安全工程實驗室信息化平臺創建思考

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摘要：本文主要介紹了北京科技大學安全工程的實驗室信息化平臺建設的三大模塊：硬件基礎的建設、軟件基礎的建設、實驗室管理系統。這三大模塊可以克服傳統的實驗教學過程中實驗設備不能充分利用、信息資源不能有效共享、疑難問題不能及時解決、學習興趣不能充分調動的弊端。該平臺目前正處于提高發展階段，還需要進行不斷完善和改進。

關鍵詞：安全工程；實驗教學；信息化平臺

一、引言

安全工程專業的實驗教學主要分為理論教學和實驗教學兩個部分，目前傳統的實驗教學模式大都是以老師為主體，導致學生缺乏自主性。傳統的實驗教學模式存在三個弊端：①大部分的實驗是驗證性實驗，不利于培養學生的創新性思維；②問題不能及時地向老師反饋，導致學習效率不高；③實驗設備使用率低。北京科技大學安全系針對傳統教學弊端不斷改進教學模式，當前開展的安全工程實驗室信息化平臺建設就是安全系實驗教學的一大成果。此平臺克服了傳統的實驗教學問題，學生可以預約創新項目實驗、在線交流學習問題，提高了學習興趣和效率。

二、安全工程實驗室信息化平臺內涵

安全工程實驗室信息化平臺是指：以安全工程專業為根本，在現代先進管理理念的指導下，依托信息技術，融合實驗各要素（實驗者、實驗設備、實驗環境），從而提高試驗資源的利用率和教學科研效率的平臺[1，2]。簡單地講實驗室的信息化平臺就是將各種相關要素搬到互聯網上，利用網絡的便捷性提高學生的學習興趣和效率、實驗室的管理效率。信息化的核心是信息資源的開發管理和有效利用，實驗教學的信息化建設和網絡化管理不是靠簡單的基礎設施建設和技術產品的堆積就能實現的[3，4]。因此，信息化建設要軟硬兼備，既重視硬件的管理使用又要開發利用軟件資源。信息化建設要面向實際應用，正如實踐是驗證真理的唯一標準一樣，只有不斷地被應用才能了解存在的缺陷，才能使信息化建設具有可持續發展的動力，才能促進信息化建設的規范管理、保持系統內部數據的及時更新。

三、實驗室信息化平臺建設

實驗教學中心以實驗課教學為核心，實驗課教學和實驗室管理一體化。應當把實驗教學信息化與實驗課教學流程和實驗室管理流程緊密地聯系起來，形成一個整體，才能真正實現信息化。我校安全工程實驗室信息化平臺建設包括3方面內容：硬件基礎的建設、軟件基礎的建設、實驗室管理系統。

1.硬件基礎的建設。實驗室的硬件系統包括實驗設備和網絡通信系統兩大部分。我校安全工程的方向是礦山安全，所以開設的大部分實驗都是與礦山相關的，如安全人機實驗、旋風除塵實驗、粉塵分散度實驗、通風機性能試驗、煤自然發火程序升溫實驗、煤的閃點和燃點測定實驗、礦用避險空間內人體二氧化碳代謝規律實驗、20升球形爆炸測試等。實驗室的設備主要有SYP1001-2開口閃點和燃點試驗器、粉塵發生器、除塵器、通風機、20升球形爆炸測試系統等，為搭建實驗室信息化平臺奠定了基礎。學校的公共信息服務體系為信息化提供了必要的基礎和條件：它可以將中心的辦公室及實驗室接入校園網；可以提供基于校園網的WWW服務、電子郵件服務、FTP服務、VPN服務；提供辦公自動化系統、教務管理信息系統資產管理信息系統等。在驗室的設計中，充分融入數字化校園的設計理念，實驗中心的網絡化底層設計實現了網絡寬帶百兆到實驗室、十兆到實驗裝置，并設計了強電中心對每個實驗室的強電實現遠程控制，各弱電中心可對每個實驗室進行門禁管理、監控及答疑交流。

2.軟件基礎的建設。軟件基礎設施的建設主要是信息資源的建設，信息資源是指教學資源和學生實驗過程與實驗結果的集合體。在建設信息化平臺的過程中，為了學生方便查找相關的信息資源，我們初步構建了分類清晰明了的建設框架。在此框架下我們可以實現教學內容、教學活動以及各種資源的融合，同時設計了學生和教師同時登陸的界面，這樣可以充分地適應開放式創新性實驗教學的信息資源建設規劃，充分地發揮更好的教學功能。軟件基礎的建設分為網絡資源和實驗室建設資源兩大模塊。網絡資源包括綜合共享信息子系統、實驗課件子系統、實驗知識拓展子系統、實驗軟件子系統4個部分，實驗室建設資源包括儀器資料庫子系統和師生互動子系統。實驗室綜合共享信息子系統主要內容包括實驗室發展歷史、實驗室規模、實驗室可承擔的實驗項目、師資隊伍、管理模式和建設特色等。實驗課件子系統將實驗教學課件按照實驗目的、實驗原理、儀器介紹、數據結果測評、實驗反饋與實驗總結、實驗多媒體演示等幾部分進行設計，為學生提前預習提供了有用的資料；實驗知識拓展子系統如逸聞趣事、日常現象、工程應用等；儀器資料庫子系統包括儀器設備的介紹、運行歷史、運行環境、可能出現的故障及解決辦法、儀器設備的服務性信息；師生互動子系統，學生可以把做實驗過程中的疑惑直接留言，留言信息可以設置公開性；實驗軟件子系統是指常用的軟件如FLUENT、ACCESS、CAD、FLAC等，對一些特定軟件要設置權限，只有登錄此系統才能使用。

3.實驗室管理系統。我校安全工程信息化平臺的實驗室管理系統包括刷卡認證系統、創新性實驗系統、評價系統三大系統。

（1）刷卡認證系統。刷卡認證系統與學生網絡選課開放管理系統的鏈接，實現了遠程預約、門禁派位、電源控制、實驗日志等一體化管理功能。學生預約實驗內容和時間，到實驗中心通過校園卡刷卡認證身份，開啟實驗室門禁系統進入實驗室。由于是在預約的時間內做實驗，因此可以避免實驗儀器被占用而無法做實驗情況出現。同時通過刷卡記錄老師可以查看學生的出勤率，對于未請假而沒有出勤的通過平臺給予其提醒。學生刷卡時，刷卡系統會顯示實驗名稱、指導老師、實驗者、實驗時間、實驗臺號等信息，然后將信息傳輸給主管理系統，主管理系統接通該實驗位的電源。實驗的過程中，實驗數據、實驗現象要及時地記錄在電腦上，遇到問題時學生可以實現教師、學生和信息化平臺三方交流。實驗結束后刷卡離開，電源自動切斷，在線生成實驗日志。

（2）創新性實驗系統。創新性實驗系統主要是針對學生的創新性想法自主實驗或者自然基金項目所需的實驗而設置的系統。在此系統下，學生需要提前提交實驗申請，寫明欲做的實驗名稱、實驗目的、實驗過程、實驗的指導者、實驗儀器、可能出現的實驗現象和危險性。平臺接收申請后需審核，實驗室能否承擔此實驗并評估實驗的價值，最后給出審核意見，審批時間不得超過一周。如果審批通過，學生就按照常規的實驗流程實驗即可，但是實驗過程中一定要嚴格遵守實驗室的規章制度，試驗結束后協同老師共同完成實驗設備的資料庫的建設；倘若審批未通過，平臺要給出具體的原因，并探索改進的方法，盡量幫助學生實現創新性想法。到目前為止信息化平臺成功承擔的創新性實驗有浮煤自燃循環系統形成和演化規律的數值模擬、三態耦合對循環系統的控制作用的數值模擬、固態干冰材料防滅火性能實驗、固態碳酸氫鈉材料防滅火性能實驗、黃泥漿中水土比例優化實驗和三態材料性能優化實驗等，國家自然科學基金項目有溶解酯化煤體瓦斯機理研究。

（3）評價系統。在實驗室的管理系統中，還設置了評價系統，不但要求學生對老師授課內容、授課狀態等進行評價，還要求教師對學生進行評價，如學生是否進行了預習、實驗過程是否認真、是否進行了反思和反饋等。這個互評系統在學生的成績和優秀教師評定中將占有一定的比重。

4.建設過程中存在的問題。在信息化平臺的建設過程中遇到了一些問題，主要是以下幾個方面：

（1）實驗過程中雖然生成了實時的在線報告，教師也對其進行了評分，但是目前的評分系統還只是針對實驗的結果進行的評判，還不能達到對學生動手實踐能力的綜合考察的目的。

（2）各種實驗教學資源，如多媒體教學資料、實驗教學課件等不是十分完善，尤其缺乏試驗在實際生產中的應用等資料，還需要教師和學生共同努力，豐富教學資源。

（3）學生的問題有時太過于開放，教師也無法給出預期的答案，都需要學習加強自身的修養。

（4）實驗室的綜合管理是項十分艱巨的任務，雖然有各種實驗室的管理手冊和守則，但是違反實驗室規則的事情時常發生，要定期開展實驗室使用規則和安全試驗的宣講。針對這些問題，安全系將根據本專業的客觀實際，逐步逐項落實改進，力爭使信息化平臺越來越完善。

四、結語

1.安全工程實驗室信息化平臺的內涵是指以安全工程專業為根本，在現代先進管理理念的指導下，依托信息技術，融合實驗各要素（實驗者、實驗設備、實驗環境、匹配資料、事務管理），從而提高試驗資源的利用率和教學科研效率的管理方法。

2.我校安全工程專業的實驗室信息化平臺建設包括三大部分：硬件基礎的建設、軟件基礎的建設、實驗室的管理建設。

3.實驗室的硬件系統包括實驗設備和網絡通信系統兩大部分；軟件基礎的建設分為網絡資源和實驗室建設資源兩大模塊；實驗室管理系統包括刷卡認證系統、評價系統、創新性實驗系統三大系統。

4.實驗室信息化平臺建設的過程中遇到了一些問題，如教學資源不夠豐富、評價系統不能充分考察學生綜合能力等，將在今后的建設實踐過程中進一步改進。

參考文獻：

[1]田曙堅，王巖.實驗教學中心信息化建設的認識與探索[J].實驗室研究與探索，2010，（9）：92-93.

[2]史揚.信息化平臺建設構成要素分析[J].信息系統工程，2014，（4）：127.

[3]戴玉蓉，熊宏齊.適應開放式創新性實驗教學的信息化建設與管理[J].實驗技術與管理，2008，（10）：13.

[4]韓響玲，李登.以信息化全面推動高校教學管理改革[J].中國大學教學，2006，（4）：43-44.

作者：黃志安 馮彩云 高玉坤 張英華 王輝 單位：北京科技大學土木與環境工程學院