数字化技术赋能高校实验室教学管理一体化的路径与实践

引言

高等教育数字化转型加速推进，实验室作为实践教学的核心载体，其传统管理模式面临资源调度低效、安全监管薄弱、教学与管理数据割裂等突出问题，严重制约人才培养质量。依托物联网、人工智能等数字化技术构建教学管理一体化平台，已成为破解上述瓶颈的关键路径。

1. 高校实验室教学管理现状与挑战

1.1 资源分配不均衡

受学科侧重、院系资源禀赋差异影响，实验室硬件投入呈现“冷热不均”：理工科院系精密仪器集中，部分重点实验室长期超负荷运转，而人文社科类实验室设备陈旧、更新滞后；跨学科共享资源因管理权限分割，常出现“有设备无用户”与“需设备无渠道”的双重困境，资源配置效率亟待提升。

1.2 教学与管理数据割裂

实验室教学平台、设备管理系统、科研数据平台多由不同主体开发，数据标准不统一、接口不兼容，形成“信息孤岛”。教师难以实时获取设备使用率、学生实验进度等多维数据，教学评估依赖经验判断；管理部门则因缺乏动态数据支撑，资源调配与优化决策滞后，数字化转型停留在表面。

1.3 安全监管依赖人工

传统管理以“人防”为主，危化品存储、设备运行风险主要通过定期巡查与纸质台账记录，实时监测能力薄弱。如遇突发状况，预警响应滞后易引发安全事故；学生实验操作规范性监管依赖教师现场盯控，人力成本高且覆盖范围有限，安全隐患难以彻底消除。

2. 数字化赋能实验室管理的技术基础

数字化赋能实验室管理的技术体系以五大核心技术为支撑：物联网通过传感器、RFID 等设备构建“物物相连”网络，实时采集设备状态、环境参数等数据，实现物理世界的数字化映射；云计算提供弹性算力与存储资源，支撑海量实验数据、设备日志的云端汇聚与协同调用，打破本地服务器的性能瓶颈；大数据分析依托分布式计算框架，对多源异构数据进行清洗、建模与可视化，挖掘设备使用规律、能耗峰值等隐含信息，为资源调配提供决策依据；人工智能可实现实验操作规范性自动识别、设备故障智能预警，降低人工巡检成本；移动互联通过 APP、小程序等终端，支持师生远程查看设备预约状态、接收安全告警，推动管理从“线下被动响应”向“线上主动服务”转型。

3. 教学管理一体化的实现路径设计

3.1 目标体系构建

聚焦“效率、精准、生态”三维目标。基础层以流程标准化为核心，统一教学计划、设备预约、成绩管理等环节的操作规范；进阶层以数据驱动为导向，通过全量数据贯通实现资源配置、风险预警的动态优化；终极层以师生发展为目标，构建“教学 - 管理 - 服务”协同生态，提升教学满意度与创新活力。

3.2 一体化平台架构设计

采用“云- 边- 端”三层架构。底层依托云平台与物联网感知设备，实现硬件状态、环境数据的实时采集；中层搭建统一数据中台，打通教学管理系统、实验室管理系统、科研平台的数据壁垒，形成标准化数据资产；前端开发“一站式”管理门户（ PC+ 移动端），集成预约、监控、评估等功能模块，支持多角色协同操作。

3.3 关键路径实施

首先开展全流程调研，梳理教学管理痛点，重构标准化业务流程；其次推进系统集成与数据治理，制定统一数据接口标准，完成多源数据清洗与关联；选取典型学科实验室试点运行，通过用户反馈迭代优化平台功能；最后开展全员培训，建立技术运维 + 教学骨干双轨支持机制，推动管理习惯向数字化、协同化转型。三环节环环相扣，最终实现教学管理从分散到集中、从经验到智能的升级。

4. 实践案例：X 大学智慧实验室平台建设

4.1 项目背景与建设目标

该校传统实验室面临资源分散（理工科与人文社科设备利用率差达 3 倍）、数据孤岛（教学、设备、科研系统不互通）、安全依赖人工（巡查滞后致年隐患事件 15 起）、开放共享不足（跨学科合作项目仅占 12% ）等痛点。建设目标聚焦“全要素感知、全流程管理、全场景服务”，打造“智能、安全、开放”的智慧管理平台。

4.2 系统功能模块

包含四大核心模块—— ① 智能感知层：部署物联网传感器，实时采集设备状态、环境参数（温湿度、气体浓度）； ② 资源管理模块：集成设备预约、跨学科共享、能耗监控功能，支持多角色协同操作； ③ 安全监管模块：AI 算法识别操作违规、设备异常，实时预警并推送至手机端； ④ 开放服务模块：提供校外访问接口，对接企业检测需求，开通科普教育预约通道。

4.3 实施成效

平台运行一年来，设备年均使用率从 45% 提升至 78% ，安全隐患响应时间缩短至 10 分钟内，年隐患事件降至 2 起；跨学科共享项目同比增加 60% ，与企业合作检测服务达120 次，师生满意度 92% ，成为区域高校实验室智慧化改造标杆案例。

5. 推进策略与挑战应对

5.1 策略建议

采用“试点 - 推广 - 迭代”三阶段路径：首期选择 3-5 个典型实验室作为试点，聚焦设备管理、安全监管等核心场景验证技术方案；中期总结试点经验，提炼标准化流程，向全校同类实验室推广；后期建立“用户反馈 - 快速迭代”机制，每季度收集师生使用痛点，通过敏捷开发优化功能模块，确保平台与实际需求同频。

针对教师群体，开展“操作 + 管理”双轨培训：基础层培训平台使用，进阶层培训“数据驱动决策”思维；针对学生群体，开设“智慧实验室使用”必修实验课，重点培训操作规范、安全预警响应；建立“线上知识库 + 线下工作坊”长效机制，通过案例教学强化安全意识与技能。

5.2 应对机制

与科技企业建立“需求共商、技术共研、成果共享”合作模式：企业提供物联网传感器、AI 算法等技术支持，高校开放实验室场景用于技术验证；联合开发定制化模块，并根据高校需求优化商用系统功能；通过“企业工程师驻校服务”解决复杂技术问题，降低高校自主维护成本。以通过ISO27001 信息安全管理体系认证为目标，建立“技术 + 管理”双保险：技术层面，部署数据加密传输、访问权限分级、日志审计追踪；管理层面，制定《实验室数据安全管理细则》，明确敏感数据的存储周期、共享审批流程；定期开展攻防演练，如模拟黑客攻击设备控制系统，检验防护体系的漏洞并及时修复。

结语

数字化技术通过物联网、大数据、AI 等核心能力，重构了高校实验室教学管理的底层逻辑，推动“分散低效”向“智能协同”跨越。实践表明，以一体化平台为载体、以师生需求为导向的数字化转型，不仅能显著提升设备利用率与安全防控水平，更通过数据驱动的精准服务，激活了教学与科研的创新活力。未来，随着技术与教育深度融合，智慧实验室将进一步向“自主感知、主动服务”演进，为高校人才培养与科研创新提供更强劲的数字化动能。

参考文献：

[1] 张芳芳 , 仵志飞 , 赵楠 . 高校教学中纸质媒介与数字化技术的整合路径研究 [J]. 造纸信息 ,2025(06):142-144.

[2] 刘禹 , 卢小清 . 面向高校教学数字化的技术支持服务体系构建研究 [J]. 教育与装备研究 ,2025(06):67-72+78.

[3] 安建良 . 数据采集与数字化技术在教学管理与个性化引导中的应用 [J]. 集成电路应用 ,2023(08):198-199.项目名称：数字化技术在高校实验室管理系统中的应用研究；项目编号：2024J09。

作者简介：吴琴琴 （1987.09-），女，汉，江苏南通人，中级，硕士，研究方向：高校教学管理。