安全工程實驗室信息化平臺創(chuàng)建思考

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摘要：本文主要介紹了北京科技大學(xué)安全工程的實驗室信息化平臺建設(shè)的三大模塊：硬件基礎(chǔ)的建設(shè)、軟件基礎(chǔ)的建設(shè)、實驗室管理系統(tǒng)。這三大模塊可以克服傳統(tǒng)的實驗教學(xué)過程中實驗設(shè)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(xué)習(xí)興趣不能充分調(diào)動的弊端。該平臺目前正處于提高發(fā)展階段，還需要進行不斷完善和改進。

關(guān)鍵詞：安全工程；實驗教學(xué)；信息化平臺

一、引言

安全工程專業(yè)的實驗教學(xué)主要分為理論教學(xué)和實驗教學(xué)兩個部分，目前傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式大都是以老師為主體，導(dǎo)致學(xué)生缺乏自主性。傳統(tǒng)的實驗教學(xué)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(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新性思維；②問題不能及時地向老師反饋，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率不高；③實驗設(shè)備使用率低。北京科技大學(xué)安全系針對傳統(tǒng)教學(xué)弊端不斷改進教學(xué)模式，當前開展的安全工程實驗室信息化平臺建設(shè)就是安全系實驗教學(xué)的一大成果。此平臺克服了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)問題，學(xué)生可以預(yù)約創(chuàng)新項目實驗、在線交流學(xué)習(xí)問題，提高了學(xué)習(xí)興趣和效率。

二、安全工程實驗室信息化平臺內(nèi)涵

安全工程實驗室信息化平臺是指：以安全工程專業(yè)為根本，在現(xiàn)代先進管理理念的指導(dǎo)下，依托信息技術(shù)，融合實驗各要素（實驗者、實驗設(shè)備、實驗環(huán)境），從而提高試驗資源的利用率和教學(xué)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(guān)要素搬到互聯(lián)網(wǎng)上，利用網(wǎng)絡(luò)的便捷性提高學(xué)生的學(xué)習(xí)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(fā)管理和有效利用，實驗教學(xué)的信息化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)化管理不是靠簡單的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和技術(shù)產(chǎn)品的堆積就能實現(xiàn)的[3，4]。因此，信息化建設(shè)要軟硬兼?zhèn)?，既重視硬件的管理使用又要開發(fā)利用軟件資源。信息化建設(shè)要面向?qū)嶋H應(yīng)用，正如實踐是驗證真理的唯一標準一樣，只有不斷地被應(yīng)用才能了解存在的缺陷，才能使信息化建設(shè)具有可持續(xù)發(fā)展的動力，才能促進信息化建設(shè)的規(guī)范管理、保持系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)的及時更新。

三、實驗室信息化平臺建設(shè)

實驗教學(xué)中心以實驗課教學(xué)為核心，實驗課教學(xué)和實驗室管理一體化。應(yīng)當把實驗教學(xué)信息化與實驗課教學(xué)流程和實驗室管理流程緊密地聯(lián)系起來，形成一個整體，才能真正實現(xiàn)信息化。我校安全工程實驗室信息化平臺建設(shè)包括3方面內(nèi)容：硬件基礎(chǔ)的建設(shè)、軟件基礎(chǔ)的建設(shè)、實驗室管理系統(tǒng)。

1.硬件基礎(chǔ)的建設(shè)。實驗室的硬件系統(tǒng)包括實驗設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)兩大部分。我校安全工程的方向是礦山安全，所以開設(shè)的大部分實驗都是與礦山相關(guān)的，如安全人機實驗、旋風(fēng)除塵實驗、粉塵分散度實驗、通風(fēng)機性能試驗、煤自然發(fā)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(nèi)人體二氧化碳代謝規(guī)律實驗、20升球形爆炸測試等。實驗室的設(shè)備主要有SYP1001-2開口閃點和燃點試驗器、粉塵發(fā)生器、除塵器、通風(fēng)機、20升球形爆炸測試系統(tǒng)等，為搭建實驗室信息化平臺奠定了基礎(chǔ)。學(xué)校的公共信息服務(wù)體系為信息化提供了必要的基礎(chǔ)和條件：它可以將中心的辦公室及實驗室接入校園網(wǎng)；可以提供基于校園網(wǎng)的WWW服務(wù)、電子郵件服務(wù)、FTP服務(wù)、VPN服務(wù)；提供辦公自動化系統(tǒng)、教務(wù)管理信息系統(tǒng)資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)等。在驗室的設(shè)計中，充分融入數(shù)字化校園的設(shè)計理念，實驗中心的網(wǎng)絡(luò)化底層設(shè)計實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)寬帶百兆到實驗室、十兆到實驗裝置，并設(shè)計了強電中心對每個實驗室的強電實現(xiàn)遠程控制，各弱電中心可對每個實驗室進行門禁管理、監(jiān)控及答疑交流。

2.軟件基礎(chǔ)的建設(shè)。軟件基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)主要是信息資源的建設(shè)，信息資源是指教學(xué)資源和學(xué)生實驗過程與實驗結(jié)果的集合體。在建設(shè)信息化平臺的過程中，為了學(xué)生方便查找相關(guān)的信息資源，我們初步構(gòu)建了分類清晰明了的建設(shè)框架。在此框架下我們可以實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)活動以及各種資源的融合，同時設(shè)計了學(xué)生和教師同時登陸的界面，這樣可以充分地適應(yīng)開放式創(chuàng)新性實驗教學(xué)的信息資源建設(shè)規(guī)劃，充分地發(fā)揮更好的教學(xué)功能。軟件基礎(chǔ)的建設(shè)分為網(wǎng)絡(luò)資源和實驗室建設(shè)資源兩大模塊。網(wǎng)絡(luò)資源包括綜合共享信息子系統(tǒng)、實驗課件子系統(tǒng)、實驗知識拓展子系統(tǒng)、實驗軟件子系統(tǒng)4個部分，實驗室建設(shè)資源包括儀器資料庫子系統(tǒng)和師生互動子系統(tǒng)。實驗室綜合共享信息子系統(tǒng)主要內(nèi)容包括實驗室發(fā)展歷史、實驗室規(guī)模、實驗室可承擔的實驗項目、師資隊伍、管理模式和建設(shè)特色等。實驗課件子系統(tǒng)將實驗教學(xué)課件按照實驗?zāi)康?、實驗原理、儀器介紹、數(shù)據(jù)結(jié)果測評、實驗反饋與實驗總結(jié)、實驗多媒體演示等幾部分進行設(shè)計，為學(xué)生提前預(yù)習(xí)提供了有用的資料；實驗知識拓展子系統(tǒng)如逸聞趣事、日?，F(xiàn)象、工程應(yīng)用等；儀器資料庫子系統(tǒng)包括儀器設(shè)備的介紹、運行歷史、運行環(huán)境、可能出現(xiàn)的故障及解決辦法、儀器設(shè)備的服務(wù)性信息；師生互動子系統(tǒng)，學(xué)生可以把做實驗過程中的疑惑直接留言，留言信息可以設(shè)置公開性；實驗軟件子系統(tǒng)是指常用的軟件如FLUENT、ACCESS、CAD、FLAC等，對一些特定軟件要設(shè)置權(quán)限，只有登錄此系統(tǒng)才能使用。

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

（1）刷卡認證系統(tǒng)。刷卡認證系統(tǒng)與學(xué)生網(wǎng)絡(luò)選課開放管理系統(tǒng)的鏈接，實現(xiàn)了遠程預(yù)約、門禁派位、電源控制、實驗日志等一體化管理功能。學(xué)生預(yù)約實驗內(nèi)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(tǒng)進入實驗室。由于是在預(yù)約的時間內(nèi)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(xiàn)。同時通過刷卡記錄老師可以查看學(xué)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(xué)生刷卡時，刷卡系統(tǒng)會顯示實驗名稱、指導(dǎo)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(tǒng)，主管理系統(tǒng)接通該實驗位的電源。實驗的過程中，實驗數(shù)據(jù)、實驗現(xiàn)象要及時地記錄在電腦上，遇到問題時學(xué)生可以實現(xiàn)教師、學(xué)生和信息化平臺三方交流。實驗結(jié)束后刷卡離開，電源自動切斷，在線生成實驗日志。

（2）創(chuàng)新性實驗系統(tǒng)。創(chuàng)新性實驗系統(tǒng)主要是針對學(xué)生的創(chuàng)新性想法自主實驗或者自然基金項目所需的實驗而設(shè)置的系統(tǒng)。在此系統(tǒng)下，學(xué)生需要提前提交實驗申請，寫明欲做的實驗名稱、實驗?zāi)康?、實驗過程、實驗的指導(dǎo)者、實驗儀器、可能出現(xiàn)的實驗現(xiàn)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(xué)生就按照常規(guī)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(guī)章制度，試驗結(jié)束后協(xié)同老師共同完成實驗設(shè)備的資料庫的建設(shè)；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(xué)生實現(xiàn)創(chuàng)新性想法。到目前為止信息化平臺成功承擔的創(chuàng)新性實驗有浮煤自燃循環(huán)系統(tǒng)形成和演化規(guī)律的數(shù)值模擬、三態(tài)耦合對循環(huán)系統(tǒng)的控制作用的數(shù)值模擬、固態(tài)干冰材料防滅火性能實驗、固態(tài)碳酸氫鈉材料防滅火性能實驗、黃泥漿中水土比例優(yōu)化實驗和三態(tài)材料性能優(yōu)化實驗等，國家自然科學(xué)基金項目有溶解酯化煤體瓦斯機理研究。

（3）評價系統(tǒng)。在實驗室的管理系統(tǒng)中，還設(shè)置了評價系統(tǒng)，不但要求學(xué)生對老師授課內(nèi)容、授課狀態(tài)等進行評價，還要求教師對學(xué)生進行評價，如學(xué)生是否進行了預(yù)習(xí)、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(tǒng)在學(xué)生的成績和優(yōu)秀教師評定中將占有一定的比重。

4.建設(shè)過程中存在的問題。在信息化平臺的建設(shè)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(tǒng)還只是針對實驗的結(jié)果進行的評判，還不能達到對學(xué)生動手實踐能力的綜合考察的目的。

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

（3）學(xué)生的問題有時太過于開放，教師也無法給出預(yù)期的答案，都需要學(xué)習(xí)加強自身的修養(yǎng)。

（4）實驗室的綜合管理是項十分艱巨的任務(wù)，雖然有各種實驗室的管理手冊和守則，但是違反實驗室規(guī)則的事情時常發(fā)生，要定期開展實驗室使用規(guī)則和安全試驗的宣講。針對這些問題，安全系將根據(jù)本專業(yè)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(jié)語

1.安全工程實驗室信息化平臺的內(nèi)涵是指以安全工程專業(yè)為根本，在現(xiàn)代先進管理理念的指導(dǎo)下，依托信息技術(shù)，融合實驗各要素（實驗者、實驗設(shè)備、實驗環(huán)境、匹配資料、事務(wù)管理），從而提高試驗資源的利用率和教學(xué)科研效率的管理方法。

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

3.實驗室的硬件系統(tǒng)包括實驗設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)兩大部分；軟件基礎(chǔ)的建設(shè)分為網(wǎng)絡(luò)資源和實驗室建設(shè)資源兩大模塊；實驗室管理系統(tǒng)包括刷卡認證系統(tǒng)、評價系統(tǒng)、創(chuàng)新性實驗系統(tǒng)三大系統(tǒng)。

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

參考文獻：

[1]田曙堅，王巖.實驗教學(xué)中心信息化建設(shè)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(shè)構(gòu)成要素分析[J].信息系統(tǒng)工程，2014，（4）：127.

[3]戴玉蓉，熊宏齊.適應(yīng)開放式創(chuàng)新性實驗教學(xué)的信息化建設(shè)與管理[J].實驗技術(shù)與管理，2008，（10）：13.

[4]韓響玲，李登.以信息化全面推動高校教學(xué)管理改革[J].中國大學(xué)教學(xué)，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(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院