高校實驗室信息化體系的建設研究

姜 麗 ， 宋建華

(1. 湖北大學 計算中心， 湖北 武漢 430062； 2. 湖北大學 計算機與信息工程學院， 湖北 武漢 430062)

隨著高校教育的改革和發展，高校實驗室的重要性日益凸顯。高校實驗室作為實驗教學的重要場所已逐漸發展成為集教學、科研于一體的人才培養和技術創新的主要基地[1]。隨著高校實驗教學與實驗室管理改革的不斷深入，實驗室信息化建設正在全面展開[2-4]。如何構建合理、全面的信息化體系，實現高校實驗室教學、科研、管理、績效評價和信息資源共享等功能的高效性和規范化，將成為高校實驗室信息化建設的重要課題。

1 高校實驗室面臨的問題

1.1 高校實驗室角色的發展

實驗是人類認識世界的重要實踐活動之一，科學技術的發展來源于實驗、實踐。高校實驗室是進行實驗教學、科學研究、生產試驗、技術開發的重要基地，是學校教學、科研條件的重要組成部分[5]。高等教育的改革和發展，及創新人才的培養發展目標的確定，推進了高校實驗室角色與定位的變化。實驗教學從最初的課堂教學輔助角色逐漸發展成為集教學實驗與實踐創新于一體的獨立課程。體制上實驗室也從最初的隸屬于學院、教研室逐漸發展成為學校統一管理的綜合實驗教學中心等形式。實驗室的形式也逐漸多樣化，不再是單一的教學輔助單位，而是出現了教學實驗室、科研實驗室、虛擬實驗室、開放實驗室、創新創業實驗室等多種形式。

1.2 高校實驗室功能的發展

由于高校實驗室的定位和角色的轉換，信息化建設的擴大化，交叉學科的增加，交叉領域的復雜化，高校實驗室呈現出前所未有的多面性:多方需求、多方使用、多面功能、多方管理。管理上涉及實驗室設備處、國有資產處、教務處、專業院系、實訓中心等，服務對象、服務功能也呈現多面化。這一切就決定了高校實驗室管理的難度和復雜性加大，也決定了高校實驗室迫切需要更有效的方式來支持這些功能的提供和管理的需求。

1.3 高校實驗室管理方式的發展

傳統的高校實驗室管理方式是手工的、紙質文檔形式、信息傳遞依賴人力等，帶來的一系列問題就是效率緩慢、信息延遲甚至錯誤、信息無法有效共享、實驗數據無法完成自動統計以指導實驗教學和方法的改進。隨著信息化的普及，新型的高校實驗室管理方式逐步完善，國內外都開始提出并使用LIMS(Laboratory Information Management System)，文獻[6]提出了基于物聯網的實驗室信息化管理技術，充分使用了硬件設備的智能化方式；文獻[7]提出了基于SaaS(Software-as-a-service)模式的LIMS，有效減少了建設和運維成本；文獻[8]提出了基于“云”的實驗室信息化建設，充分發揮“云”技術的分布式和共享性的特點，這些有效的實驗室信息化建設的探索促進了高校實驗室工作的發展。

2 信息化是高校實驗室改革的必由之路

2.1 信息化是促進高校實驗室體制和管理模式優化的途徑

自20世紀80年代以來，信息化浪潮席卷全球，成為繼工業革命后的一次技術革命，信息化已成為當前人類社會的基本發展趨勢[9]。因此，高校實驗室進行軟、硬件開放，實行“信息化管理”是必然的選擇，也只有走“信息化管理”之路才能夠促進并帶動實驗室管理工作走向規范化、制度化、科學化[10]。隨著時代的發展、教育形式的變化、人才培養目標的轉變以及高校實驗室角色、定位、功能的轉變和擴展，高校實驗室現存的體制、管理方式和服務形式都顯得有諸多的局限與不足。如何創新實驗室管理體制，探索有效的實驗室基于信息化的開放式管理模式；如何建立更有效的實驗室教學活動形式和科研活動形式，以提高實驗室的資源利用率；如何改善實驗室的績效管理方法都對實驗室建設和管理提出新的挑戰，信息化是解決這一系列問題的有效途徑。

2.2 信息化是未來高等教育的發展趨勢

信息技術在高等教育領域掀起了一場“哥白尼式的革命”，諸如:大規模開放在線課程、斯坦福大學的“開環大學計劃”(Open Loop University)、密涅瓦大學(Minerva Schools)的O2O式辦學體制等[11]，世界范圍內的大學基于信息化的高等教育形式已經在積極的探索過程中。我國《教育信息化十年發展規劃(2011——2020年)》中明確提出:“重點推進信息技術與高等教育的深度融合，促進教育內容、教學手段和方法現代化，創新人才培養、科研組織和社會服務模式。”因此，未來高等教育的信息化之路是必然的，高校實驗室作為高等教育的重要組成部分，信息化的服務方式、信息化的管理模式、信息化的資源共享、信息化的績效評價方法等將成為高校實驗室信息化建設工作中亟待思考和探索的問題。

3 高校實驗室信息化體系

信息化是一個系統工程，從需求、設計、實施到測試和維護是一個需要做好整體規劃、搭建合理體系的工程化過程，因此，一個符合需求的、完整合理的信息化體系架構對于高校實驗室的信息化建設就至關重要。我們將從高校實驗室的服務目標、管理目標和績效目標3個方面來考慮信息化體系的要求，在滿足這幾項目標的要求下設計一個符合需求，相對完善的實驗室信息化體系架構。

3.1 高校實驗室信息化的服務目標

高校實驗室的職能和管理的復雜性，決定了服務對象和功能的多樣化，同時對服務的響應度和服務的高效性、便捷性也提出了新的要求。傳統的手工管理、粗放式管理、信息之間的延遲以及不連通都將無法滿足師生日益增長的服務要求，因此，要建立的實驗室信息系統從信息化體系架構的角度必須明確要達到如下的服務目標:

(1) 服務模塊分割合理，符合高校實驗室特色，滿足實驗室所有服務需求和管理需求；

(2) 服務模塊功能明確，模塊內部功能完整，模塊間相互耦合度低；

(3) 服務流程清晰、便捷、高效；

(4) 服務數據安全性、可靠性強；

(5) 系統整體保持功能模塊的開放性接口，便于新功能模塊的擴展。

3.2 高校實驗室信息化的管理目標

實驗室管理就是在實驗室系統的范圍內，管理者運用管理的原則、手段和方法，作用于實驗室這一管理對象，使實驗室達到預定工作目標或效果的活動[1]。高校實驗室的信息化管理旨在通過信息化技術，改善管理手段與方法，減少或消除管理過程中人工方式或落后方法帶來的延時、低效等弊端，實現管理的高效性與規范性，使高校實驗室有效的達到預定工作目標和效果，因此，要建立的實驗室信息系統從信息化體系架構的角度必須明確要達到如下的管理目標:

(1) 管理平臺界限清晰、界面友好、易操作；

(2) 管理者身份和權限明確，安全性強；

(3) 管理信息銜接平滑，處理高效；

(4) 保持管理功能的開放接口，便于新的管理功能的擴展。

3.3 高校實驗室信息化的績效目標

高校實驗室從經濟管理學的角度看是一個投入產出比的效能系統，也是管理者高度重視的一個方面。實驗室管理效能應表現為在最短的時間內，以較少的人力、物力、財力消耗和最佳的組織配合為學校的教育與科研活動提供較為充分的物質條件，為取得良好的教學和科研效果[12]提供保障。因此，要建立的實驗室信息系統從信息化體系架構的角度必須明確要達到如下的績效目標:

(1) 業務響應時間、平臺之間信息數據的銜接平滑度高，延時低；

(2) 實驗室設備的使用時間、使用頻率、故障率、效率等數據的自動統計和分析高速高效，可靠性高；

(3) 大型儀器的共享率和投入運行比數據分析優；

(4) 實驗數據和統計結果有效形成并具有可信度高的管理價值。

3.4 高校實驗室的信息化體系架構

根據以上的3個目標，結合IS(Information System)與UA(University Architecture)的架構方法，作者提出一種高校實驗室信息化體系架構LIA(Laboratory Information Architecture)，見圖1。

圖1 高校實驗室信息化體系架構圖

高校實驗室信息化體系采用分層的邏輯架構，分為5層:用戶層，業務層，數據層，技術體系層和云環境層。用戶層包含所有需要使用實驗室的教師、學生和各個部門，該層保持開放接口，可以實現用戶的擴展。在業務層中集中體現了該體系結構的設計完全針對高校實驗室的設計，能更完備地實現高校實驗室的服務功能和管理功能。這一層涵蓋了7個平臺:實驗室項目建設與采購管理平臺、實驗室資產與設備綜合管理平臺、實驗室開放預約管理平臺、實驗室課程預約管理平臺、實驗室安全信息化管理平臺、實驗室MOOC開放平臺和實驗室績效管理平臺。這7個平臺覆蓋了實驗室從規劃、建設與采購到最后的教學科研和績效測評幾乎所有的功能，而且提供開放接口，便于以后實驗室功能的擴展。數據層、技術體系層和云環境層都是采用IT設計中已經廣泛使用和成熟的技術和硬件環境搭建，將對業務層提供有效良好的支持。這種分層體系架構更好地實現了功能清晰、便于擴展、耦合度低、安全性高等特點。

4 結語

隨著高校實驗室在高等教育中角色和功能的發展、實驗室規模日益增大、實驗室管理方式的轉變，實驗室管理的信息化是突破高校實驗室傳統管理觀念和管理手段、提高實驗室管理水平和充分發揮實驗室功效的必然趨勢[1]。在實驗室信息化建設的過程中，一個符合需求的、完整合理的信息化體系將對最終信息化建設的結果起到至關重要的作用，因此本文在明確了高校實驗室的服務目標、功能目標和績效目標后提出了一種高校實驗室信息化體系架構的設計，以期能促進實驗室信息化建設發展的科學化和規范化。后面的工作我們還將細化各個管理平臺中的功能模塊設計，更加完善服務的便捷性和可操作性。

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