哈工程实验管理系统如何提升高校实验室管理效率与教学质量？
哈尔滨工程大学（简称“哈工程”）作为我国重点工科院校，在实验教学与科研实践中始终强调信息化与智能化的深度融合。近年来，哈工程通过构建一套高效、智能、可扩展的实验管理系统，不仅显著提升了实验室运行效率，还为教学质量的持续优化提供了坚实支撑。那么，这套系统究竟是如何实现这一目标的？本文将从系统架构、核心功能、实施路径、成效评估及未来发展方向五个维度，深入剖析哈工程实验管理系统的设计理念与实践成果。
一、背景：为什么需要升级传统实验管理方式？
在传统高校实验室管理模式中，普遍存在三大痛点：一是资源调度混乱，设备预约冲突频发；二是数据记录滞后，实验过程缺乏可视化追踪；三是评价体系单一，难以量化学生能力成长。这些问题直接导致了实验室利用率低、教师负担重、学生参与度不高，最终影响了人才培养质量。
哈工程自2018年起启动实验教学数字化改革，旨在打造一个集“预约—执行—监控—评价”于一体的全流程闭环管理系统。该系统以物联网技术为基础，融合大数据分析与人工智能算法，实现了从“人工管理”向“智能决策”的跃迁。
二、系统架构：软硬协同的智慧中枢
哈工程实验管理系统采用“云-边-端”三层架构：
- 云端平台：部署于学校私有云环境，负责统一身份认证、课程管理、数据分析与报表生成；
- 边缘计算节点：安装在各实验室本地服务器，处理实时数据采集、设备状态监控和权限控制；
- 终端设备：包括智能门禁、RFID标签、摄像头、传感器等，用于感知物理空间中的实验行为。
这种架构既保障了数据安全与隐私合规，又确保了响应速度与稳定性。例如，在船舶动力学实验室，系统能自动识别学生刷卡进入后启动相关仪器，并同步记录操作日志，极大减少了人为失误。
三、核心功能模块详解
1. 实验预约与智能排课
系统支持多级权限管理（教师、助教、学生），用户可通过PC端或移动端APP进行在线预约。AI算法会根据历史使用率、课程安排、设备维护计划等因素，动态推荐最优时段，避免高峰拥堵。同时，系统内置冲突检测机制，一旦发现重复预约立即预警并建议调整。
2. 实验过程可视化监管
结合视频流分析与行为识别模型，系统可对实验操作进行非侵入式监测。如在电子电路实验中，若发现学生长时间未按规范接线，系统将自动推送提醒至指导教师手机端。这不仅提高了安全性，也为后续教学反思提供了依据。
3. 数据驱动的教学评估
系统自动采集实验报告、操作时长、错误次数、互动频率等多维指标，构建学生能力画像。教师可在后台查看班级整体表现趋势图，精准定位薄弱环节，从而制定差异化教学策略。例如，在材料力学实验中，系统发现某组学生在加载测试阶段频繁出错，教师及时组织专项辅导，使平均成绩提升15%。
4. 设备全生命周期管理
每个实验设备均绑定唯一二维码标签，扫码即可查看其使用记录、维修历史、校准状态。当设备即将达到保养周期时，系统自动发送短信通知管理员。此外，通过能耗监测模块，还能统计每台设备的年均耗电量，助力绿色校园建设。
四、实施路径：分步推进，稳步落地
哈工程采取“试点先行、逐步推广”的策略：
- 第一阶段（2019–2020）：选取3个典型实验室（机械、电气、计算机）进行试点，验证系统可行性；
- 第二阶段（2021–2022）：覆盖全校60%以上专业实验室，完成与教务系统的对接；
- 第三阶段（2023至今）：实现全校实验室100%接入，形成标准化运维流程。
在整个过程中，学校组建跨部门项目组（教务处、信息中心、各学院），定期召开协调会，确保问题快速响应。值得一提的是，系统上线前进行了为期两个月的模拟演练，累计测试超过5000次预约场景，有效规避了初期故障风险。
五、成效评估：看得见的变化与看不见的价值
根据第三方机构2024年发布的《哈工程实验教学数字化转型白皮书》，该系统带来的变化体现在以下方面：
- 实验室平均利用率从原先的62%提升至87%；
- 实验教学事故率下降68%，学生满意度达93%；
- 教师备课时间减少约25%，更多精力投入到创新教学设计中；
- 科研项目申报效率提高，因设备共享而节省经费超百万元。
更深层次的价值在于，它推动了教学模式从“教师主导”向“学生中心”的转变。学生们不再只是被动执行指令，而是成为实验过程的主动参与者和反思者。一位自动化专业的学生表示：“以前做实验像完成任务，现在我知道自己哪里做得好、哪里需要改进，感觉更有成就感。”
六、未来展望：迈向个性化与智能化的新阶段
哈工程正在探索将实验管理系统与元宇宙技术、大语言模型（LLM）进一步融合。例如：
- 开发虚拟仿真实验模块，让学生提前预习复杂操作，降低实操风险；
- 引入AI助教，回答常见问题、批改基础实验报告，释放教师精力；
- 基于学生行为数据预测学习路径，提供定制化实验推荐。
这些尝试将进一步打破时空限制，让实验教学更加灵活、高效且富有温度。正如哈工程副校长所说：“我们不是为了建系统而建系统，而是为了让每一个实验都成为学生成长的阶梯。”
总之，哈工程实验管理系统不仅是技术工具，更是教育理念变革的载体。它用数据说话，用流程赋能，真正实现了“管得好、教得精、学得深”的目标，为全国高校提供了可复制、可推广的样板经验。
