導(dǎo)語：實驗室管理模式與改革研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:隨著高校實驗室環(huán)境和硬件條件不斷改善,建立基于現(xiàn)代信息技術(shù)的,更為科學(xué)和行之有效的實驗室管理運行模式是實驗室開放共享、高效運轉(zhuǎn)的當(dāng)務(wù)之急。分析了我校植物生產(chǎn)國家級實驗教學(xué)中心的運行管理現(xiàn)狀及存在問題,嘗試以中心公共平臺大型儀器室作為試點,引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),初步建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實驗室。將物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)與現(xiàn)有實驗室管理系統(tǒng)交叉融合,逐步提高中心實踐教學(xué)資源的開放共享率,并有效緩解實驗室安全管理壓力,切實為師生服務(wù)。

關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；實驗室管理；開放共享；安全管理

“雙一流”大學(xué)的建設(shè)過程中,強化實踐教學(xué),努力提高學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力是人才培養(yǎng)的重要目標之一,而加快構(gòu)建高水平實踐教學(xué)平臺,完善質(zhì)量管理體系,不斷提高實踐教學(xué)水平是其基本保障［1-2］。高校實驗室作為培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的重要場所,在高校的教學(xué)過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用,新形勢下,實驗室必須逐步提高開放資源的利用率與共享率,充分發(fā)揮其在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育環(huán)節(jié)中的重要作用。然而,當(dāng)前現(xiàn)狀表明高校實驗室硬件條件建設(shè)得到快速發(fā)展的同時,實驗室管理水平卻未能與之獲得相應(yīng)的提升,傳統(tǒng)的實驗室管理運行模式與逐年增長的實驗實踐教學(xué)需求之間存在的矛盾日漸凸顯,使得實驗室運行過程中出現(xiàn)了各種各樣的問題亟待解決。伴隨著互聯(lián)網(wǎng)+時代的到來,物聯(lián)網(wǎng)、無線傳感網(wǎng)、移動互聯(lián)、大數(shù)據(jù)、云計算等具有智能化的信息技術(shù)不斷發(fā)展成熟,為實驗室管理提供了新的方法和視角［3-5］。物聯(lián)網(wǎng)(InternetofThings,IoT)是由美國麻省理工學(xué)院(MIT)Auto-ID實驗室于1999年提出,它是通過紅外線傳感器、射頻識別(RFID)、激光掃描器、定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備,按照約定協(xié)議把物品和網(wǎng)絡(luò)連接起來進行信息交換以及通信,從而實現(xiàn)智能化跟蹤、識別、監(jiān)控、定位與管理的一種物物相連網(wǎng)絡(luò)。“物聯(lián)網(wǎng)”的出現(xiàn)打破了數(shù)據(jù)管理和物理設(shè)施間相互獨立的模式,其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛?，F(xiàn)階段,物聯(lián)網(wǎng)在“智慧校園”建設(shè)中的應(yīng)用范圍和應(yīng)用規(guī)模都在不斷地擴大［6-8］。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物生產(chǎn)國家級實驗教學(xué)中心近年來逐步嘗試通過網(wǎng)絡(luò)化、智能化的手段積極改革傳統(tǒng)的管理運行模式,解決以往實驗室管理過程中存在的問題,以緩解實驗室運行和安全管理帶來的壓力,并不斷提高中心平臺的開放共享效率。

1傳統(tǒng)實驗室管理模式的問題與挑戰(zhàn)

為了滿足逐年增加的教學(xué)、科研活動需求,我校實驗實踐課程的數(shù)量及規(guī)模都在持續(xù)擴大,各實驗教學(xué)中心的管理變得更加復(fù)雜,傳統(tǒng)的以人工為主的實驗室管理模式已不能滿足目前實驗實踐教學(xué)的高要求,實驗室運行管理過程中面臨著各種各樣的問題,具體表現(xiàn)在以下幾個方面:(1)隨著實驗實踐課程、各類“雙創(chuàng)”項目及學(xué)科競賽活動的大幅度增加、實驗項目范圍和質(zhì)量的逐步提高,實驗室運行管理的壓力隨之而來;(2)由于受到時間、空間、人力以及安全性等管理因素的限制,實驗室的開放共享程度未能達到預(yù)期的效果,從而使得一方面優(yōu)質(zhì)實驗資源未能得到充分利用,另一方面影響了大學(xué)生課外開放性實驗項目及學(xué)科競賽、活動的開展;(3)管理人員不能及時掌握實驗室儀器設(shè)備的使用狀態(tài),導(dǎo)致維護、保養(yǎng)不及時,尤其是開放共享的大型儀器設(shè)備更是故障頻發(fā),維修周期長,嚴重影響了教學(xué)和科研的正常進行;(4)實驗室安全管理壓力大,近些年高校實驗室安全事故時有發(fā)生,實驗室安全管理中面臨著許多安全隱患,如水電安全、?；饭芾怼x器設(shè)備使用、實驗室開放使用等。雖然目前大部分高校實驗室都配備了攝像頭,但是攝像設(shè)備往往具有較大的盲區(qū),所采集的數(shù)據(jù)比較單一,也無法實現(xiàn)遠程實時監(jiān)控,一旦有危險情況發(fā)生,不能及時獲得信息和采取相應(yīng)的措施。盡管目前中心實驗室已經(jīng)建立或引進了一系列信息化管理系統(tǒng),如實驗教學(xué)管理系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)和實驗設(shè)備綜合管理系統(tǒng)等,但是各個系統(tǒng)仍處于孤立狀態(tài),未能達到理想的效果,而且引入的此類系統(tǒng)側(cè)重于課內(nèi)實驗課程的安排、調(diào)度和運行等傳統(tǒng)管理功能?？傊?現(xiàn)有的管理模式在管理的時效性上是滯后的,無法實時反映實驗室的工作狀態(tài)。實驗室管理必須突破時間、空間、人力等因素限制,積極探索一套更為科學(xué)和行之有效地開放共享管理模式,打造基于信息化環(huán)境的開放實驗室,使實驗室能夠安全、高效運轉(zhuǎn),切實為師生服務(wù)。

2物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)初探

物聯(lián)網(wǎng)實驗室是利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)一種智能化的實驗室管理系統(tǒng),借助各種傳感器通過互聯(lián)網(wǎng)和繼電器實現(xiàn)物與物、物與人的泛在鏈接,其技術(shù)能給整個實驗室環(huán)境帶來革命性的改變［9-10］。在物聯(lián)網(wǎng)實驗室中各種儀器設(shè)備可以通過數(shù)據(jù)采集器實時采集動力、環(huán)境、安防、消防等信息,如市電、UPS電源、配電開關(guān)、溫濕度、精密空調(diào)、漏水、煙霧、門磁等實時信息,然后直接傳輸給物聯(lián)網(wǎng)平臺,實現(xiàn)對設(shè)備的智慧化識別、跟蹤、實時監(jiān)控及遠程管理等功能,實驗室管理人員可通過瀏覽Web頁面或者移動設(shè)備隨時隨地查看實驗室工作狀態(tài),如遇緊急狀況可立即在手機短信或APP上收到報警事件信息,便于及時排查解決突發(fā)問題?；谥行哪壳耙呀?jīng)建設(shè)使用的信息化管理系統(tǒng),包括實驗教學(xué)管理系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)以及實驗設(shè)備綜合管理系統(tǒng)等,以公共平臺大型儀器室作為試點,引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),初步建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實驗室。如圖1所示,首先,中心整體需要搭建一個物聯(lián)平臺,即中央信息系統(tǒng),用于信息的收集和相關(guān)數(shù)據(jù)處理,采用無線傳輸方式,有良好的可擴展性,后期可根據(jù)需求隨時在此物聯(lián)平臺上添加拓展更多的應(yīng)用,如智慧消防、環(huán)境檢測、遠程水電表等。其次,需要給與管理的儀器設(shè)備安裝上采集器或者傳感器,用于信息的讀取和解碼,然后快速傳輸給物聯(lián)平臺。最后,終端用戶要在Web頁面或者移動設(shè)備中安裝相應(yīng)的軟件或APP,完成注冊和登陸。當(dāng)加入物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備在運行過程中,其參數(shù)發(fā)生了變化,設(shè)備傳感器就會立刻向物聯(lián)平臺發(fā)射信號,使系統(tǒng)響應(yīng)并報警,同時通過網(wǎng)絡(luò)通知到實驗室管理人員,使進行相應(yīng)處理,由此達到對儀器設(shè)備進行實時監(jiān)測的目的。本次建設(shè)大型儀器室進入物聯(lián)網(wǎng)管控的設(shè)備主要有實驗室門禁和監(jiān)控電源、UPS電源、墻面配電開關(guān)、空調(diào)、投影儀、煙霧報警器、水表等。

3物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力實驗室開放管理

植物生產(chǎn)國家級實驗教學(xué)中心是我校重要的實踐教學(xué)平臺之一,承擔(dān)著全校植物生產(chǎn)類專業(yè)本科生及研究生的實驗實踐教學(xué)任務(wù),并對本科生畢業(yè)論文實習(xí)、各級各類創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目和課外實踐競賽、活動等提供開放共享平臺。近年來,隨著學(xué)校對人才培養(yǎng)實踐環(huán)節(jié)的不斷重視,中心18個功能實驗室所承擔(dān)實踐課程和“雙創(chuàng)”項目等大幅增加,涉及的專業(yè)多,學(xué)生規(guī)模大,實驗項目范圍和質(zhì)量逐年提高,這些都給中心的開放運行管理帶來了不少壓力,主要表現(xiàn)在實驗室環(huán)境管理、安全管理、設(shè)備管理、人員管理等方面。因此,中心實驗室的開放共享程度未能達到預(yù)期的效果,現(xiàn)有的實驗室管理運行模式已不能適應(yīng)當(dāng)前人才培養(yǎng)過程中對實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的高要求,中心需要亟待探索并采用先進的管理理念和管理技術(shù),以提高公共資源的開放共享效率。以中心大型儀器室為試點引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),并將物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)與大型儀器平臺現(xiàn)有管理系統(tǒng)交叉融合,實現(xiàn)儀器設(shè)備預(yù)約、門禁授權(quán)、異地遠程監(jiān)控、設(shè)備狀態(tài)管理、環(huán)境監(jiān)測、數(shù)據(jù)上報等功能的集約化、智能化管理。具體包括以下幾個子系統(tǒng):(1)實驗室預(yù)約系統(tǒng):查詢實驗室占用情況,實現(xiàn)實驗室、儀器設(shè)備的預(yù)約及核準,查詢預(yù)約狀態(tài)和反饋信息等;(2)門禁系統(tǒng):門卡授權(quán)管理,并記錄刷卡開門情況;(3)監(jiān)控系統(tǒng):實時監(jiān)控實驗室工作狀態(tài),移動終端或電腦端實時查看實驗室視頻及歷史錄像;(4)物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng):實現(xiàn)異地遠程控制,掌握實驗室和儀器設(shè)備的運行狀態(tài)、安防報警、定時開關(guān)設(shè)備電源等;(5)實驗教學(xué)管理系統(tǒng):實驗室課程安排,實驗室及儀器設(shè)備利用率統(tǒng)計,儀器設(shè)備維護申請、審批,相關(guān)數(shù)據(jù)上報等。物聯(lián)網(wǎng)實驗室的建設(shè)使中心大型儀器室的管理突破了時間、空間、人力等因素的限制,管理人員可隨時隨地掌握實驗室環(huán)境、儀器設(shè)備、公共設(shè)施等的狀態(tài)及使用情況,可實現(xiàn)實驗室全天候、全空間面向?qū)W生開放,為大學(xué)生完成自主實驗、自主創(chuàng)新提供平臺條件,為改善實驗室開放管理水平提供了有力保障。中心將逐步使物聯(lián)網(wǎng)管控系統(tǒng)推廣應(yīng)用于其他功能實驗室,以點帶面,全面改革中心現(xiàn)行管理模式,從而有效提升中心整體公共實驗資源的開放共享效率。

4物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)助力實驗室安全管理

隨著實驗室開放程度和使用頻率的增加,實驗室安全管理面臨的形勢也越來越嚴峻,一系列安全管理問題逐漸顯現(xiàn)。實驗室安全涉及方方面面,一旦發(fā)生危險事故,后果十分嚴重。中心實驗室的日常安全管理中都面臨著一些安全隱患,如水電安全、?；饭芾?、儀器設(shè)備使用、開放使用等。傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)漏洞很多,攝像設(shè)備通常會留下很多盲區(qū),而且監(jiān)控錄像不能實時應(yīng)對異常情況,需要事后人為判斷。另外,其采集信息單一,提供有效信息不夠全面,而且沒有有效的分析工具,不能異地遠程監(jiān)控。運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以強化實驗室安全管理,并有效提高安全管控的及時性和高效性。通過物聯(lián)網(wǎng)感知系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、用電安全系統(tǒng)、煙霧報警系統(tǒng)等,實時監(jiān)測?；饭?、空調(diào)、投影儀、光照培養(yǎng)箱、超低溫冰箱、門禁監(jiān)控等設(shè)備的使用安全和環(huán)境安全,如遇異常情況,可立刻啟動自動報警功能,將實時信息反饋到實驗室管理員的實時通信設(shè)備上(如圖1),使其遠程控制開關(guān),關(guān)閉具有危險的電力系統(tǒng),將險情控制在第一時間,從而大大緩解實驗室安全管理的壓力。因此,在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支持下,實驗室的環(huán)境安全監(jiān)控會有很大改觀,安全管理效率會大幅提升,對于中心實驗室整體的安全管理工作具有重要的現(xiàn)實意義。

5結(jié)語

中國教育科學(xué)研究院倡導(dǎo)的深入貫徹落實“互聯(lián)網(wǎng)+教育”國家戰(zhàn)略、促進信息技術(shù)與教育教學(xué)的全面深度融合,為學(xué)校整體創(chuàng)新提供理論引領(lǐng)和實踐指導(dǎo)的系統(tǒng)性建設(shè)方案。智慧校園、智慧實驗室、虛擬仿真平臺等的構(gòu)建不斷涌現(xiàn),“智慧教育”已經(jīng)成為高校教育發(fā)展的新方向。高校實驗室不僅是實踐教學(xué)環(huán)節(jié)的主要陣地,也是反映學(xué)校教學(xué)、科研和管理水平的窗口,是學(xué)科建設(shè)、科研活動的堅實基礎(chǔ),是高校整體建設(shè)和發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[11-12]?，F(xiàn)階段,在實驗室環(huán)境和硬件條件不斷改善的同時,建立基于現(xiàn)代信息技術(shù)的,更為科學(xué)和行之有效的實驗室管理運行模式是當(dāng)務(wù)之急。“以人為本”的創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式更加需要資源開放共享的實驗室,智能化的實驗室管理模式才能使實驗室高效率運轉(zhuǎn),切實為師生服務(wù)。

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作者：孔令娜 曹蕾 張慧 吳震 張煒 單位：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物生產(chǎn)國家級實驗教學(xué)示范中心