機械類開放實驗室信息管理系統應用研究

劉高君，鄭 舸

（四川輕化工大學 機械工程學院，四川 宜賓 644005）

實踐教學是高校人才培養的重要環節之一，是不可或缺的組成部分。實驗室是高校開展實踐教學的重要承載基地。高校實驗室每年不斷增加建設規模，持續的新設備投入和伴隨的舊設備報廢過程中的問題也日漸凸顯。同時實驗室的運行管理、實驗室本身以及各實驗室相關設備的利用率也逐漸成為實驗室管理和建設的重要任務[1-2]。提高管理效率才能更好地為教師和學生提供全方位的服務。機械類高校綜合實驗中心的管理和服務一般分為兩類：第一類是面向大多數學生并為其基礎和專業課程服務的通用教學設備的管理維護；第二類是面向研究探索型的實驗課程以及開放實驗項目或者為參加競賽等浮動的部分學生選課服務，多為大中型設備的管理維護。兩種不同的定位服務就決定了實驗室的管理要采取不同策略和方法，并要有針對性地進行管理來提高效率和管理質量。

高校要培養應用技術人才，開放實驗室是一個很有效的方法。而且現代實驗室不僅僅作為教學場地使用，也是教師和學生開展科研項目以及創新創業的重要平臺。開放實驗室能有效提高實驗設備的利用率，也為進一步提高學生的實踐動手能力、自主學習能力和創新能力提供有力的保障[3-5]。

而要實現上述有效管理，簡單快捷的實驗室管理信息化系統建設能節約大量的人力和時間成本，簡化步驟，從而提升教學及管理工作的效率和質量，促進教學和科研的良性循環。

1 實驗中心存在的問題

實驗室為眾多課程及學生提供服務，同時還為部分教師的科研應用提供服務。在針對教學環節的服務方面，目前實驗室的運行過程管理基本依靠手工和電話查詢實驗室的使用情況，通過人工來安排后續的實驗室使用計劃[6]。在現代電腦技術和網絡通信手段如此發達的今天，這種基于人工的管理模式顯然不再適應信息社會的發展。在針對部分參加競賽的學生和教師的研究服務方面，上述管理模式顯然不利于設備和實驗室的有效利用，隨著實驗室的不斷建設和發展，設備的更新換代速度也不斷加快，而教師沒有一個了解設備的有效渠道而導致設備閑置時間過長，增加了設備維護的成本，減少了設備維護的價值，同時教師和學生不能全面了解實驗設備的技術指標參數，以及進行實驗種類和時間安排等信息，難以讓設備得到充分的利用[7-10]。

由于設備信息更新不及時導致的開設實驗項目主要以書本上的驗證演示型實驗為主，實驗中學生的主觀能動性得不到發揮，學生在極少的課余時間也沒有更多的機會到實驗室開展創新性研究項目的實驗，長此以往學生的積極性難以得到提升。

同一種類設備總數較少也是實驗中心存在的一個重要問題，近年來由于學生人數的逐年遞增，之前在購置同種實驗設備策略上所考慮的學生人數和目前的學生人數不可同日而語，學生人數已經超出了設備所能承接的最大數量，分組對師資力量和學生時間都是一個巨大考驗。而由此導致的學生分組人數增加降低了部分學生的主動性，多數學生只在一旁觀察而記錄數據，影響了實驗教學的效果。

此外，多數的教學實驗設備僅僅服務于理論課程對應的實驗要求，這些課程每年只開設一次，這樣使得開設期間設備不足，高峰期過后便出現設備閑置，導致總設備利用率非常低，而實驗課上沒有得到鍛煉的學生在課后也沒有機會進入實驗室來重新學習實驗過程。

2 升級實驗室管理方案

面對上述諸多問題，首先在實驗室的管理方案上必須做出調整以適應設備及學生需求。主要從以下幾個方面來進行。

2.1 改革實驗項目

針對目前較多的演示和驗證型實驗項目，適當擴展綜合設計型實驗項目，甚至可以提供實驗思路，讓學生根據自己的學習興趣、研究方向及研究能力自擬實驗項目，以提高學生的學習主動性和效果。

2.2 調整實驗時間

其一是安排實驗課程所必需的時間，如針對課程的主要內容所安排的實驗學習時間。綜合設計型項目在實驗課上不能完全達到預期結果的情況下，鼓勵學生利用課后時間通過如網上預約的方式實現自主預約實驗時間。其二是針對學生課外一些研究型實驗項目，也可以通過網上預約的形式來完成，以提高學生的學習興趣和主動性。

2.3 實驗重點轉移

之前大多數實驗的主要目的是對理論的驗證過程，得出合理的實驗數據。實驗重點轉移即可將實驗標準課程上的內容重點集中在學習原理和設備的安全操作方法和過程細節上，讓學生學會操作的全部流程，掌握實驗的要求，為學生在更多的開放時間內可以自主完成大多數實驗而奠定基礎。學生即可在實驗室開放的時間和設備中自行選擇所需的設備、元器件、實驗板及必備工具，設計實驗步驟，獨立完成實驗操作。

落實上述實驗的改革措施，首先就是要有合理的實驗室信息化管理系統來完成實施過程的配套，通過信息化管理系統完成實驗室開放時間的公布、學生預約和實驗室本身的相關管理，既可以提高實驗室和設備的利用效率，又能增強學生的學習興趣。

3 實驗室信息化建設構架

目前實驗中心教學管理方面，課程安排工作主要由學校教務處統一的綜合教務管理系統來完成，一般教務系統以學期為時間單位，以單個教室為地點單位進行設置。由于受到實驗設備的限制，每個教室在每學期的課程安排基本不變，這種針對常規驗證型實驗要求的課表基本能滿足上述教學要求，但是更多能提高學生技能的綜合設計型實驗項目則需要更加靈活多變的教學模式和安排方法。

考慮到上述的教學要求，本系統通過合理的功能設計來配合已有教務系統以適應靈活的實驗要求[11-15]。開放實驗室信息系統功能模塊見圖1。

（1）人員信息模塊。用戶角色分為教師、學生和管理員。管理員主要是系統設置和基本需求信息管理，教師可以在線安排開放實驗項目，學生可根據教師開放的實驗項目進行選擇，并預約實驗室開放時間。

（2）設備信息模塊。設備信息對應相關實驗室，根據實驗室獲取設備列表信息和簡介，了解詳細情況，教師可根據操作許可人員提前聯系安排開放實驗項目。

圖1 開放實驗室信息系統功能模塊

（3）項目信息模塊。該模塊是實驗室開放項目的主要信息記錄模塊，包含了實驗項目所需要記錄的各種信息，為學生了解實驗項目提供支持。

（4）實驗室開放信息模塊。該模塊主要是針對實驗室預約的一個開放記錄。

4 開放實驗系統關鍵技術

目前用于信息化建設的系統工具開源資源越來越多，系統功能也越來越豐富，選擇一款適合的開源系統作為開放實驗室信息化建設的基礎，可快速實現開放實驗室信息化管理的需求。從綜合功能性和可擴展性來看，本系統體系結構采用B/S模式。系統數據庫采用免費的MySQL 8.0作為信息存儲，系統開發各管理模塊功能基于Django應用框架實現，該框架是基于Python語言的開源框架，功能強大，前端應用界面采用Bootstrap基于響應式網頁基礎框架實現，軟件系統可以與電腦和手機等移動端同時適配。

5 結語

本文通過分析我校機械工程學院實驗教學中心日常運行管理中存在的問題，提出了開放實驗室信息化運行的思路，設計并開發了一套開放實驗室信息化管理系統。該系統具有簡單可靠、實用性強、操作方便等優點，整個方案設計與系統開發都由本實驗中心教師完成，為后續的調整和運行管理提供有力的技術支持。機械類實驗室以項目形式全面開放，不僅可以提高實驗教學效果和實驗設備的利用率，激發學生創新實踐的學習興趣，而且也可以提高學生的創新設計能力，培養學生的創新和團隊意識，為進一步提升科研能力和創新創業能力打好基礎。