大学实验室是实现学生实践教学和人才培养的主阵地，是学校对学生进行综合素质教育的重要环节，也是高校新工科建设和科学研究的重要平台。[1]欧美高校的实验室开放和设备共享工作已开展多年，取得了一定成绩。[2-3]然而，目前国内高校实验室的开放性还不充分，没有充分实现资源互通和信息共享，造成实验设备使用率相对较低的现象。发达国家高校实验室的设备开放共享经验可以为我国高校和企业的产、学、研合作提供一种新的变革方向，通过设备开放共享有意识地引导科研团队开展深入的集成创新以及先进理念和技术的交融、消化、吸收。规划、建设、管理、使用好实验室的共享设备可以促进高校人才交流、提高科研信息交互水平和质量，为学校的教学和科研工作提供优良的环境和物质基础，也让在校学生了解当下实际工程需求，从而推进未来多元化、创新卓越工程人才的培养。[4-6]

2018年7月笔者受国家留学基金委资助，作为访问学者赴加拿大渥太华大学参与了为期6个月的高等教育教学法留学项目，在对该校高等教育教学法内容进行交流学习的同时，也着重研究和分析了该校在大型设备开放共享平台建设与管理方面的特点和经验，希望以该校的设备共享工作为模板和参照，进一步提高我国高校在新工科背景下实验设备共享方面工作的深度和广度。

1 渥太华大学实验室及其开放情况

渥太华大学在继承欧美大学办学风格和特色的基础上，积极倡导学生理论结合实践应用能力的培养，重视本科和研究生的实验教学与科研工作。根据校内各学院人才培养、科学研究的要求以及不同学科和专业布局的特点，建立了包括工学、医学等学科在内的本科实验室、工程实训中心和科学研究中心。以工学院为例，目前学院实验室主要分为两种类型：一是以服务实验教学为主、由学院统一管理的课程教学型实验室；二是以研究生培养和科学研究为主、由学院教授直接管理和领导的研究型实验室。[3]

1.1 本科教学型实验室

以渥太华大学工学院本科电子教学实验室为例，该实验室位于学校主校区CBY(Colonel By Hall)-B02，作为本科开放教学实验室，其内设置的直流电源、信号发生器、示波器等实验设备以及相关计算机软硬件资源可以供诸如电气、机械电子以及生物电子等专业共享使用，实验室管理由学院负责，日常运行则由任课教师以及助教负责。任课教师首先根据课程内容确定实验内容及课时安排，助教则按照理论课程进度，安排实验课教学，并且在实验过程中负责为学生答疑解惑，并在实验课后完成实验报告的评阅工作。

肃南裕固族传统体育富有浓郁的民族风情和独具地方特色的文化现象，它不仅有着高度的技术性，而且又与不同艺术形式相结合，伴以歌，载以舞，既增强体质又益于身心。肃南裕固族传统体育是裕固族传统节日的主要活动内容，它已经成为少数民族吉祥、兴旺、繁荣、幸福的象征。[8]

针对以上问题，结合笔者工作单位湖北工业大学实验室人员配置和设备使用的实际情况，可以发现：如何根据市场、企业以及相关专业的研究需求，实现大型试验设备的有效共享，做到设备的快速调配与服务，是目前省属高校实验室建设值得认真研究和考虑的课题。

1.2 开放研究型实验室

渥太华大学通过加拿大联邦政府和安大略省政府的基金拨款以及各企业合作的资金投入，建立了学科较为齐全的专业研究型实验室。仍然以该校工学院为例，1999年该学院Jochen Lang、Pierre Payeur等人创立了VIVA(Video-Image-Vision-Autonomous Systems，视频图像视觉自主系统)实验室，研究领域包括视觉处理和编码、图像处理和分析、计算机视觉、自治系统等方向。该实验室利用Funding of Defense Research and Development Canada (加拿大国防研究与发展基金)构建了基于Tobii Pro Spectrum(高采样率眼动仪)和Tobii Pro Studio(数据采集分析软件)系统以研究人类行为和眼动行为，为诸如神经科学、心理学、阅读研究、发展研究和眼科学研究等研究领域提供了研究引导和支持。该实验室在完成项目任务的同时，充分利用实验设备与Neptec Design Group(Neptec 设计组)、Scintrex Trace Corp(闪烁跟踪公司)、The Ottawa Hospital(渥太华医院)等公司和机构开展了广泛合作，根据合作伙伴需求，结合实验室自有的软硬件设备以及团队成员的研究方向合理分配资源，搭建不同的任务小组，分时、分区利用实验设备，实现人员和设备的最大利用率。

(1)工程教育定位不突出

直流磁控溅射沉积速率的大小对薄膜中晶粒尺寸及表面的粗糙度有直接影响,因而在一定程度上影响薄膜的电学性能,所以对薄膜沉积速率的研究是有必要的。利用台阶仪测量不同工艺参数下所制备的NiCr薄膜的厚度,然后除以溅射时间5 min得到相应的沉积速率,结果如图2所示,其中图2(a)为薄膜沉积速率与溅射功率的关系,Ar气压为 3 mTorr;图2(b)为沉积速率与Ar气压的关系,溅射功率为1 000 W。结果显示,NiCr薄膜的沉积速率随溅射功率的增大而增大,随Ar气压的增大呈现出先增大后减小的趋势。

  

图1 MWPLab实验室开放共享平台架构

2 我国高校实验室现状

第一，专业化优势。专业化优势主要体现在其服务的精准化、个性化，平台以海量数据作为养老需求分析的依据，再通过对智慧养老服务过程中不断反馈回来的服务数据的动态监测，实时更新和完善服务需求信息，优化配置服务需求供给，需求得到及时回应，使得智慧养老服务受益群体产生积极的服务体验。以服务需求提供者的专业化服务，打造服务对象心中的专业化服务形象。此外，通过提高服务提供者(第三方)的专业准入门槛，采用服务准入的专业化评估、专业服务水平考核的方式，不断地提高智慧养老服务平台的专业化水平。

姚建平教授于2002年利用Canada Foundation for Innovation(CFI，加拿大创新基金会)和Ontario Innovation Trust(OIT，安大略省创新基金)基金创建了Microwave Photonics Research Laboratory (MWPLab，微波光子学研究实验室)，该实验室研究内容包括光子发生微波信号、微波信号的光子处理、硅光子学等国际前沿课题。实验室拥有众多实验测试设备：Fiber Bragg grating fabrication facility (光纤光栅制造设备，Innova 300C frequency-doubled ion laser，双频离子激光器1套)、Silicon photonics test platform (硅光子学测试平台，2套)、Ando AQ6317B optical spectrum analyzers (安藤AQ6317B光谱分析仪，2套)、Agilent 86100C/86116A(53 GHz optical/63 GHz Electrical)sampling oscilloscope(安捷伦86100C/86116A-53 GHz光学/63 GHz电子采样示波器，1套)等光电、电气专业用套件。姚教授团队在完成基础理论科学研究的同时，也积极与Bell Canada(贝尔加拿大)等相关企业合作，充分利用实验室和企业的人员和软硬件资源，实现优势互补，共同申报政府和企业课题，如：NSERC Discovery grant(加拿大自然科学与工程研究委员会探索基金)资助的Heterogeneous Photonic Integrated Circuits for Microwave Photonics(微波光子学用非均匀光子集成电路)项目，NSERC Strategic project grant(加拿大自然科学与工程研究委员会战略项目基金)资助的Microwave Photonics Techniques for 5G(5G微波光子学技术)项目，在完成科研项目的同时，也实现了人力资源和实验设备的充分利用和共享。其实验室开放共享平台架构如图1所示，通过教学、设备、实验数据信息的共享传递，实现试验设备的有效利用。

目前，我国工科类高等院校往往强调科学与工程理论教育，把本应具有独立地位的工程实践问题视为科学问题的附属。使科学理论与工程实践脱节，模糊了工科高等教育的培养目标，导致工程实践教育有一定缺失，从而影响了高校实验室的利用率，开放共享也无从谈起。

“我们希望，通过‘智慧西江、协同西江、绿色西江、文化西江和共享西江’的搭建，提升西江黄金水道的发展内涵，推动‘平安西江’成为‘平安交通’的综合性示范项目，为粤港澳大湾区建设、区域协调发展和流域生态文明建设提供示范。”陈毕伍说。

湖北工业大学是湖北省重点建设高校，学校实验室与资产管理处是全校实验室建设与管理、大型精密仪器管理的主管职能部门，负责全校大型仪器设备的购置论证、共享机制建设和相关政策的制订和执行监督。目的是为了适应国家战略发展新需求、国际竞争新形势、立德树人新要求的工程教育改革方向，培养未来多元化、创新型卓越工程人才。[11]学校设有以分析测试中心为基础的校级大型仪器共享平台和以电气、机械、材料、化工等为代表的院级大型仪器共享平台，具有战略型、创新性、系统化、开放式的特征。大型仪器设备共享实行校院两级管理，目前学校资产处建设有大型仪器设备共享信息系统，将各学院大型精密仪器全部纳入共享平台，进行统一预约、考核与管理。

人员经费问题是困扰省属高校实验室建设的主要问题之一。经费不足导致省属高校在实验室人才队伍上的投入相对有限，难以吸引高水平的科研人员加入实验室团队，部分在职教师也存在着基础理论水平不高，对科学前沿问题敏感性不强，新购置的大型设备仪器的运用能力不够熟练等问题，间接导致了实验设备的使用率和开放程度不高。[8]

(3)实验室环境封闭不开放

计算机资源对于高校体育信息平台的多种信息资源是非常重要的。通过构建信息平台的基础构建。针对高校信息平台方面的计算机资源的虚拟化设计，主要是虚拟化物理服务器的设计，通过抽象化计算机资源，形成逻辑化的资源。之后构建独立虚拟机，在网络服务器形成隔离的虚拟服务器。先进行整理和分类现有的物理服务器，然后进行配电室虚拟化。可以让高校体育信息服务平台在计算机程序中呈现出来。

国内大学的教学与科研环境相对封闭，该环境虽然有利于学生安心在校学习，但却不利于信息开放互通，这一现象同样也会影响到实验室的开放共享。实验室开放过程中将涉及到经费、安全、管理等诸多因素，目前国内高校和企业还没有形成系统、可靠、高效的实验室设备开放共享机制，致使高校实验室设备在完成院系计划内教学实验任务以外，无法充分利用设备空闲时间，满足校内外企事业单位的合作实验需求，从而影响了高校实验设备的利用率。[9]

许沁一直矛盾着，几次都动摇了想要回钻戒，几次又否定了这念头。抛光生意做十来年了，少缴税金何止二十万，税务风险像把利刃，一直悬在她头上。如今好不容易靠上了葛局长这座山，无论如何不能倒了。想这次送礼虽然倒贴了，但葛局长必定心中有数，日后税务方面的事全仗他了。许沁也忖度了要回钻戒的后果，哪怕是换一款稍便宜的钻戒，情形都可能截然相反。一是靠山从此倒了，别人还会说许沁过河拆桥；二是能否要回钻戒，许沁并没把握。虽说送葛局长钻戒时，许沁悄悄打开了录音笔，但谈话时只提钻戒，未提价格。葛局长随便还个三两万的钻戒，又能奈何？

工学院本科教学型实验室在面向本学院课程的同时，也作为开放共享实验平台,供渥太华大学其他学院及专业共享实验用房以及计算机软、硬件资源。不同专业的实验课程软件可以根据需要，安装在系统服务器中分配运行,按照专业和研究对象的不同实现分布式设置和管理。

3 高校实验室开放模式探索与启示

(2)实验室教师收入偏低，工作积极性不高

近年来，我国高校实验室在新工科建设背景下软、硬件设施发展速度较快，国家和各级地方政府投入大量资金，使高校实验室的建设水平和设备规模接近，甚至部分超过了西方发达国家水平，实现了跨越式的发展，设备的技术水平普遍提高，如何实现这些新购置大型试验设备的有效管理和充分利用，成为目前各级政府和高校关注的重要课题。[7-10]与渥太华大学类似，国内高校的本科教学实验室主要承担在校本科生实验课程教学工作，同时兼顾兄弟院校的课程教学需求等。对于科研实验室，主要面向相关教授和科研团队的课题需求开展工作，但目前科研实验室的开放性还不够充分，没有完全达到资源互通和信息共享，造成实验设备使用率相对较低，甚至有零使用设备的现象存在。这种现象不仅对高校人才培养、科学研究不利，同时也会造成教学、科研资源的浪费。造成这种现象的主要原因可以归结于以下几点：

为了更好的利用高校和企业大型试验设备，实现校企间的设备、资源、信息共享，笔者在目前学校和企业设备数据信息的基础上，结合在渥太华访学经历以及对该校实验室开放和设备共享工作的学习启示，利用开源的Hadoop分布式系统框架和HBase分析型数据库，搭建了基于大数据的校企间大型设备开放共享信息平台，其基本架构如图2所示。该平台包括用户管理模块，主要进行用户信息管理操作；教学实验模块，主要进行实验课程管理、教学预约和教学调课工作；设备管理共享分析模块，此模块作为主要数据分析处理部分，包括：

  

图2 基于大数据的设备开放共享信息平台架构

(1)设备状态信息采集模块：该模块数据源来自设备共享单位布置的信息采集装置，设备使用和预约信息通过设备传感器或者设备管理员实时传输至本地服务器。根据时间触发节点，利用Sqoop大数据同步软件将本地服务器内的设备信息增量数据同步到大数据平台的HBase数据库中。

(2)设备信息数据存储模块：该模块利用Sqoop上传的设备信息通过增量方式存放至HBase数据库阵列中，利用该整列由HDFS(Hadoop Distributed File System,哈多普分布式文件系统)构建的分布式文件系统为数据安全储存提供可靠保障。

(3) 设备信息分析预判模块：该模块运用MapReduce映射归约模型作为设备信息数据的离线处理计算框架，对设备实时和历史数据进行挖掘，根据分布处理器的硬件能力调整数据吞吐量，以实现对大量设备状态数据的分析预判和处理工作。

该设备开放共享平台的建立，既可以调动高校实验技术人员和企业研发人员的工作热情，也可以充分发挥大型仪器的功能，实现资源共享。以新型电机国家地方联合工程研究中心为例，在该平台的设备信息推送下，省内高校和企业可以根据设备使用状态和自身需求分时使用相关设备仪器，使该实验室的大型设备利用率明显提高，具体数据如表1所示，大型精密仪器设备机组校间及校企间共享机时预计可以达到年均总机时数的70%以上，与此同时，学校分摊的仪器设备维护费用可以下降15%以上。

 

表1 仪器设备使用率对比分析表

  

设备名平台开放前数据占比(%)使用率对外开放服务机时平台开放后数据占比(%)使用率对外开放服务机时300 kW高压直流电源55669193000Nm电涡流测功机5777423TD7850充磁系统5256520TD8320永磁材料测试系统5377725

4 结语

基于大数据的校企间大型设备开放共享平台在信息共享的前提下，通过借鉴国外高校相关工作的经验和启示，结合我国高校和企业的具体实验设备管理情况，实现了符合我国国情的校企联合运行机制的大型设备合作共享机制。基于大数据的校企间大型设备开放共享平台建成后，立足于湖北工业大学，该系统可以适用于其它兄弟院校以及企事业单位，形成高等院校实验室和企业研发中心管理系统的优质资源，实现大型设备资源的高效合理利用。同时，根据需要将与华中地区大型科学仪器共享协作网进行链接，为中部地区提供优质资源共享，充分发挥实验室资源。

参考文献：

[1]徐四平.加拿大大学实验室管理特点与启示[J].实验技术与管理,2010,27(06):170-173.

[2]杨雄珍.加拿大西安大略大学实验室管理的特点及其启示[J].贺州学院学报,2015,31(04):139-142.

[3]张春华,葛滢.加拿大渥太华大学科研实验室建设和管理的启示[J].高校实验室工作研究,2015(4):60-62.

[4]李辉,张标,高万林.大数据实验平台及资源建设的思考与探索[J].实验技术与管理,2016,33(7):195-199.

[5]刘芬芬,孙江,郭冰.基础实验室仪器设备共享管理[J].实验技术与管理,2017，34(S1):82-84,87.

[6]刘一飞,张景华,刘雯雯,等.教学实验室基于Web信息化的设备共享[J].实验室研究与探索,2013(6):421-423.

[7]陈莉琼,石立特.地学国家重点实验室大型设备开放共享研究[J].地理空间信息,2017,15(11):43-45,49,10.

[8]徐浩.高校实验室建设与管理共性问题的研究与实践[D].合肥:合肥工业大学,2014.

[9]陈祺,曾晓思,林键.高校实验室开放共享绩效评价研究[J].实验技术与管理,2013(9):209-211.

[10]地方工科高校实验室开放共享平台的构筑——以上海工程技术大学为例[D].上海:华东师范大学,2010.

[11]钟登华.新工科建设的内涵与行动[J].高等工程教育研究,2017(03):7-12.