高校实验室“五维开放”管理模式研究初探
摘要：针对目前高校实验室共享管理特别是大型仪器设备共享管理存在的问题，如何更好的提升设备的利用率，本文提出了利用物联网、云计算及大数据等先进信息化技术和手段，实现“五维开放”管理模式，从而达到从时间、空间、对象、内容及过程五个维度的全方位开放，提升实验室、大型仪器设备的使用率，为我国高校及科研院所实验室、大型仪器设备共享开放探索新的模式。
关键词：五维开放；设备共享；预约管理；物联网
一、存在两个问题
开放式实验室管理系统是为了解决我国目前科研院所仪器设备、特别是大型仪器设备共享问题而提出的。大型仪器设备存在两个亟待解决的问题：一方面，重复采购；另一方面，使用率低下。如何解决这两个矛盾呢，国内外一致的解决方案是建立实验室开放预约机制，实现设备面向所在单位内外开放预约。
二、“五维开放”模式
（一）“五维开放”模式
本文提出了基于时间开放、空间开放、人员开放、内容开放到过程开放的五维高校实验室管理模式，并提出可行性解决方案。依托校园网络构建管理模式平台，系统采用混合模式（B/S+C/S）架构，突破地域空间的限制、时间的限制，管理和过程监控完全实现自动化，数据放在服务器上。实验教学环节完全在可控、可管理的模式下来运行，校内外用户通过预约流程，在平台上完成业务员逻辑验证，最终达到完全开放式科研服务管理，有利于实验室资源的充分合理利用，实验室管理的科学化和规范化。
通过建立自动门禁系统，实现24小时无人值守模式的时间开放体系，建立基于云实景服务的空间开放服务体系，建立基于预约机制的面向校内、校外人员开放体系，建立基于平台内容管控突破院系课程体系的内容开放体系，建立全程可运营可管理的流程化管控开放体系，最终实现五维开放式实验室管理模式体系。
（二）“五维模式”实现策略
1）实现策略及方法
“五维开放”实验室管理体系拟基于物联网、大数据及云计算相关信息技术，依托国家实验仪器设备开放及预约管理相关规则，结合我校实际，依托项目团队相关项目经验，设计实现一套开放式实验室管理系统来达到五维开放的目标。
数据管理平台：数据管理平台为平台运行提供基础数据、日志管理、数据完整性约束等数据安全策略。主要设置学期数据管理、学生数据管理、教师信息管理、实验课程信息管理和实验设备信息管理，可以与科研院所的教务管理系统和固定资产管理系统实现数据管理对接。
计费管理平台：计费管理平台在线根据仪器使用者的使用机时或次数进行实时扣费，使用申请者能够实时查看费用使用情况，管理者与财务分离，收支两条线，实现便捷的财务付费服务。主要功能：费率管理、充值管理，报表管理等。
设备管理平台：设备管理平台完成对整个平台下设备从分类、成套、使用过程到报废全生命周期的管理。主要功能包括设备分类、大型仪器设备管理、设备生命周期管理、设备报表（利用率等）及设备报废管理等。
实验教学管理平台：实验教学管理平台，主要实现对实验教学、实验成绩、实验教学资源发布等工作的管理，使实验教学做到真正量化上的管理，实验成绩做到全过程量化考核，提高工作效率。主要功能：排课管理、实验课程管理、实验报告管理、预习管理、现场评分管理、实验成绩管理、教学资源管理等。
现场评分平台：现场评分平台，主要完成对实验过程全流程监控，对每一个实验现场完成量化考核，真正体现学生的实际试验水平，培养创新型学生。主要功能包括移动终端管理、移动APP现场打分系统及现场打分统计分析等。
开放预约平台：针对开放式实验室的使用特点，提供开放时间、开放场地、开放对象、开放内容及开放过程的开放式预约管理。支持预约与使用记录自动关联，支持预约未履行惩罚，支持预约取消审核及授权及用户积分机制。主要功能包括预约授权管理、实验室预约、大型仪器设备预约管理及预约信息发布展示及统计等功能。
门禁平台：门禁平台为实验室的开放提供技术保障，对进出人员完成身份认证管理，对电控平台提供联动触发机制，并完成自动视频监控考勤功能，防止替代考勤。只有经过授权的人员，身份合法且在授权时间内，才能开门并进入实验室做实验，如有电控，对应的预约或者安排的实验设备的电源自动开启。主要功能包括远程门禁管理、门禁现场管理及考勤统计等功能。
电控平台：电控平台为开放式环境下，设备派发监管提供技术支持，根据预约时段自动开启/关闭设备，确保开放环境下设备使用的唯一性和可控性。主要功能包括电控模型管理、现场拓扑管理及设备电管理等。
视频跟踪监控平台：视频监控平台为整个实验室提供7*24小时无人值守现场监控，确保开放式环境下实验室的安全。主要功能包括实验室实时监控管理、实验室视频监控历史数据管理、视频监控云台管理及实验关键过程视频监控等功能。
三、“五维开放”模式可行性分析
为了便于科研院所提升现有实验室的服务能力和服务水平层次，解决上课时间之外实验室的使用问题、解决校内外非实验室工作人员使用实验设备的问题、解决实验内容难以共享问题，最终实现二十四小时无人值守下的时间开放问题、空间开放问题、解决对所有有资质用户的用户开放问题、解决高层次实验内容开放共享问题及解决试验过程全流程可运营可管理的过程开放问题。综合考虑我校科研院所的日常工作情况，对本系统的开发可行性进行了如下分析：
（一）技术可行性
（1）操作可行性分析：本系统面对的使用人群是科研院所人员，这些人员用户数较多，登录频繁，并不经常的使用此系统，所以尽量的减少系统学习时间，尽可能的进入系统后，通过系统指引和简单的菜单目录结构，便能方便的操作。
（2）权限可行性分析：使用角色进行权限分配管理，为了使系统易于权限管理和控制，引入角色概念，便于授權，简化了权限分配工作强度。
（3）实施可行性分析：批量的数据管理功能，在单条数据录入的功能实现的同时，系统提供了前台的批量数据管理功能，减轻系统初始上线工作，通过批量的初始化功能，可以轻松实现系统上线，提供外部Excel导入的功能。
（4）业务可行性分析：系统开发时应考虑到科研院所工作流程的特性，实现实验室管理的业务流程，使用同一系统即可完成上下级间的信息传递。
（5）安全可行性分析：本系统的使用者为科研院所和校外的工作人员，系统中记载的信息也应严格保密，因此，应针对不同级别的使用者限定操作权限，并对自动记录系统用户的登陆、修改、退出等操作信息。
（6）兼容性可行性分析：系统应具备高的兼容性，既要能适应不同配置的电脑，还需要能与各种基本程序与软件兼容，从而实现信息共享最大化。
（7）容错可行性分析：应具备高的容错性，在出现系统崩溃的情况下能够通过采取有效措施来保证系统的持续运行和系统内数据的准确。
（二）经济可行性分析
本模式建立的开放体系，不仅可以提升设备利用率，降低人员成本，而且通过开放，可以实现自盈利能力，最大化提升设备的投资效益。
（三）政策可行性分析
贯彻落实党的十九大和国家、内蒙古自治区《中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》精神，根据《教育部关于全面提高高等教育质量的若干意见》中都明确提出了高校实验室建设、设备采购特别是大型仪器设备的采购要统筹兼顾，提升设备利用率，研究好的开放式设备预约服务体系，更好的为教学、科研及社会服务服务。
从技术可行性、经济可行性到政策可行性进行了深入分析，可以看出建设五维实验室开放服务体系具备良好的经济、技术和政策可行性支持。
四、总结
本文提出了“五维开放”实验室管理模式，实现了时间开放、空间开放、对象开放、内容开放及过程开放，提高了设备利用率，解决了重复购置问题。将实验教学管理、实验过程管理及实验结果管理实现流程化管理，即具备了传统的实验教学管理功能，又具备了开放实验室管理的功能。方案采用标准接口，具备与第三方系统无缝对接能力，为我国高校实验室开放共享提供了可行性的解决方案。
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项目支持：内蒙古农业大学2017年教育教学改革研究重点项目-高校实验室“五维开放”管理模式研究与改革支持（项目编号JGZD201709）
作者简介：王步钰（1981.05），男，硕士研究生，甘肃省镇原县 職称：讲师，研究方向：农牧业大数据。
