王 見, 黃 超, 王麗丹

(重慶大學(xué) 機械工程學(xué)院,重慶 400030)

0 引 言

隨著研究型高校改革不斷發(fā)展深化，開放實驗室的建設(shè)亦引起各方的廣泛關(guān)注[1]。為提高實驗室管理效率、更新實驗教學(xué)體制，解決教師、學(xué)生、實驗室三者間的信息交流溝通瓶頸，我院建設(shè)了開放實驗室管理系統(tǒng)；該系統(tǒng)能夠最大化地整合實驗室資源并為學(xué)生的學(xué)習(xí)提供自主、寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，高效地管理實驗室與儀器設(shè)備，培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力和創(chuàng)新意識，并為開展實踐教學(xué)提供了有效的保障[2]。根據(jù)學(xué)生個性差異因材施教，以育人為教學(xué)目標，強化學(xué)生綜合實踐能力培養(yǎng)，進而促進學(xué)生全面發(fā)展[3]。

1 實驗教學(xué)現(xiàn)狀分析

重慶大學(xué)機械學(xué)院實驗室包括機械基礎(chǔ)國家實驗教學(xué)示范中心、機自專業(yè)、機電專業(yè)及工業(yè)工程專業(yè)等系所實驗室，設(shè)有智能制造、智能機器人、現(xiàn)代流體傳動與控制、智能測控實驗室等10多個實驗室，承擔(dān)著我校機械、汽車、UC聯(lián)合學(xué)院等多個專業(yè)的力學(xué)與機械類基礎(chǔ)、專業(yè)實驗教學(xué)，同時承擔(dān)全國機械創(chuàng)新設(shè)計大賽，大學(xué)生科研訓(xùn)練計劃等多種實踐競賽項目培訓(xùn)和學(xué)生創(chuàng)新實踐活動以及部分研究生課程實驗。

由于高校教育的改革不斷推進以及學(xué)科的交叉、實驗室投資規(guī)模的擴大，以系所為單位的實驗室管理方式已經(jīng)制約了學(xué)科的建設(shè)與創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)[4]。我院實驗教學(xué)存在的問題主要有：①系所實驗室與實驗室之間相對獨立，缺乏資源共享。每個實驗室的都是一個小而全的個體，但各實驗室之間教育教學(xué)相對獨立且缺少有機聯(lián)系。這種模式導(dǎo)致了實驗教學(xué)經(jīng)費的浪費、實驗室功能單一且重復(fù)建設(shè)等問題，不利于實驗教育資源的利用與實驗室規(guī)模、水平的提高。②實驗室與儀器設(shè)備共享不足。目前部分實驗室只承擔(dān)本科及部分研究生實驗教學(xué)工作，實驗室及儀器設(shè)備利用率不高。③目前實驗室開設(shè)實驗有明確的實驗大綱及指導(dǎo)書，許多屬于驗證、重復(fù)性實驗，忽視了對學(xué)生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。④實驗室信息發(fā)布渠道不暢。對于實驗室的定位、功能，實驗室內(nèi)儀器設(shè)備的種類、數(shù)量、性能與功能沒有發(fā)布渠道，造成了師生對實驗室不了解，很難結(jié)合自身的需求使用實驗室及儀器設(shè)備。⑤實驗室對學(xué)生尤其本科生的吸引力不足，一方面是學(xué)生不了解實驗室，不了解實驗室的儀器設(shè)備；另一方面是學(xué)生很難與實驗室管理人員溝通，難以安排自己的時間。

加強實驗教學(xué)管理應(yīng)從抓好常規(guī)工作做起,還要處理好繼承和發(fā)展、傳承和創(chuàng)新的關(guān)系[5]。為適應(yīng)高校教育改革，解決上述問題，機械學(xué)院整合系所實驗室資源，將原屬于專業(yè)系所實驗室合并為學(xué)院實驗中心，并建設(shè)實施開放實驗室管理系統(tǒng)，為全院所有本科生、研究生和教師提供實驗實踐支持。

2 管理系統(tǒng)的目標、功能與方案

2.1 系統(tǒng)的主要目標

實驗中心建設(shè)開放實驗室管理系統(tǒng)的主要目標是整合資源，開放實驗室及儀器設(shè)備共享, 培養(yǎng)符合社會需求、實踐動手能力強的應(yīng)用型人才[6]。以學(xué)生為中心，鼓勵學(xué)生進入開放實驗室，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力，借助信息系統(tǒng)平臺，解決目前存在的問題。中心的教學(xué)理念是: 以人才培養(yǎng)、知識運用、服務(wù)社會為宗旨; 以課程教學(xué)、實踐活動、技能培養(yǎng)為手段;以高原訓(xùn)練實踐研究成果推廣與應(yīng)用為目的[7]。

2.2 系統(tǒng)主要功能

加強實驗室管理可以充分調(diào)動教師與學(xué)生的積極性,提高學(xué)生的專業(yè)理論水平與實驗技能,提高高校實驗教學(xué)效率[8]。開放實驗室管理系統(tǒng)主要解決師生最關(guān)心的3個核心問題：

(1) 有什么。主要解決實驗室信息發(fā)布渠道不暢這一問題。師生可以通過系統(tǒng)查看實驗室和實驗人員的介紹，實驗室開設(shè)的實驗項目情況，實驗室中的儀器設(shè)備以及該設(shè)備的狀態(tài)、性能參數(shù)、使用教程及手冊。

(2) 做什么。系統(tǒng)可實現(xiàn)實驗室預(yù)約開放。實驗室管理教師設(shè)置開放的實驗室、實驗室容納人數(shù)、實驗項目及開放時間，學(xué)生可通過平臺預(yù)約實驗室及相關(guān)實驗項目；同時可選擇現(xiàn)有實驗項目或根據(jù)需要選擇儀器設(shè)備自主設(shè)計實驗項目；通過系統(tǒng)還可借用部分儀器設(shè)備。

(3) 怎么做。學(xué)生在系統(tǒng)中預(yù)約實驗室及實驗項目時，有3種可選項：現(xiàn)有實驗項目，可以由實驗指導(dǎo)老師指導(dǎo)實驗；自主設(shè)計實驗項目，需通過實驗室預(yù)約資格考試后由實驗指導(dǎo)老師或有資格的老師指導(dǎo)實驗；對于使用儀器設(shè)備，需通過在線測試后，掌握儀器設(shè)備的安全操作規(guī)程、使用方法等自主使用。

2.3 系統(tǒng)方案

根據(jù)上述系統(tǒng)的目標和功能，方案設(shè)計如下：①實驗中心教師通過該開放實驗室管理系統(tǒng)平臺設(shè)置實驗室或教室使用時間、設(shè)置實驗項目內(nèi)容、選擇實驗室或教室可預(yù)約學(xué)生的范圍、設(shè)置實驗人數(shù)、審批學(xué)生的實驗預(yù)約申請；②實驗中心教師通過該管理系統(tǒng)平臺上傳實驗教學(xué)資源(實驗室、教師、儀器設(shè)備、教學(xué)素材等)相關(guān)信息，以便學(xué)生實驗前提前預(yù)習(xí)實驗相關(guān)內(nèi)容，充分該實驗相關(guān)知識及操作技能；③學(xué)生通過該管理系統(tǒng)平臺可查看實驗信息、實驗室信息、實驗教師信息，并進行實驗預(yù)約；④學(xué)生通過該管理系統(tǒng)平臺查看實驗預(yù)約結(jié)果。預(yù)約實驗成功后，可在實驗前通過該管理系統(tǒng)平臺進行在線學(xué)習(xí)實驗課程視頻、查看實驗內(nèi)容、查看實驗設(shè)備信息等；⑤實驗中心教師通過該管理系統(tǒng)平臺為部分自主設(shè)計開發(fā)創(chuàng)新型實驗的學(xué)生設(shè)置實驗室預(yù)約資格考試試題，通過的學(xué)生進行實驗預(yù)約，否則再進一步學(xué)習(xí)學(xué)科知識直到考核合格；⑥學(xué)生通過該管理系統(tǒng)平臺提出創(chuàng)新型實驗申請。學(xué)生可自主設(shè)計開發(fā)創(chuàng)新型實驗，在通過實驗室預(yù)約資格考試后可進行實驗室及實驗設(shè)備預(yù)約申請；⑦實驗后學(xué)院師生須通過該管理系統(tǒng)平臺評價模塊進行預(yù)習(xí)效果、儀器使用及損壞情況、實驗完成情況、實驗效果、師生互評等評價；⑧實驗室老師通過該管理系統(tǒng)平臺設(shè)置實驗室或教室使用時間、實驗項目內(nèi)容、選擇實驗室或教室可預(yù)約學(xué)生的范圍、設(shè)置實驗人數(shù)、審批學(xué)生的實驗預(yù)約申請、通過評價模塊對學(xué)生使用實驗室情況進行評價；⑨管理員老師對實驗儀器設(shè)備及其信息進行管理維護。主要有儀器設(shè)備的展示、管理與外借等，并進行信息登記與到期提醒，以方便科研活動或項目的開展；⑩教師通過該管理系統(tǒng)平臺預(yù)約、借用實驗儀器設(shè)備，并在系統(tǒng)平臺查閱借用期限及到期時間，借用到期時該管理系統(tǒng)平臺將進行短信和郵件提醒；平臺可進行教學(xué)實驗學(xué)時、評價情況、實驗室使用情況、實驗設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)、實驗課件及在線視頻學(xué)習(xí)的使用情況的統(tǒng)計、顯示、分析，方便學(xué)院管理員及時了解實驗中心整體情況，以對實驗中心的政策、規(guī)定做出合理的調(diào)整；管理員老師通過該管理系統(tǒng)平臺發(fā)布實驗室通知公告，并在系統(tǒng)前臺進行通知公告的展示；管理員老師可對該管理系統(tǒng)平臺進行菜單管理、權(quán)限設(shè)置、用戶及用戶信息管理、系統(tǒng)設(shè)置等。

3 管理系統(tǒng)平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能架構(gòu)

在實驗室的實驗實訓(xùn)工作中，對大型設(shè)備的管理、維護、使用、保養(yǎng)都需要建立起完整監(jiān)控體系[9]。開放實驗室管理系統(tǒng)功能繁雜，從實際應(yīng)用角度出發(fā)開放實驗室管理系統(tǒng)可分為前臺與后臺兩大部分。前臺與后臺下主要分為學(xué)生系統(tǒng)、教師及助管系統(tǒng)、管理員系統(tǒng)3大功能模塊，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 開放實驗室管理系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

(1) 學(xué)生系統(tǒng)。包括個人信息、瀏覽實驗安排和實驗室信息、瀏覽實驗教學(xué)相關(guān)資源、資料下載及在線學(xué)習(xí)、參加預(yù)約資格考核、預(yù)約實驗并查詢結(jié)果、實驗后對實驗室及相關(guān)設(shè)備資源進行評價等功能。學(xué)生主要通過此系統(tǒng)完成個人信息管理、網(wǎng)上預(yù)約、在線學(xué)習(xí)、相關(guān)信息查詢管理、實驗評價等功能。

學(xué)生可通過學(xué)生系統(tǒng)查看實驗項目、實驗室信息及實驗室空閑時段，以便進行課程實驗或開放型實驗預(yù)約。學(xué)生在申請開放型實驗前須進行并通過預(yù)約資格考核，通過后可進行預(yù)約。

學(xué)生評價模塊主要包括：學(xué)生對在線學(xué)習(xí)資源評價、對實驗室及相關(guān)設(shè)備器材評價、對實驗進行評價、對實驗教師實驗教學(xué)質(zhì)量評價等。

(2) 教師及助管系統(tǒng)。包括個人信息、試題等資料上傳與管理、添加實驗安排、審批學(xué)生預(yù)約申請、對學(xué)生實驗情況評價等功能。教師及助管通過此系統(tǒng)完成個人信息管理、學(xué)生實驗預(yù)約審核、實驗相關(guān)信息設(shè)置與管理、實驗后對實驗和學(xué)生評價等功能。

教師及助管可通過實驗相關(guān)信息設(shè)置與管理模塊添加實驗項目及實驗相關(guān)的地點、時間、人數(shù)信息等，也可刪除已添加的實驗項目。

教師在教師及助管系統(tǒng)中可查詢實驗設(shè)備信息，并預(yù)約借用實驗設(shè)備，借用成功后教師個人信息模塊將顯示借用信息及歸還日期等，借用到期時該系統(tǒng)將進行短信和郵件提醒。借用實驗設(shè)備只對教師開放。

教師及助管系統(tǒng)評價模塊主要包括對實驗室及相關(guān)設(shè)備器材評價、對實驗進行評價、對學(xué)生預(yù)習(xí)情況評價、對學(xué)生實驗操作動手能力評價、對實驗完成情況評價、對預(yù)約使用后實驗室或?qū)嶒炘O(shè)備評價等。

(3) 管理員系統(tǒng)。包括基礎(chǔ)信息管理、查詢統(tǒng)計報表、實驗室及設(shè)備管理、系統(tǒng)接口管理、系統(tǒng)設(shè)置、實驗室人員管理等功能。

管理員通過管理員系統(tǒng)對開放實驗室管理系統(tǒng)功能菜單進行管理、設(shè)置人員權(quán)限、設(shè)置用戶類型、管理用戶信息等。

管理員通過基礎(chǔ)信息管理模塊從學(xué)校教務(wù)處數(shù)據(jù)庫定時同步更新教師信息和學(xué)生信息對實驗人員信息進行更新與管理。

實驗室及設(shè)備管理模塊，管理員主要對實驗室及設(shè)備基本信息進行維護，對設(shè)備分類，對設(shè)備的借用申請進行審核，對設(shè)備的借用和歸還記錄、統(tǒng)計。管理員在此模塊可添加與刪除可用的實驗室與實驗時間，以便教師及助管添加實驗安排等。

管理員通過實驗室人員管理模塊對學(xué)院師生進行統(tǒng)一安排調(diào)度，調(diào)度信息將在學(xué)生及教師系統(tǒng)個人信息模塊展示，系統(tǒng)也將通過短信和郵件對師生進行通知與提醒。

管理員通過管理員系統(tǒng)發(fā)布規(guī)章制度及通知等，在開放實驗室管理系統(tǒng)前臺將展示該通知公告。

3.2 系統(tǒng)主要流程

開放實驗室管理系統(tǒng)中主要流程為：設(shè)備借用申請流程、實驗預(yù)約申請審批流程和實驗室預(yù)約申請審批流程。

(1) 設(shè)備借用申請流程。教師登錄教師與助管系統(tǒng)查看設(shè)備信息—提交借實驗設(shè)備用申請—有權(quán)限的教師對申請信息進行審批—查看申請結(jié)果—成功借用實驗設(shè)備及結(jié)果打印(備注：學(xué)生無權(quán)限借設(shè)備)。

(2) 實驗預(yù)約申請流程。學(xué)生登錄學(xué)生系統(tǒng)查看實驗信息—選擇合適的實驗時間并提交預(yù)約申請—有權(quán)限的教師及助管對申請信息進行審批—學(xué)生查看實驗預(yù)約申請結(jié)果并按時參加實驗。

(3) 實驗室預(yù)約申請流程。學(xué)生登錄學(xué)生系統(tǒng)參加預(yù)約資格考核—考核通過—查看實驗室空閑時間—有權(quán)限的學(xué)生提交預(yù)約申請—實驗室管理教師審批申請信息—學(xué)生查看實驗室預(yù)約申請結(jié)果并按時進行實驗。

4 開放實驗室管理系統(tǒng)運行情況

實驗教學(xué)是繼續(xù)深化教育改革、全面實施素質(zhì)教育的重要步驟，是培養(yǎng)學(xué)生實踐能力和創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)[10]。開放實驗室管理系統(tǒng)自投入使用以來，經(jīng)過不斷的實踐與磨合實現(xiàn)了管理人員網(wǎng)絡(luò)管理為主，實驗老師管理為輔，充分利用實驗中心各項資源，積極鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、開拓創(chuàng)新，努力發(fā)展學(xué)生個性，成為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、模塊化的開放型系統(tǒng)[11]。其系統(tǒng)界面如圖2所示。

圖2 開放實驗室管理系統(tǒng)

開放實驗室管理系統(tǒng)建設(shè)以來實現(xiàn)了如下有益效果，①通過開放實驗室管理系統(tǒng)打通了原來信息不暢的現(xiàn)狀，使師生全面充分了解各個實驗室以及儀器設(shè)備，為提高實驗室及儀器設(shè)備的使用率打下良好的基礎(chǔ)。②通過管理員系統(tǒng)的人員管理等功能便捷地將實驗室教師與學(xué)生聯(lián)系在一起，整合了實驗室人力資源，細化了實驗室工作任務(wù)，提高了實驗室管理效率。③開放實驗室管理系統(tǒng)實驗室及實驗設(shè)備管理功能將各實驗室的資源進行了系統(tǒng)管理，使各實驗室相互聯(lián)接、緊密聯(lián)系，防止了實驗室及實驗設(shè)備重復(fù)購買與建設(shè)，便于各實驗室之間進行資源開放與共享。④學(xué)生通過該管理平臺進行資料下載與在線學(xué)習(xí)，使教學(xué)與實驗相互補充、密切聯(lián)系。⑤開放實驗室管理系統(tǒng)設(shè)置的開放型實驗及實驗室預(yù)約功能培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識、鍛煉了學(xué)生的動手能力與管理能力、提高了學(xué)生的綜合能力。⑥開放實驗室管理系統(tǒng)設(shè)備管理功能將實驗室設(shè)備信息進行了系統(tǒng)整合，特別是預(yù)約借用功能使實驗設(shè)備的借用告別了以往的打借條等形式，且開放實驗室管理系統(tǒng)預(yù)設(shè)的信息提醒功能也使系統(tǒng)更加智能化、人性化。

5 結(jié) 語

開放實驗室管理系統(tǒng)的建設(shè)利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將現(xiàn)代化的管理理念有效運用到實驗教師、學(xué)生、實驗室及相關(guān)資源設(shè)備的管理過程[12]，并將實驗教學(xué)、人員設(shè)施管理、設(shè)備借用、預(yù)約考核、創(chuàng)新實驗、評價體系實行有機結(jié)合。解決了實驗室管理、人員管理、學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)、實驗室資源利用等方面的問題，從而降低實驗室管理的工作量與難度，提高了實驗室管理效率與學(xué)生自主性，實現(xiàn)了現(xiàn)有資源的最大化利用，為學(xué)生提供了更廣的創(chuàng)新空間[13-16]。且突出了專業(yè)實踐教學(xué)活動中必不可少的諸多要素，這對于建設(shè)地方特色的工程專業(yè)學(xué)科體系有很強的實踐指導(dǎo)意義[17]。