機械類開放實驗室信息管理系統(tǒng)應用

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摘要：隨著信息和網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展，提高實驗室和設(shè)備資源的利用率進而提升學生實踐能力是高校實驗室發(fā)展建設(shè)的重點任務。該文結(jié)合機械工程學院實驗教學中心的管理情況，提出構(gòu)建開放實驗教學的信息化建設(shè)方案和運行案例，介紹了實驗教學運行管理信息系統(tǒng)的基本構(gòu)架及功能模塊。通過開發(fā)與應用開放實驗教學管理平臺，提高了實驗室和設(shè)備的利用率，激發(fā)了學生創(chuàng)新學習興趣。

關(guān)鍵詞：實驗教學；開放實驗室；信息化管理；Web應用

實踐教學是高校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)之一，是不可或缺的組成部分。實驗室是高校開展實踐教學的重要承載基地。高校實驗室每年不斷增加建設(shè)規(guī)模，持續(xù)的新設(shè)備投入和伴隨的舊設(shè)備報廢過程中的問題也日漸凸顯。同時實驗室的運行管理、實驗室本身以及各實驗室相關(guān)設(shè)備的利用率也逐漸成為實驗室管理和建設(shè)的重要任務[1-2]。提高管理效率才能更好地為教師和學生提供全方位的服務。機械類高校綜合實驗中心的管理和服務一般分為兩類：第一類是面向大多數(shù)學生并為其基礎(chǔ)和專業(yè)課程服務的通用教學設(shè)備的管理維護；第二類是面向研究探索型的實驗課程以及開放實驗項目或者為參加競賽等浮動的部分學生選課服務，多為大中型設(shè)備的管理維護。兩種不同的定位服務就決定了實驗室的管理要采取不同策略和方法，并要有針對性地進行管理來提高效率和管理質(zhì)量。高校要培養(yǎng)應用技術(shù)人才，開放實驗室是一個很有效的方法。而且現(xiàn)代實驗室不僅僅作為教學場地使用，也是教師和學生開展科研項目以及創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的重要平臺。開放實驗室能有效提高實驗設(shè)備的利用率，也為進一步提高學生的實踐動手能力、自主學習能力和創(chuàng)新能力提供有力的保障[3-5]。而要實現(xiàn)上述有效管理，簡單快捷的實驗室管理信息化系統(tǒng)建設(shè)能節(jié)約大量的人力和時間成本，簡化步驟，從而提升教學及管理工作的效率和質(zhì)量，促進教學和科研的良性循環(huán)。

1實驗中心存在的問題

實驗室為眾多課程及學生提供服務，同時還為部分教師的科研應用提供服務。在針對教學環(huán)節(jié)的服務方面，目前實驗室的運行過程管理基本依靠手工和電話查詢實驗室的使用情況，通過人工來安排后續(xù)的實驗室使用計劃[6]。在現(xiàn)代電腦技術(shù)和網(wǎng)絡通信手段如此發(fā)達的今天，這種基于人工的管理模式顯然不再適應信息社會的發(fā)展。在針對部分參加競賽的學生和教師的研究服務方面，上述管理模式顯然不利于設(shè)備和實驗室的有效利用，隨著實驗室的不斷建設(shè)和發(fā)展，設(shè)備的更新?lián)Q代速度也不斷加快，而教師沒有一個了解設(shè)備的有效渠道而導致設(shè)備閑置時間過長，增加了設(shè)備維護的成本，減少了設(shè)備維護的價值，同時教師和學生不能全面了解實驗設(shè)備的技術(shù)指標參數(shù)，以及進行實驗種類和時間安排等信息，難以讓設(shè)備得到充分的利用[7-10]。由于設(shè)備信息更新不及時導致的開設(shè)實驗項目主要以書本上的驗證演示型實驗為主，實驗中學生的主觀能動性得不到發(fā)揮，學生在極少的課余時間也沒有更多的機會到實驗室開展創(chuàng)新性研究項目的實驗，長此以往學生的積極性難以得到提升。同一種類設(shè)備總數(shù)較少也是實驗中心存在的一個重要問題，近年來由于學生人數(shù)的逐年遞增，之前在購置同種實驗設(shè)備策略上所考慮的學生人數(shù)和目前的學生人數(shù)不可同日而語，學生人數(shù)已經(jīng)超出了設(shè)備所能承接的最大數(shù)量，分組對師資力量和學生時間都是一個巨大考驗。而由此導致的學生分組人數(shù)增加降低了部分學生的主動性，多數(shù)學生只在一旁觀察而記錄數(shù)據(jù)，影響了實驗教學的效果。此外，多數(shù)的教學實驗設(shè)備僅僅服務于理論課程對應的實驗要求，這些課程每年只開設(shè)一次，這樣使得開設(shè)期間設(shè)備不足，高峰期過后便出現(xiàn)設(shè)備閑置，導致總設(shè)備利用率非常低，而實驗課上沒有得到鍛煉的學生在課后也沒有機會進入實驗室來重新學習實驗過程。

2升級實驗室管理方案

面對上述諸多問題，首先在實驗室的管理方案上必須做出調(diào)整以適應設(shè)備及學生需求。主要從以下幾個方面來進行。

2.1改革實驗項目

針對目前較多的演示和驗證型實驗項目，適當擴展綜合設(shè)計型實驗項目，甚至可以提供實驗思路，讓學生根據(jù)自己的學習興趣、研究方向及研究能力自擬實驗項目，以提高學生的學習主動性和效果。

2.2調(diào)整實驗時間

其一是安排實驗課程所必需的時間，如針對課程的主要內(nèi)容所安排的實驗學習時間。綜合設(shè)計型項目在實驗課上不能完全達到預期結(jié)果的情況下，鼓勵學生利用課后時間通過如網(wǎng)上預約的方式實現(xiàn)自主預約實驗時間。其二是針對學生課外一些研究型實驗項目，也可以通過網(wǎng)上預約的形式來完成，以提高學生的學習興趣和主動性。

2.3實驗重點轉(zhuǎn)移

之前大多數(shù)實驗的主要目的是對理論的驗證過程，得出合理的實驗數(shù)據(jù)。實驗重點轉(zhuǎn)移即可將實驗標準課程上的內(nèi)容重點集中在學習原理和設(shè)備的安全操作方法和過程細節(jié)上，讓學生學會操作的全部流程，掌握實驗的要求，為學生在更多的開放時間內(nèi)可以自主完成大多數(shù)實驗而奠定基礎(chǔ)。學生即可在實驗室開放的時間和設(shè)備中自行選擇所需的設(shè)備、元器件、實驗板及必備工具，設(shè)計實驗步驟，獨立完成實驗操作。落實上述實驗的改革措施，首先就是要有合理的實驗室信息化管理系統(tǒng)來完成實施過程的配套，通過信息化管理系統(tǒng)完成實驗室開放時間的公布、學生預約和實驗室本身的相關(guān)管理，既可以提高實驗室和設(shè)備的利用效率，又能增強學生的學習興趣。

3實驗室信息化建設(shè)構(gòu)架

目前實驗中心教學管理方面，課程安排工作主要由學校教務處統(tǒng)一的綜合教務管理系統(tǒng)來完成，一般教務系統(tǒng)以學期為時間單位，以單個教室為地點單位進行設(shè)置。由于受到實驗設(shè)備的限制，每個教室在每學期的課程安排基本不變，這種針對常規(guī)驗證型實驗要求的課表基本能滿足上述教學要求，但是更多能提高學生技能的綜合設(shè)計型實驗項目則需要更加靈活多變的教學模式和安排方法。考慮到上述的教學要求，本系統(tǒng)通過合理的功能設(shè)計來配合已有教務系統(tǒng)以適應靈活的實驗要求[11-15]。開放實驗室信息系統(tǒng)功能模塊見圖1。（1）人員信息模塊。用戶角色分為教師、學生和管理員。管理員主要是系統(tǒng)設(shè)置和基本需求信息管理，教師可以在線安排開放實驗項目，學生可根據(jù)教師開放的實驗項目進行選擇，并預約實驗室開放時間。（2）設(shè)備信息模塊。設(shè)備信息對應相關(guān)實驗室，根據(jù)實驗室獲取設(shè)備列表信息和簡介，了解詳細情況，教師可根據(jù)操作許可人員提前聯(lián)系安排開放實驗項目。（3）項目信息模塊。該模塊是實驗室開放項目的主要信息記錄模塊，包含了實驗項目所需要記錄的各種信息，為學生了解實驗項目提供支持。（4）實驗室開放信息模塊。該模塊主要是針對實驗室預約的一個開放記錄。

4開放實驗系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

目前用于信息化建設(shè)的系統(tǒng)工具開源資源越來越多，系統(tǒng)功能也越來越豐富，選擇一款適合的開源系統(tǒng)作為開放實驗室信息化建設(shè)的基礎(chǔ)，可快速實現(xiàn)開放實驗室信息化管理的需求。從綜合功能性和可擴展性來看，本系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)采用B/S模式。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用免費的MySQL8.0作為信息存儲，系統(tǒng)開發(fā)各管理模塊功能基于Django應用框架實現(xiàn)，該框架是基于Python語言的開源框架，功能強大，前端應用界面采用Bootstrap基于響應式網(wǎng)頁基礎(chǔ)框架實現(xiàn)，軟件系統(tǒng)可以與電腦和手機等移動端同時適配。

5結(jié)語

本文通過分析我校機械工程學院實驗教學中心日常運行管理中存在的問題，提出了開放實驗室信息化運行的思路，設(shè)計并開發(fā)了一套開放實驗室信息化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有簡單可靠、實用性強、操作方便等優(yōu)點，整個方案設(shè)計與系統(tǒng)開發(fā)都由本實驗中心教師完成，為后續(xù)的調(diào)整和運行管理提供有力的技術(shù)支持。機械類實驗室以項目形式全面開放，不僅可以提高實驗教學效果和實驗設(shè)備的利用率，激發(fā)學生創(chuàng)新實踐的學習興趣，而且也可以提高學生的創(chuàng)新設(shè)計能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和團隊意識，為進一步提升科研能力和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力打好基礎(chǔ)。

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作者：劉高君 鄭舸 單位：四川輕化工大學