高校实验室信息化建设实践探索

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摘要：在“智能+”时代，高校“双一流”建设离不开一流实验室的支撑。该文介绍并分析了北京邮电大学在加强实验室信息化建设方面的举措，利用信息技术着力打造集约化实验教学平台和实验室安全管理平台，在支撑人才培养及规范实验室安全工作等方面发挥了积极作用，取得一定成效。

关键词：实验室信息化；智能+；双一流建设

党的报告指出：要“加快一流大学和一流学科建设，实现高等教育内涵式发展”，高校“双一流”建设，根本的是一流学科建设，无论是产出一流成果，还是培养一流人才，都少不了一流实验室的支撑[1]。在推进高校实验室内涵式建设的过程中，提高实验室管理效率和水平，已成为高校新工科建设领域的共识。我校在“智能+”时代，勇开新路，充分发挥信息技术学科的优势，坚持走信息化特色发展道路，建设网络全覆盖的智慧校园和绿色实验室，不断深化对一流学科建设和创新创业人才培养的支撑，形成了以信息技术打造集约化实验教学平台和实验室管理平台的新模式。

1利用信息技术打造集约化实验教学平台

高校要以提高实验室综合效益为原则，科学设置实验室结构体系，打破实验室之间的壁垒和条块分割，优化资源配置，促进实验室资源整合与共享[2]。我校依托信息技术，克服实验教学资源共享渠道不通畅的“信息孤岛”现象，减少重复建设，集中优势资源，着力打造受益面广、辐射作用明显、利用率高的实验教学平台，并推动成果共享[3]。通过互联网支撑的信息化教学环境引导教师更有效地投入实践教学，积极探索实践教学线上与线下融合、虚拟与实际结合、开放与特色并重的多样化、跨专业实验教学平台，为培养和提高学生实践能力和创新能力提供强有力的支撑。1.1虚拟仿真实验教学平台建设。虚拟仿真实验教学是高校本科人才培养工作中不可或缺的重要组成，可集成多媒体、电子、网络、人机交互、人工智能等诸多高新技术，对各类复杂、不可及或不可逆的现实工程项目进行抽象和简化，对培养学生的工程实践能力和工程创新能力具有积极作用[4]。学校组织力量、加大投入、重点支持建设了2个国家级虚拟仿真实验教学中心——“电子信息虚拟仿真实验教学中心”和“通信与网络虚拟仿真实验教学中心”。依托这2个国家级虚拟仿真实验教学中心，学校加强了虚拟仿真实验项目的培育和孵化，建设了一批高质量、广覆盖的虚拟仿真实验项目，其中“面向新生的工程认知及创新素质培养的虚拟仿真实验”获批为教育部2017年度示范性虚拟仿真实验教学项目。通信与网络虚拟仿真实验教学中心构建了“虚实结合”的通信与网络仿真平台。该实验平台基于先进的SDN技术搭建，利用真实的校园网络环境提供各类虚拟化的通信和网络实验，技术水平国内领先。该实验教学平台为我校通信工程等9个本科专业提供7大类101项虚拟实验，支持“现代通信技术”“计算机网络”等35门理论专业和仿真实验课程以及课程设计、综合训练项目等，直接服务学生3000人/年，开设实验288000人时/年。电子信息虚拟仿真实验教学中心研发的开放式虚拟实验教学平台，满足了“电子电路基础”“高频电子线路”“数字电路”等课程的虚拟实验教学需求，高度仿真了电子信息学科实验器材，如示波器、频谱分析仪、路由器、交换机、Web服务器等，可供学生随时随地开展设计性和验证性虚拟实验。“电子电路基础”“信号与系统”课程开设的虚拟仿真实验，每年服务学生2000余人次，开设实验10000人时/年。1.2互联网+外语教学平台建设。语言实验教学方法的核心思想是改变传统的外语教学中偏重理论知识的传授、轻视语言实践能力培养的情况，借鉴理工科先进的实验教学理念，在语言实验教学中选择典型的实验案例，详解实验的组成要素，解析实验的具体步骤，指导学生更加高效地完成实验报告的提交、求证和分析，语言实验教学方法已在我校运用了多年[5]。以该方法为基础，我校语言实验教学示范中心自主研发了大学英语教学与评估平台，依托该平台创建了“教—学—练—创—考—评”为一体的“互联网+外语教学模式”。该模式创建了两个新体系，即语言技能均衡发展的语言教学量规化、多维评价体系和学科深度交叉融合的虚拟仿真实验体系；实施了“情境创设—主题探究—语言输出”多模态任务型教学，创建了大数据交互式课程主题资源库，采用“课堂导学—网络自主—项目驱动—实验促学”多维交互模式，为学生提供个性化教学内容与服务，激发了学生的外语学习热情。该平台面向全校41个本科专业开设课程，年度访问量达117万人次，有28000名学生参与学习，年实验人时数约89万h，形成质量、规模、效益统筹协调发展。经过5年实证研究，该平台在学生的自我发展、教学质量的提升等方面取得了显著成效。通过对1万多名学生进行调查，88%的学生认为借助于强大的互联网+外语教学平台，他们的学习效率和学习兴趣显著提升。利用信息技术优势，学校语言实验教学示范中心与其他国家级及省市级语言实验教学示范中心建立了校际交流平台，促进了校际教育教学的改革与合作。1.3电路综合自主实践教学平台。实验室是学生创新能力培养的主战场，学生通过实验课程的学习，获得更多动手和动脑机会，有利于透过现象挖掘本质，拓宽视野，解决实际问题，领悟科学的思维方法[6]。为贯彻因材施教原则，培养和提高大学生创新思维、创新能力、创新素质及工程实践能力，发挥实验教学在创新人才培养中的重要作用，学校加大场地及经费投入，打造了电路综合自主实践平台。在完成实验室基础条件建设的基础上，选拔优秀学生、聘任优秀教师参与电路综合实验课程改革项目，以全新的教学模式提高学生的基础知识掌握能力、设计能力、动手能力和创新能力、语言表达能力、报告撰写能力，以及学生沟通能力与合作精神，借此探索综合性实验教学内容的改革之路。（1）实验教学模式的改革。学校将原有的封闭式实践教学的管理模式改变为全开放模式，利用实验室开放预约系统，课余时间学生可以自行预约实验。自主实践教学平台推广的校企合作模式，由企业一线的工程师带领学生完成工程开发实践，学生也可以在合作企业的技术环境下，进行自主学习及设计活动。基地定期邀请合作企业高级技术人员开展技术讲座，邀请更多领域的优秀企业加入电路综合实验教学中来，增添更多的先进实验内容、软件和仿真设备，为学生锻炼工程实践能力所用。（2）实验教学内容的改革。在教学内容上，电路综合自主实践教学平台努力打通电子电路、模拟电路、数字电路、信号与系统等课程的理论和实践教学，将各电子电路类专业课程融为一体，将学生所学内容进行合理的衔接，由原来孤立的基本知识组合成具有一定功能的综合性实验内容。积极推进校企合作，依托最先进的前沿技术平台，从企业引进各类先进的器件。在实验设计方面，突出“方向明确、模块互通、器件便携、功能先进”的要求，使学生能实现“选定方向、由浅入深、随时实践、创新提高”的目标，为进一步的创新科技实践做好准备。随着电路综合自主实践教学平台的开放应用，更多的学生参与到电路设计的动手实践中来。学生由原来被动式学习转变为以兴趣导向为主的自主设计式学习，在实验中充分发挥学生自身的自主性、想象力和实践能力，即“实验内容自主选择，学习环境自由开放，实验过程自己安排，实验结果自行验证”。

2信息化保障实验室安全管理规范化

保障实验室的安全和师生人身安全，是高校“双一流”建设的必要条件和坚实基础，实验室安全工作是高校建设发展的重要支撑。我校是一所多科性、研究型大学，开设了工、管、文、理等40多个专业，实验室类别呈现多样化趋势，实验室安全工作涉及危险化学品、易制、易爆品的全过程管理，以及实验室消防安全、用电安全、安全教育、环保工作等多方面内容。信息化是加强实验室安全管理的重要手段[7]。运用现代化的信息技术手段，采取多维度、多元化的实验室安全管理综合系统进行多方面的常规管理，并通过数据对接、中间库关联等方式打通信息孤岛，实现实验室信息的互联互通，正在成为实验室安全管理工作的有力保障。2.1实验室安全准入信息化。学校规定实验室管理及使用主体应建立针对专业特色和学科特点的安全培训及考试制度，只有通过了安全知识和专业类安全知识考试的人员（含教师、教辅人员和学生），才可以进入实验室进行实验操作[8]。移动互联网技术的发展，为高校实验室安全教育工作提供了有力的支持。基于“互联网+”技术，用户可以随时随地上网，不受时间和空间的限制[9]。我校通过采用实验室准入考试系统，可以根据实验室不同危险因素，选取相应的考试题库组建练习题和准入考试题，培训及考试内容包含新生安全常识、用电基础安全、消防安全、化学安全、生物安全、辐射安全、仪器设备使用安全、机电安全等方面，有效地规范了实验室准入标准。2.2实验室安全检查信息化。教育部科技司于2015—2017年连续3年开展了高校实验室安全督查工作，对75所教育部直属院校开展实验室安全现场检查，集中在安全设施、制度与检查、场所环境、组织体系、水电和个人防护等356条检查指标[10]。采用原始的纸质检查方法进行检查，容易产生疏漏，且记录不完整，也不便于查询档案。我校采用实验室巡检系统，通过移动终端下发检查任务，可以关联显示所检查实验室的危险源等级与具体清单，提醒历史问题记录，并通过文字、照片的形式实时记录检查情况，自动生成检查报告，有效规范了实验室安全的检查标准，使得实验室安全检查更有针对性，信息反馈更快捷。2.3危化品全生命周期管理信息化。危化品采购、入库、使用、存储、盘点、调剂及废物处置的全过程，均需要对台账、底数、状态、负责人、处置措施等进行实时动态监管，以确保采购源头可追溯，过程管理规范完备，处置科学安全，避免各个环节的安全问题。我校通过实现财务对接的危化品管理系统，可以规范采购渠道，确保采购资质健全的厂商提供服务，并对管制类试剂完成相应的审批流程，确保不会超量购买、超量存储。同时，电子化的管理模式便于实时准确地记录动态台账，简化重复工作，统计信息直观可见，实现危化品全生命周期的动态管理。2.4实验室危险源管控信息化。部分高校由于组织机构和办公场所分散的特点，存在着不同危险源分类管理的情况，如水电安全管理、消防安全管理、危化品安全管理等方面分别由后勤处、保卫处、实验室与设备处或者资产管理处等不同部门归口管理，往往导致实验室的危险源管控不能协调统一，存在疏漏，且不能一一兼顾。我校采用互联互通的实验室管理系统，可以通过提取实验室房间、责任人、归属团队、学院等基础信息，建立危险源的基础台账。通过按照危险源的种类、危险程度建立危险源等级清单，实现全校范围的危险源分级管控，制订有针对性的应急预案，联动多部门采取安全措施。2.5多维度安全教育信息化。实验室安全宣传教育可以借助多维度的信息技术手段开展。我校通过信息门户、社团网站、微信公众号等公众平台，日常可以开展实验室安全文化的宣传和教育，使“安全第一”“以人为本”的安全价值观深入人心，增强学生的安全意识，形成“人人讲安全、事事为安全、时时想安全、处处要安全”的良好环境，维护校园的安全稳定和发展[11]。此外，利用实验室安全考试系统，可以分门别类地进行通识类和专业类的安全教育与测试，建立安全竞赛机制，形成人人重视安全，人人具备安全技能的良好氛围。

3结语

我校利用先进的虚拟技术、智能终端技术打造了受益面广、集约程度高的实验教学平台，有力支撑了对创新人才的培养和学科建设。学校通信与网络虚拟仿真实验教学平台除服务于校内9个专业的本科学生之外，还发挥了很好的示范辐射作用，该平台已被全国13所其他高校所共享。而服务于校内所有专业学生的“互联网+外语教学平台”已被其他高校广泛应用，该中心自2012年以来已成功举办了4次全国语言实验教学研讨会，示范辐射80多所高校。同时，我校利用信息技术创新管理手段，推动了实验室安全工作的规范化，提高了实验室管理效率和管理水平，强化了实验室安全体系建设，促进了安全意识与安全防范行为相统一，保障了教学科研活动的正常开展，真正形成了在信息化带动下的实验室建设与管理新模式。当然，实验室信息化建设的探索远不止于此。未来高等教育的信息化之路是必然的，高校实验室作为高等教育的重要组成部分，信息化的服务方式、信息化的管理模式、信息化的资源共享、信息化的绩效评价方法将成为高校实验室信息化建设工作中亟待思考和探索的问题[12]。

作者:徐美勇 夏海兰 何雨 王栩楠 单位:北京邮电大学