基于区块链原理的高校智能实验室管理平台建设

2023-12-21李江峰张善锋宋国英郑州大学基础医学院

管理学家 2023年18期

关键词：蚂蚁区块实验室

李江峰张善锋宋国英郑州大学基础医学院

王志武郑州大学实验室管理中心

一、区块链的内涵分析

区块链是指运用区块链式数据结构分析利用数据的现代化技术系统，用于查看、存储、计算和更新所需的数据。高校智能实验室管理平台建设大多是利用现代技术，通过自动化脚本解释和管理。

高校智能实验室管理平台建设具有高度的开放性、安全性和可扩展性。区块链技术是互联网时代最常见的应用技术之一，不仅能将数据有效分离和融合，还能帮助使用者扩展信息处理的深度，具有保护隐私和低成本的优点，在教育领域的应用也有着非常大的潜力。

二、高校智能实验室管理平台现状

（一）高校实验室现状

高等教育的转型发展导致大学实验室的变化。从年级到学院，实验室变成了一个集产、教、研于一体的综合型试验场。实验教学从简单的课堂教学转变为基于教学、实践和创造力的多层次教学。

自然实验室大多具备产教研方面的特征，包括教学实验室、科研实验室、虚拟仿真实验室及开放实验室等实验室。高校院系机构的细分及院系科研教学工作的多样化与深入对实验室的功能与管理提出了更高的要求。因此，传统的管理模式已不再能够满足实验室的正常工作以及学生和教师的需求[1]。

部分高校拥有多个实验室管理平台，包括实验室管理系统、设备管理系统、大型公用设施管理系统及废物废液处理系统等，各个学校都有其产品分配系统，然而这些系统无法正常进行数据共享与互动，导致许多“信息孤岛”现象[2]。

一些高校拥有多个校区，不同的学院可以有不同阵营的实验室，但由于缺乏统一的实验室规划与管理，设备及其实验物资被储存在不同的高校智能实验室管理平台，很难实施统一管理。

虽然大型仪器设备的数量在全校仪器设备中的占比不大，但对高校智能实验室的科研教学工作具有十分重要的价值。许多先进的工具和设备分散在不同的实验室，没有配备专业的操作技术人员，使得仪器因操作不熟练而导致使用效率低下。

近年来，参加实验室科研的人数逐年增加，实验内容不断丰富，安全事故也随之增加，使得实验室安全被纳入各高校日常行政工作的重要内容。许多学者也开始了实验室安全方面的研究。其中，利用高校智能实验室管理平台建设加强实验室的日常管理成为热点。

（二）高校智能实验室管理平台建设现状

目前，高校在智能实验室管理平台建设方面虽然开展了一些探索，但依然存在以下问题。

第一，智能实验室管理平台的新技术融入度不够。高等教育机构主要考虑实验培训的基本要求，提供必要的课程，而不是使学生完全学习学术建构的专业知识。传统的管理模式并不能管理实验室和分配资源，因而难以有效发挥实验室的价值。

第二，尚未全面实现资源开发及教学评价等功能。目前，教师对高等教育机构知识管理系统建设的了解有限，学校没有提供相关的核查系统，没有系统的管理方法和实验室数据开发，没有对学生参加考试进行评价等。

三、基于区块链原理的实验室综合管理平台

（一）功能架构

为满足实验室的日常管理需求，实验室综合管理平台主要包括实验教学、设备采购、大型仪器共享、设备资产管理及实验室安全五大功能模块。

第一，实验教学模块。通过实验教学模块，实验管理员可以查询全校实验课程的所有数据，避开节假日调休或突发事件等因素，做好实验课的准备工作。

第二，设备采购模块。设备采购模块包括业务流程、设备项目、投标、合同、补偿和会计。根据系统定义，不同业务功能之间的数据链接只能通过项目演示工具进入申请区域；在提交申请后，系统会自动向有关人员发出有关订立设备合同的通知，最后通知管理人员；在确认合同后，设备供应商可以得到相应的金额。

第三，大型仪器共享模块。为了提高高校实验室仪器的运行效率，可建设大型高校智能实验室管理平台管理仪器。在此基础上，整合学校的仪器资源，例如将价值50 万以上的仪器设备纳入该平台，实施统一管理。通过大型仪器共享模块，网上预约，网上接单，实时更新仪器的运行数据，同时结合学校的财务系统，完成自动缴费和内部转账的测试流程。此模块实现了仪器快捷共享的功能，促进仪器使用效益最大化。

第四，设备资产管理模块。该模块主要用于实验室设备的日常管理工作，包括设备采购、使用、维护保养和费用管理等。将设备纳入平台后，通过对现有设备的使用数据分析，可有效杜绝重复采购、超额预算等情况，利于审计工作的开展，也为后期采购工作的开展提供重要的参考价值。该模块整合日常测试费和日常维护费，结合学校的相关政策，实现结余费用的合理分配。

第五，实验室安全模块。该模块包括安全知识管理、危险资产管理和实验室日常管理三个组成部分。基于安全教育管理的学生访问系统，学员一旦注册，实验室将为每个学员提供安全指示，定期组织课程和培训。仪器设备的日常管理需要管理人员开展定期审查、记录及操作等，对存在安全威胁的实验室实施安全检查并在系统中生成数据，对在检查中发现问题的设备，要通过系统告知老师及学生，保证老师和学生的人身安全。

（二）系统模块分析

根据系统的需求分析，该系统还包括实验室管理、实验室队伍、实验教学、日常办公、实验室评估和系统维护等功能模块。系统是相互连接的，客户机函数是由客户机在端口上运行的用户函数，而服务器上的其他端口是控制系统的“管理员”，不同用户的界面将根据安装的任务而有所不同。

1.实验室管理模块

实验室管理模块介绍实验室的一般信息，如管理机构、基本信息、规章制度、认证信息、基础数据和学生管理等。

管理机构子模块：以列表的方式列出学校实验室的组成，列示实验室名称、负责人、联系电话及管理单位等信息。

基本信息子模块：在实验室中建立学校和办公室的统计数据，以及平台的数量、设施的数量、设备的位置及数量、货物的数量。通过信息小程序，可以看到所有实验室的细节，根据需要统计分析数据。

规章制度子模块：分类列出学校及各实验室的教学管理规章制度，提供标题关键词搜索功能，方便查阅。

学生管理子模块：类数据管理子模块系统是从知识管理系统进入接口的，系统还提供了简单的服务任务，如添加或删除个别类和学生的数据，以及更新类的功能。

2.实验室队伍模块

实验室队伍模块提供了人员基本信息管理、人员工作量统计、实验室人员结构分析、人员岗位职责维护及个人岗位日志管理等功能。

人员基本信息管理子模块：提供服务、观看和检索基本人员信息的功能。

人员工作量统计子模块：员工绩效因用户控件而异，即用户可以在控件允许的空间内简单查看员工的绩效统计。该模块可计算员工负责的项目数、测试科目组数和总课时数。

实验室人员结构分析子模块：按照教育部信息格式，提供实验室人员构成、实验室设施数量、建筑物位置及教学活动统计报告等信息。

人员岗位职责维护子模块：设置通用岗位及各实验室各工作岗位的描述信息。

个人岗位日志管理子模块：管理员在这里管理（包括查看、填充、编辑和删除）其待办事项列表，所有者可以查看其帖子列表，但是无法查看其他所有者的帖子列表。

3.“智能排课”模块的实现技术

实验室是开展科研工作的主要场所，承担着实验教学的重要任务，科学合理地规划实验教学工作也是实验室建设的重要任务之一。为合理高效地完成实验教学工作，可将实验教学排课模块加入智能实验室管理平台建设内容。将科研与教学工作结合起来，不仅可以利用好实验室资源，而且可以提高教学效率。

在排课系统中存在着五个因素，分别是教师、课程、班级、地点和上课时间。在这种情况下，排课的运算法可以描述为给定的某个教师教授课程，要求为课程配置一个合适的地点和时间，班级和授课教师不能在同一个地点或同一时间上课。排课问题的解空间实际上就是教师、班级、课程、时间和地点五个基本因素，满足笛卡尔乘积构成，这样排课问题就变成了在五个基本因素的空间基础上求一个解。在排课算法中，通过均衡化、科学化策略可以保障一门课的时间间隔，杜绝同一门课程连续上，以免影响学生的兴趣培养。

根据蚁群算法的基本思路，选课时，通过记录每只蚂蚁（即学生）在高校智能实验室管理平台的访问情况，比较每次访问的结果，计算最佳的学习方法。一种特殊的方法是给每只蚂蚁一个临时的活动清单。当你离开时，为每个列表选择一个课程，然后写一个课程列表。在构造结束时，比较一下临时蚂蚁的路径，看看能不能找到最近的路径。每次蚂蚁开始新的旅程，其都会重新发布路径，记录航向节点与“”的连接程度。“”中的所有蚂蚁都配有一张数据表，每只蚂蚁都有其信息表。

蚂蚁周游的定义为：在已构造好的排课问题的二部图模型中，所有的蚂蚁都从图表左边的两个部分开始收集其中一个节点，蚂蚁准备完成所有的GLC-tin 课程。当然，在旅程结束时，一些蚂蚁必须留在GPR，在所有的蚂蚁完成它们的旅程后，比较所有蚂蚁的旅行成本，然后计算并选择低成本的方法，即最优选课方案。