基于高校的智能實驗室建設與實施方案研究

陳 穎高東鋒

（1.北京交通大學 學校辦公室，北京 100044；2.教育部 高教司實驗室處，北京 100816）

基于高校的智能實驗室建設與實施方案研究

陳 穎1高東鋒2

（1.北京交通大學 學校辦公室，北京 100044；2.教育部 高教司實驗室處，北京 100816）

文章針對目前高校實驗教學示范中心和虛擬仿真實驗教學中心建設中存在的問題，闡述了信息化管理對提高實驗室效率和設備利用率所起的積極作用，進一步分析了實現信息化的核心要素，并提出智能實驗室建設與實施方案，對實現實驗室信息化管理具有一定的指導意義。

智能實驗室；信息化建設；信息管理系統

在信息化浪潮席卷全球的今天，以互聯網和智能設備為代表的信息技術已滲透到社會的各個行業。作為教育領域的排頭兵，現代信息技術引發了高校在教學、科研、管理等各方面的變革，甚至已經成為高校在信息社會生存和發展的新動力。使用信息手段和網絡技術，建立智能實驗室管理系統，能有效提高實驗室儀器設備的使用效益，減輕管理部門和實驗人員的工作負擔，促進實驗室資源共享和開放管理的實現[1]。

一 高校實驗教學中心建設情況

改革開放后，我國高等教育投入力度加大，高校建設速度明顯加快，高校實驗室資源的數量和質量都得到顯著提升。為了進一步推動高等學校實驗教學改革，促進優質教學資源整合與共享，教育部于2005年啟動了“國家級實驗教學示范中心”工作，在“十一五”、“十二五”期間分別評審并建設了501個和180個國家級實驗教學示范中心。

隨著高校實驗室建設水平的提高，實驗室管理工作的復雜性和艱巨性大大增加，對工作的規范性和高效性也提出了更高的要求。傳統的實驗室管理模式已不再適應，甚至產生了巨大的阻力，暴露出信息滯后和失真、使用效益差、管理效率低等問題。傳統實驗室的信息化改造已是大勢所趨。自2012年起，繼建設國家級實驗教學示范中心后，教育部開展了“國家級虛擬仿真實驗教學中心”的建設，現已批準建設兩批共200個國家級虛擬仿真實驗教學中心。其重點在信息化實驗教學資源建設，核心是共享優質實驗教學資源，以推動高等教育信息化和實驗室智能化建設。

二 智能實驗室的管理優勢

建設智能實驗室，可以借助現代信息技術優勢，使原始的資料、設備、項目、人員的管理通過網絡技術、多媒體技術、模擬仿真技術等來實現，并帶動開放管理等模式的創新[2]。它主要具有以下意義和優勢:

1 高校信息化的重要部分

高校信息化是學校在知識經濟時代發展的重要舉措。作為高校教學和科研工作的重要基礎與載體，智能實驗室管理系統的建設是高校信息化中不可缺少的部分。

2 實現數據實時和動態響應

信息化管理能夠實時反映出實驗室的真實情況，主管部門可隨時查詢儀器設備使用情況，實驗室人員可隨時查看實驗課程情況，以便及時發現問題、解決問題。同時也為實現動態響應創造了條件，有利于實現自動化管理。

3 提高實驗設備利用率

網絡化的信息化管理實現了實驗室信息的共享，并提供了方便快捷的交流途徑。借助于系統，實驗人員能夠快速掌握全校的實驗室資源信息，從而使實驗室的使用效益得到充分發揮。同時，管理部門能借此對實驗室資源進行優化配置。

4 提升管理工作效率

信息化管理能夠通過實驗室信息的隨時更新，自動生成統計報表上報，將實驗室管理人員從繁重的信息統計工作中解放出來，從而將精力投入到實驗平臺、資源等的建設工作中。同時簡化行政程序，縮短處理周期，提高管理工作的效率。

三 智能實驗室的建設與實施方案

1 智能實驗室建設要素

智能實驗室建設不只是管理工具的改變，更是一種管理模式的創新，是一項需要統籌規劃和持續推進的復雜工程。在具體建設工作中，應充分考慮以下要素:

（1）與數字化校園建設規劃一致

智能實驗室管理系統作為高校信息化建設的重要一環，應按照數字化校園的規劃要求，采用統一的信息標準和基礎架構，同時與其它信息化系統數據共享，互聯互通，實現實時交換。在實際工作中，實驗室信息管理系統往往需要人事部門的實驗室人員信息、教務部門的學生信息、課程信息等數據支持，其生成的實驗課程成績、實驗室人員工作量等信息又需要推送到相關職能部門。

（2）實驗資源建設

實驗室信息資源的開發和利用是智能實驗室建設的核心。信息資源是運用信息技術，將傳統的教學科研素材改造成易于知識傳播的、有助于理解和運用的數字化資源。實驗室信息資源包括各種工程軟件、模擬仿真系統、教學視頻、電子化講義、作業、測試等。這些資源是正常開展信息化實驗教學的前提，也在一定程度上體現了高校和實驗室的管理水平。

（3）人才隊伍建設

人是智能實驗室建設、管理和運行的主體，對信息化工作的質量起著決定性的作用。因此，應通過引進高級專業人員、開展信息技能培訓等方式全面提升實驗室人員的素質，重點強化其信息的管理和應用能力。

（4）網絡硬件建設

先進的硬件設備和完善的網絡環境是實現智能實驗室建設的物質保障。具體來說，包括服務器、安全監控設備、身份驗證設備、實驗儀器專用監控與控制設備等。智能實驗室管理系統架構如圖1所示。

圖1 智能實驗室管理系統架構

（5）信息管理系統建設

一個完善、靈活、友好的信息管理系統是成功開展實驗室信息化管理的關鍵，各項信息化管理功能都集中通過它來實現。好的系統能大大提高管理人員的工作效率，而差的系統不僅會讓使用者的體驗大打折扣，還會直接影響實驗室資源共享等功能的實現。

2 信息管理系統的功能和組成

功能完善的智能實驗室管理系統應能實現對儀器設備的管理、對實驗項目的管理、大型儀器設備開放共享、實驗室開放預約、實驗室信息查詢、情況統計等功能[3]，其模塊組成如圖 2所示。

圖2 實驗教學與信息管理模塊

（1）實驗教學管理模塊

實驗教學管理模塊可以實現實驗教學的過程管理，按照不同學科、不同類型的實驗，其業務流程不盡相同，大致設計為:由實驗課教師或實驗室管理人員安排實驗項目、時間、地點、設備和指導教師；學生根據自身情況選擇項目，通過預習后選擇實驗時間、地點和設備；指導教師根據選課和預習情況準備實驗；學生通過在門禁系統、設備電子控制系統刷卡進行身份驗證，并在教師的指導下進行實驗并提交實驗報告；指導教師通過預習情況、現場表現、報告成績等給出項目成績。

（2）日常管理模塊

日常管理模塊包括實驗室管理、儀器設備管理和耗材管理。

①實驗室管理:主要用來展示和管理實驗室基礎信息，如實驗室地點、負責人、所屬實驗中心以及承擔的實驗項目等。

②儀器設備管理:一方面對設備編號、名稱、型號、廠商、購置日期以及運行情況等進行展示和管理，為大型儀器的開放提供數據基礎；另一方面采用項目管理方式，對設備的論證、采購、日常管理等進行追蹤，以期提高設備的使用效益。

③耗材管理:提供耗材申購、審批、領用的流程管理和庫存管理，可自動提交采購需求。同時可分類、分實驗室、分實驗項目統計耗材的消耗量，避免資源浪費。

（3）開放平臺模塊

開放平臺模塊包括大型儀器開放預約和開放實驗預約。

①大型儀器開放預約:提供大型儀器的在線預約功能。預約申請通過審批后，可使用預約儀器。有條件的學校可以采用遠程監控的方式，使用電子設備控制儀器和讀取數據。

②開放實驗預約:為學生的大創項目、自主創新實驗等提供實驗室的開放預約功能。實驗室管理人員設置開放時間、地點和項目，學生通過在線安全教育課程后可自由選擇，實驗室據此配備必要的設備、耗材和指導教師。具體流程與實驗教學類似。

（4）其它

除以上功能外，高校還可根據自身需要，開發實驗室安全教育課程、儀器設備維修、人員工作量統計等模塊。同時設計自己學校的統計報表，為實驗室設備論證、耗材審批以及學校審核評估和專業認證提供事實依據。

另外，信息技術日新月異，智能實驗室的建設方案也需要不斷改進與更新。譬如隨著移動互聯網的普及，開發移動設備端的實驗室管理平臺，以能夠隨時隨地進行實驗室教學和管理。

四 結語

通過建設和實施智能實驗室，可以發揮虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術優勢，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，實現虛擬仿真實驗教學[4]，進一步拓展實驗教學示范中心的功能。在真實項目涉及高危或極端的環境、不可及或不可逆的操作，以及高成本、高消耗、大型或綜合訓練等方面的情況時，讓學生在可靠、安全和經濟的虛擬環境中開展實驗，實現真實實驗不具備或難以完成的教學功能，這將成為虛擬仿真實驗教學中心的建設任務之所在。

智能實驗室管理系統的建設過程對其它信息化建設工作管理平臺的構建和管理模式的創新都有一定借鑒意義，希望本文能為我國高校信息化和實驗室智能化的建設提供一種新的思路。

[1]陳穎.基于情境感知的智慧校園體系及運營模式探究[D].北京:北京交通大學,2013:1-3.

[2]盧娜.高校實驗室的信息化管理[J].實驗技術與管理,2007,(10):377-378.

[3]盛蘇英,等.高校實驗室信息化管理的研究與實踐[J].實驗室研究與探索,2012,(12):184-187.

[4]屈泳.基于校園網絡的虛擬實驗室的設計與研究[J].現代教育技術,2010,(5):133-135.

Research on the Construction and Implementation Scheme of the University Intelligent Laboratory

CHEN Ying1GAO Dong-feng2
(1. President Office, Beijing Jiaotong University, Beijing, China 100044;2. Laboratory Division of Higher Education Department, Ministry of Education, Beijing, China 100816)

In view of the current problem existed in the construction of the college experimental teaching demonstration center and virtual simulation experiment teaching center, the positive significance of the information management for improving the efficiency and the equipment utilization rate of the laboratory is described, the key factor of realization of the information is analyzed, and the construction and implementation scheme of the intelligent laboratory is proposed in this paper, which has certain guiding significance to the realization of laboratory information management.

intelligent laboratory; information construction; information management system

G40-057

A【論文編號】1009—8097（2015）08—0088—05【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2015.08.013

編輯:小米

陳穎，副主任，副研究員，博士，研究方向為高教研究，郵箱為chenying@bjtu.edu.cn。

2015年3月5日