高校实验室信息化管理平台建设 | 干货分享
随着近年来高等教育事业的飞速发展，各高校实验室及大型仪器设备数量急剧增加，管理难度越来越大。尤其是扩招、校际合并、学校内部推行的各项管理制度的改革，不断增加实践教学的学时比重等，对高校的实验室管理工作不断提出新挑战。但是，管理职能分散，管理基础工作不够规范，安全控制体系尚不完善等现象在不少的学校依然存在。
1、高等院校实验室管理现状分析
1.1实验室管理手段落后
（1）通过调研发现，河南不少地方高校实验室的基本信息收集和管理还处于传统的手工操作，各类归档文件完全靠人工打印纸质文件管理，缺少及时了解全校实验室各类信息的数据平台。如果遇到各类检查或大量基础数据上报时，需要大量的老师重新且重复的收集整理，使日益繁重的日常管理工作变得更加艰难[1]。
（2）目前许多高校教务管理实行“学分制”改革，大量选课任务的开放已经变成常规，然而以前各类实践课的模式是按照班级集体集中上，手工安排实验教学进度，很难实现教务管理的“学分制”要求。为破解实验类课程开放选课的灵活、多变难题，高校管理部门需灵活多变，既要面向教师，又要面向学生，进行多样开放式的实验教学选课管理，与此同时，也要对分门别类的课程实验过程、实验成绩、学生教学反馈信息等加以管理，以加强实践教学管理，提高整体教学质量。
1.2实验室数据共享难
（1）随着实验室管理制度的规范化，部分高校实验室相关业务模块也已逐步建立完善的信息化管理系统，但实验室信息管理系统使用的仍是10年前的老系统，数据之间的融合与共享程度也比较低，未能统一使用，缺少统一的平台规范、业务规范，导致工作重复，效率降低[2]。
（2）各类实验仪器设备在购买及使用过程中没有及时建立开放查询的信息库，不利于后续各管理部门了解这些基本数据信息；实验室仪器设备从购买-领用-调动-报修-报废处理各阶段，仍处于人工手动管理，过程繁琐，容易出现纰漏，不易倒查溯源，加大国有资产设备流失的风险。
1.3实验室利用率低
（1）目前许多高校课程实践采用课程内实验+集中实践的形式。从使用手工表格统计实验室使用情况来看，课内实验普遍停留在课堂讨论、观摩演示为主，很难实现真正进入实验室操作，而课程集中实践实验室利用相对比较集中且存在院系交叉矛盾，平时实验室处于空闲状态，利用率不高。
（2）近年来许多高校陆续建设有国家级省级实验教学示范中心、卓越人才培养基地和卓越工程师培养基地等大型实践教学项目。一端是实验室建设项目投入的不断加大，另一端是部分实验室仪器设备存在长时间闲置状态，此情况造成了实验室设备资源的浪费，不利于高校实验室良性健康发展。
1.4实验室开放管理不到位
（1）目前许多高校由多个校区构成，各实验室分布于多个校舍，实验室主管部门和实验室之间缺少协作通道，很多管理措施无法快速下达，实验课教师和学生在课上课下也缺乏有效的信息沟通渠道。为破解这一难题，高校急需建立基于校园网络的信息共享和信息沟通渠道，打通沟通壁垒，节约工作时间，提高效率。
（2）在对许多高校实验室日常调研中发现，实验室开放程度仍然不够。无论是覆盖面还是开放的管理都需要进一步加强。对学校实验室开放管理规定执行不到位，学生在课余时间走进实验室的机会较少，制约了研究性学习活动的开展。
2、高校实验室信息化管理平台构建的原则
2.1 实用性原则
系统设计的源头是需求。该系统能够满足业务功能需求，适应业务角色特点，做到系统界面友好、简洁，使用简单、实用、人性化[3]。
2.2 扩展性原则
系统架构设计时，对未来技术架构的发展进行思考，充分考虑未来的扩展性的要求，能够满足很好的兼容未来的扩容能力、信息增长、业务发展的需要。
2.3 先进性原则
高校实验室管理与服务平台的设计采用先进的微服务应用理念、先进的信息化技术、先进的规范。高校实验室信息化平台设计上充分考虑整个架构体系软硬件的需求，符合当下信息技术的潮流，系统设计保持具有前瞻性、先进性。
2.4 稳定性原则
系统设计要具有防病毒感染、防黑客攻击等各项安全保护措施，同时具有高度的保密性。系统对接的用户和设备，有严格的认证把控条件，保证接入门户绝对的安全性。对重点设备、核心数据、主要程序模块采取备份、冗余措施，具有一定的容错和系统恢复能力，确保本系统长期、有效、正常运行。
3、高校实验室信息化管理平台的设计与构建
3.1设计思路
高校实验室信息化管理平台的整体建设规划，充分把握新一代信息技术的纵深发展，为高等教育事业提供面向服务、高效使用、有效决策的实验室管理信息化服务。整体设计架构采用“大平台+微应用”的思想，来搭建规范、高效、灵活的实验室业务管理活动。大平台指高校实验室管理与服务平台，它是融合工作平台和门户的“一站式”管理平台。微应用指高校实验室管理与服务平台的所有应用，主要包含实验室综合管理系统、实验室信息门户管理系统、安全检查管理系统、实验室开放管理系统、大型仪器设备共享平台等。
3.2平台的构建
高校实验室管理与服务平台体系架构主要包含感知系统层、通信网络层、支撑服务层、应用平台层。
（1）感知系统层，通过传感器进行设备状态和环境感知，类似人类神经末梢，具有触觉、视觉、听觉、运动神经，能够进行实时响应并反馈。
（2）通信网络层主要作用是通过收集并汇总感知系统层的数据进行转换、处理、转发，是作为感知系统层与物联平台层的重要枢纽。
（3）支撑服务层，主要包含微服务架构层和物联平台层。微服务架构层主要实现对服务的注册、安全、治理、负载均衡等服务；物联平台层是将通信网络层的数据进行交换、挖掘、分析、可视化展示的物联设备管理平台，在体系架构中起到了重要作用。
（4）应用平台层主要含有实验室各业务应用服务、终端服务、门户服务、接口服务等，作用于对支撑服务层的数据进行使用、存储、分析，对数据进行直观的展示，服务于实验室的信息化管理。
3.3平台各子模块的搭建
（1）实验室综合管理系统：该系统原理是通过对实验室基础数据和基本业务的信息化管理，实现实验室数据的收集、整理、共享。其核心包括建立实验室基本信息体系，将管理行为落实到具体的单元数据；高校实验室主管部门和实验室二级部门使用相同基础数据，实现分级审核管理；将实验室日常管理业务转移到网络中线上处理，为二级实验室部门提供更好的管理服务。
（2）实验室信息门户管理系统：该系统实现实验室信息门户的建设，使实验室管理人员、教师、学生、公众等人员可以快速进入平台通道，使分散的各个应用系统和信息资源达到最大化聚合，从而实现各种应用系统、结构化数据资源、非结构化文档和互联网资源的无缝接入和集成。同时，实验室信息门户管理系统作为实验室的开放的门户网站，也是对内发布新闻和公告、对外展示形象、介绍实验室相关内容、探讨学术、解决问题等内容的平台。
（3）实验室安全检查管理系统：实验室安全检查管理系统具备先进的智能安检系统，它以移动设备为安全检查工具，以PC端为检查结果查看和安全整改结果上传平台，用于实现高校实验室安全检查的各项工作开展，从而保证实验室环境的预警。利用实验室安全检查系统可以进行无纸化安全检查以及实现检查数据信息化、长存化。此外利用闭环安全检查运行模式，通过闭环检查流程能够有效地使整个安全检查结果更加高效，以及在检查过程中避免出现纰漏。
（4）实验室开放管理系统：该系统搭建实验室共享平台，有效解决了当前实验室利用效益低，对内对外未能实现全面共享的现状，实验室开放管理系统支持实验室仪器开放、实验室设备开放、学生自主训练开放、实验项目开放等多种开放模式，有实验室使用需求的人可在前台网站查询各类开放实验室情况，并进行预约申请。
4、结语
目前深度学习的流行，其实仍然是得益于大数据和计算性能的提升。但是却也遭受着计算能力和数据量限制的瓶颈。针对数据量的需求，还能够利用调整或者变更模型来缓解，但面对计算力的挑战，却没有捷径。FPGA解决了传统PLD资源有限的劣势，又克服了全定制的电路较死板的缺点[10]。随着FPGA器件和云端部署等技术的发展，内存带宽已经逐渐不再是DNN的算力瓶颈，取而代之的是单周期可以完成的乘加操作数量，这些都使得FPGA在未来的AI领域中，能够发挥它最大的优势，推动科技的进步。
作者：河南财经政法大学、河南水利与环境职业学院(谢强、张丹丽)
文章来源：实验室学苑
