智能实验室建设与实施方案研究

在信息化浪潮席卷全球的今天,以互联网和智能设备为代表的信息技术己渗透到社会的各个行业。作为教育领域的排头兵,现代信息技术引发了高校在教学、科研、管理等各方面的变革,甚至己经成为高校在信息社会生存和发展的新动力。使用信息手段和网络技术,建立智能实验室管理系统,能有效提高实验室仪器设备的使用效益,减轻管理部门和实验人员的工作负担,促进实验室资源共享和开放管理的实现[1]。

一高校实验教学中心建设情况

改革开放后,我国高等教育投入力度加大,高校建设速度明显加快,高校实验室资源的数量和质量都得到显著提升。为了进一步推动高等学校实验教学改革,促进优质教学资源整合与共享,教育部于2005年启动了“国家级实验教学示范中心”工作,在“十一五”、“十二五”期间分别评审并建设了501个和180个国家级实验教学示范中心。

随着高校实验室建设水平的提高,实验室管理工作的复杂性和艰巨性大大増加,对工作的规范性和高效性也提出了更高的要求。传统的实验室管理模式己不再适应,甚至产生了巨大的阻力,暴露出信息滞后和失真、使用效益差、管理效率低等问题。传统实验室的信息化改造己是大势所趋。自2012年起,继建设国家级实验教学示范中心后,教育部开展了“国家级虚拟仿真实验教学中心”的建设,现己批准建设两批共200个国家级虚拟仿真实验教学中心。其重点在信息化实验教学资源建设,核心是共享优质实验教学资源,以推动高等教育信息化和实验室智能化建设。

二智能实验室的管理优势

建设智能实验室,可以借助现代信息技术优势,使原始的资料、设备、项目、人员的管理通过网络技术、多媒体技术、模拟仿真技术等来实现,并带动开放管理等模式的创新[2]。它主要具有以下意义和优势:

1.髙校信息化的重要部分

高校信息化是学校在知识经济时代发展的重要举措。作为高校教学和科研工作的重要基础与载体,智能实验室管理系统的建设是高校信息化中不可缺少的部分。

2.实现数据实时和动态响应

信息化管理能够实时反映出实验室的真实情况,主管部门可随时查询仪器设备使用情况,实验室人员可随时查看实验课程情况,以便及时发现问题、解决问题。同时也为实现动态响应创造了条件,有利于实现自动化管理。

3.提髙实验设备利用率

网络化的信息化管理实现了实验室信息的共享,并提供了方便快捷的交流途径。借助于系统,实验人员能够快速掌握全校的实验室资源信息,从而使实验室的使用效益得到充分发挥。同时,管理部门能借此对实验室资源进行优化配置。

4.提升管理工作效率

信息化管理能够通过实验室信息的随时更新,自动生成统计报表上报,将实验室管理人员从繁重的信息统计工作中解放出来,从而将精力投入到实验平台、资源等的建设工作中。同时简化行政程序,缩短处理周期,提高管理工作的效率。

三智能实验室的建设与实施方案

1.智能实验室建设要素

智能实验室建设不只是管理工具的改变,更是一种管理模式的创新,是一项需要统筹规划和持续推进的复杂工程。在具体建设工作中,应充分考虑以下要素:

(1)与数字化校园建设规划一致

智能实验室管理系统作为高校信息化建设的重要一环,应按照数字化校园的规划要求,采用统一的信息标准和基础架构,同时与其它信息化系统数据共享,互联互通,实现实时交换。在实际工作中,实验室信息管理系统往往需要人事部门的实验室人员信息、教务部门的学生信息、课程信息等数据支持,其生成的实验课程成绩、实验室人员工作量等信息又需要推送到相关职能部门。

(2)实验资源建设

实验室信息资源的开发和利用是智能实验室建设的核心。信息资源是运用信息技术,将传统的教学科研素材改造成易于知识传播的、有助于理解和运用的数字化资源。实验室信息资源包括各种工程软件、模拟仿真系统、教学视频、电子化讲义、作业、测试等。这些资源是正常开展信息化实验教学的前提,也在一定程度上体现了高校和实验室的管理水平。

(3)人才队伍建设

人是智能实验室建设、管理和运行的主体,对信息化工作的质量起着决定性的作用。因此,应通过引进高级专业人员、开展信息技能培训等方式全面提升实验室人员的素质,重点强化其信息的管理和应用能力。

(4)网络硬件建设

先进的硬件设备和完善的网络环境是实现智能实验室建设的物质保障。具体来说,包括服务器、安全监控设备、身份验证设备、实验仪器专用监控与控制设备等。智能实验室管理系统架构如图1所示。

(5)信息管理系统建设

一个完善、灵活、友好的信息管理系统是成功开展实验室信息化管理的关键,各项信息化管理功能都集中通过它来实现。好的系统能大大提高管理人员的工作效率,而差的系统不仅会让使用者的体验大打折扣,还会直接影响实验室资源共享等功能的实现。

2信息管理系统的功能和组成

功能完善的智能实验室管理系统应能实现对仪器设备的管理、对实验项目的管理、大型仪器设备开放共享、实验室开放预约、实验室信息查询、情况统计等功能[3],其模块组成如图2所示。

(1)实验教学管理模块

实验教学管理模块可以实现实验教学的过程管理,按照不同学科、不同类型的实验,其业务流程不尽相同,大致设计为:由实验课教师或实验室管理人员安排实验项目、时间、地点、设备和指导教师;学生根据自身情况选择项目,通过预习后选择实验时间、地点和设备;指导教师根据选课和预习情况准备实验;学生通过在门禁系统、设备电子控制系统刷卡进行身份验证,并在教师的指导下进行实验并提交实验报告;指导教师通过预习情况、现场表现、报告成绩等给出项目成绩。

(2)日常管理模块

日常管理模块包括实验室管理、仪器设备管理和耗材管理。

①实验室管理:主要用来展示和管理实验室基础信息,如实验室地点、负责人、所属实验中心以及承担的实验项目等。

②仪器设备管理:一方面对设备编号、名称、型号、厂商、购置日期以及运行情况等进行展示和管理,为大型仪器的开放提供数据基础;另一方面采用项目管理方式,对设备的论证、采购、日常管理等进行追踪,以期提高设备的使用效益。

③耗材管理:提供耗材申购、审批、领用的流程管理和库存管理,可自动提交采购需求。同时可分类、分实验室、分实验项目统计耗材的消耗量,避免资源浪费。

(3)开放平台模块

开放平台模块包括大型仪器开放预约和开放实验预约。

①大型仪器开放预约:提供大型仪器的在线预约功能。预约申请通过审批后,可使用预约仪器。有条件的学校可以采用远程监控的方式,使用电子设备控制仪器和读取数据。

②开放实验预约:为学生的大创项目、自主创新实验等提供实验室的开放预约功能。实验室管理人员设置开放时间、地点和项目,学生通过在线安全教育课程后可自由选择,实验室据此配备必要的设备、耗材和指导教师。具体流程与实验教学类似。

(4)其它

除以上功能外,高校还可根据自身需要,开发实验室安全教育课程、仪器设备维修、人员工作量统计等模块。同时设计自己学校的统计报表,为实验室设备论证、耗材审批以及学校审核评估和专业认证提供事实依据。

另外,信息技术日新月异,智能实验室的建设方案也需要不断改进与更新。譬如随着移动互联网的普及,开发移动设备端的实验室管理平台,以能够随时随地进行实验室教学和管理。

四结语

通过建设和实施智能实验室,可以发挥虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术优势,构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象,实现虚拟仿真实验教学[4],进一步拓展实验教学示范中心的功能。在真实项目涉及高危或极端的环境、不可及或不可逆的操作,以及高成本、高消耗、大型或综合训练等方面的情况时,让学生在可靠、安全和经济的虚拟环境中开展实验,实现真实实验不具备或难以完成的教学功能,这将成为虚拟仿真实验教学中心的建设任务之所在。

智能实验室管理系统的建设过程对其它信息化建设工作管理平台的构建和管理模式的创新都有一定借鉴意义,希望本文能为我国高校信息化和实验室智能化的建设提供一种新的思路。