本科教学实验室智能管理平台建设的研究与实践——以山西农业大学食品科学与工程学院为例

张素敏，张宇波，朱俊玲，刘志宗，冯翠萍*

山西农业大学（太谷 030801）

山西农业大学食品科学与工程学院设有食品质量与安全、食品科学与工程、生物工程、食用菌科学与工程、葡萄与葡萄酒工程5个本科专业，共有本科教学实验室34个，以培养复合应用型人才为目标，注重理论教育的同时，还通过认知实习、驻厂实习、科研训练等实践活动，提升学生的综合素质。

实验教学作为教育教学的重要组成部分，是实现素质教育和创新人才培养目标的重要环节，在培养学生能力和综合素质提高方面有着其他教学手段无法比拟和替代的独特作用[1-2]。高校本科教学实验室作为大学生进行实践教学和技能训练的主要场所，在培养大学生创新意识、创新能力、培养高校复合型人才方面发挥重要作用。实验室管理水平直接影响实践教学的开展、科研成果的产出和人才培养的质量[3-5]。

在我国开启全面建设社会主义现代化国家新征程的时代背景下，党和国家事业发展对高等教育的需要，对科学知识和优秀人才的需要，比以往任何时候都更为迫切。要实现高等教育高质量发展，首先必须实现本科教育高质量发展。“互联网+”催生一种新的教育生产力，引发教育教学模式革命性变化。要紧抓信息技术变革带来的历史性机遇，将现代信息技术深度融入教育教学，打造智慧学习环境，探索实施智能化的精准教育，提升教学效果。特别是在推进新农科、新工科、新医科、新文科建设的过程中，要主动适应新技术、新产业、新业态、新模式对新时代人才培养的新要求，着力推动课堂革命，以学生发展为中心，改革传统的教与学的形态，运用现代技术手段广泛开展探究式、个性化、参与式教学，加强创新创业教育，提升学生的实践动手能力和创新能力。

在新时代背景下，随着我国高等教育事业的迅猛发展和普通高校教育经费投入的持续增长，高校实验室硬件条件得到显著的提高，实验室的管理工作也变得愈加复杂，对管理者的综合能力也有了更高的要求。提高高校本科教学实验室的管理水平既是自身建设的客观需要，也是深化课堂教学改革的客观要求。

因此，如何将现代化信息技术融入到本科教学实验室管理中，改变传统管理模式，提高管理水平，进而更好地促进本科教育的发展，成为亟待解决的问题之一。

通过打造一个集实验室使用管理、综合管理和安全管理等功能为一体的智能实验室管理平台，旨在解决传统管理模式中的信息滞后、职能交叉、被动管理等问题，以实现各种信息资源共享，提高本科教学实验室的管理水平，促进本科人才培养质量提升。

1 智能实验室管理研究现状及存在问题

近年来，随着本科教学培养目标的不断提升，本科教学越来越重视实践教学环节，大学生实践教学和技能训练的学时占比越来越大，为培养学生的科技创新能力，很多高校大力鼓励并支持学生进行科技创新，实验室必然是这些实践环节的主场地。然而本科教学实验室管理工作还存在一些问题，如实验室管理制度不够完善、实验室安全准入培训与考核不够系统化、部分教师与学生的安全意识不够等。另外，传统的实验室管理模式属于碎片化管理，各个实验室的相关信息不能够及时公开，在很大程度上影响实验室资源的共享。一方面，设备、药品、耗材重复购买，造成资源浪费；另一方面，师生不能够及时了解实验室的信息，导致实验室使用及管理效率不高。

随着计算机信息技术的不断发展，实验室智能化管理也应运而生，国内外很多高校的实验室已经开始尝试将智能化管理引入本科教学实验室的管理中，从而提高实验室的综合管理水平。

1.1 研究现状

在国外研究方面，英国利兹大学在学校配备全套的软硬件系统用于保证实验室日常安全管理的正常运行，主要包括各级安全负责人名单、管辖范围和联系方式，各实验室安全手册和培训教材，危险品、危险设备的信息填报和管理系统，实验室设备和人员登记授权使用系统，重点区域的监控检测、存查记录和事故通报等；新加坡南洋理工大学建立在线可视化分级培训考核系统，绝大部分基础安全教育的课程培训和考核发证均可在校园网OHS模块中实现。每个学生和教职工可以通过校内网账号登录安全教育课堂完成规定的安全用电、消防基础知识等培训课程。美国、德国、日本等国家的实验室信息化管理水平也均较为先进[6-8]。

在国内研究方面，新时期我国高校实验室管理面临着众多新的难题和挑战，在国家大力推进“双一流”高校建设中高校纷纷响应号召，加大实验室管理力度，推进实验室安全教育的发展，“以人为本、安全第一、预防为主、综合治理”的理念得到越来越多的贯彻和落实。在实验室信息化管理平台建设上开展了越来越多的研究。邱敦国等[9]提出建设智能化自主实验平台，在确保实验室安全的情况下，营造一个以学生为主体，高度互动、虚实结合、过程可视的全天候智能化自主实验平台，为学生创新创业提供可靠的实验条件保障，有效提高实验室的安全性和使用效率。李永祥[10]阐述信息化技术在高校实验室管理中的必要性、信息化技术在高校实验室管理中的应用现状，指出信息化技术能够更好地满足用户的多元化需求。

1.2 本科教学实验室管理存在问题

1.2.1 实验室管理制度不够完善

实验室管理制度还不够完善，存在监督不到位、各实验室之间缺乏信息共享。本科教学实验室与研究生科研实验室没有彻底分开，导致实验室人员随意进出，主要是以研究生为主，加大了实验室安全管理的难度，并且因为研究生没有固定的实验室，导致各实验室人员流动较频繁，值日生不固定，导致实验室卫生情况不能保证以及实验室存在一定的安全隐患，这些其实都是因为管理制度不够完善引起的。

而且针对每个不同专业的实践教学的侧重点不同，实验室管理的重点也有差异。如针对加工实验室来说，所需要的原材料都是食品，所用的添加剂也都是食品级的，其他分析纯、化学纯的药品均不可以出现在食品加工实验室；而对于食品质量与安全专业教学实践主要是侧重于食品营养及安全的检测分析，需要使用大量的化学试剂，这样的实验室就坚决不可以做食品加工类的产品。但是由于院校各系之间缺乏信息共享，而且没有明确的实验室共享管理制度，导致各系之间实验室使用存在屏障，这样就可能会存在没有专门实验要在专门的实验室进行的隐患。

1.2.2 部分教师及学生安全意识薄弱

在实验室管理中，有些教师与学生的安全意识薄弱，存在一些在实验室订外卖、吃零食等行为，尤其是在食品安全检测相关实验室，还有些实验室学习区和实验区没有分开，这些都是潜在的安全隐患。这些情况的存在，主要反映教师和学生缺乏安全意识。

1.2.3 实验室安全准入培训与考核不够系统化

学院实验室安全准入培训仅通过实验室管理人员对新进实验室的教师和学生进行面对面培训，但由于时间安排固定化，以及人员召集不能保证每次都能全员参与，因此，这种不够系统化、灵活化的培训效果明显不够好，而且安全知识考核也没有系统化、组织化进行，不能及时测验教师和学生们是否已熟练地掌握实验室安全的基本知识与急救技能。因此，在安全准入方面的工作有所欠缺，必然会导致实验室安全管理存在缺陷。

1.2.4 实验室管理碎片化

传统的实验室管理模式属于碎片化管理，各个实验室的相关信息不能及时公开，在很大程度上影响实验室资源的共享，一方面，设备、药品、耗材重复购买，造成资源浪费；另一方面，师生不能够及时了解实验室的信息，导致实验室使用及管理效率不高。

2021年3月教育部印发《关于加强新时代教育管理信息化工作的通知》，要求加强教育管理信息化统筹协调，优化信息系统供给模式，提高教育数据管理水平，促进管理服务流程再造，提高基础设施支撑能力，以信息化支撑教育治理体系和治理能力现代化。有些高校已经将信息技术应用到实验室管理中，但是大部分都在摸索阶段，尚未形成一个能够在本科教学中广泛推广的实验室信息化管理模式。

纵观国内外的相关研究，结合本科教学实验室管理存在问题可以看出，将现代化的信息技术引入高校实验室管理中是大势所趋，实验室进行智能化的管理和综合化的服务，不但能有效提升实验室管理工作效率，同时在很大程度上能节约办学成本，提高管理水平。

2 本科教学实验室智能管理平台的建设与应用

针对本科教学实验室存在的各种问题，根据食品学院的专业特点，制定合适的实验室管理制度，并打造一个智能化管理平台辅助管理人员对实验室管理进行更为系统化、数字化的管理，以期提高实验室管理效率及管理水平。通过打造一个集实验室使用管理、综合管理和安全管理等功能为一体的智能实验室管理平台，以期提高本科教学实验室的管理水平，促进本科人才培养质量提升。该平台涵盖3个方面内容。

2.1 智能实验室使用系统的建设

由于所有的本科教学实验与研究生都是共用学院的各个实验室，研究生不能提前知晓哪个实验室要开设哪门实验课及实验课的具体时间，而且对于其他系的实验室都有哪些设备，可以进行哪些相关的实验不能准确及时的获取信息，导致研究生不能提前及时做好科研实验规划，结果不仅使得实验室管理起来比较混乱，而且管理效率低，实验室使用效率也低。针对这些问题，通过打造智能实验室使用系统，不仅可以将各实验室的实验设备、开设本科实验课程安排、承担科研项目和实验室安全负责人等信息进行公开，而且建有实验室使用情况监控系统、大中型实验设备使用视频教学系统、师生实验室使用预约端口和实验室管理人员后台操作端口，既能方便师生随时了解各实验室的具体情况，在线上预约使用实验室，又能让实验室管理人员及时了解实验室运行情况。

2.2 智能实验室综合管理系统的建设

由于食品相关专业实验室除了涉及各种分析检测实验室，还涉及食品加工类实验室及食品加工生产线，相应地，使用的药品耗材除了常用的化学药品还有食品加工需要的各种原材料。传统的实验室管理模式无法对化学药品和食品加工原材料进行划分，并且不能准确及时地了解所需药品及原材料的使用量及库存量，以至于会导致某一种药品或原材料超过实际需要量，造成资源浪费。基于此，通过打造智能实验室综合管理系统，不仅记录了实验设备的购置日期、型号规格、维修信息，而且可以实时显示常规药品、实验耗材、易制毒易制爆药品、实验原材料的购置情况及库存数量等信息，方便实验室管理人员根据系统中的信息及时补充和更新相关设备和材料，使实验室管理更加精细化、智能化。

2.3 智能实验室安全管理系统的建设

实验室安全问题是现阶段实验室管理中的关键，要让进入实验室的所有教师及学生都应具备基本的实验室安全知识，并了解如果遇到实验室安全问题，第一时间如何正确地自救，实验室安全教育培训就显得格外重要。现有实验室安全准入培训形式单一，不能系统地为教师和学生传达有关实验室安全的知识点，导致实验室安全管理存在漏洞。基于此，通过打造一个涵盖安全教育系统和实验室安全智能监控系统的智能实验室安全管理系统，不仅方便师生在线上接受实验室安全教育，而且根据相关实验室的特点增强了安全教育的针对性，很大程度避免由于实验室安全知识的缺乏而引起的实验室安全问题。同时，实验室能管理人员可以随时掌握进出实验室人员的相关信息，发生安全事故时能够第一时间收到系统信息，方便进行及时处置。

综上所述，该平台建设分为软件建设和硬件建设。软件建设方面，建立一个客户端软件，可以实现在线预约、精准库管、安全培训3个功能，方便实验室日常使用和日常管理；硬件建设方面，主要是智能监控系统，包括智能摄像头、智能门禁卡等，方便实验室的远程监控，以期能够及时准确地了解实验室的使用情况和安全状况，防患于未然。3个系统集成的智能化实验室管理平台基本上可涵盖所有实验室管理中面临的各种问题，并能智能化地解决这些问题，大幅提高实验室的管理效率和管理能力。

3 结语

食品科学与工程学院由于学科间交叉融合跨度较大，实验室建设与管理存在特殊性，既需要改革多年来形成的传统管理模式，又要结合专业特点寻找一套合适的管理模式，并结合数字化信息化技术，将实验室管理智能化。通过以山西农业大学食品科学与工程学院为例，分析农业类高校食品专业实验室管理中存在问题，借助信息化技术建立的一个集实验室安全管理、综合管理及使用管理为一体的智能管理平台，实现实验室管理的精准化、智能化，更有利于本科教学实验室开放共享，可满足不同学生实践锻炼的个性化需求，服务人才培养质量提升，为建设一流学科、一流专业建设提供支撑。