賴 婷, 盧少然

(華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心, 廣東 廣州 510642)

高校實(shí)驗(yàn)室不僅是實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究的重要場所,也是培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要實(shí)踐基地[1-3]。新形勢下高校實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模不斷擴(kuò)大,實(shí)驗(yàn)室管理越來越精細(xì)化、規(guī)范化,教學(xué)和科研的工作量大幅增加,加之教育部本科教學(xué)工作審核評估的需要,主要以人工為主的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理模式已不能適應(yīng)當(dāng)前的要求,積極引進(jìn)新的管理理念、管理技術(shù)十分必要[4-7]。隨著高校信息化和網(wǎng)絡(luò)化的普及,利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行升級與改造,引進(jìn)新型的實(shí)驗(yàn)室管理理念,是提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的有效途徑,也是提升實(shí)驗(yàn)室管理水平的創(chuàng)新之舉[8-11]。

黨的十九大明確提出“加快一流大學(xué)和一流學(xué)科的建設(shè),實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展”的新要求。目前各高校應(yīng)把主要工作放在人才培養(yǎng)上,把更多的經(jīng)費(fèi)投到教育教學(xué)改革、改善辦學(xué)條件、提高學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)上。這一新要求也為現(xiàn)代高校實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展指明了方向。2016年,華南農(nóng)業(yè)大學(xué)公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心利用高水平建設(shè)的契機(jī),結(jié)合學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)的實(shí)際情況,建成了功能齊全、智能高效的實(shí)驗(yàn)預(yù)約與智能化管理系統(tǒng),改變了以往傳統(tǒng)管理模式下的實(shí)驗(yàn)管理工作繁瑣、失誤較多、效率不高等現(xiàn)象。

1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理的問題與挑戰(zhàn)

1.1 無法滿足學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的需求

我校的公共基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目是面向全校理科類、農(nóng)科類、工科類及其他類本科生共4 000余人開設(shè)的,學(xué)生群體數(shù)量大、專業(yè)多,且專業(yè)基礎(chǔ)差異大,實(shí)驗(yàn)室每年要完成約20萬人時的教學(xué)任務(wù)。在新的教學(xué)改革背景下,學(xué)校更加重視實(shí)驗(yàn)課程體系建設(shè),實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目不僅在數(shù)量上明顯增加,而且在內(nèi)容上創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究項(xiàng)目也顯著增加,與之對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室數(shù)量、設(shè)備儀器的需求量、實(shí)驗(yàn)員的工作量也隨之增加。如果使用以人工為主的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理方式,實(shí)驗(yàn)室管理員忙于管理實(shí)驗(yàn)室、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、指導(dǎo)課程實(shí)驗(yàn),無暇顧及實(shí)驗(yàn)室開放使用和教學(xué)改革,無法滿足學(xué)生課外實(shí)驗(yàn)的需要。因此,之前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心傳統(tǒng)的以人工為主的管理方式已遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前社會對高素質(zhì)人才的創(chuàng)新和實(shí)踐能力培養(yǎng)的要求。

1.2 限制實(shí)驗(yàn)室的開放共享

從2008年起，公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放給學(xué)生開展創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建立了開放實(shí)驗(yàn)預(yù)約管理系統(tǒng),學(xué)生可以在網(wǎng)上預(yù)約,得到實(shí)驗(yàn)教師允許后方可進(jìn)入開放實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn),為了保證學(xué)生的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和安全,安排指導(dǎo)教師陪同完成[12]。但是化學(xué)實(shí)驗(yàn)室開放以來并未達(dá)到預(yù)期的教學(xué)效果,主要由于以下幾個問題：

(1) 開放時間受到限制。由于實(shí)驗(yàn)室沒有專職教師服務(wù)于開放實(shí)驗(yàn)室,無法確保對學(xué)生進(jìn)行操作指導(dǎo)及監(jiān)督,所以在非教學(xué)期間不會開放,導(dǎo)致開放實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備資源浪費(fèi),實(shí)驗(yàn)室利用率低。

(2) 缺乏對學(xué)生的行為監(jiān)督。開放實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備通常比較昂貴,且容易損壞。在開放的管理過程中,儀器的損壞是否歸因于學(xué)生的操作失誤、不當(dāng),很難判斷。

(3) 實(shí)驗(yàn)室安全得不到保證。通常預(yù)約開放實(shí)驗(yàn)室做科學(xué)研究的學(xué)生,大部分是開展自定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目或大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,這些開放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的操作耗時、復(fù)雜,且不確定性和危險性很高。實(shí)驗(yàn)室不能實(shí)時有效監(jiān)督進(jìn)出人員和監(jiān)控實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場,大大降低了開放實(shí)驗(yàn)室的安全性。實(shí)驗(yàn)室一旦發(fā)生危險事故,后果十分嚴(yán)重。

1.3 無法適應(yīng)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革需要的管理水平

我校實(shí)驗(yàn)中心實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備、學(xué)生及教師人數(shù)比較多,而實(shí)驗(yàn)管理人員相對較少,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備放置的具體地點(diǎn)分布零散,對儀器設(shè)備的日常維護(hù)和損耗維修依然停留在紙質(zhì)記錄和人工管理的方式上。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)期間,為確保實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室只能依靠人工來巡查,非常耗時,在管理多間(設(shè)為n間)實(shí)驗(yàn)室的情況下,總會出現(xiàn)n-1間實(shí)驗(yàn)室沒有實(shí)驗(yàn)室管理員在場。在課程安排上,許多高校也引入了信息化系統(tǒng),但大都沒有把實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐教學(xué)納入教務(wù)系統(tǒng)管理。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目沒有用信息系統(tǒng)來管理,每年依靠手工統(tǒng)計(jì),不但費(fèi)時費(fèi)力還存在較大誤差,實(shí)驗(yàn)室管理的信息化程度低。

1.4 無法適應(yīng)高校科技創(chuàng)新的要求

隨著國家對高?？蒲袆?chuàng)新以及大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的重視與鼓勵,高校的科研項(xiàng)目和大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目的投入越來越多,對實(shí)驗(yàn)室的使用需求也越來越大。現(xiàn)在國內(nèi)高校實(shí)驗(yàn)室的各類大型儀器設(shè)備已有所增加和更新,為學(xué)生開展科學(xué)研究提供了良好的硬件設(shè)備。但是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室由于管理手段和人力的限制,不允許學(xué)生全天候在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行科研工作,導(dǎo)致學(xué)生在科研道路上受到很大的限制。因此為適應(yīng)創(chuàng)新驅(qū)動的國家發(fā)展戰(zhàn)略,需要建立資源共享和信息化、智能化的開放實(shí)驗(yàn)室管理方式。

2 教學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)的構(gòu)建

2.1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的硬件改造

當(dāng)前,國內(nèi)高校的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室,大多仍處于實(shí)驗(yàn)室孤立、設(shè)備孤立、數(shù)據(jù)孤立的人工管理狀態(tài),實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理的智能化,首先需要使各種設(shè)備“聽命令”。搭建智能化管控的硬件平臺,傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室需要改造的項(xiàng)目見表1。

表1 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室智能化改造的項(xiàng)目及內(nèi)容

2.2 實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)智能化管理的關(guān)鍵。2016年,公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心利用高水平建設(shè)的契機(jī),在完成了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的硬件智能化改造之后,根據(jù)公共基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理流程,定制開發(fā)了一套“實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)”軟件,建成了實(shí)驗(yàn)預(yù)約與智能化管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理的各項(xiàng)功能,智能化管理系統(tǒng)的模塊及功能見圖1。

圖1 實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng)的模塊及功能圖

2.3 實(shí)驗(yàn)室智能化管理的架構(gòu)

公共基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心從高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的管理特點(diǎn)出發(fā),經(jīng)過硬件改造和軟件設(shè)計(jì),構(gòu)建了實(shí)驗(yàn)室智能化管理系統(tǒng),系統(tǒng)構(gòu)成見圖2。并采用先進(jìn)的管理設(shè)計(jì)理念——物聯(lián)網(wǎng)+現(xiàn)代教育技術(shù),完成門禁、監(jiān)控、電源、設(shè)備等孤立前端的通信和管理,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的遠(yuǎn)程智能化管理,系統(tǒng)拓?fù)鋱D見圖3,在本科公共教學(xué)實(shí)驗(yàn)室實(shí)施實(shí)驗(yàn)教學(xué)的信息化和智能化,實(shí)現(xiàn)了管控結(jié)合。

圖2 智能化系統(tǒng)的構(gòu)成框圖

圖3 智能化系統(tǒng)的拓?fù)鋱D

該系統(tǒng)通過建立實(shí)驗(yàn)課程查詢、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目開課安排等相關(guān)數(shù)據(jù)庫,實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)全方位管理;子系統(tǒng)功能包括實(shí)驗(yàn)室開放預(yù)約管理、門禁考勤管理、智能電源管理、遠(yuǎn)程安全巡查與監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上報(bào)等。系統(tǒng)用戶角色包括學(xué)生、教師、教務(wù)員、實(shí)驗(yàn)室管理員、單位領(lǐng)導(dǎo)、系統(tǒng)管理員等。系統(tǒng)管理員可以對系統(tǒng)用戶賬號和實(shí)驗(yàn)學(xué)生班級進(jìn)行分組管理,提供導(dǎo)入/導(dǎo)出、增、刪、查、改功能,并對參加實(shí)驗(yàn)教學(xué)的角色和相應(yīng)權(quán)限進(jìn)行維護(hù),根據(jù)角色的職能,賦予相應(yīng)管理權(quán)限功能,同時還可以查看在線用戶人數(shù),查看用戶訪問、登錄記錄,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聽課、評課。系統(tǒng)依托校園網(wǎng)絡(luò),以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的智能化控制及管理。智能管理系統(tǒng)包括以下幾個子系統(tǒng)：

(1) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)課程庫、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫、開課管理、課表查詢、實(shí)驗(yàn)室使用狀態(tài)查詢等。

(2) 實(shí)驗(yàn)室預(yù)約系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)室預(yù)約、實(shí)驗(yàn)預(yù)約及預(yù)約核準(zhǔn)。

(3) 門禁系統(tǒng)：課表時控、授權(quán)控制、刷卡開門、刷卡考勤及簽到簽離。

(4) 監(jiān)控系統(tǒng)：移動終端或電腦在線查看實(shí)驗(yàn)室實(shí)時音、視頻及歷史錄像,實(shí)時監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的門、電、空調(diào)開關(guān)情況。

(5) 智能電源和空調(diào)控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、定時供電斷電,定時開關(guān)空調(diào)。

(6) 網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)：數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)上報(bào)，教供三表、教務(wù)系統(tǒng)報(bào)表和實(shí)驗(yàn)室利用率統(tǒng)計(jì)。

3 智能化管理系統(tǒng)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的初步應(yīng)用

3.1 提升實(shí)驗(yàn)室的管理水平

在互聯(lián)網(wǎng)+智能化實(shí)驗(yàn)室模式下,與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室比較存在很大的變化：(1)實(shí)現(xiàn)了進(jìn)出人員身份識別、進(jìn)出記錄數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)和信息查詢;(2)實(shí)現(xiàn)各實(shí)驗(yàn)室照明、設(shè)備供電、空調(diào)用電的自動化控制,按照上課時間設(shè)置開關(guān),實(shí)現(xiàn)用電的精準(zhǔn)管理,節(jié)約能源;(3)通過手機(jī)和電腦等移動終端遠(yuǎn)程巡查實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控視頻、電源及空調(diào)開關(guān)、門禁的安全情況,方便管理人員瀏覽實(shí)驗(yàn)室設(shè)備運(yùn)行狀況及學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程等,提高了實(shí)驗(yàn)室的安全性;(4)可實(shí)時查看當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室的視頻畫面,可以通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程聽、評課。智能化控制的實(shí)驗(yàn)室減少了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作量,提高了工作效率,優(yōu)化實(shí)驗(yàn)管理流程,從而提升實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)教學(xué)的管理水平。

3.2 提高實(shí)驗(yàn)室的開放管理水平

智能化實(shí)驗(yàn)室基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),有效管控實(shí)驗(yàn)室的教學(xué)資源,進(jìn)一步優(yōu)化和完善之前的實(shí)驗(yàn)室預(yù)約程序,為教師和學(xué)生建立了一個開放的、智能的綜合實(shí)驗(yàn)室信息管理服務(wù)平臺。具體操作如下：(1)網(wǎng)上預(yù)約,通過教務(wù)系統(tǒng)的課表對接,教師和學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)了解實(shí)驗(yàn)室的使用情況,開通空閑實(shí)驗(yàn)室給學(xué)生開放使用。學(xué)生把自己想要做的開放實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)所采用的方法,實(shí)驗(yàn)所需的儀器、藥品及聯(lián)系方式等資料提交網(wǎng)上預(yù)約系統(tǒng);(2)身份審核,教師在平臺上查閱學(xué)生的身份信息和預(yù)約的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,網(wǎng)上完成預(yù)約審核;(3)通過一卡通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接學(xué)生身份認(rèn)證,實(shí)現(xiàn)校園卡預(yù)約開門。實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)控視頻軟件,能有效地對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全方位、無死角的視頻監(jiān)控,學(xué)生和指導(dǎo)教師的任何操作行為都在監(jiān)控下進(jìn)行,以便出現(xiàn)問題能夠及時、準(zhǔn)確地溯源;(4)當(dāng)教師不在實(shí)驗(yàn)室時,可以利用計(jì)算機(jī)登錄實(shí)驗(yàn)室信息管理服務(wù)平臺對實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程觀摩,學(xué)生可以通過視頻軟件向教師尋求幫助,教師實(shí)時為學(xué)生答疑解惑。智能的安防系統(tǒng)為學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)環(huán)境提供了強(qiáng)有力的安全保障,同時也保障了實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的安全運(yùn)行。在新的硬件管理環(huán)境下,充分發(fā)揮智能化的性能,能更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的開放使用。

3.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式上,智能實(shí)驗(yàn)室的信息管理平臺能夠采集每個實(shí)驗(yàn)教師的教學(xué)視頻,這些資源為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供了支持,也為實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平的評估和提升提供了條件。目前,教師可以通過智能實(shí)驗(yàn)室的信息管理系統(tǒng),在移動終端或電腦在線查看實(shí)驗(yàn)室實(shí)時音、視頻及歷史錄像,查看學(xué)生的實(shí)驗(yàn)課堂表現(xiàn)和自己的教學(xué)效果。這樣能及時地對教學(xué)實(shí)驗(yàn)效果作出科學(xué)合理的評價,為實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出有建設(shè)性的改革意見。之后,智能實(shí)驗(yàn)室信息管理平臺上的教學(xué)視頻資源會逐步向?qū)W生開放共享,學(xué)生可利用該平臺對實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)視頻、實(shí)驗(yàn)操作步驟、教師課堂講解等內(nèi)容進(jìn)行瀏覽,這樣有助于培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和自主探索能力。

3.4 提高學(xué)生的科技創(chuàng)新能力

從使用情況來看,智能管理實(shí)驗(yàn)室的建成實(shí)現(xiàn)了真正意義上的實(shí)驗(yàn)室“全”開放,學(xué)生的實(shí)驗(yàn)時間得到了充分的保證,實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備實(shí)現(xiàn)了最大程度的共享。學(xué)生在得到實(shí)驗(yàn)管理人員的批準(zhǔn)后,可以利用晚上或者周末的時間,進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)研究。自“互聯(lián)網(wǎng)+智能化”實(shí)驗(yàn)室開放以來,學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里完成了多項(xiàng)畢業(yè)科研項(xiàng)目,以及一些創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目,讓我校教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)驗(yàn)室切實(shí)為培養(yǎng)創(chuàng)新人才提供場地、時間和資源。

4 結(jié)語

我校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心利用物聯(lián)網(wǎng)打造了新型的“互聯(lián)網(wǎng)+智能化”實(shí)驗(yàn)室。從新型實(shí)驗(yàn)室建設(shè)運(yùn)行一年多的情況來看,無論是在實(shí)驗(yàn)室的管理水平上,還是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評價上,其提升效果已初見成效。由此可見,“互聯(lián)網(wǎng)+智能化”實(shí)驗(yàn)室不僅符合創(chuàng)新型人才實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力培養(yǎng)的需要,也符合學(xué)校自身建設(shè)發(fā)展的需要,可以大大減少實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作量,促進(jìn)開放共享。