構建智能化實驗開放共享平臺的探索

呂銀云，潘蕊，翁玉華，阮永紅，吳平平，張來英，彭淑女，陳玉清，張春艷，董志強，歐陽小清，阮嬋姿，許振玲，顏長明，任艷平

廈門大學化學化工學院，化學國家級實驗教學示范中心(廈門大學)，福建 廈門 361005

廈門大學化學國家級實驗教學示范中心(以下簡稱“實驗中心”)經過10多年的建設和發展，其硬件和軟件資源日趨完備，每學年承擔著全校10個學院3600多名本科生的化學實驗課教學任務，實驗中心在保障實驗教學任務順利完成之余，如何充分利用實驗中心的軟硬件資源，發揮其最大效能，服務于廣大師生，提高社會影響力，一直是實驗中心考慮的問題。

進入新世紀以來，我國高等教育進入內涵式發展時期，建設創新型國家和人力資源強國對高層次、拔尖創新人才的培養提出了更高的要求[1,2]，實驗教學在本科化學教育和化學人才培養中起著基礎性的關鍵作用，但有限的基礎化學實驗教學課時已經不能滿足學生開展化學探究實驗的需求，學生亟需一個能在課外時間自由開展化學探究實驗的平臺；黨的十八大以來，習近平總書記強調科學普及與科技創新具有同等重要的位置[3]，作為國家級實驗教學示范中心，實驗中心有責任、有義務也有能力承擔起向公眾進行化學科學普及的重任，開展化學科普工作義不容辭。

為了有效滿足學生在課外開展化學探究實驗的需求，為了順利有序開展化學科普活動，同時將實驗中心的軟硬件資源進行科學、有序開放共享，構建智能化的實驗開放共享平臺勢在必行。經過一年多的探索和實踐，實驗中心已經構建好一個相對完善的智能化實驗開放共享平臺(以下簡稱“平臺”)。廣大師生和校外人員可以通過平臺查詢實驗中心現有藥品試劑、儀器設備、預備實驗項目等信息，以便更好地做好實驗前的信息調研和準備工作；學生可以在平臺通過預約開展課外實驗探索，科研人員可以通過平臺利用實驗中心特有的儀器設備解決科研問題，中小學生和社會公眾可以通過平臺在實驗中心開展化學科普實驗，領略和發現“化學之美”。

智能化實驗開放共享平臺使得實驗中心開放管理更加科學化、規范化、制度化和人性化，取得了良好的成效。下面簡要談談智能化實驗開放共享平臺的構建框架、管理系統、運行過程和運行成效，以期為國內高校實驗室開放管理提供可借鑒經驗。

1 實驗開放共享平臺的構建框架

實驗開放共享平臺的構建初衷為滿足學生在實驗教學課外之余開展化學探究實驗的需求，滿足中小學生和社會公眾順利開展化學科普活動的需求，為了使相關人員能在平臺快速查詢相關資源并預約開展實驗，實驗開放共享平臺的構建框架由“信息查詢”和“實驗預約”兩個模塊組成，詳細的構建框架如圖1所示。

圖1 實驗開放共享平臺的構建框架

1.1 信息查詢模塊

通過信息查詢模塊可以查詢實驗中心現有藥品試劑的種類、庫存量和使用注意事項等，可以查詢實驗中心現有儀器設備的參數、說明書和使用注意事項等，可以查詢實驗中心預備的化學科普實驗、探究實驗項目等。通過信息查詢模塊，不僅能實現實驗中心內部資源共享，也能成為外界了解實驗中心資源的一個窗口，同時也便于相關人員在了解實驗中心資源的基礎上制定可行的化學實驗方案，再進行實驗預約，使得實驗前的準備工作更加便捷、高效。

1.2 實驗預約模塊

實驗預約模塊包含“開放時間”“實驗場地”“實驗人員”“實驗內容”和“實驗安全”，學生可以通過實驗預約在實驗中心重做基礎教學實驗、利用現有實驗項目或自主設計實驗項目開展科普活動和化學探究實驗，也可以通過實驗預約借用實驗試劑、儀器等在實驗中心以外開展科普活動或化學探究實驗，滿足校內外學生開展化學科普活動、提升課內化學實驗知識和技能、開展化學探究實驗等各種需求。為了對學生進行全方位的化學實驗安全教育，學生在實驗前必須了解化學實驗安全須知，實驗過程中在老師的指導下做好安全防護。

2 實驗開放共享平臺的管理系統—實驗預約系統

實驗開放共享平臺有了初步的框架，如何通過簡便的管理工具實現預期功能呢？早期，實驗中心實驗室對外開放過程中，學生通過來來回回的郵件和實驗中心老師溝通實驗時間、實驗地點和實驗方案，過程繁瑣、效率低。因此，開發一個適用于化學實驗室特點、交互信息強大的實驗開放共享平臺管理系統對簡化溝通過程、提高平臺管理效率十分有必要。

經過半年的開發和調試，實驗開放共享平臺管理系統—實驗預約系統于2018年12月開發完成并已上線，系統采用PHP編程語言進行開發，系統搭載在學校虛擬服務器運行，由學校信息與網絡中心實時監測系統安全，出現漏洞及時通知管理員進行修復，從而保障系統安全。校內外人員可以通過網站(http://kfpt.xmu.edu.cn)或微信(“XMU化學實驗中心”公眾號)進入系統進行信息查詢和實驗預約，實驗預約系統各類信息的更新和預約申請審核由管理員在管理后臺進行管理，管理員由各課程組指定專人擔任。

實驗開放共享平臺管理系統—實驗預約系統登錄界面及下拉菜單界面如圖2所示。校內外人員直接點擊菜單便可查詢實驗中心藥品試劑、儀器設備和實驗項目信息等，并可下載相關說明進行深入了解。

圖2 實驗開放共享平臺實驗預約系統登錄界面和下拉菜單

在圖2所示的界面注冊賬號并登錄后的實驗預約界面如圖3所示，實驗預約系統根據實驗開放共享平臺的構建框架設置了項目信息、聯系人信息、實驗人數、實驗室選擇、實驗時間選擇、實驗藥品、實驗儀器、備注、上傳實驗方案、安全須知等欄目，學生不僅可以選填各個欄目信息進行實驗預約，也能查詢或下載實驗中心的儀器設備和現有項目信息，若只是借用實驗試劑、儀器等在實驗中心以外開展科普活動或化學探究實驗，在備注欄進行說明即可。安全須知使得學生在實驗前充分了解實驗過程中所要遵守的規章制度，并讓他們在實驗時做好安全防護。

圖3 實驗開放共享平臺實驗預約系統登錄后界面和下拉菜單

3 實驗開放共享平臺的運行過程

實驗開放共享平臺的運行通過實驗預約系統實現了從“信息查詢—實驗預約—管理員審核—實驗準備—開展實驗—實驗結束—再次實驗預約”的“閉環”管理，使得學生在實驗預約過程中或在開展實驗過程中的問題能有效得到解決，進而順利完成化學實驗。具體運行過程如圖4所示。

圖4 實驗開放共享平臺的運行過程

3.1 信息查詢

在實驗開放共享平臺可以查詢實驗中心現有的藥品試劑、儀器設備和現有項目，便于實驗者做好實驗預約前準備工作。

3.2 實驗預約

學生通過注冊實驗預約系統賬號，登錄后進行實驗預約，填寫個人信息、實驗時間、實驗室、實驗藥品、實驗儀器和上傳實驗方案附件等，并提交。

3.3 管理員審核

學生預約后，管理員在管理后臺對預約申請進行審核，重點評估學生實驗方案的可行性，若方案可行則“通過申請”，學生便可收到系統自動發送的實驗預約成功的郵件；若方案不可行則“拒絕”，并填寫拒絕理由，學生會收到系統自動發送的實驗預約失敗的郵件并說明失敗理由，學生便可在實驗指導教師或實驗技術人員的指導下修改實驗方案再次預約。

3.4 實驗準備

管理員通過學生的實驗申請后，安排實驗技術人員準備實驗所需的藥品試劑、儀器設備等。

3.5 開展實驗

學生根據預約時間到達實驗室開展實驗，實驗指導教師或實驗技術人員進行實驗過程和安全指導。若學生在未與老師溝通的情況下超過3次未按預定的時間開展實驗，則此學生的賬號將被禁用一個月。

3.6 實驗結束

實驗結束后，學生對此次開展實驗的情況進行評價打分，可以對實驗開放共享平臺提出建設性意見。若學生在預約時間內未完成實驗或實驗過程中遇到了新的問題，可在實驗指導教師或實驗技術人員的指導下修改實驗方案，再次預約，繼續完成實驗。

4 實驗開放共享平臺的運行成效

實驗開放共享平臺依托實驗中心運行，實驗中心的所有實驗室在實驗教學時間之外的空閑時間全面對校內外學生開放，實驗開放共享平臺為學生在課外開展化學探究實驗提供了極大的便利，也為校內外學生開展化學科普活動提供了交流的平臺。尤其在2018年12月實驗預約系統上線使用后，使得實驗開放共享平臺的管理更具科學化、規范化、制度化和人性化，取得了一定的成效。

4.1 實驗開放共享平臺受益面廣

實驗開放共享平臺上線僅1年時間，來自校內外的大、中、小學生們充分享受到了實驗開放共享平臺帶來的便捷。2019年度實驗開放共享平臺實驗預約次數累計195次，累計預約時長達849小時，共有766名學生通過平臺在實驗中心開展化學實驗。實驗人數中大學生占比46%，中學生占比48%，小學生占比6%，表明實驗開放共享平臺不僅滿足了大學生開展化學探究實驗的需求，也滿足了校內外學生開展化學科普活動的需求(圖5a)。

4.2 項目來源多元化

學生通過平臺在實驗中心完成的實驗項目可以是教學實驗項目、現有實驗項目和自主探究實驗項目，實驗項目來源呈現多元化。2019年度通過平臺在實驗中心開展的195次實驗中，重做基礎教學實驗項目占比6%，利用現有項目開展化學實驗占比32%，自主設計實驗項目并開展實驗占比62%。表明實驗開放共享平臺充分滿足了學生提升課內化學實驗知識和技能、開展化學探究實驗等需求(圖5b)。

4.3 實驗內容多樣化

學生可根據自己的項目內容、所需試劑、儀器等具體情況在實驗中心不同實驗室開展化學實驗，實驗內容呈現多樣化。2019年度通過平臺在實驗中心開展的195次實驗中，無機及分析化學實驗占比39%，物理化學實驗占比35%，化學生物學實驗占比23%，有機化學實驗占比4%，充分說明了各個年級的本科生都有開展化學探究實驗的需求，為學生們帶來了極大的便利(圖5c)。

圖5 實驗開放共享平臺運行數據分析

學生通過平臺在實驗中心開展的實驗項目來源多元化，實驗內容多樣化，使得實驗方案五花八門，基本上是“一人一案”，這無疑給實驗技術人員的實驗準備工作增加了負擔，即便如此，實驗開放共享平臺卻未收到任何差評，73%的學生評價“極好”，27%的學生評價“好”。學生評價：“預約系統十分方便，老師準備的很充分，老師很耐心、非常認真負責、給了很多建議，在實驗室很順利地完成了實驗，謝謝實驗室的老師們……”這些好評離不開實驗指導教師和實驗技術人員的辛勤付出，也離不開實驗開放共享平臺科學化、規范化、制度化和人性化的設置和管理。

5 結語

廈門大學化學國家級實驗教學示范中心構建的智能化實驗開放共享平臺經過1年多的運行實踐，平臺的受益人數與日俱增，通過平臺在實驗中心開展的實驗項目來源多元化，實驗內容多樣化；充分滿足了校內外學生開展化學科普活動、提升課內化學實驗知識和技能、開展化學探究實驗等各種需求；使得實驗中心的軟硬件實現了全方位、立體式開放共享，充分發揮了國家級實驗教學示范中心的社會服務職能。平臺運行過程中得到了學生良好的反饋，學生也提供了一些很好的建議，如實驗開放時間可以增多、希望預約時間從提前7天縮短為提前3天等，我們也針對這些問題做了相應改進，未來將繼續完善實驗開放共享平臺的內容，提供更便捷、高效的服務。