院级实验室管理平台的建设与实践

瞿绍军，邓月明，刘 慧，谢 超

（湖南师范大学信息科学与工程学院，长沙 410081）

0 引言

高校实验室是进行实践教学的重要场所［1-2］，学科竞赛活动的重要支撑条件，是创新人才培养的基地，是科研创新活动的重要平台，已成为各高校教学和科研建设的重中之重。作为人才培养和科学研究的重要阵地，也是高校实力的重要体现［1］。2018 年，教育部发布“关于加快建设高水平本科教育，全面提高人才培养能力的意见”，其中重要的一项就是智慧实验室的建设［3-4］。

随着教育主管部门对高校实验室的建设越来越重视，投入资金逐年增加，实验室门类和种类越来越多，实验室建设快速发展。与此同时，也大大增加了实验室管理的难度，对实验室管理提出了更高的要求。传统的实验室管理手段不再适应现代化的实验室管理，暴露出信息滞后、设备利用率低、管理混乱等突出问题。急需对实验室进行智能化改造［5］。

建设实验室综合管理平台可以最大程度合理、有效地利用实验室资源，减少实验技术人员的管理工作强度，有效提升实验室共享和管理水平，充分调动学生的创新实践积极性，促进实践教学和科研创新水平的同步提高，有利于高校实现创新人才和拔尖人才的培养［6-8］。

1 高校实验室管理现状

1.1 信息化建设滞后，管理手段落后，设备利用率不高

目前，众多高校的实验室信息化平台的建设重在校级平台建设，功能主要集中在固定资产和设备管理、实验室安全管理、大型仪器开放共享和教育部本科教育教学质量监测数据上报。考虑学院的实验室管理、开放共享的较少，院级实验室管理信息化建设严重滞后，造成管理水平不高，资源闲置浪费较多，设备利用率低等问题［6，9-11］。

1.2 实验教学过程管理依赖人工管理，效率低下

由于没有实验室信息化管理平台支撑，在实验教学过程中涉及实验室排课、学生考勤、实验报告撰写和批改、实验成绩管理、实验教学数据统计全部依赖人工管理，经常造成管理混乱，排课冲突，统计数据不准确，数据上报不及时等问题。

1.3 实验室开放共享程度低

因实验室管理手段落后，实验室管理人员、实验教师和学生不能及时掌握实验室和仪器设备的使用情况，造成教师、学生自主实验、创新实验预约手续繁杂和效率低下［12］。此外，实验室开放会增加实验室与设备安全风险，由于没有先进的管理手段确保开放实验的安全，管理人员主动开放实验室的意愿低，导致实验室开放共享程度低［13］，进而没能很好发挥出高校实验室在人才培养的重要作用。

1.4 实验室管理人员队伍整体素质亟待提高

不少高校对实验室人员不重视，把实验室人员作为教学辅助人员，岗位工资比同级教师和行政管理人员低，高级职称评聘职位数少，实验室人员前途渺茫，一些优秀的实验教师在取得博士学位后纷纷转为专任教师，更是缺乏引进高水平的实验人才机制，留不住优秀的实验室管理人才。实验队伍建设亟待加强［10］。

2 实验室综合管理平台建设目标

我校资产与实验室管理处已经建成资产与实验室业务信息平台，主要功能包括设备的计划申报与采购、资产登记与处置、实验室安全管理系统、大型仪器开放共享，缺少实验室教学管理、实验室和普通实验设备开放共享、实验室预约等功能。结合学院实际情况，提出了院级实验室综合管理平台建设目标：

综合应用现代信息技术、网络、物联网和监控等先进技术，以现代化的管理理念为指导，实现对实验室、实验室设备、实验室人员、实验设备使用记录的全过程管理；实现实验排课、实验考勤、实验报告的提交和批改、实验成绩管理等实验教学全过程的管理；实现实验室的开放、预约和审批的网络化管理，以及开放实验室的无人值守管理；实现实验室使用情况24 h 实时监控。从而减轻实验室管理的工作负担，提高工作效率和设备利用率，保障实验数据的准确和完备，充分调动学生实践创新的积极性，提高对外服务水平。

3 平台组成与功能

学院实验室综合管理平台采用服务器／浏览器架构，包括综合管理、实验教学、实验室开放、终端设备管理、系统设置、机房管理系统和实验室综合管理平台门户网站7 大模块，整体框架如图1 所示。院级平台通过校级平台开放数据接口获取部分基础数据，包括从教务系统获取学生基本信息和实验课程数据，从采购与资产业务系统获取实验室设备数据。

图1 实验室综合管理平台整体框架

3.1 系统设置

系统设置包括基本参数设置、数据字典设置、数据导入、学期设置、统一身份认证设置、上课节次设置、权限管理、运行记录和日志。

3.2 综合管理

综合管理模块包括实验室管理（实验室建制、实验室用房），仪器设备（导入导出仪器设备、查询、大型仪器），实验室队伍（实验人员管理、人员角色任命），用户管理（部门管理、学生、教师、校外用户）。

3.3 实验教学

实验教学是院级实验室管理系统的核心功能［14］，包括实验教学安排、实验教学体系、实验教学过程管理、实验教学统计、教学资源共享五大模块。系统功能模块如图2 所示。

图2 实验教学功能模块

（1）教学体系。教学体系中包括班级、专业、实验课程、实验项目和实验教学大纲等基础数据的管理和维护。①行政班级。创建、修改、删除和导出学院设置的自然班级信息，行政班级的创建也可以通过系统设置中的数据导入功能进行成批的导入。②选修班级。指实际开课时候的班级，可以是一个自然班，也可以是一个班中的部分同学，也可以是多个班合班上课。可以创建选修班级和添加选修学生或导入选修班级和学生信息，修改、导出和删除选修班级及学生。③专业管理。创建、修改和删除专业信息。专业信息也可以通过系统设置中的数据导入功能进行成批的导入。④实验课程库。创建、导入、导出、修改和删除实验课程信息。⑤实验项目库。创建、导入、导出、修改和删除实验项目信息。在实验项目管理中可以上传预习资料、添加项目涉及的知识点、为实验项目指派指导老师等。⑥教学大纲。创建新的教学大纲、修订现有教学大纲、查询和审核教学大纲。

（2）教学安排。教学安排主要包括教学任务安排和实验课程排课，实验课程排课可以按课程和按实验项目排课。在实验教学过程中，学院实验教学管理员先按模板导入教学任务或手动新增教学任务；然后进行实验排课。如果按实验项目排课，则首先要添加好教学任务、实验项目、班级信息、课程信息、教学大纲信息等。①教学任务准备。添加、导入、修改和删除教学任务。实验项目开设需在“教学体系”中建好实验项目后进行，此处课程信息需要和实验项目对应，一门课程可以同时有多个实验项目，实验项目开设即是完成课程与实验项目的关系绑定。②实验课程排课。实验排课可以按实验项目排课、按课程排课、按教学任务排课。虽然排课方式不同，但都可以实现实验排课。快速排课主要用于临时增加的一些课程排课，这类课程一般不是教学任务之内的排课，没有教学任务也可以进行排课。导入排课可以从Excel 表格导入课表，适合根据教学任务批量排课。为最大程度利用实验室，避免排课造成资源的浪费，在实验排课中要求课程的时间精确到具体的周次和节次。③实验预约管理。此模块可以进行实验预约管理，教师如果临时有实验课程需要安排，可以自己提交预约申请。教师预约申请后，由实验室人员进行预约审批或调整申请。④实验课表。提供了多种方式呈现课表，包括课表查询、当日课表、周课表、课表明细、教师课表和实验室课表，其中课表查询和课表明细提供多种组合条件查询，在课表明细中还可以调整课程的安排。

（3）教学过程管理。教学过程管理包括实验预习、实验考勤、实验过程、实验报告、实验成绩5 大模块，需准确记录实验过程数据。①实验预习。预习资料的上传和管理、检查预习情况和对预习情况打分。②实验考勤。提供考勤情况查询和提供按指定时间段统计各门课程的学生出勤详细情况。③实验过程。为教师提供实验过程的打分功能。实验过程打分可以对不同实验项目分别进行打分，实验过程分数可以计算到实验成绩中。④实验报告。实验报告是对实验操作过程的全面分析和总结，是实验成果的一种表达形式，是学生实验评分的重要环节和依据。⑤电子实验报告管理流程。教师在系统后台上传实验报告模板，设置每次实验报告提交截止日期；学生在前台个人中心直接在模板上填写实验报告，提交至系统；教师对实验报告进行批改和打分，并存档备份，也可下载后打印，以纸质版保存。⑥实验成绩。教师首先对考勤分数进行设置，然后对实验成绩比例（预习、平时、期中、期末等）进行设置。实验成绩管理模块提供成绩查询和成绩归档等。

实验教学实现了实验教学全过程的信息化管理，大大提高了实验教学管理水平，减轻了教师的工作量，为教学评估和工程认证等提供了原始、客观、准确和全面的过程记录。

（4）教学资源共享。供教师进行教学课件和教学视频的共享，方便学生课前预习和课后复习。

（5）教学统计。为实验管理人员和学院提供实验教学工作量统计、教学人时数统计、教师工作日志等功能。

3.4 实验室开放

实验室开放是指在教学计划外，面向师生开放而进行的额外实验［15-17］。它打破了时间和空间的限制，为师生提供更多自主实验时间，对提高实验教学质量，培养学生的动手实践和创新能力具有重要的意义［18］。也提高了设备的利用率，实现资源共享，发挥出设备的最大效益［19］。

实验室开放主要包括实验室开放设置、网上预约、预约审批、查询和统计等功能。实验室开放流程如图3 所示。

图3 实验室开放实验流程

通过实验室开放模块，师生可以实时查询实验室的使用情况，随时在网上进行预约和审批，简化了实验室使用流程，提高了实验室管理水平和共享水平，最大程度发挥实验室的作用。

3.5 终端设备管理

终端设备管理包括实验室刷卡统计、智能物联网设备管理、刷卡端管理、门禁设备授权、安全监控等。

该模块通过智能数据采集设备与实验室管理平台对接，实现对实验过程的管理与控制，包括师生的身份认证、开门、计费、安全管理等功能，自动分配实验座位，远程控制设备启用，记录学生的进出记录［20］，生成学生、设备使用记录等原始数据。

实验室综合管理平台与监控设备联动，实现实验室开放的无人值守管理，有效保证实验室安全［20］。

3.6 机房管理系统

计算机机房是高校计算机相关专业的专业教学和全校计算机基础课的重要教学场所，使用频率高，人数众多，管理繁杂。学院通过开发的机房管理系统极大的提高了管理效率。该模块采用客户端／服务端管理模式，主要包括机器、账号、课程班、预约、收费和考勤等管理功能，该模块的账号、课程班、课程预约等信息均来自前面平台中产生的数据。学生进行实验课的时候开机后首先要登录机房管理系统客户端，只有验证通过后才能进入操作系统进行实验，并根据登录信息产生考勤数据。

系统支持机房和机器级的预约；机房可设为免登录或必须登录；可以设置机房使用的优先权；系统可以设置免费使用，也可以设置收费使用。机房管理系统可以实时监控学生机器使用情况，远程进行监控和控制。

3.7 实验室综合管理平台门户网站

实验室综合管理平台门户网站架构如图4 所示。

图4 实验室综合管理平台门户网站

在门户网站为教师和学生提供了查阅实验室新闻、通知和规章制度等内容，提供了设备预约和实验室预约功能。用户登录成功后，会根据用户的身份出现不同的链接，如果是管理员，则可以对网站栏目、网站参数和内容进行管理和维护，可以进入综合管理平台后台操作所有管理功能；如果是教师，则可以进入到后台教学管理，实现实验教学全过程的管理和跟踪；如果是学生，则可预约自主实验、进行实验预习、在线选课、查看考勤情况、提交实验报告、查看实验成绩等。

4 平台实践成效

学院实验室综合管理平台已经正式运行1 年多，运行稳定，各项指标先进，满足了学院实验教学和实验室开放要求，有效减轻了实验室人员的管理工作，提高了设备的利用率。为实验教学管理和量化分析提供了全程和全方位的数据支持，实现了实验室全空间全业务开放，为学院领导和管理人员提供决策依据。

5 结语

借助于互联网、物联网和信息化等手段，建设学院综合实验室管理平台，将实验教学、实验室开放、终端设备管理、机房管理系统等功能集于一体，实现了实验教学管理的高效、快捷、规范和科学。充分调动了学生的创新实践积极性，有利于高校实现创新人才培养的总体目标。下一步将根据使用情况和师生反馈，继续完善和优化综合管理平台流程和功能，利用深度学习和大数据分析等技术开发统计分析功能，为学生个性化培养和学院实验教学管理提供决策支持，为学校一流人才和一流专业建设贡献一份力量。