机械类开放实验室信息管理系统应用研究

刘高君，郑 舸

（四川轻化工大学 机械工程学院，四川 宜宾 644005）

实践教学是高校人才培养的重要环节之一，是不可或缺的组成部分。实验室是高校开展实践教学的重要承载基地。高校实验室每年不断增加建设规模，持续的新设备投入和伴随的旧设备报废过程中的问题也日渐凸显。同时实验室的运行管理、实验室本身以及各实验室相关设备的利用率也逐渐成为实验室管理和建设的重要任务[1-2]。提高管理效率才能更好地为教师和学生提供全方位的服务。机械类高校综合实验中心的管理和服务一般分为两类：第一类是面向大多数学生并为其基础和专业课程服务的通用教学设备的管理维护；第二类是面向研究探索型的实验课程以及开放实验项目或者为参加竞赛等浮动的部分学生选课服务，多为大中型设备的管理维护。两种不同的定位服务就决定了实验室的管理要采取不同策略和方法，并要有针对性地进行管理来提高效率和管理质量。

高校要培养应用技术人才，开放实验室是一个很有效的方法。而且现代实验室不仅仅作为教学场地使用，也是教师和学生开展科研项目以及创新创业的重要平台。开放实验室能有效提高实验设备的利用率，也为进一步提高学生的实践动手能力、自主学习能力和创新能力提供有力的保障[3-5]。

而要实现上述有效管理，简单快捷的实验室管理信息化系统建设能节约大量的人力和时间成本，简化步骤，从而提升教学及管理工作的效率和质量，促进教学和科研的良性循环。

1 实验中心存在的问题

实验室为众多课程及学生提供服务，同时还为部分教师的科研应用提供服务。在针对教学环节的服务方面，目前实验室的运行过程管理基本依靠手工和电话查询实验室的使用情况，通过人工来安排后续的实验室使用计划[6]。在现代电脑技术和网络通信手段如此发达的今天，这种基于人工的管理模式显然不再适应信息社会的发展。在针对部分参加竞赛的学生和教师的研究服务方面，上述管理模式显然不利于设备和实验室的有效利用，随着实验室的不断建设和发展，设备的更新换代速度也不断加快，而教师没有一个了解设备的有效渠道而导致设备闲置时间过长，增加了设备维护的成本，减少了设备维护的价值，同时教师和学生不能全面了解实验设备的技术指标参数，以及进行实验种类和时间安排等信息，难以让设备得到充分的利用[7-10]。

由于设备信息更新不及时导致的开设实验项目主要以书本上的验证演示型实验为主，实验中学生的主观能动性得不到发挥，学生在极少的课余时间也没有更多的机会到实验室开展创新性研究项目的实验，长此以往学生的积极性难以得到提升。

同一种类设备总数较少也是实验中心存在的一个重要问题，近年来由于学生人数的逐年递增，之前在购置同种实验设备策略上所考虑的学生人数和目前的学生人数不可同日而语，学生人数已经超出了设备所能承接的最大数量，分组对师资力量和学生时间都是一个巨大考验。而由此导致的学生分组人数增加降低了部分学生的主动性，多数学生只在一旁观察而记录数据，影响了实验教学的效果。

此外，多数的教学实验设备仅仅服务于理论课程对应的实验要求，这些课程每年只开设一次，这样使得开设期间设备不足，高峰期过后便出现设备闲置，导致总设备利用率非常低，而实验课上没有得到锻炼的学生在课后也没有机会进入实验室来重新学习实验过程。

2 升级实验室管理方案

面对上述诸多问题，首先在实验室的管理方案上必须做出调整以适应设备及学生需求。主要从以下几个方面来进行。

2.1 改革实验项目

针对目前较多的演示和验证型实验项目，适当扩展综合设计型实验项目，甚至可以提供实验思路，让学生根据自己的学习兴趣、研究方向及研究能力自拟实验项目，以提高学生的学习主动性和效果。

2.2 调整实验时间

其一是安排实验课程所必需的时间，如针对课程的主要内容所安排的实验学习时间。综合设计型项目在实验课上不能完全达到预期结果的情况下，鼓励学生利用课后时间通过如网上预约的方式实现自主预约实验时间。其二是针对学生课外一些研究型实验项目，也可以通过网上预约的形式来完成，以提高学生的学习兴趣和主动性。

2.3 实验重点转移

之前大多数实验的主要目的是对理论的验证过程，得出合理的实验数据。实验重点转移即可将实验标准课程上的内容重点集中在学习原理和设备的安全操作方法和过程细节上，让学生学会操作的全部流程，掌握实验的要求，为学生在更多的开放时间内可以自主完成大多数实验而奠定基础。学生即可在实验室开放的时间和设备中自行选择所需的设备、元器件、实验板及必备工具，设计实验步骤，独立完成实验操作。

落实上述实验的改革措施，首先就是要有合理的实验室信息化管理系统来完成实施过程的配套，通过信息化管理系统完成实验室开放时间的公布、学生预约和实验室本身的相关管理，既可以提高实验室和设备的利用效率，又能增强学生的学习兴趣。

3 实验室信息化建设构架

目前实验中心教学管理方面，课程安排工作主要由学校教务处统一的综合教务管理系统来完成，一般教务系统以学期为时间单位，以单个教室为地点单位进行设置。由于受到实验设备的限制，每个教室在每学期的课程安排基本不变，这种针对常规验证型实验要求的课表基本能满足上述教学要求，但是更多能提高学生技能的综合设计型实验项目则需要更加灵活多变的教学模式和安排方法。

考虑到上述的教学要求，本系统通过合理的功能设计来配合已有教务系统以适应灵活的实验要求[11-15]。开放实验室信息系统功能模块见图1。

（1）人员信息模块。用户角色分为教师、学生和管理员。管理员主要是系统设置和基本需求信息管理，教师可以在线安排开放实验项目，学生可根据教师开放的实验项目进行选择，并预约实验室开放时间。

（2）设备信息模块。设备信息对应相关实验室，根据实验室获取设备列表信息和简介，了解详细情况，教师可根据操作许可人员提前联系安排开放实验项目。

图1 开放实验室信息系统功能模块

（3）项目信息模块。该模块是实验室开放项目的主要信息记录模块，包含了实验项目所需要记录的各种信息，为学生了解实验项目提供支持。

（4）实验室开放信息模块。该模块主要是针对实验室预约的一个开放记录。

4 开放实验系统关键技术

目前用于信息化建设的系统工具开源资源越来越多，系统功能也越来越丰富，选择一款适合的开源系统作为开放实验室信息化建设的基础，可快速实现开放实验室信息化管理的需求。从综合功能性和可扩展性来看，本系统体系结构采用B/S模式。系统数据库采用免费的MySQL 8.0作为信息存储，系统开发各管理模块功能基于Django应用框架实现，该框架是基于Python语言的开源框架，功能强大，前端应用界面采用Bootstrap基于响应式网页基础框架实现，软件系统可以与电脑和手机等移动端同时适配。

5 结语

本文通过分析我校机械工程学院实验教学中心日常运行管理中存在的问题，提出了开放实验室信息化运行的思路，设计并开发了一套开放实验室信息化管理系统。该系统具有简单可靠、实用性强、操作方便等优点，整个方案设计与系统开发都由本实验中心教师完成，为后续的调整和运行管理提供有力的技术支持。机械类实验室以项目形式全面开放，不仅可以提高实验教学效果和实验设备的利用率，激发学生创新实践的学习兴趣，而且也可以提高学生的创新设计能力，培养学生的创新和团队意识，为进一步提升科研能力和创新创业能力打好基础。