构建信息平台 推进“机械基础”实验室开放运行

唐 建， 周春华， 张蕉蕉

(解放军理工大学 野战工程学院,江苏 南京 210007)



构建信息平台 推进“机械基础”实验室开放运行

唐 建， 周春华， 张蕉蕉

(解放军理工大学 野战工程学院,江苏 南京 210007)

根据我校通识课程“机械基础”及其实验的特点，本文从教员、学员和实验室使用与建设等方面分析了实验室管理所面临的难题，这些难题阻碍了实验的开放式、自主性开设。并在此基础上阐述了“机械基础”实验室建设、实验管理信息系统的主要内容，以及实现实验室开放性、自主性管理的必要性；此外，本文全面规划了实验室管理信息系统，详细介绍了其功能与构成；最后，介绍了“机械基础”实验室管理信息系统建成后实验室的运行情况，以及取得的成果与效益，并对进一步建设提出了详细的设想和规划。

机械基础实验； 开放性实验； 自主性实验； 管理信息系统

0 引 言

“机械基础”是理工大学面向全校合训类学员开设的一门机械类工程技术基础课程，年平均授课人数达到近千人。“机械基础”课程实验是该课程教学的重要组成部分，其开设对于帮助学员直观认识机器、机械、机构及零件，深入理解理论学习内容，使其具备运用常用机构、机械及通用传动装置的能力，以及培养学员的机电素养、工程素质和实践创新能力等发挥着不可替代的重要作用。

我校“机械基础实验室”正是紧密围绕上述目标所建设的，在实验设备购置以及实验内容设置时，充分考虑了实验的基础性、扩展性、探索性和创新性。学员在参观完该实验室后，对相关实验表现出浓厚的兴趣，同时提出，希望能根据个人需求、兴趣和时间，自主地开展实验。

1 实验室管理信息系统建设的必要性

建设开放性实验室，并不是简单地把门打开[1-3]。“机械基础”实验室面临的诸多现实难题阻碍了实验的开放式、自主性开设，主要包括：

(1) 实验授课教员人数多管理难。我校每年有约13名教员为全校近千名学员开设《机械基础》课程，相关实验课的开设目前都由相应的任课教员承担，一些授课用教具也存放于该实验室，这给实验室管理，尤其是控制人员进出、明确管理责任、追溯物品去向等带来较大管理难度；

(2) 实验课时间协调、编排困难。由于学员人数多，师资力量有限，《机械基础》课程通常采用大班授课，每班人数都在80人以上。同一班内的学员来自不同专业、不同区队。在以往，实验课时间需要提前与学员预约协调好，并在开课之初就统一编制实验课表，严格按照课表实施，一旦学员或者教员因故无法按课表实施实验教学，实验时间的调整就非常困难，甚至牵涉到其他班的教员和学员；

(3) 实验场地容量有限。“机械基础”实验室面积仅为250 m2，分3个房间，最小的房间仅能满足20人实验，最大房间也不过30人，对于80人左右的大班，教员至少需要对同一个实验重复开设3次以上；

(4) 难以实现教员全时段职守实验室。该课程的任课教员同时承担着繁重的教学和科研任务，很难做到全时段职守实验室，为此，中心专门制定了“机械基础”实验室管理规则，对任课教员推行值班制度，但制度的落实本身需要一定的技术手段作为支持；

(5) 学员存在专业、能力、需求上的差异。《机械基础》课程的授课对象来自不同专业，既有机械类专业学员，也有近机械类专业学员(如道桥、地爆专业)，还有非机械类专业学员(如气象、水文、通信专业)。根据专业的不同，所开设的实验项目是有差异的，但由于不同专业混合编班，以往采用集中开设实验的方式很难体现这种专业上的差异性；

(6) 实验学时紧张，少数实验开出率不高。根据现行的课程标准，配套的“机械基础”课内实验学时仅为10学时，只能完成国家和军队所规定的“机构认知实验”、“零件认知实验”、“齿轮参数测量实验”、“带传动实验”等基础性、验证类实验，而对于“机构创新实验”、“机器人实验”、“3D快速成型加工实验”等学员普遍表现出浓厚兴趣的探索性、创新性、综合设计性实验，则需要在课表所预定的时间以外进行，学员个人需与教员预约，时间上很难得到保障，因此，这类实验开出率并不高。

基于上述原因，尤其是学员对于不同实验项目进行深入探索和研究的意愿差异性，集中开设实验的模式在激发学员自主探索和创新方面，显得动力不足，也在很大程度上阻碍了“机械基础”实验开出率的提高。

2 “机械基础”实验室管理信息系统建设

为了便于实验室管理和实现学员在线预约的自主性实验[4-6]，经过严密论证，本实验室建设了一个基于校园卡的实验管理信息系统，该系统的主要功能与构成如图1。

图1 “机械基础”实验室管理信息系统构成与功能

系统的基本构成和主要功能描述如下[7-8]：

(1) 门禁系统。实验室安装自动门，门上配置校园卡刷卡器，刷卡器控制自动门的开、闭，可实现：①教员刷校园卡进、出实验室，可记录实验指导教员在位情况，实验指导任务完成情况，可追溯其管理职责履行情况；②学员刷校院卡进、出实验室，可记录学员进入、离开实验室的时间、次数和持续时间，全面掌握学员实验实施情况，统计实验开出情况，便于获取数据进行分析，不断优化和调整实验项目的开设；③当同时实验人数超过实验室最大承载量，则暂停放行学员进入实验室，对实验室内人数进行控制。

(2) 监控系统[9-10]。实验室内安装摄像头，可实现：①现场实验指导教员可实时监控实验室内各个角落的实验开展情况，及时发现违规操作，并及时给有需要的学员以指导和帮助；②教员在中心校区也能在线掌握实验开设情况；③可有效实现实验室防火、防盗。

(3) RFID射频系统[11-12]。实验室内的重要仪器、物品上粘贴RFID射频卡，并在大门适当位置安装RFID扫描仪，实现：①实验室内任何物品进出大门，RFID扫描仪都将自动获取其相关信息，并以报警的方式提示管理人员，在获得管理人员认可后，携带人员须刷校院卡，待系统记录其个人信息后，方可将设备仪器带出实验室；②归还仪器设备时，RFID扫描仪自动获取设备信息，并由借出人员刷卡完成归还信息的记录；③信息系统将借出实验设备与借用人信息相关联，并存储于管理信息系统，可实现对物品进出入实验室情况的可追溯性管理。

(4) 条码系统。实验室内所有物品按规则编制和粘贴条码，并配置条码扫描仪(PDA)，实现：①所有物品信息以刷条码的方式录入管理信息系统，便于实验室管理人员对物品进行定期点验；②学员完成实验报告后，在报告上的指定位置粘贴个人条码，教员使用PDA刷取条码，获取学员信息，便于实验成绩的登统计和实验情况统计数据的分析。

(5) 信息管理系统[13-14]。建立一个在线数据库，对前述各系统所获取的信息进行集中、关联式管理，教员通过实验室所配置的电脑使用该数据库，也可通过其个人办公电脑登录该数据库，并同时实现：①教员在其他校区即可对实验室实施在线监控和管理；②学员可实现实验的在线预约，可根据实验室实时情况，决定或更改个人实验实施计划；③条码上承载丰富的仪器设备信息，包括其服役、维修、报废等全寿命周期信息，管理信息系统可实现仪器设备的全寿命管理。

3 实验室运行情况

“机械基础”实验室管理信息系统建成后，中心制定了配套的运行制度和管理规定，积累了大量行之有效的管理方法和经验，实现了以信息技术推动实验室管理模式的改革，促成了实验室的开放式运行。直至目前，其运行情况良好[15,16]，并在以下几个方面表现出突出的优越性：

(1) 有效促进了实验室的“三开放”。所谓“三开放”，即实验时间开放、实验资源开放和实验内容开放[2-3]。学员可以更加灵活地选择实验时间、实验内容，更加开放的使用实验资源，学员的探索热情、创新能力将得到进一步的激发和提高，实验资源也得到更加充分的使用；

(2) 大幅度增加了学员的有效实验时间。按照以往的实验运行模式，只有课程标准中规定的10学时的实验时间能得到保证。而在管理信息系统支持下，实验室每周一、二、三、四下午和晚上开放，每天可接待学员150人(次)。按照每学期开放16周计(注：除去开学、学期末、综合演练、精武杯等时间)，该实验室每学期接待学员9 600人/次。若按每人每次实验2 h，该实验室每学期开放的总有效时间为19 200学时，即平均每个学员可使用的有效实验时间约为19 h，这19 h既可以满足课程标准规定的10学时的基本需求，也给学员开展探索性、创新性实验预留了充足的时间，完全可以满足学员的个性化需求。

(3) 管理责任明确，节约了教员时间。实验室实行值班教员负责制，即当日值班教员承担指导学员实验的任务，并对当日进出入实验室的所有学员负责，对所有器材物品负责，且需在确保设备仪器无故障、无丢失后方可与下一位值班教员交接，其管理职责非常明确。同时，由于不再采用实验集中授课模式，任课教员不用再多方协调、提前预约实验时间，也不用所有工作日都职守在实验室，将教员从琐碎的实验室管理事务中解放出来。

(4) 物品管理更加规范、高效。由于在重要仪器设备以及存放于实验室内的教具上粘贴了RFID射频卡，任何物品的带出都必须经门禁系统认可和记录，并与实验室进出人员个人信息相关联，实现了物品、器具进出入的可追溯性管理。同时，所有仪器、设备、器材粘贴条码，只要用PDA刷取条码即可完成物品的集中点验，大幅度提高了物品点验效率，降低了误点率，也减少了教员的工作量。

4 成果与效益

“机械基础”实验室管理信息系统的建设，解决了以往实验室管理和实验课程开设所面临的诸多矛盾，即：有限的课内实验学时与丰富的实验内容之间的矛盾；学员数量大与实验场地有限之间的矛盾；实验开设的集中统一性与学员能力和需求差异性之间的矛盾；教员跨校区授课，无法全时段职守实验室和实验室全时段开放需求之间的矛盾。

同时，实验室在培养学员创新能力和实验室建设方面取得了显著效益，主要体现在：

(1) 学员参加各类机械创新大赛，成果丰硕。以实验室为依托，中心组织了全校性“机械创新俱乐部”，指导本科学员参加校“卓越杯”科技创新大赛、全国及江苏省“机械创新”大赛、“全国大学生交通科技大赛”、“全国机器人大赛”等赛事，获得全国一等奖2项，二等奖6项；省一等奖8项，二等奖16项，三等奖7项，位列军队院校和江苏省各高校的前列。同时，基于这些创新成果，学员们还获批国家发明专利7项，新型实用专利12项。

(2) 实验室建设获得跨越式发展。近年来，紧密围绕“学为主体，教为主导，能力为本，知识、能力和素质全面发展”的教育理念，本实验室一直在推进实验室的自主式、开放式运行上狠下功夫，在信息化管理上狠下功夫，在相关软硬件建设上狠下功夫。“机械基础”实验室所属的“军用机械装备实验中心”2013年获批江苏省省级实验示范中心，2014年申报国家级实验示范中心。而这些实验示范中心的评价都非常重视实验教学的规模效应，在促进学员“自主动手、深入探索、促进创新”等方面所发挥的重要作用。本实验中心能够在众多参评的实验室中脱颖而出，很大程度上得益于所进行的信息化建设，以及基于信息化建设成果所推行的实验室开放式、自主式管理。

(3) 广泛开展实验教学研究，教研成果丰硕。为深化推进实验室开放性、自主性运行，围绕实验室建设和管理的相关问题，中心承担了多项军队级及校级教学研究课题，并获得军队级教学成果1项，校级成果4项，学院及成果2项，撰写12篇相关教育研究论文，实验教学研究成果丰硕。

5 展 望

下一步，在现有基础上，“机械基础”实验室将建强信息化平台，丰富信息化实验资源，进一步推进实验室运行的开放性和自主性，主要着力点在于：

(1) 实现“机械基础”实验的“虚实结合”。即建设网上虚拟实验室，丰富虚拟、仿真实验资源，上传实验视频文件，实现“理论学习→虚拟实验→实际操作”的无缝衔接。在实际操作之前，学员可以登录网上虚拟实验室，了解实验内容、实验步骤、重点环节等，以缩短在实体实验室的停留时间，提高实验室周转率；同时，一些实验成本高、实验效率低、实验效果不理想的实体实验，可由网上虚拟实验代替，可丰富实验内容，形成对实体实验的有力补充。

(2) 实现实验教学评价的网络化管理。建设基于网络的“机械基础”实验在线评价平台，学员可在线完成实验报告，教员则可对其实验操作、实验过程、实验结果、实验报告等进行在线评价。学员也可对实验教学进行在线评价，及时反馈对“机械基础”实验开设的意见和建议。

[1] 耿 新, 陈心浩, 姜臣林．开放性实验室建设的实践与探索[J]．实验室研究与探索, 2011，30(12)：150-152．

[2] 倪 雪, 谢 波, 黄强年，等．建设适应创新型人才培养要求的开放实验室[J]．军队院校实验室工作研究, 2011，11(3)：21-22．

[3] 侯亚彬, 徐建斌．高校重点实验室信息化统计系统研究[J]．实验室科学，2012，15(2)：126-127．

[4] 徐玉莲．高校开放式实验教学管理平台的构建[J]．实验室科学，2011，14(4)：163-166．

[5] 李泰峰, 段培俊, 刘志军．基于WEB的创新性实验教学管理系统的设计与实现[J]．电子科技大学学报(社科版), 2008，10(1)：59-60．

[6] 王 卓, 徐小军. 实验室开放过程中管理与组织策略探析[J]．军队院校实验室工作研究, 2011， 11(3)： 18-20．

[7] 余远波，林先念，王伟全，等．基于NET的实验室信息管理系统研究[J]．软件技术，2008，9(4)：56-58．

[8] 裴珊珊．B-S模式下的实验室管理系统[J]．电脑知识与技术，2012，8(8)：1953-1956．

[9] 赵庆双，闻星火，梁国华．实验室管理信息系统的开发与应用[J]．实验技术与管理，2000，17(6)：30-32．

[10] 郭志军．探讨高校实验室教学与管理模式[J]．惠州学院学报(自然科学版)，2006，26(6)：24-26．

[11] 刘建成，张丽杰，行鸿彦．实验室教学管理的问题及对策研究[J]．实验技术与管理，2008，25(7)：32-36．

[12] 王 洋，梁 森，王 莹．高校实验室管理系统的开发[J]．上海电机学院学报，2010，13(3)：14-17．

[13] 李银满，张利群．新时期实验教学管理规范化研究[J]．河北科技大学学报，2003(4)：69-70．

[14] 韩红江，王绍兰.对高校教学实验室开放的认识与探讨[J]．石油大学学报，2003，19(1)：110-112．

[15] 朱素娟，宋晓森，吴 剑，等．加强实验室管理促进实验教学质量的提高[J]．实验室研究与探索，2002，21(6)：124-126．

[16] 刘 燕，周金燕，王文斌．实验室建设与管理的改革与实践[J]．实验室研究与探索，2004，23(1)：89-91．

Building an Information Platform to Promote the Running of the Open Laboratory of “Machinery Foundation”

TANGJian,ZHOUChun-hua,ZHANGJiao-jiao

(College of Field Engineering, University of Science & Technology of PLA, Nanjing 210007, China)

According to the characteristic of machinery foundation experiments, the paper analyzes the difficulty of experiment running, and expounds the needs to realize opening experiments and independent experiments. On the bases, the paper marks out the experiment system and introduces it’s function and structure. In the end, the paper introduces the running and the benefit of experiment platform.

machinery foundation experiment； opening experiments； independent experiments； management information system

2015-03-28

唐 建(1977-)，女，四川广安人，博士，讲师，主要从事机械设计及理论方面的实验教学和研究工作。

Tel.：13951824347；E-mail：lgdx-tj@163.com

周春华(1978-)，女，山东单县人，博士，讲师，主要从事机械设计及理论方面的实验教学和研究工作。

Tel.：13851710561；E-mail：zchzch780111@163.com

G 642.0

A

1006-7167(2016)02-0259-04