自适应调节入座时间，并避免了占座现象，使得座位全天使用更加均匀化与有效。③ 减少了管理负担，公共座位不再具有存放个人物品的功能，大量空间被清理出来，利于保持实验室的秩序与整洁。

3 统筹性、信息化功能实验室建设

3.1 硬件资源的统筹性建设

为了避免实验室隶属关系不同而独立建设运行的情况，成立了教学科研建设中心和实验室管理中心(简称科教中心和实验中心)，采取科教中心统筹规划、实验中心流程控制的建设模式(见图1)，学科团队整合相关方向的建设需求，科教中心按轻重缓急进行统筹规划与评审，实施分批建设，平衡学科间的资源配比，保证院内实验资源的系统性、合理性以及先进性。而实验中心则严格执行“设备库、性能、价格比对”等过程控制，保障建设质量，避免重复性采购。

此外，对于大型设备或精密设备，申请人需在院务会就设备对实验室水、电、承重、空气等方面的要求和影响进行论证，并对采购的必要性、受益面、使用率、效益等方面进行答辩，从源头遏制单纯以课题为导向的采购行为，避免超低使用率设备的出现，保障资金与实验室有限空间不被浪费。

3.2 实验室的信息化建设

配合实验室资产与人员的增长，积极推进实验室信息化进程，搭建基于统一身份认证[12]的实验室资产与运行管理系统。实验中心建设仪器设备数据库，全面动态记录每台设备从采购到报废全生命周期的活动，包含设备档案、培训资料、使用记录、支撑科研与教学项目等内容。数据库全面开放，有利于师生全面了解和学习使用现有实验条件，同时有利于物尽其用，通过对现有设备的调用、升级或改造就能满足教学科研要求，减少了盲目采购。

图1 实验平台统筹性建设流程图

此外，基于身份认证平台，实验室采用在线预约使用模式：公共基础实验室用于放置生物工程方向常用设备，相关师生在线申请获得使用权限，通过一卡通刷卡进入使用；对大中型设备放于方向实验室，其中10～50万元之间的设备配合预约系统采用密码狗管理使用权限，对50万元以上的贵重设备则增加智能电源来加强控制[13]。通过以上信息化系统，实验室实现24 h的定点限时使用。同时管理系统能够设定空调、照明等环境的控制，从而突破了人力管理的局限，方便师生灵活错峰使用，大大提高了设备使用率。

3.3 实验室空间升级改造

为改变设备拥挤、相互干扰的现象，对实验室布局进行了改造。① 增加对立体空间的使用，如电力方向的实验室，仅保留必要数量的实验台，而大量空间用于安装不同规格的多层智能柜，对无特殊要求的设备及其加密狗均要求进行日常管理。其中每个存储柜仅有设备负责人和实验中心具有打开权限，其他使用者需要通过实验室管理系统预约审核后，方能刷卡开柜使用。② 清除不必要的设备，如每套设备一般均配备专用计算机，而随着设备的增多，计算机数量也成倍增加，占用了大量实验室空间。将专用机替换成一定数量的公用工作站，进行配套软件集中安装，并通过加密狗的管理进行授权使用。通过以上措施，改变了实验室扁平摆放模式，清除了冗余设备，拓展了实验室的有效空间，满足了各类实验开展的基本空间要求。

4 实验室实行自助式开放管理

在线预约系统为实验室的24 h开放提供了可能，但也潜在提升了运行风险，学院通过健全责任与制度体系来兼顾实验室的高效与安全。如表1所示，施行“三三运行责任体系”，将所有实验室按照位置或功能不同归属到不同的分区，而每片分区、每个房间、每台设备则由专职、轮岗和定岗三类人员负责管理，即三层管理单元对应三层责任组织，构建起教师安全责任体系，实现场地、设备、人员管理的全覆盖。同时，健全了“安全职责、设备使用、场地借用、培训考核”四个方面的规章制度(见图2)，而在这一过程中各学科师生共同参与修订，充分体现其在实验室的主体地位，保证了制度的适用性、认同性与可执行性，从而构建起实验室的制度保障体系。

表1 “三三运行责任体系”具体内容

图2 四方面实验室管理规章制度

此外，针对实验室使用多、管理任务重等特点，学院实施“导师责任制下的实验室使用制度”，即通过预约系统将使用权限下放给申请教师，而教师可以进一步下放权限给符合条件的学生，然后在预约时间段内进行自助式的科研、教学等活动，期间人员与设备的安全由预约教师负全责。与此同时，为了加强工作时间段以外实验室的监管力度，设立助理岗位，以招聘形式为实验室和重要设备配备助管学生，在三层教师责任组织之外，建立学生辅助管理体系，进一步提升实验室的运行规范性与安全系数。

通过以上实验室管理体系的构建，实现了“实验室使用”与“实验室管理”的统一，即教师在享受开放平台提供教学与科研便利的同时，也承担起管理义务。近2年，我院70%以上的教师都承担了实验室相关的管理工作，真正实现了资源的开放共享。而教师具有使用者和参与者两重身份，能够及时发现问题，促进实验室运行与管理体系的不断优化与完善。

5 结 语

面向不断涌现的发展机遇，高校实验室正从传统模式向多功能、综合型、信息化方向发展[14-15]，而实验室空间相对不足与管理欠缺，则成为当前影响很多实验室建设与使用成效的瓶颈问题[16]。

本文通过流动式座位设计和实验室空间升级改造，增加了实验室在时间跨度和立体空间的容纳力，提升了实验室的灵活性与利用率，缓解了发展规模与空间不足的矛盾。实验室建设采用统筹规划与审核论证机制，避免了重复性与低使用率设备对空间的侵占，优化了学科间的资源配比。此外，实验室的信息化系统建设、责任和制度体系的健全，实现了“管理全覆盖、工作全统筹、责权全下放”的自助式实验室使用模式，提高了实验场地的利用率与弹性的运行时间。以上理念与措施通过近几年的实践，证明实验室空间和运行效率显著提升，为全面实施综合素质教育、促进一流学科建设提供了强有力的支撑。