基于信息化平台建设的高校实验室管理系统

夏春琴，刘芫健

（南京邮电大学a.电子与光学工程学院；b.实验室建设与管理处，南京 210023）

0 引言

实验室是高校开展实践教学和科研创新的重要场所，承担着高校人才培养的重要任务［1-2］。随着高校“双一流”建设的不断推进，高校的教学、科研、创新实践活动也随之增加，但是由于实验室传统管理手段的限制，目前高校实验室的管理方式已经难以满足“双一流”建设目标下人才培养的需求。利用先进网络信息技术，整合资源，构建先进、高效、实用的基于信息化平台建设的实验室管理系统［3］，是满足高校日益增长的创新实践与科研发展人才培养需求的良好解决方案。

1 实验室管理现状分析

教育部印发的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》中明确指出，要进一步深化“三通两平台”建设，“到2020 年，基本建成‘人人皆学、处处能学、时时可学’、与国家教育现代化发展目标相适应的教育信息化体系［4-7］。进一步加强基础设施和信息资源建设，重点推进信息技术与高等教育的深度融合，促进教育内容、教学手段和方法现代化，创新人才培养、科研组织和社会服务模式，推动文化传承创新，促进高等教育质量全面提高［8］”。在我国高校人才培养体系中，实验室是十分重要的教育资源，如何充分利用高校实验室的教育管理资源，是高校创新实践和科研人才培养工作的重要问题［9］。在实验室的建设与管理过程中，高校实验室管理缺乏科学规划，现有管理模式跟不上新兴的信息化教育手段，难以满足现代化的教学需求。

1.1 缺乏科学的规划，资源设置浪费

目前高校实验室建设存在规划不合理，实验室功能单一，且建设前期缺乏整体沟通协调与长期规划，在建设过程中，常常仅根据学院的学科建设规划进行设置，有些实验室的建设内容和其他学院存在重复，在一定程度上造成了学校办学经费和实验室资源浪费。学校和二级学院之间的实验室资源无法有效整合、做到资源的合理匹配，在一定程度上影响了科研和教学水平的共同提高。而学科之间缺乏及时有效的交流，也影响交叉学科与跨学科团队之间的沟通与共同发展，不利于学校教学与科研的高效开展。

1.2 管理手段比较落后，设备利用率低下

随着大量设备购置与创新活动进行，原有的实验室管理模式的弊端逐渐显现出来。实验室的一般管理模式还处于人工管理状态，工作内容烦琐，办公效率低下，致使大量设备无法得到有效管理，设备使用情况与相关记录常常被忽视，一定程度上造成设备的闲置浪费与更新不及时［10-11］。实验室信息类型繁多，管理者需要掌握实验室运行过程中各类数据信息，并根据工作需要适时对各类数据信息进行分析和判断。通过人工管理方式处理实验室的运行信息，信息可追溯性差，统计数据经常会出现错漏，无法进行科学的数据分析和研究。信息不畅导致实验室在运行过程中清查与校验工作难度大，设备使用和实验耗材的情况无法及时更新，设备无法及时维护、实验耗材无法及时补给，影响实验教学和科研工作的顺利开展。

1.3 教学手段单一，信息化程度低

目前的实验室实践教学无法跟上信息时代发展，受实验室自身条件所限，依托于学院专业设置开设的实验课程十分有限，无法进行有效创新。教学模式固定，学生只能在规定的时间和地点做相同内容的实验，缺乏个性化培养，无法为学生提供多方面应用理论知识的深化了解以及创新能力的培养提升；教学方法单一，采用统一的教授方式，方法简单，学生与学生之间、学生与老师之间缺少思维碰撞，缺乏互动性，不利于培养学生相互合作与沟通的团队合作能力，也无法拓展学生创新思维；实验内容单一，主要是课件演示单一，实验教学内容陈旧，缺乏更深入的知识与思考，学生难以跟上现代社会的实际需求［12-13］。

1.4 信息资源缺乏开放平台，无法开放共享

目前的实验室资源管理相对独立，无法实现信息资源共享，高校之间、高校与各二级学院间沟通共享少。先进的设备、优秀的实验室管理经验、好的实验教学方式等优质资源无法共建共享，成果辐射效应相对低下，严重影响了实验室信息化建设与发展。

2 信息化平台建设的必要性

基于信息化平台建设的实验室管理系统在高校实验室管理方面具有巨大优势，在推动创新科研人才培养方面起着重要作用。实验室的信息化建设既是学校创新实践活动管理水平的反映，也是高校办学实力的一种体现［14］。

2.1 实验室进行整体合理规划

信息化平台建设为实验室提供了信息共享的交互平台，学校可以根据长期发展规划来制定实验室建设和管理方案，加强对各学院实验室建设的监督与管理，可以分类把控每个学院的实验室建设，对实验室资源进行合理配置，做到胸中有丘壑，整体布局，局部特色，优化实验资源配置，使实验室资源得到高效合理地利用，推动学校实践教学和科研工作有序开展，为学校的创新实践人才培养打好基础［15］。

2.2 提升实验室资源的利用率

信息化平台建设能够及时反映实验室的各类使用信息的真实情况，能够实现所有实验室资源信息可追溯。实验室管理人员可以根据信息化平台提供的数据信息及时了解实验室设备的使用情况，实验教师可以根据信息化平台提供的数据信息及时了解上课及课后学生的实验完成情况，随时了解学生知识掌握情况以及动手实践能力，创新及科研老师也可根据信息化平台提供的数据信息了解开放实验学生实训进程，学生也可根据信息化平台选择自己的自主开放实验时间，自主选择实验内容，全面优化实验室资源的管理与利用，有效提升实验室的利用率。

2.3 提升实验室工作人员工作效率

信息化平台建设使得实验室工作人员摆脱了人工统计信息、追溯信息、处理信息的难题。实验室工作人员可根据平台提供的真实有效的数据信息实时进行数据分析与整理，从设备入库、使用、维修、出库到报废的全生命周期信息查询简单快捷，可追溯性强，能随时管理设备的数据信息，有利于设备的及时更新维护，提升了实验室管理人员的工作效率。

2.4 提升学生开放实践创新能力及科研能力

信息化平台建设提供了开放式的实践教学与实验服务，学生可通过实验室开放预约平台自主选择实验时间、教室和实验设备，方便学生自主灵活地参与实验，充分发挥学生的主观能动性与自主创新性，提高了实验教学的效果，为实践创新及科研人才的培养提供实验平台。

3 信息化平台建设的整体方案

信息化平台主要提供实验中心教学与管理过程中的教学、仪器设备、预约派位与电源管理系统、安全管理系统等功能，如图1 所示，信息化平台并对整个系统进行配置，是实验室其他管理系统的运行基础和数据中心，是实现设备管理人员、实验室管理员、教师、学生在线互动的网络化开放管理平台。

3.1 教学管理系统

图1 信息化平台建设方案

全面开放的信息化实践教学管理系统，提供开放式实践教学服务，多种角色用户身份管理，多种业务权限配置，满足学生、教师、教务人员、实验室管理人员和校领导等多方需求。为教学实践创新如基础实验、教学实验、创新实验、开放实验等提供服务。

教师根据教务处的开课计划进行典型实验库维护、实验安排、查看学生实验进展、批改实验结果及实验报告、统计并发布实验成绩等教学环节。学生根据任课教师的要求，进行实验预习，进入实验室完成实验，提交实验报告。图2 为教学管理流程图以及图3为学生实验过程模型图。

图2 教学管理流程图

图3 学生实验过程模型图

信息化平台具备人性化的协同学习功能，能帮助教师和学生随时随地通过平台进行互动交流，帮助教师进行网上布置安排预习、实验和报告等教学环节，系统提供智能指导、自动批改和一键式成绩分析汇总功能；平台支持学生网上自主选课和课内自主选择实验，为学生在网上提供选择开课、选择实验、进行实验相关的基础知识测试、在系统智能指导下进行验证性实验、利用系统提供的虚拟设备和器材完成自主设计实验以及填写实验报告等功能；平台为学校管理人员查看实验教学过程提供监控界面，包括学生实验的安排情况、实验结果、实验报告的提交情况、教师指导和批改的情况、学生的问题和反馈意见等内容。

3.2 设备管理系统

设备管理是对实验室存放的设备仪器和物资耗材进行基础信息记录以及开放预约管理。设备管理系统包括设备信息管理、设备使用周期、实验室房间、大型仪器、设备查询5 个子模块。不同身份的用户在登录时可以进行不同权限的操作。管理员可以通过RFID阅读器将读取到的新的设备信息传到数据库，进行设备出入库等操作，而一般用户根据实验室、设备开放状态、设备管理员等进行各项查询操作，包括设备的信息，设备的使用情况，实验室用房，大型仪器的共享等。

进入具体实验室后可对设备进行新建、导入、导出、设置等操作。在设备管理系统中，可对设备的型号、规格、购买年限、物联硬件、参数设置、相关图片、相关视频、相关文档、二维码、设备安全协议等设置，图4为设备管理流程图。

图4 设备管理流程图

使用RFID技术的实验室设备管理系统实现了实验室24 h不间断、全方位监控，真正做到了稳固的安防系统。使用RFID 电子标签，使得设备的地理位置被弱化，更加注重管理过程中的逻辑关系。可通过数据库实时更新，实时地掌握设备的当前状态和存放地理位置，实现实验室高效、合理、智能化管理。

3.3 预约派位与电源管理系统

实验登录与派位系统主要包括派位系统服务器、实验室电源集控器、工位电源控制器与派位终端，系统各部分通过局域网互联互通，可集成第三方门禁系统。派位系统服务器运行派位系统软件、SQL 数据库系统等，为系统的设置、账户管理、规则定义等功能提供服务，还包括一套Web 页面系统，用于远程实现网络查询、实验预约、取消预约、用户密码修改等功能；派位终端部署在实验室入口等公共区域，由读卡器和触摸一体机组成。通过实验派位终端，学生登录系统进行查看、预约与派位；派位位终端提供学号密码、一卡通刷卡与微信扫码3 种身份识别方式，与电子实验报告系统共享数据。实验派位及电源管理系统见图5。

图5 实验派位及电源管理系统

每个实验室安装一台实验室电源集控器，通过局域网接入派位系统，根据派位系统状态管理各实验台上的工位电源控制器，进而控制实验台电源通断；电源集控器与工位之间的控制通信通过2.4 G无线网络方式传输。

3.4 安全管理系统

安全检查常态化是高校进行实验室安全管理的一种常用手段。从高校实验室安全形势、实验室安全新时代新要求、实验室安全管理与事故来看，实验室安全管理是实验室工作重点之一。信息化安全管理系统很好地帮助管理部门24 h查看实验室的运行情况，可有效避免了重大事故和风险的发生，如图6 所示。

图6 实验室安全化检查图

4 实践成效

实践证明，信息化平台的构建打破了现有的管理模式，解决了管理运行上存在的问题，提高了实验室资源利用率，减轻了实验教辅人员的工作量，让实验教辅人员能有更多时间从事实践教学的探索、实验设备的更新与研发，提高了实验教辅人员的管理能力和综合素质。实现信息和技术共享，促进实践教学和科研创新并行提高；切实提高学校实验室管理信息化水平，逐步实现实验室资源的开放共享。

5 结语

随着高校“双一流”建设的持续推进，实验室信息化建设已成为高校教学科研高效开展的重要条件。信息化平台建设大大提升了实验室的整体管理水平，为实践教学和科研创新提供了技术帮助，为培养学生创新实践能力提供了平台支撑，也提高了实验教辅人员的工作效率。信息化建设在实验室教学实践中不断取得创新与发展，不仅促进了学生的全面发展、提高了学生的综合素质，而且使高等教育质量进一步提高，教育资源配置更公平。