浅析人工智能技术在高校实验室管理中的应用

随着教育改革的不断深入以及社会对创新型、技能型人才需求的增加，高校实验室在建设规模、仪器设备和实践性教学安排等方面的投入不断加大，为高校培养社会适用型人才发挥了重要作用。在满足教学实践需求的同时，高校实验室也承担了繁重的科研任务，因此传统人工管理模式很能适应新的管理要求。实验室运行时间和仪器使用频度的增加，以及管理人员不足等因素，不但带来管理效能的降低，也带来了各种安全隐患。建立创新型、开放型、资源共享型的中心实验室，采用人工智能技术进行科学管理，成为高校实验室发展的必然趋势。

一、高校实验室运行现状及其存在的问题

目前，大部分高校实验室都对仪器设备进行了大量投入，也制定了相应的管理规章制度，加强了实验室的日常管理。但实验室运行、仪器的管理、使用和维护，仍然沿用传统的人工管理模式。

（一）固定时间的实验室开放模式

中心实验室以及教学实验室通常设置固定的开放时间。教学实践或公共平台的大型仪器的使用必须在规定时间内完成。随着创新型教学模式的拓展，以及教学实践的多元化，如创新课题、个性化教育和研究性学习等，使得实践内容、形式和时间的灵活性增强。预约登记虽然可以控制平台或仪器的有序使用，但实验过程中诸多不确定因素会导致平台管理失控，从而影响实验进度和效果。此外，固定时间的实验室开放模式往往会导致实验平台和仪器的使用效率较低。

（二）仪器设备操作不规范导致维修成本的增加

高校实验室中仪器不规范使用引起的损坏现象越来越严重。大型仪器设备价格昂贵，少则数十万，多则数百万，维护和运行成本较高。一旦损坏，维修费用大、修理周期长，进而影响实验进展，主要原因：一是培训不到位，学生操作不当；二是未经培训的流动学生或实验人员增加；三是仪器的使用环境不达标，如温度、湿度、压力等。

（三）缺乏实验过程的监督管理及评价

教学质量管理部门需要随时了解师生出勤和实验室教学情况，对教学实验过程做出质量评价；设备管理部门也需要动态了解实验室运行、仪器设备的使用等情况。如果缺乏智能管理系统，往往出现补台账、补记录等情况，很难做出客观评价。

（四）存在安全隐患

虽然各高校严抓实验室安全管理，配备有各种安全设备，但由于学生人数增加、仪器设备频繁使用以及管理人员疏忽等，安全事故屡有发生，其中包括用电、药品试剂、压力容器等操作不当引起的爆裂和爆炸等人身伤害事件。因此，采用更加现代化的人工智能技术，加强高校实验室管理，可以有效降低安全事故的发生率。

二、高校实验室管理中人工智能技术的应用模式

人工智能（Artificial Intelligence）是采用计算机技术、网络技术、信息处理技术、认知科学、语音科学等多学科知识，使机器模拟人的思维、学习和行为等的一种技术。目前，人工智能已经广泛用于医疗、军事、无人驾驶、仓储运输、文化事业和高等教育等多个领域。高校实验室加强人工智能管理，可以提高实验室的管理和使用效率，从而促进专业和学科的发展。

1.智能化的实验室管理控制系统。安装感应式身份识别系统是高校实验室不间断运行的前提条件。原有读卡式门禁系统是目前高校实验室普遍采用的身份识别系统，包括读卡器、感应卡、门禁控制器、通讯转换器、电脑管理软件、开门按钮、电锁、消防联动及报警扩展、电源等。实验人员只需通过授权的校园“一卡通”，即可进入实验室。经管理人员在教学时段或预约时间内授权，实验人员方可进入，管理系统软件同时会自动登记进入人员的名单和出入时间。随着人脸识别系统技术的完善，读卡式门禁系统逐渐被人脸识别门禁系统取代。人脸识别门禁系统只需输入使用者身份信息，通过人脸识别即可进入实验室。而使用者身份信息可直接与学校人员信息系统相连，这样可以避免校园卡的丢失、损坏以及相互借用等造成的不便。此外，感应式身份识别系统可以应用于大型仪器的使用。通过身份识别系统，联动仪器电源控制器，接通仪器电源。电脑软件可以及时记录使用者详细信息、仪器使用状态和时间等。

远程视频监控系统由摄像头、语音提示器、通讯模块和管理服务器等组成，用于实验室须知提醒、远程指导和监督、教学质量检查等，还可以提供教学实践回顾。

2.高校实验室智能管理软件系统。建立实验室资源管理软件系统，可以提高实验室资源管理效率，其中包括：实验仪器分类和档案建立；教学实验和承担项目信息；药品和易耗品的存储消耗信息；实验室管理人员相关信息等。

建立和完善实验室开放预约系统，是提高平台及仪器使用效率的关键。网上预约系统包括使用者信息、使用日期、使用时间段；仪器设备使用权和操作资格；操作培训考核；审批人；预约取消通知等。管理员审批后，使用者方可进入实验室使用。

3.构建示范中心资源共享平台。示范中心资源共享平台的建设，不但使有限的优质实验教学资源得到充分利用，而且可以使不同专业、不同学科的科研人员取长补短、相互交流、增进感情，学生也可以有机会在不同实验室学习，提高实验技能。参与共享的资源包括：仪器设备、师资队伍、教学方法和管理制度等。

共享平台的实现依托中心与中心之间、学院与学院之间的资源整合。通过建立示范中心开放、示范中心管理、仪器设备、实践教学四个模块，对共享平台资源进行管理。将各中心实验室管理控制系统和智能管理软件系统的权限进行合理分配，可以最大限度地整合学校实验教学资源。

三、人工智能技术在高校实验室管理中的应用展望

人工智能技术在语音识别、计算机视觉、数据处理、互联网与云计算等应用中日趋成熟，也彻底改变了传统的实验室管理体制，提高了高校实验室的管理效率。随着人工智能技术的发展，智能机器人的应用将越来越普及，并在实验技能培训中得到广泛应用，高校实验室将最终实现无人化管理；实验室也将根据培养目标和社会需求，对学生实行多种技能的个性化培养，创新了人才培养模式；严格的过程管理、健全的安全管理措施，可以使实验室的事故发生率减少到最低程度；实验室不间断开放模式，以及高效的运行机制，可以使学生的自主学习能力、创新能力不断提高，也可以让科研人员的研究水平不断提升。

总之，改革高校实验室的传统管理模式，建立智能化的管理新模式，促进创新人才的培养，是推动学校专业和学科发展的重要举措。

来源：实验室技术与管理研究