本科教學實驗室智能管理平臺建設的研究與實踐
——以山西農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院為例

張素敏，張宇波，朱俊玲，劉志宗，馮翠萍*

山西農(nóng)業(yè)大學（太谷 030801）

山西農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院設有食品質(zhì)量與安全、食品科學與工程、生物工程、食用菌科學與工程、葡萄與葡萄酒工程5個本科專業(yè)，共有本科教學實驗室34個，以培養(yǎng)復合應用型人才為目標，注重理論教育的同時，還通過認知實習、駐廠實習、科研訓練等實踐活動，提升學生的綜合素質(zhì)。

實驗教學作為教育教學的重要組成部分，是實現(xiàn)素質(zhì)教育和創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標的重要環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學生能力和綜合素質(zhì)提高方面有著其他教學手段無法比擬和替代的獨特作用[1-2]。高校本科教學實驗室作為大學生進行實踐教學和技能訓練的主要場所，在培養(yǎng)大學生創(chuàng)新意識、創(chuàng)新能力、培養(yǎng)高校復合型人才方面發(fā)揮重要作用。實驗室管理水平直接影響實踐教學的開展、科研成果的產(chǎn)出和人才培養(yǎng)的質(zhì)量[3-5]。

在我國開啟全面建設社會主義現(xiàn)代化國家新征程的時代背景下，黨和國家事業(yè)發(fā)展對高等教育的需要，對科學知識和優(yōu)秀人才的需要，比以往任何時候都更為迫切。要實現(xiàn)高等教育高質(zhì)量發(fā)展，首先必須實現(xiàn)本科教育高質(zhì)量發(fā)展?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”催生一種新的教育生產(chǎn)力，引發(fā)教育教學模式革命性變化。要緊抓信息技術(shù)變革帶來的歷史性機遇，將現(xiàn)代信息技術(shù)深度融入教育教學，打造智慧學習環(huán)境，探索實施智能化的精準教育，提升教學效果。特別是在推進新農(nóng)科、新工科、新醫(yī)科、新文科建設的過程中，要主動適應新技術(shù)、新產(chǎn)業(yè)、新業(yè)態(tài)、新模式對新時代人才培養(yǎng)的新要求，著力推動課堂革命，以學生發(fā)展為中心，改革傳統(tǒng)的教與學的形態(tài)，運用現(xiàn)代技術(shù)手段廣泛開展探究式、個性化、參與式教學，加強創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育，提升學生的實踐動手能力和創(chuàng)新能力。

在新時代背景下，隨著我國高等教育事業(yè)的迅猛發(fā)展和普通高校教育經(jīng)費投入的持續(xù)增長，高校實驗室硬件條件得到顯著的提高，實驗室的管理工作也變得愈加復雜，對管理者的綜合能力也有了更高的要求。提高高校本科教學實驗室的管理水平既是自身建設的客觀需要，也是深化課堂教學改革的客觀要求。

因此，如何將現(xiàn)代化信息技術(shù)融入到本科教學實驗室管理中，改變傳統(tǒng)管理模式，提高管理水平，進而更好地促進本科教育的發(fā)展，成為亟待解決的問題之一。

通過打造一個集實驗室使用管理、綜合管理和安全管理等功能為一體的智能實驗室管理平臺，旨在解決傳統(tǒng)管理模式中的信息滯后、職能交叉、被動管理等問題，以實現(xiàn)各種信息資源共享，提高本科教學實驗室的管理水平，促進本科人才培養(yǎng)質(zhì)量提升。

1 智能實驗室管理研究現(xiàn)狀及存在問題

近年來，隨著本科教學培養(yǎng)目標的不斷提升，本科教學越來越重視實踐教學環(huán)節(jié)，大學生實踐教學和技能訓練的學時占比越來越大，為培養(yǎng)學生的科技創(chuàng)新能力，很多高校大力鼓勵并支持學生進行科技創(chuàng)新，實驗室必然是這些實踐環(huán)節(jié)的主場地。然而本科教學實驗室管理工作還存在一些問題，如實驗室管理制度不夠完善、實驗室安全準入培訓與考核不夠系統(tǒng)化、部分教師與學生的安全意識不夠等。另外，傳統(tǒng)的實驗室管理模式屬于碎片化管理，各個實驗室的相關(guān)信息不能夠及時公開，在很大程度上影響實驗室資源的共享。一方面，設備、藥品、耗材重復購買，造成資源浪費；另一方面，師生不能夠及時了解實驗室的信息，導致實驗室使用及管理效率不高。

隨著計算機信息技術(shù)的不斷發(fā)展，實驗室智能化管理也應運而生，國內(nèi)外很多高校的實驗室已經(jīng)開始嘗試將智能化管理引入本科教學實驗室的管理中，從而提高實驗室的綜合管理水平。

1.1 研究現(xiàn)狀

在國外研究方面，英國利茲大學在學校配備全套的軟硬件系統(tǒng)用于保證實驗室日常安全管理的正常運行，主要包括各級安全負責人名單、管轄范圍和聯(lián)系方式，各實驗室安全手冊和培訓教材，危險品、危險設備的信息填報和管理系統(tǒng)，實驗室設備和人員登記授權(quán)使用系統(tǒng)，重點區(qū)域的監(jiān)控檢測、存查記錄和事故通報等；新加坡南洋理工大學建立在線可視化分級培訓考核系統(tǒng)，絕大部分基礎(chǔ)安全教育的課程培訓和考核發(fā)證均可在校園網(wǎng)OHS模塊中實現(xiàn)。每個學生和教職工可以通過校內(nèi)網(wǎng)賬號登錄安全教育課堂完成規(guī)定的安全用電、消防基礎(chǔ)知識等培訓課程。美國、德國、日本等國家的實驗室信息化管理水平也均較為先進[6-8]。

在國內(nèi)研究方面，新時期我國高校實驗室管理面臨著眾多新的難題和挑戰(zhàn)，在國家大力推進“雙一流”高校建設中高校紛紛響應號召，加大實驗室管理力度，推進實驗室安全教育的發(fā)展，“以人為本、安全第一、預防為主、綜合治理”的理念得到越來越多的貫徹和落實。在實驗室信息化管理平臺建設上開展了越來越多的研究。邱敦國等[9]提出建設智能化自主實驗平臺，在確保實驗室安全的情況下，營造一個以學生為主體，高度互動、虛實結(jié)合、過程可視的全天候智能化自主實驗平臺，為學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)提供可靠的實驗條件保障，有效提高實驗室的安全性和使用效率。李永祥[10]闡述信息化技術(shù)在高校實驗室管理中的必要性、信息化技術(shù)在高校實驗室管理中的應用現(xiàn)狀，指出信息化技術(shù)能夠更好地滿足用戶的多元化需求。

1.2 本科教學實驗室管理存在問題

1.2.1 實驗室管理制度不夠完善

實驗室管理制度還不夠完善，存在監(jiān)督不到位、各實驗室之間缺乏信息共享。本科教學實驗室與研究生科研實驗室沒有徹底分開，導致實驗室人員隨意進出，主要是以研究生為主，加大了實驗室安全管理的難度，并且因為研究生沒有固定的實驗室，導致各實驗室人員流動較頻繁，值日生不固定，導致實驗室衛(wèi)生情況不能保證以及實驗室存在一定的安全隱患，這些其實都是因為管理制度不夠完善引起的。

而且針對每個不同專業(yè)的實踐教學的側(cè)重點不同，實驗室管理的重點也有差異。如針對加工實驗室來說，所需要的原材料都是食品，所用的添加劑也都是食品級的，其他分析純、化學純的藥品均不可以出現(xiàn)在食品加工實驗室；而對于食品質(zhì)量與安全專業(yè)教學實踐主要是側(cè)重于食品營養(yǎng)及安全的檢測分析，需要使用大量的化學試劑，這樣的實驗室就堅決不可以做食品加工類的產(chǎn)品。但是由于院校各系之間缺乏信息共享，而且沒有明確的實驗室共享管理制度，導致各系之間實驗室使用存在屏障，這樣就可能會存在沒有專門實驗要在專門的實驗室進行的隱患。

1.2.2 部分教師及學生安全意識薄弱

在實驗室管理中，有些教師與學生的安全意識薄弱，存在一些在實驗室訂外賣、吃零食等行為，尤其是在食品安全檢測相關(guān)實驗室，還有些實驗室學習區(qū)和實驗區(qū)沒有分開，這些都是潛在的安全隱患。這些情況的存在，主要反映教師和學生缺乏安全意識。

1.2.3 實驗室安全準入培訓與考核不夠系統(tǒng)化

學院實驗室安全準入培訓僅通過實驗室管理人員對新進實驗室的教師和學生進行面對面培訓，但由于時間安排固定化，以及人員召集不能保證每次都能全員參與，因此，這種不夠系統(tǒng)化、靈活化的培訓效果明顯不夠好，而且安全知識考核也沒有系統(tǒng)化、組織化進行，不能及時測驗教師和學生們是否已熟練地掌握實驗室安全的基本知識與急救技能。因此，在安全準入方面的工作有所欠缺，必然會導致實驗室安全管理存在缺陷。

1.2.4 實驗室管理碎片化

傳統(tǒng)的實驗室管理模式屬于碎片化管理，各個實驗室的相關(guān)信息不能及時公開，在很大程度上影響實驗室資源的共享，一方面，設備、藥品、耗材重復購買，造成資源浪費；另一方面，師生不能夠及時了解實驗室的信息，導致實驗室使用及管理效率不高。

2021年3月教育部印發(fā)《關(guān)于加強新時代教育管理信息化工作的通知》，要求加強教育管理信息化統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，優(yōu)化信息系統(tǒng)供給模式，提高教育數(shù)據(jù)管理水平，促進管理服務流程再造，提高基礎(chǔ)設施支撐能力，以信息化支撐教育治理體系和治理能力現(xiàn)代化。有些高校已經(jīng)將信息技術(shù)應用到實驗室管理中，但是大部分都在摸索階段，尚未形成一個能夠在本科教學中廣泛推廣的實驗室信息化管理模式。

縱觀國內(nèi)外的相關(guān)研究，結(jié)合本科教學實驗室管理存在問題可以看出，將現(xiàn)代化的信息技術(shù)引入高校實驗室管理中是大勢所趨，實驗室進行智能化的管理和綜合化的服務，不但能有效提升實驗室管理工作效率，同時在很大程度上能節(jié)約辦學成本，提高管理水平。

2 本科教學實驗室智能管理平臺的建設與應用

針對本科教學實驗室存在的各種問題，根據(jù)食品學院的專業(yè)特點，制定合適的實驗室管理制度，并打造一個智能化管理平臺輔助管理人員對實驗室管理進行更為系統(tǒng)化、數(shù)字化的管理，以期提高實驗室管理效率及管理水平。通過打造一個集實驗室使用管理、綜合管理和安全管理等功能為一體的智能實驗室管理平臺，以期提高本科教學實驗室的管理水平，促進本科人才培養(yǎng)質(zhì)量提升。該平臺涵蓋3個方面內(nèi)容。

2.1 智能實驗室使用系統(tǒng)的建設

由于所有的本科教學實驗與研究生都是共用學院的各個實驗室，研究生不能提前知曉哪個實驗室要開設哪門實驗課及實驗課的具體時間，而且對于其他系的實驗室都有哪些設備，可以進行哪些相關(guān)的實驗不能準確及時的獲取信息，導致研究生不能提前及時做好科研實驗規(guī)劃，結(jié)果不僅使得實驗室管理起來比較混亂，而且管理效率低，實驗室使用效率也低。針對這些問題，通過打造智能實驗室使用系統(tǒng)，不僅可以將各實驗室的實驗設備、開設本科實驗課程安排、承擔科研項目和實驗室安全負責人等信息進行公開，而且建有實驗室使用情況監(jiān)控系統(tǒng)、大中型實驗設備使用視頻教學系統(tǒng)、師生實驗室使用預約端口和實驗室管理人員后臺操作端口，既能方便師生隨時了解各實驗室的具體情況，在線上預約使用實驗室，又能讓實驗室管理人員及時了解實驗室運行情況。

2.2 智能實驗室綜合管理系統(tǒng)的建設

由于食品相關(guān)專業(yè)實驗室除了涉及各種分析檢測實驗室，還涉及食品加工類實驗室及食品加工生產(chǎn)線，相應地，使用的藥品耗材除了常用的化學藥品還有食品加工需要的各種原材料。傳統(tǒng)的實驗室管理模式無法對化學藥品和食品加工原材料進行劃分，并且不能準確及時地了解所需藥品及原材料的使用量及庫存量，以至于會導致某一種藥品或原材料超過實際需要量，造成資源浪費。基于此，通過打造智能實驗室綜合管理系統(tǒng)，不僅記錄了實驗設備的購置日期、型號規(guī)格、維修信息，而且可以實時顯示常規(guī)藥品、實驗耗材、易制毒易制爆藥品、實驗原材料的購置情況及庫存數(shù)量等信息，方便實驗室管理人員根據(jù)系統(tǒng)中的信息及時補充和更新相關(guān)設備和材料，使實驗室管理更加精細化、智能化。

2.3 智能實驗室安全管理系統(tǒng)的建設

實驗室安全問題是現(xiàn)階段實驗室管理中的關(guān)鍵，要讓進入實驗室的所有教師及學生都應具備基本的實驗室安全知識，并了解如果遇到實驗室安全問題，第一時間如何正確地自救，實驗室安全教育培訓就顯得格外重要?，F(xiàn)有實驗室安全準入培訓形式單一，不能系統(tǒng)地為教師和學生傳達有關(guān)實驗室安全的知識點，導致實驗室安全管理存在漏洞?；诖?，通過打造一個涵蓋安全教育系統(tǒng)和實驗室安全智能監(jiān)控系統(tǒng)的智能實驗室安全管理系統(tǒng)，不僅方便師生在線上接受實驗室安全教育，而且根據(jù)相關(guān)實驗室的特點增強了安全教育的針對性，很大程度避免由于實驗室安全知識的缺乏而引起的實驗室安全問題。同時，實驗室能管理人員可以隨時掌握進出實驗室人員的相關(guān)信息，發(fā)生安全事故時能夠第一時間收到系統(tǒng)信息，方便進行及時處置。

綜上所述，該平臺建設分為軟件建設和硬件建設。軟件建設方面，建立一個客戶端軟件，可以實現(xiàn)在線預約、精準庫管、安全培訓3個功能，方便實驗室日常使用和日常管理；硬件建設方面，主要是智能監(jiān)控系統(tǒng)，包括智能攝像頭、智能門禁卡等，方便實驗室的遠程監(jiān)控，以期能夠及時準確地了解實驗室的使用情況和安全狀況，防患于未然。3個系統(tǒng)集成的智能化實驗室管理平臺基本上可涵蓋所有實驗室管理中面臨的各種問題，并能智能化地解決這些問題，大幅提高實驗室的管理效率和管理能力。

3 結(jié)語

食品科學與工程學院由于學科間交叉融合跨度較大，實驗室建設與管理存在特殊性，既需要改革多年來形成的傳統(tǒng)管理模式，又要結(jié)合專業(yè)特點尋找一套合適的管理模式，并結(jié)合數(shù)字化信息化技術(shù)，將實驗室管理智能化。通過以山西農(nóng)業(yè)大學食品科學與工程學院為例，分析農(nóng)業(yè)類高校食品專業(yè)實驗室管理中存在問題，借助信息化技術(shù)建立的一個集實驗室安全管理、綜合管理及使用管理為一體的智能管理平臺，實現(xiàn)實驗室管理的精準化、智能化，更有利于本科教學實驗室開放共享，可滿足不同學生實踐鍛煉的個性化需求，服務人才培養(yǎng)質(zhì)量提升，為建設一流學科、一流專業(yè)建設提供支撐。