高校实验室智能化管理的应用与实践

2020-09-14廉静静庞玺斌王海霞

实验室研究与探索 2020年7期

廉静静，庞玺斌，徐进，王海霞，鲁峰

（大连海事大学航海学院，辽宁大连116026）

0 引言

高校实验室是高等教育的重要硬件条件，是高校管理工作的重要组成部分，是实验教学和科学研究的重要实践基地，是拓展学生综合素质教育和技能训练的主要场所，是高校综合实力的重要标志之一，同时高校实验室也承担科研和完成科技攻关任务，努力提高高校实验室的管理水平既是自身建设的客观需要，也是现代社会对高等教育管理工作提出的客观要求［1］。2010年7月教育部颁发《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020 年）》提出［2］“构建先进、高效、实用”的数字化教育基础设施，推进数字化校园建设，实现多种方式接入互联网；2012年3月教育部颁发《关于开展“十二五”高等学校实验教学示范中心建设工作的通知》（教高司［2012］33 号）［3］指出构建功能集约、资源优化、开放充分、运作高效的专业类或跨专业类的实验教学平台，为学生自主学习、自主实验和创新活动创造条件；同年3月教育部正式颁发［4］《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》（教技［2012］5号）提出开发整合各类优质教育教学资源，建立高等教育资源共建共享机制；2017年7月教育部颁布了［5］《关于2017—2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》（教高厅［2017］4号）将继续深入推进信息技术与高等教育实验教学的深度融合，不断加强高校实验教学优质资源建设与应用，着力提高高等教育实验教学质量和实践育人水平。近年来，很多高校对实验室设备的投入逐年增加，实验室的硬件设施得到了很大改善，但是原有的管理方式也越来越不适应新形势的发展要求，高校实验室在管理和日常运行中要面对更高的要求，改变原有的管理方式，实现高校实验室智能化管理是必然的。随着信息采集、网络管理和传感器技术的迅猛发展，为实现实验室的智能化管理提供了条件，利用在线管理，远程监控等技术手段，将实验室管理和服务融为一体，提高了实验室的使用率和管理效率。

1 实验室管理存在的难题

实验室管理涉及设备、人员、经费等诸多问题［6-10］，从目前我国高校实验室具体运行的实际情况来看，普遍存在着一些需要解决的问题。

（1）仪器设备多，管理人员少，报表工作量大。每学期初，实验室需向各个部门提交各种表格，如向校教务处提交实验教学任务分配表、总结表和实验教学评估表等，向国有资产和实验室管理处提交实验设备使用机时等。若校内构建一个以实验室为基本单元的大数据，实现数据共享，校内部门也可有效查阅所需要的数据，报表工作量将会大幅度降低。

（2）实验室安全隐患客观存在［11-13］。实验室的安全运行是保障学校正常教学、科研秩序，确保广大师生人身安全、校园和谐稳定的重要基础，为健全实验室安全监控责任体系和长效工作机制，强化实验室安全风险防控意识和能力，预防、遏制实验室安全事故发生，确保师生安全和校园稳定，学校每年都开展实验室安全检查工作，目前实验室管控相对较弱，同时实验室开放过程无法有效管控。

（3）实验教学改革对实验室管理提出更高要求。教育部要求高校按照“兴趣驱动、自主实践、重在过程”的原则［14-16］，鼓励学生开展创新创业训练与实践，提升大学生的创新精神和创新创业能力，实验教学的不断改革，在探索多元化实验培养新模式过程中，开放实验室沿用传统的管理模式，则需要投入大量的物力和人力，并且容易造成管理混乱和管理效率较低。

2 实验室智能化管理应用

航海实践实验教学中心是学校按照统筹规划、优化组合、资源共享、运行高效原则，在2005年整合航海实验资源建立的实践实验教学中心，中心下设船舶货运、航海模拟器、海事管理、航海仪器等11个实验室，并于2009年荣获国家普通高校实验教学示范中心称号，开设对应专业课程92个实践实验教学项目，每年参加实践实验教学的学员数近2 000多人。目前，实践实验教学中心实验面积达6 000 m2，仪器设备1 500余台套。2018年，航海实践实验教学中心搭建了实验室智能化管理平台，实现了实验室智能化管理，促进了实验教学中心管理水平的提高。

实验室智能化管理平台利用物联网、信息采集、传感器技术等，将在线管理，远程监控等实验室管理和服务融为一体。管理平台实现4个管理功能：管理模式信息化，如从传统的人工管理模式转变为依托网络的信息化管理；业务处理流程化，如实验室业务合理安排，规范操作，系统与具体工作相辅相成；开放管控过程化，如资源查询、预约、授权、刷卡身份认证，远程门、电、视频监控控制；管理数据系统化，如从业务流程中自动采集真实数据，以供科学决策，见图1。

图1 智能化管理平台功能

2.1 智能化管理平台软件模块

智能化管理平台软件模块包括实验教学管理、资产设备管理、实验室开放管理、实验室面向各管理部门的数据填报系统、实验室安全准入管理、实验室耗材等管理模块，以方便实验室的日常管理，减少实验室报表的填写等（见图2）。统计分析模块包括对实验室通断电统计、设备使用率统计、课程统计、开发实验使用情况统计和实验室进出统计等。

图2 智能化管理平台软件模块

2.2 智能化管理平台硬件模块

智能化管理平台的硬件模块包括智能门禁、电源、视频监控管理等，以方便实验室的远程控制。图3为航海实践实验教学中心航海模拟器实验室布线图。图4和图5为智能化管理平台硬件模块的弱电和强电结构图。每一间教室的强电连接方式都是相同的，从教室原本的空开上方接入电控箱，再由电控箱输出接入空开的下方，以保证在空开断开的情况下，电控箱能够控电，当电控箱断开的时候，可以人为推上空开，可保证设备用电的正常使用。刷卡器与数据分析器相连，数据分析器通过RS485将卡片的物理地址传输给中控箱，中控箱与电控箱相连实现智能门禁和电控。