10.3969/j.issn.1671-489X.2022.05.040

摘 要 高校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)的建立不僅能夠滿(mǎn)足學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐的內(nèi)在需求，使實(shí)驗(yàn)室成為學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的重要基地和平臺(tái)，而且在面對(duì)大規(guī)模傳染性疫情等突發(fā)性公共衛(wèi)生事件時(shí)，采用該系統(tǒng)，既能有效控制疫情擴(kuò)散，又能在疫情常態(tài)化防控時(shí)維持正常的教學(xué)秩序。

關(guān)鍵詞 高校；開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室；實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)；實(shí)驗(yàn)室安全

中圖分類(lèi)號(hào)：G482 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2022）05-0040-04

0 引言

2020年初，新冠疫情暴發(fā)，一時(shí)間工廠停工、學(xué)校停課，很多高校的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐教學(xué)及實(shí)驗(yàn)室管理工作基本處于癱瘓狀態(tài)。因抗擊疫情需要，學(xué)生只能暫時(shí)進(jìn)行理論知識(shí)學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐學(xué)習(xí)暫停。突發(fā)疫情無(wú)疑成為學(xué)生實(shí)踐技能培養(yǎng)乃至高校順利完成人才培養(yǎng)計(jì)劃的攔路虎，但時(shí)間不等人。

1 高校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀和開(kāi)放型管理模式的

提出

1.1 高校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀

目前，我國(guó)高校大部分實(shí)驗(yàn)室普遍存在以下幾方面的問(wèn)題。

1.1.1 進(jìn)出人員復(fù)雜，管理困難 實(shí)驗(yàn)室進(jìn)出人員復(fù)雜，包括實(shí)驗(yàn)管理人員、教師、學(xué)生和實(shí)驗(yàn)室維修人員等，各種人員對(duì)實(shí)驗(yàn)室情況了解程度不一，對(duì)實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度掌握程度不同，這就造成人員管理困難。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)資源損耗嚴(yán)重和利用不充分 大型精密儀器設(shè)備對(duì)操作人員技能要求高，設(shè)備損耗和維護(hù)費(fèi)用也較高；實(shí)驗(yàn)耗材種類(lèi)繁多，采購(gòu)和管理任務(wù)重；學(xué)生在使用過(guò)程中難免存在浪費(fèi)現(xiàn)象；各類(lèi)實(shí)驗(yàn)室因其性質(zhì)不同、使用頻率不同，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)地不足和閑置現(xiàn)象并存。

1.1.3 實(shí)驗(yàn)室安全隱患較大 實(shí)驗(yàn)室安全是實(shí)驗(yàn)教學(xué)順利開(kāi)展的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題包括實(shí)驗(yàn)室無(wú)人值守安全管理問(wèn)題、安全隱患問(wèn)題、學(xué)生操作失誤造成的實(shí)驗(yàn)室損失問(wèn)題、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)控制問(wèn)題、危險(xiǎn)化學(xué)品使用問(wèn)題、危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理問(wèn)題等。目前，高校實(shí)驗(yàn)室試劑安全管理中存在使用試劑師生安全意識(shí)淡薄、安全責(zé)任不明確、安全制度不健全、采購(gòu)源頭多樣、產(chǎn)品質(zhì)量與服務(wù)參差不齊、化學(xué)品存放不當(dāng)、危廢物不能有效回收和恰當(dāng)處置等問(wèn)題[1]，存在較大的安全隱患。

現(xiàn)在大部分高校的實(shí)驗(yàn)室是實(shí)驗(yàn)教學(xué)場(chǎng)所，教師講授為主，時(shí)間有限，學(xué)生人數(shù)眾多，實(shí)驗(yàn)課上學(xué)生真正自己操作的時(shí)間很少，甚至有學(xué)生由于教師疏于監(jiān)管而應(yīng)付了事，錯(cuò)過(guò)實(shí)際操作的機(jī)會(huì)。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)被動(dòng)、動(dòng)手能力弱、創(chuàng)新思維缺乏。

1.2 開(kāi)放型管理模式的提出

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的提出源于高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)規(guī)劃，以學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力的提高為最終目標(biāo)，旨在激發(fā)學(xué)生自覺(jué)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的能力。高校實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)以合理分配實(shí)驗(yàn)室資源、簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)室管理為目的，將實(shí)驗(yàn)室資源連入云端并配備完善的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使用戶(hù)在云端實(shí)時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)室的資源狀況和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)在線(xiàn)預(yù)約實(shí)驗(yàn)室、掌上管理實(shí)驗(yàn)室，達(dá)到高效利用實(shí)驗(yàn)室資源、提高課堂教學(xué)效率、減輕實(shí)驗(yàn)室管理人員管理壓力的目的。

實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開(kāi)放共享是實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的必然選擇，而如何實(shí)現(xiàn)真正意義上的開(kāi)放，需要實(shí)驗(yàn)室結(jié)合創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育不斷創(chuàng)新管理模式，改進(jìn)教學(xué)組織形式，豐富教學(xué)育人手段，真正為學(xué)生營(yíng)造一個(gè)可供其獨(dú)立思考、自由發(fā)揮和自主學(xué)習(xí)的良好實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

高校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)的構(gòu)建旨在有效應(yīng)對(duì)突發(fā)性公共衛(wèi)生事件，面對(duì)突發(fā)疫情時(shí)既能有效控制疫情擴(kuò)散，又能維持正常的教學(xué)秩序；并且能夠滿(mǎn)足學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新實(shí)踐的內(nèi)在需求，使實(shí)驗(yàn)室成為學(xué)生開(kāi)展創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)活動(dòng)的重要基地和平臺(tái)，也為學(xué)生參加“互聯(lián)網(wǎng)+”大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽及各種競(jìng)賽提供強(qiáng)有力的后盾。

2 高校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放式管理模式要由一系列行之有效的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度為頂層設(shè)計(jì)，一套實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放式管理系統(tǒng)為支撐，以安全可靠的監(jiān)控防范系統(tǒng)為保障，最大限度地分配好高校實(shí)驗(yàn)室資源，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理的智能化、規(guī)范化和流程化。高校實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)從開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理制度的擬定、管理系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)、監(jiān)控防范系統(tǒng)設(shè)計(jì)等方面展開(kāi)研究，如圖1所示。該系統(tǒng)可從根本上解決突發(fā)性公共衛(wèi)生事件期間實(shí)驗(yàn)室的持續(xù)使用問(wèn)題，緩解實(shí)驗(yàn)資源損耗高和利用不充分問(wèn)題，大幅降低實(shí)驗(yàn)室安全隱患。

3 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理制度的擬定

探索新形勢(shì)下實(shí)驗(yàn)室安全管理的對(duì)策，是高校當(dāng)前面臨的一項(xiàng)緊迫任務(wù)。行之有效的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理制度是智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)推行的基礎(chǔ)。以現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室規(guī)章制度為基礎(chǔ)，結(jié)合各實(shí)驗(yàn)室學(xué)科性質(zhì)，綜合考慮高校實(shí)驗(yàn)資源現(xiàn)狀，預(yù)測(cè)開(kāi)放型管理模式會(huì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題和對(duì)應(yīng)措施，擬定一系列開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理制度，主要包括人員管理、資源管理、管理系統(tǒng)、安全管理等四個(gè)方面。

通過(guò)微信小程序、公眾號(hào)發(fā)文推送和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)制度張貼的線(xiàn)上線(xiàn)下相結(jié)合的方式，向所有實(shí)驗(yàn)室相關(guān)人員普及開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理制度，并在智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中設(shè)置管理制度學(xué)習(xí)模塊和測(cè)試模塊，通過(guò)測(cè)試后方可獲取使用開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的權(quán)限。其中實(shí)驗(yàn)室安全管理規(guī)定作為重點(diǎn)推送，也可將實(shí)驗(yàn)室安全規(guī)范課程作為專(zhuān)業(yè)必修課納入學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃中。

4 智能開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)客戶(hù)端分為電腦端、手機(jī)端APP和微信小程序。教師和實(shí)驗(yàn)管理員以管理員身份登錄，申請(qǐng)使用實(shí)驗(yàn)室的學(xué)生及其他人員以用戶(hù)身份登錄。電腦端網(wǎng)站頁(yè)面如圖2、圖3所示。

4.1 智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)客戶(hù)端設(shè)置

4.1.1 管理員身份設(shè)置模塊

1）信息發(fā)布模塊：發(fā)布開(kāi)放時(shí)間、地點(diǎn)等信

息，發(fā)布開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理制度，發(fā)布通知和動(dòng)態(tài)等。

2）監(jiān)控模塊：監(jiān)控各種實(shí)驗(yàn)資源使用狀態(tài)，監(jiān)控學(xué)生實(shí)驗(yàn)過(guò)程，監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室感應(yīng)系統(tǒng)狀態(tài)。

3）查詢(xún)模塊：統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)室資源使用率、耗材使用和庫(kù)存情況。

4）審核模塊：審核用戶(hù)使用實(shí)驗(yàn)資源權(quán)限的申請(qǐng)。

5）實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源管理模塊：上傳和管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資料、視頻、題庫(kù)等。

6）教學(xué)互動(dòng)模塊。

4.1.2 用戶(hù)身份設(shè)置模塊

1）查詢(xún)信息模塊，可顯示實(shí)驗(yàn)室和儀器占用與空閑狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)室可預(yù)約時(shí)間和容納人數(shù)。

2）用戶(hù)信息錄入模塊。

3）資源預(yù)約申請(qǐng)模塊。

4）資源學(xué)習(xí)模塊，包括實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容、操作視頻及安全提示，實(shí)驗(yàn)設(shè)備操作流程，視頻及安全提示。

5）制度考核模塊。

6）身份認(rèn)證獲取權(quán)限。

4.2 智能實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式

使用射頻識(shí)別技術(shù)和新型Wi-Fi模塊，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)器開(kāi)發(fā)手機(jī)端APP軟件和微信小程序，能夠在不對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室格局進(jìn)行大幅改動(dòng)的情況下，投入少量改造經(jīng)費(fèi)即可基于現(xiàn)有設(shè)備實(shí)現(xiàn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，也能使師生快速適應(yīng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放式管理模式。

學(xué)生通過(guò)APP用戶(hù)端口向云服務(wù)器發(fā)送指令，申請(qǐng)使用實(shí)驗(yàn)室及相關(guān)儀器設(shè)備；同時(shí)，APP從云服務(wù)器得到數(shù)據(jù)，顯示各實(shí)驗(yàn)室的使用狀況與申請(qǐng)情況；教師或?qū)嶒?yàn)室管理人員則通過(guò)管理員端口管理程序批準(zhǔn)學(xué)生申請(qǐng)實(shí)驗(yàn)室的請(qǐng)求，并通過(guò)云服務(wù)器實(shí)時(shí)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室各儀器設(shè)備的使用情況。

網(wǎng)絡(luò)云服務(wù)器扮演數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中心、處理中心、交換中心的角色，所有用戶(hù)軟件和硬件裝置上傳的數(shù)據(jù)都通過(guò)云服務(wù)器解析、處理、存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室預(yù)約申請(qǐng)、控制權(quán)限、指導(dǎo)操作、監(jiān)控使用等功能，如圖4所示。

5 開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控安防系統(tǒng)

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室監(jiān)控安防系統(tǒng)以硬件為依托，與智能管理系統(tǒng)連接，可有效防止意外的發(fā)生，使實(shí)驗(yàn)室資源的損耗和損失降到最低，保障實(shí)驗(yàn)室有效平穩(wěn)運(yùn)行。

5.1 智能人體感應(yīng)門(mén)禁系統(tǒng)

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的所有人員均須通過(guò)人臉識(shí)別、無(wú)感人體測(cè)溫系統(tǒng)，測(cè)試合格后方可進(jìn)入。采用人臉識(shí)別技術(shù)可快速無(wú)接觸地判別申請(qǐng)人是否獲得進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室權(quán)限，避免無(wú)關(guān)人員隨意進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室，也避免人員接觸，降低疾病傳播風(fēng)險(xiǎn)。

5.2 室內(nèi)環(huán)境控制系統(tǒng)

采用新風(fēng)控制系統(tǒng)和溫濕度控制調(diào)節(jié)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫濕度，監(jiān)測(cè)空氣質(zhì)量，對(duì)外界情況變化進(jìn)行自動(dòng)感應(yīng)并實(shí)時(shí)反饋[2]，使實(shí)驗(yàn)室空氣流通，達(dá)到恒溫恒濕的效果。使用?；泛陀卸練怏w的實(shí)驗(yàn)室，需設(shè)立專(zhuān)用通風(fēng)通道及凈化控制器，防止對(duì)周邊環(huán)境造成污染。使用紫外線(xiàn)殺菌系統(tǒng)，防止有害病毒、細(xì)菌的傳播。

5.3 實(shí)驗(yàn)資源協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室各種儀器設(shè)備連接電流檢測(cè)器、溫度傳感器、壓力傳感器等感應(yīng)裝置。根據(jù)電流檢測(cè)器的傳輸數(shù)據(jù)，開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)顯示實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用時(shí)長(zhǎng)；根據(jù)溫度傳感器的傳輸數(shù)據(jù)，判斷實(shí)驗(yàn)設(shè)備是否有過(guò)載安全隱患；根據(jù)壓力傳感器的數(shù)據(jù)，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)用品的使用次數(shù)、實(shí)驗(yàn)材料的消耗量。管理員可查看設(shè)備和耗材使用狀態(tài)、使用記錄，通過(guò)系統(tǒng)后臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、調(diào)配實(shí)驗(yàn)資源、發(fā)布實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地和設(shè)備開(kāi)放信息、維護(hù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備、補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)耗材。學(xué)生根據(jù)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)中設(shè)備操作規(guī)程和耗材使用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室亦可跨專(zhuān)業(yè)、跨院系、跨學(xué)校開(kāi)放，使實(shí)驗(yàn)室資源最大限度共享，以促進(jìn)各個(gè)專(zhuān)業(yè)和領(lǐng)域的知識(shí)交流，達(dá)到合理調(diào)配實(shí)驗(yàn)資源，實(shí)現(xiàn)利用率最大化。

5.4 24小時(shí)全方位監(jiān)控聯(lián)防系統(tǒng)

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可用于實(shí)驗(yàn)室日常安全監(jiān)控以及事后安全事故分析[3]。通過(guò)監(jiān)控聯(lián)防系統(tǒng)，管理員監(jiān)管實(shí)驗(yàn)室中出現(xiàn)的違法違規(guī)行為，為師生營(yíng)造一個(gè)和諧穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所；也可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守管理，在非工作時(shí)間保證實(shí)驗(yàn)室正常運(yùn)行。當(dāng)出現(xiàn)意外事故，監(jiān)控聯(lián)防系統(tǒng)可自動(dòng)發(fā)出警報(bào)，通知學(xué)校保衛(wèi)處。

5.5 多功能感應(yīng)檢測(cè)警報(bào)系統(tǒng)

在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置多種傳感器，以實(shí)現(xiàn)煙霧感應(yīng)檢測(cè)、異味感應(yīng)檢測(cè)、氣壓感應(yīng)檢測(cè)、電流感應(yīng)檢測(cè)和感光檢測(cè)等，對(duì)各項(xiàng)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析[4]，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并提示安全隱患，防止火災(zāi)、有毒氣體泄漏等意外發(fā)生，保障實(shí)驗(yàn)室人員和財(cái)產(chǎn)安全。

6 結(jié)束語(yǔ)

開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)能夠使高校實(shí)驗(yàn)室在突發(fā)公共衛(wèi)生事件時(shí)控制疫情蔓延，維持實(shí)驗(yàn)室安全有序運(yùn)行；同時(shí)能有效解決實(shí)驗(yàn)室資源分配和安全隱患問(wèn)題，還可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。該系統(tǒng)能有效提高學(xué)生的思維能力和實(shí)際操作能力，對(duì)培養(yǎng)創(chuàng)新型專(zhuān)業(yè)人才有重要意義。

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*項(xiàng)目來(lái)源：2020年第一批產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人項(xiàng)目“高校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室智能信息化管理系統(tǒng)建設(shè)”（編號(hào)：202002176016

和202002187047）；煙臺(tái)大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目“突發(fā)性公共衛(wèi)生事件啟示下的高校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室管理模式探究”（編

號(hào)：jyxm2020007）；山東省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目“Smart Lab—實(shí)驗(yàn)室智能管理系統(tǒng)”（編號(hào)：S202111066036）。

作者：劉世平、張德賀、朱雨璐，煙臺(tái)大學(xué)海洋學(xué)院輪機(jī)工程專(zhuān)業(yè)；楊婕，通信作者，煙臺(tái)大學(xué)海洋學(xué)院實(shí)驗(yàn)室管理辦公室主任，講師，研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室裝備與資源管理；榮源源，煙臺(tái)大學(xué)海洋學(xué)院海洋科學(xué)專(zhuān)業(yè)（264005）。