賈蓉，段景山，何翔，楊建軍，李龍江

（電子科技大學信息與通信工程學院，成都 611731）

0 引言

實驗實踐教學是高等教育的重要組成部分，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力的重要方式。隨著高校實驗實踐教學不斷發(fā)展，實驗實踐教學管理、實驗室管理、設備管理、信息管理和人員管理等方面的需求迅速增加［1-4］。2018 年10月，教育部發(fā)布了《教育部關于加快建設高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》（簡稱“意見”）。意見在“推進現(xiàn)代信息技術與教育教學深度融合”的舉措中指出，要重塑教育教學形態(tài)，大力推動現(xiàn)代技術在教學和管理中應用，推動形成“互聯(lián)網(wǎng)+高等教育”新形態(tài)；加強實踐育人平臺和校內(nèi)實驗教學資源建設，構(gòu)建功能集約、資源共享、開放充分、運作高效的實驗教學平臺［5］。結(jié)合高校和學科自身特點，利用信息化技術，構(gòu)建科學高效的智能實驗教學管理平臺，已成為高校提高實驗實踐教學水平和管理效率，加強人才培養(yǎng)能力的必然趨勢。許多高校和企業(yè)對此進行積極地探索，取得了明顯的成效［6-9］。本文針對通信與信息系統(tǒng)國家級實驗教學示范中心（簡稱“中心”）在實驗實踐教學管理中面臨的問題，圍繞實用高效、以人為本、開放共享和可持續(xù)發(fā)展的原則，探討了智能實驗室平臺建設的具體內(nèi)容和建設成效。

1 智能實驗室平臺建設背景

中心秉承“以人才培養(yǎng)為核心，以能力培養(yǎng)為主線，以實踐育人為宗旨”的教學理念，積極推進實驗實踐教學改革和創(chuàng)新，構(gòu)建了分層次、多模塊、相互銜接和科學系統(tǒng)的“3 +4 +5”實驗實踐教學體系（即“3 種實驗平臺+4 類實驗形式+5 層次實驗內(nèi)容”），形成了自主式教學、合作式教學和研究式教學相結(jié)合的多元化實驗實踐教學方法，取得了豐碩的教學成果［10］。隨著中心的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學管理模式已經(jīng)無法滿足新形勢下實驗實踐教學管理的需求，顯現(xiàn)出明顯不足：

（1）預約流程煩瑣，效率低下。實驗教師和學生登記預約實驗資源，管理員人工審核，溝通協(xié)調(diào)工作量大。

（2）信息不對稱，實驗資源利用不充分。實驗資源的狀態(tài)和檔期只有實驗室管理員等少數(shù)人掌握，無法實時查詢，常常申請沖突。部分優(yōu)質(zhì)實驗資源因信息不通暢，經(jīng)常被閑置。

（3）設備信息和實驗數(shù)據(jù)大量累積，不便管理和查詢。設備管理和實驗實踐教學過程生成大量信息和數(shù)據(jù)，各實驗室獨立管理，不利于掌握設備和實驗實踐的整體情況，也不便于信息和數(shù)據(jù)的維護及查詢分析。

（4）線上實驗實踐資源不足，無法應對突發(fā)事件。中心開展了形式多樣的線下實驗實踐，提供了自主開放的實驗環(huán)境，卻缺乏充足的線上資源，不利于突發(fā)狀況下的實驗實踐教學。

2 智能實驗室平臺建設原則

依托電子科技大學數(shù)字化校園建設的成果，圍繞技術賦能高等教育發(fā)展的思路，中心構(gòu)建了“智能實驗室平臺”（簡稱“平臺”）。平臺建設遵循以下原則：

（1）實用高效原則。平臺為實驗實踐教學和管理提供服務，必須立足于實驗實踐教學和管理工作實際，切實提高教學、資源、信息和人員管理的效率和水平。

（2）以人為本原則。教師、學生和實驗室管理員是平臺的使用主體，平臺的功能規(guī)劃和流程設計應該充分考慮教師教學、學生實踐和管理員管理維護工作的規(guī)律及習慣，力求界面友好，流程簡單，功能齊全，信息安全、性能穩(wěn)定，并能吸引用戶長期使用。

（3）開放共享原則。平臺需要著眼于推動實驗室、實驗設備、實驗資料等資源的開放共享，從時間和空間上加大國家級實驗教學示范中心的開放力度，充分調(diào)動學生實驗實踐的積極性，提高資源的利用效率。

（4）可持續(xù)發(fā)展原則。平臺架構(gòu)應當整體布局，靈活設計，既能支撐中心當前的實驗實踐教學和管理，不斷優(yōu)化和擴展功能，也能結(jié)合新技術新應用，兼容相關系統(tǒng)和模塊，適應未來智能化環(huán)境下的實驗實踐教學管理需求。

3 智能實驗室平臺建設內(nèi)容

3.1 總體架構(gòu)

智能實驗室平臺服務于通信與信息系統(tǒng)國家級實驗教學示范中心，提供課程管理、實驗教學管理、實驗室管理、設備耗材管理、人員管理和系統(tǒng)管理等功能（見圖1），涵蓋課程實驗，實驗課程，綜合實驗，創(chuàng)新實踐和開放實驗等多種形式的實驗實踐教學和管理活動。

圖1 智能實驗室平臺總體架構(gòu)

3.2 主要功能

3.2.1 課程管理

課程是高等教育的核心要素，是教學實施的關鍵內(nèi)容，智能實驗室平臺的首要功能是對實驗實踐課程進行規(guī)范化管理。平臺的課程管理功能包含課程體系、課程、實驗和課程安排4 個模塊。課程體系模塊支持課程組長根據(jù)教學計劃開設新課，建立課程基本信息，添加實驗和任務，形成課程體系資源模板，查看課程教學分析數(shù)據(jù)和統(tǒng)計圖表。課程模塊支持指導教師在課程體系資源模板基礎上創(chuàng)建課程，添加課程資料和實驗列表，添加合作教師、助教和學生，劃分小組，預約實驗室，補錄課時，創(chuàng)建和發(fā)布考勤任務、報告要求、習題任務、問卷調(diào)查和課程公告，查看實驗和任務完成情況及分析數(shù)據(jù)，或自定義課程，進行個性化教學；支持助教查看課程信息，添加和發(fā)布任務。實驗模塊允許指導教師添加或修改實驗實踐相關信息。課程安排模塊支持授權用戶查看課程和實驗實踐整體情況，根據(jù)課程名稱、實驗實踐名稱、指導教師和實驗實踐學時等關鍵信息進行統(tǒng)計，生成分析圖表。

3.2.2 實驗教學管理

智能實驗室平臺的另一重要功能是對實驗實踐教學過程進行高效管理。平臺的實驗教學管理功能包含報告評分，習題評分，實驗報告，實驗習題和問卷調(diào)查5 個模塊。報告評分和習題評分模塊支持教師查看待評分報告和習題任務，評定成績，統(tǒng)計任務完成情況。實驗報告、實驗習題和問卷調(diào)查模塊支持學生查看待完成報告、習題和問卷任務，查看任務關聯(lián)信息，完成和提交任務。平臺綜合學生各項任務的得分和設定比例，生成標準格式的成績單。

3.2.3 實驗室管理

實驗室是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和實踐能力的重要基地，是實驗實踐教學開展的主要場所。隨著實驗實踐教學的多元化發(fā)展，實驗室開放程度不斷增大，管理難度日益加劇。結(jié)合信息化手段，科學合理的實驗室管理機制成為推進實驗實踐教學有序開展，實驗室開放共享的有力保障。智能實驗室平臺的實驗室管理功能包括實驗室、教室、教室工單和教室占用4 個模塊，支持用戶查看實驗室和教室詳細介紹，排課情況，預約實驗室；允許超級管理員新增、編輯或刪除實驗室和教室信息，審核沖突預約，增加實驗教室排課；授權助教維護實驗室和教室信息。

3.2.4 設備耗材管理

實驗設備和耗材是高校實驗中心的重要資產(chǎn)，是實驗實踐教學順利實施的基礎，其管理水平直接影響著實驗實踐教學的質(zhì)量和效率。智能實驗室平臺設備耗材管理功能包括設備管理、耗材管理、入庫、出庫、我的申請和我的設備6 個模塊，提供從設備入庫到設備報廢的全過程管理。設備管理和耗材管理模塊提供用戶查看設備和耗材名稱、類型、型號、庫存、余量、存放位置、用途、編號、二維碼、創(chuàng)建人、創(chuàng)建時間、圖片和視頻等信息的功能；允許超級管理員和設備管理員編輯和刪除部分信息。入庫和出庫模塊支持用戶創(chuàng)建出入庫單，超級管理員和設備管理員查看和審核出入庫申請。我的申請模塊允許用戶查看提交的申請及其相關信息。我的設備模塊支持用戶查看和查找自己名下的設備及其相關信息。

結(jié)合師生的使用習慣，平臺的大部分功能集成到了智能實驗室平臺APP上。設備和耗材管理模塊為每臺設備和耗材生成唯一的二維碼，使用APP掃描二維碼，可以快速獲取設備和耗材信息，執(zhí)行出入庫、轉(zhuǎn)移歸屬和報廢等操作，極大地優(yōu)化了設備耗材管理流程。

3.2.5 人員管理

人員管理是實驗實踐教學管理的重要內(nèi)容，合理的人員管理機制是提高實驗實踐教學管理水平的關鍵。智能實驗室平臺提供對超級管理員、課程組長、教師、助教、設備管理員、學生和訪客等多種角色的管理。不同身份的用戶被賦予不同的權限，登錄后可以看到不同的界面，進行不同范圍的操作。人員管理主要包括角色管理、權限管理、授權管理和用戶管理。角色管理模塊支持超級管理員添加、編輯和刪除角色，并為用戶分配不同角色。權限管理模塊輔助超級管理員對各層級權限進行設置。授權管理模塊允許超級管理員將設定好的權限分配給不同角色。用戶管理模塊支持超級管理員管理用戶的個人信息和安全信息。

3.2.6 系統(tǒng)管理

安全可靠和性能穩(wěn)定是高校實驗教學管理平臺建設的基本要求，此類平臺應該能夠應對大規(guī)模突發(fā)情況，具備必要的容錯能力。智能實驗室平臺通過系統(tǒng)管理功能對用戶日志、安全日志和系統(tǒng)日志進行實時監(jiān)控，允許超級管理員和維護人員在適當范圍內(nèi)查看用戶的操作行為和異常記錄等信息，為平臺的管理和維護提供保障。

3.2.7 設置

智能實驗室平臺作為一個完整的（子）系統(tǒng)，門戶界面的合理設置有利于吸引用戶長期使用。平臺的設置功能包含門戶頁面和文章設置模塊，門戶頁面模塊用于門戶界面的管理和維護，例如頁面布局，文本和圖片編輯，鏈接設置等；文章設置模塊用于文章的層次結(jié)構(gòu)管理，內(nèi)容設置和排版等。

4 智能實驗室平臺關鍵流程

近年來，高校實驗實踐教學內(nèi)容不斷豐富，開放形式日漸靈活，儀器設備和耗材迅速增加，信息大量累積?？茖W高效的課程和教學管理流程，以及設備和耗材信息化管理流程成為促進實驗實踐教學有序開展和改革創(chuàng)新的有效手段。

智能實驗室平臺的課程和教學管理流程（見圖2）規(guī)范了課程體系和課程創(chuàng)建、實驗室和實驗預約、任務發(fā)布和提交等過程。教師不僅可以根據(jù)教學計劃和資源占用情況高效安排教學，還能在實驗實踐教學推進過程中適當調(diào)整時間和內(nèi)容，有效管理實驗實踐過程；學生能夠自主選擇實驗實踐和參與時段，利用線上資源在線學習，完成并提交測試、報告和問卷任務。該流程提高了實驗實踐教學的質(zhì)量和效率，提升了學生實驗實踐的積極性。

智能實驗室平臺的設備和耗材出入庫管理流程（見圖3、圖4）規(guī)范了設備和耗材的購置、借還、維修、報廢和轉(zhuǎn)移歸屬等業(yè)務流程。結(jié)合手機APP 和二維碼等技術，實現(xiàn)了設備和耗材的快速查詢，信息快速獲取和快速出入庫，保障了設備和耗材的高效流通及管理，提高了設備和耗材的利用率，打破了實驗室之間和院系之間的壁壘，構(gòu)筑起全校范圍內(nèi)的資源共享平臺。

圖3 設備和耗材入庫管理流程

圖4 設備和耗材出庫管理流程

5 智能實驗室平臺建設成效

作為國家級實驗教學示范中心的重點建設工作，智能實驗室平臺于2017 年開始設計開發(fā)，2019 年投入使用（見圖5）。平臺引入信息技術和物聯(lián)網(wǎng)等技術，解決了實驗排課、實驗室和實驗預約、儀器設備管理、工作量統(tǒng)計和開放實驗室管理等實驗實踐教學管理中的難點問題。整合資源，與虛擬仿真實驗教學平臺對接［11-12］，提供學生在線學習、實驗和反饋的機制，延伸了實驗實踐教學的時間和空間。經(jīng)過不斷優(yōu)化，平臺已成為教師開展實驗實踐教學的有力保障，學生進行實踐創(chuàng)新的良好平臺，實驗室管理員管理儀器設備和日常事務的高效支撐。

圖5 智能實驗室平臺界面

6 結(jié)語

隨著信息技術的不斷發(fā)展，國家推進教育信息化發(fā)展的政策和機制不斷完善［13-14］，高校的信息化建設取得了明顯成效［15-19］。如何鞏固信息化建設成果，最大程度地發(fā)揮智能實驗室平臺等系統(tǒng)在實驗實踐教學和管理中的作用，進一步提高國家級實驗教學示范中心的教學管理水平和效率，拓展教學的廣度和深度，激發(fā)學生的實踐熱情，仍是高校需要繼續(xù)探索的課題。面對信息技術發(fā)展和人才培養(yǎng)的新形勢，高校還將繼續(xù)深入研究，改革創(chuàng)新，促進新技術與高等教育深度融合，充分發(fā)揮高校的實踐育人功能。