教学开放实验室建设的探索与实践_宋大雷

第30卷第3期实验室研究与探索

Vol．30No．3教学开放实验室建设的探索与实践

宋大雷a ，彭利军b ，王明泉b ，董士军

c

（中国海洋大学a．工程学院；b．国有资产与实验室管理处；c．教务处，山东青岛266100）

摘

要：提出了基于视频监控和指纹门禁的教学开放实验室信息管理系统，设计开发了系统的硬件平台

和软件系统。在此基础上，实现了教学开放实验室环境下，教学实验从实验发布、实验预约、实验审批、实验准备、实验进行、实验报告提交的开放实验室学生实验的新模式。探讨了该平台下教学开放实验室运行与管理机制，构建了基于知识管理和远程指导的实验指导体系，确保教学开放实验室对学生素质的提高和拔尖创新人才的培养发挥积极有效的作用。

关键词：开放实验室；指纹门禁；视频监控；知识管理；5S 管理中图分类号：G 420

文献标志码：A

文章编号：1006－7167（2011）03－0338－04

Practice and Exploration on the Construction of

Opening Teaching Laboratories

SONG Da-lei a ，PENG Li-jun b ，WANG Ming-quan b ，DONG Shi-jun c （a．Engineering College ；b．Department of State-owned Assets and Laboratories ；c．Office of Educational Administration ，Ocean University of China ，Qingdao 266100，China ）

Abstract ：An open laboratory management information system based on fingerprint access control and video surveillance was provided．A hardware platform was designed and software system was developed．A new experimental model from experiment issue ，reservation ，approval ，preparation ，proceeding to report submitting was realized based on this platform．The operation and management mechanism of open laboratory were discussed ，and the remote experimental guidance system based on knowledge management was constructed to develop a positive effect in improving the comprehensive quality of students and cultivating the innovative talents．

Key words ：open laboratory ；fingerprint access control ；video surveillance ；knowledge management ；5S

收稿日期：2010－12－27

作者简介：宋大雷（1971－），男，黑龙江哈尔滨人，博士，副教授，自动化实验中心主任。

Tel．：0532-********；E-mail ：songdalei@ouc．edu．cn

0引言

“国家中长期教育改革和发展规划纲要”中明确

把提高教育的质量作为教育改革和发展的核心任务。培养高素质专门人才和拔尖创新人才已成为高等教育成功与否的重要标志。创新之根源于实践，而实践的基础在于实验室。实验室是高等学校实施素质教育、培养学生创新精神与实践能力的重要基地。实验室在时间上、人员上、实验内容上的开放不仅可以充分发挥实验教学资源的效益，如一些实验室因经费问题造成

实验设备台套数不足，通过开放由学生自主选择实验

室时间，从时间上弥补实验设备数量的不足，挖掘潜力，增加实验室设备的利用率；通过实验室的开放更重

要的是可以有效开展综合性、

设计性和创新性的实验项目，有效的培养学生实际动手能力和创新精神

［1-5］

。

实验室的开放也带来了实验室运行和管理的新问题：学生通过何种手段实现自主实验时间段的选择并

顺利进入实验室进行实验？实验室管理员在开放条件下如何对实验室的设施、设备、工具、耗材等实施有效的离线管控？指导教师如何对实验进行离线或远程指导，确保实验质量？这些都是建设教学开放实验室不

能回避且必须解决的问题［6-9］

。为解决上述问题，我们构建了基于视频监控和指纹门禁的教学实验室信息

管理系统。

第3期

宋大雷，等：教学开放实验室建设的探索与实践

1系统构成

基于视频监控和指纹门禁的教学开放实验室信息

管理系统的结构如图1所示。

整个系统由中心机房及其监控管理下的各个实验室和实验大楼的楼门，以及远程登录的客户端构成。中心机房有2台服务器，分别作为主服务器和视频监控服务器。监控和管理的区域安装指纹门禁系统和视频监控系统。

学生通过连接校园网的任一电脑访问实验室管理信息系统网站，查询实验项目、预约实验时间、查看实

验状态、提交实验报告、进行留言等操作。

实验室管理员通过实验室信息管理系统审批学生

的实验预约，对允许进入实验室的学生的指纹进行管理，调看实验室历史记录等操作。

指导教师通过实验室信息管理系统进行实验项目计划的发布，查看回复学生留言，审阅学生实验报告，实时调看实验室视频图像等操作。

系统管理员可以通过中心机房的系统管理员客户端对系统进行设置和维护、设置用户权限、指纹信息的管理等操作

。

图1基于视频监控和指纹门禁的教学开放实验室信息管理系统结构图

2指纹门禁与视频监控

实验室的房门不采用钥匙控制，如果采用钥匙，实

验室管理员必须在有学生实验时就得在场。若学生选择非工作时间进行实验，实验室管理员也得亲自来开门是不现实的。如果委托其他人开门，钥匙外借，又存在风险。本系统采用指纹门禁，

对学生出入进行管理。指纹识别技术要比其它生物识别技术更安全和方便，人的指纹具有唯一性、不变性以及贴身性的特点，而虹膜门禁尽管技术先进，但价格较高，不适合本系统采用。校园一卡通虽然也是可以作为学生出入实验室的

识别手段，

但是一卡通不具备贴身性的特点，无法杜绝学生间相互借用的情况。

本系统对指纹门禁进行设置，设定只有实验的

学生，在所申请的实验时间段内可以通过指纹进入实验室，实验时段之后，无法用该指纹进入实验室。另外，为保证有实验的学生夜间仍能进出实验室大楼，实验室大楼的大门口安装防水防尘等级为IP65

的户外型门禁识别系统，以方便学生在夜间进出大楼，使实验室真正做到24h 开放给学生使用。

视频监控在实时模式下可以在线实时监控实验室，

方便实验室管理员或指导教师远程了解实验室及学生的实验情况；在移动侦测模式下，如果有人在无人时段进入实验室，将自动将实验室的视频图像进行存储，以便以后查看历史视频，实现问题追踪。

3教学开放实验室实验模式

基于视频监控和指纹门禁的教学开放实验室信息

管理系统下的实验模式，

不同于以往排定实验课时，由实验室管理员开门，教师指导教师在场的实验模式。

依靠信息平台，学生实验的具体流程如图2所示。通过上述过程，以实验室管理系统的为信息平台，学生可以实现自主选择实验时间，从而使实验室全天候的开放给学生使用，又能在指导教师、实验室管理者的有效监督和管理下运行。

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实验室研究与探索第30

卷

图2网络信息环境下教学开放实验室实验流程

4教学开放实验室的运行管理机制

4．1教学开放实验室的“5S”管理

教学实验室开放给学生、教师或管理人员在非工作时间一般不在实验室进行直接管理，实验室内的设备、设施、工具、耗材如果不实施有效的管理，学生素质不能有效的提升，必将会造成开放实验室运行和管理的混乱，影响正常的实验教学工作，因此，教学开放实验室有必要引入“5S”管理。

“5S”是整理（Seiri，日文译音，下同）、整顿（Seiton）、清扫（Seiso）、清洁（Seikeetsu）和素养（Shitsuke）这5个词的缩写。开展以整理、整顿、清扫、清洁和素养为内容的活动，称为“5S”活动。“5S”活动起源于日本，并在日本企业中广泛推行，第二次世界大战后，其产品品质得以迅速地提升，奠定了经济大国的地位，“5S”管理逐渐被各国的管理界所认识。随着世界经济的发展，5S已经成为现场管理的一股潮流。

“整理”是5S的第一步，是将物品区分为有必要与没有必要的，除了有必要的留下来以外，其他的都清除或放置在其他地方。其目的是腾出空间，防止误用。当教师不在开放实验室时，学生因为初次实验，往往对实验物品不能准确辨识，如果物品摆放混乱不进行整理，会造成学生误用实验用品情况。

“整顿”是把留下来的必要用的物品定点定位放置，并放置整齐，必要时加以标识。它是提高效率的基础。其目的是使实验室场所一目了然，消除学生找寻物品的时间，并创造整整齐齐的实验环境。

“清扫”是将实验室的实验场所及实验用到的设备用具清扫干净。保持实验室干净、亮丽。其目的是使学生保持良好情绪和心情，稳定的进行实验。

“清洁”是将整理、整顿、清扫进行到底，并且制度化，公开化，透明化。从制度上要求进入开放实验室的学生在实验结束后要将使用后的物品放回原处，摆放整齐，倒掉实验的垃圾，进行清扫后方可离开实验室。其目的是培养学生遵守规则的意识和习惯。

“素养”是要每名进入开放实验室的学生养成良好的习惯，并严格遵守规章制度做事，培养主动积极的精神。其目的是培养学生的好习惯，提高自身素质。这是在教学开放实验室中推行“5S”管理的核心。开放实验室的建设着眼于提高学生的素质，才能使实验室真正持久的开放下去。

可以看出，“5S”管理一方面培养了学生良好的自身素质，另一方面又创造出无人值守的实验环境来，是教学开放实验室运行和管理的基本保障。

4．2Helpdesk支持机制

教学实验室开放后，学生进入实验室会遇到这样那样的问题，如：门打不开、实验工具找不到，缺少实验器材等问题，需要进行求助，因此，有必要建立一套开放实验室的Helpdesk支持机制及时响应学生的求助请求，确保实验正常进行。可以采用值班电话的方式，Helpdesk号码公示在开放实验室，工作时间内由实验室管理员接听，非工作时间则呼叫转移到值班教师的手机上，以便第一时间响应学生的请求。

4．3事故追溯机制

开放实验室的运行中不可避免地会发生一些状况或事故，此时可以通过调看视频监控的历史图像，指纹门禁的历史记录等，对事故发生的过程进行追溯，以便查找原因，进行必要的处理，提出预防和纠正措施。因此，需要视频图像和指纹记录保留至少1年，以便意外发生时对事故进行追溯。

4．4安全应急预案

一些实验具有一定的危险性，如强电实验、电机驱动实验等，对于此类实验的审批，应从安全角度进行考虑，尽量安排在工作时间；也不要在某个时间段只安排一个学生进行单独实验，以规避风险。此外，一旦发生情况，如人身事故、失火等，应有安全应急预案，能及时联系学校安全保卫部门进行处理。

5实验指导体系

教学实验室开放给学生后，学生在非规定学时内进行实验，如何确保学生得到有效的实验指导是开放教学实验室要解决的突出问题。此外，学生自主选择实验时间，如果教师有学生实验就进行指导的话，无形中增加了教师的工作量。如何既不过多增加教师工作量，又保证实验教学质量呢？

以实验室信息管理系统为平台，我们提出了一种

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第3期

宋大雷，等：教学开放实验室建设的探索与实践

基于知识管理和远程指导的教师实验指导体系，该体

系的指导模式如图3所示

。

图3基于知识管理和远程指导的教师实验指导模式以上指导模式将“知识管理”的概念运用在开放

实验室的实验指导中，即对每次实验指导的经验通过文本、视频等形式进行记录，并保存于信息管理系统中，供学生进行检索使用，教师不必对同一类问题进行重复指导，

这将有助于减少教师因实验室开放造成工作量的增加［10-16］

。另一方面，教师每次只针对新问题或是更加深入问题进行指导，这将助于提高教师指导

实验的水平，使实验走向深入。指导教师进行远程指导可以通过电话、网络聊天

等工具进行。另外，

移动视频的使用，方便了指导教师进行远程实验指导，教师可以直观地看到学生的实验

现象，

以方便对实验进行分析判断，找到问题的方案，同时，也方便了指导过程的记录，使知识库的资料更加丰富和完善。

6运行效果

基于视频监控和指纹门禁的教学开放实验室信息管理系统自2007年开始，在我校自动化实验中心的机器人创新实验室、电力电子实验室、单片机实验室、检测技术等实验室陆续推行，在工程学院实验楼大门安

装了户外型指纹门禁方便有实验的学生晚间出入，收

到了良好的效果。在提高实验室利用率的同时，学生

素质得到了明显的提高，进入开放实验室的学生，逐步养成了良好的实验作风和遵守实验室规章制度的习惯，学生的实践动手能力得到了很好的训练和提升。学生先后在世界、全国的机器人竞赛、飞思卡尔智能车竞赛、电子设计大赛中各类获奖几十项。其中，包括世界的冠军、全国的冠军、亚军等多项殊荣多名本科生在教学开放实验室的支持下以第一作者在学术期刊上发表了学术论文。开放实验室还支持了多项国家大学生创新计划和10多项学校创新计划的顺利完成。参考文献（References ）：

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