安全工程实验室信息化平台建设

一、引言

安全工程专业的实验教学主要分为理论教学和实验教学两个部分，目前传统的实验教学模式大都是以老师为主体，导致学生缺乏自主性。传统的实验教学模式存在三个弊端：①大部分的实验是验证性实验，不利于培养学生的创新性思维；②问题不能及时地向老师反馈，导致学习效率不高；③实验设备使用率低。北京科技大学安全系针对传统教学弊端不断改进教学模式，当前开展的安全工程实验室信息化平台建设就是安全系实验教学的一大成果。此平台克服了传统的实验教学问题，学生可以预约创新项目实验、在线交流学习问题，提高了学习兴趣和效率。

二、安全工程实验室信息化平台内涵

安全工程实验室信息化平台是指：以安全工程专业为根本，在现代先进管理理念的指导下，依托信息技术，融合实验各要素（实验者、实验设备、实验环境），从而提高试验资源的利用率和教学科研效率的平台[1，2]。简单地讲实验室的信息化平台就是将各种相关要素搬到互联网上，利用网络的便捷性提高学生的学习兴趣和效率、实验室的管理效率。信息化的核心是信息资源的开发管理和有效利用，实验教学的信息化建设和网络化管理不是靠简单的基础设施建设和技术产品的堆积就能实现的[3，4]。因此，信息化建设要软硬兼备，既重视硬件的管理使用又要开发利用软件资源。信息化建设要面向实际应用，正如实践是验证真理的唯一标准一样，只有不断地被应用才能了解存在的缺陷，才能使信息化建设具有可持续发展的动力，才能促进信息化建设的规范管理、保持系统内部数据的及时更新。

三、实验室信息化平台建设

实验教学中心以实验课教学为核心，实验课教学和实验室管理一体化。应当把实验教学信息化与实验课教学流程和实验室管理流程紧密地联系起来，形成一个整体，才能真正实现信息化。我校安全工程实验室信息化平台建设包括3方面内容：硬件基础的建设、软件基础的建设、实验室管理系统。

1.硬件基础的建设。实验室的硬件系统包括实验设备和网络通信系统两大部分。我校安全工程的方向是矿山安全，所以开设的大部分实验都是与矿山相关的，如安全人机实验、旋风除尘实验、粉尘分散度实验、通风机性能试验、煤自然发火程序升温实验、煤的闪点和燃点测定实验、矿用避险空间内人体二氧化碳代谢规律实验、20升球形爆炸测试等。实验室的设备主要有SYP1001-2开口闪点和燃点试验器、粉尘发生器、除尘器、通风机、20升球形爆炸测试系统等，为搭建实验室信息化平台奠定了基础。学校的公共信息服务体系为信息化提供了必要的基础和条件：它可以将中心的办公室及实验室接入校园网；可以提供基于校园网的WWW服务、电子邮件服务、FTP服务、服务；提供办公自动化系统、教务管理信息系统资产管理信息系统等。在验室的设计中，充分融入数字化校园的设计理念，实验中心的网络化底层设计实现了网络宽带百兆到实验室、十兆到实验装置，并设计了强电中心对每个实验室的强电实现远程控制，各弱电中心可对每个实验室进行门禁管理、监控及答疑交流。

2.软件基础的建设。软件基础设施的建设主要是信息资源的建设，信息资源是指教学资源和学生实验过程与实验结果的集合体。在建设信息化平台的过程中，为了学生方便查找相关的信息资源，我们初步构建了分类清晰明了的建设框架。在此框架下我们可以实现教学内容、教学活动以及各种资源的融合，同时设计了学生和教师同时登陆的界面，这样可以充分地适应开放式创新性实验教学的信息资源建设规划，充分地发挥更好的教学功能。软件基础的建设分为网络资源和实验室建设资源两大模块。网络资源包括综合共享信息子系统、实验课件子系统、实验知识拓展子系统、实验软件子系统4个部分，实验室建设资源包括仪器资料库子系统和师生互动子系统。

实验室综合共享信息子系统主要内容包括实验室发展历史、实验室规模、实验室可承担的实验项目、师资队伍、管理模式和建设特色等。实验课件子系统将实验教学课件按照实验目的、实验原理、仪器介绍、数据结果测评、实验反馈与实验总结、实验多媒体演示等几部分进行设计，为学生提前预习提供了有用的资料；实验知识拓展子系统如逸闻趣事、日常现象、工程应用等；仪器资料库子系统包括仪器设备的介绍、运行历史、运行环境、可能出现的故障及解决办法、仪器设备的服务性信息；师生互动子系统，学生可以把做实验过程中的疑惑直接留言，留言信息可以设置公开性；实验软件子系统是指常用的软件如FLUENT、ACCESS、CAD、FLAC等，对一些特定软件要设置权限，只有登录此系统才能使用。

3.实验室管理系统。我校安全工程信息化平台的实验室管理系统包括刷卡认证系统、创新性实验系统、评价系统三大系统。

（1）刷卡认证系统。刷卡认证系统与学生网络选课开放管理系统的链接，实现了远程预约、门禁派位、电源控制、实验日志等一体化管理功能。学生预约实验内容和时间，到实验中心通过校园卡刷卡认证身份，开启实验室门禁系统进入实验室。由于是在预约的时间内做实验，因此可以避免实验仪器被占用而无法做实验情况出现。同时通过刷卡记录老师可以查看学生的出勤率，对于未请假而没有出勤的通过平台给予其提醒。学生刷卡时，刷卡系统会显示实验名称、指导老师、实验者、实验时间、实验台号等信息，然后将信息传输给主管理系统，主管理系统接通该实验位的电源。实验的过程中，实验数据、实验现象要及时地记录在电脑上，遇到问题时学生可以实现教师、学生和信息化平台三方交流。实验结束后刷卡离开，电源自动切断，在线生成实验日志。

（2）创新性实验系统。创新性实验系统主要是针对学生的创新性想法自主实验或者自然基金项目所需的实验而设置的系统。在此系统下，学生需要提前提交实验申请，写明欲做的实验名称、实验目的、实验过程、实验的指导者、实验仪器、可能出现的实验现象和危险性。平台接收申请后需审核，实验室能否承担此实验并评估实验的价值，最后给出审核意见，审批时间不得超过一周。如果审批通过，学生就按照常规的实验流程实验即可，但是实验过程中一定要严格遵守实验室的规章制度，试验结束后协同老师共同完成实验设备的资料库的建设；倘若审批未通过，平台要给出具体的原因，并探索改进的方法，尽量帮助学生实现创新性想法。到目前为止信息化平台成功承担的创新性实验有浮煤自燃循环系统形成和演化规律的数值模拟、三态耦合对循环系统的控制作用的数值模拟、固态干冰材料防灭火性能实验、固态碳酸氢钠材料防灭火性能实验、黄泥浆中水土比例优化实验和三态材料性能优化实验等，国家自然科学基金项目有溶解酯化煤体瓦斯机理研究。