張　歡（南京林業(yè)大學　江蘇省制漿造紙科學與技術重點實驗室，江蘇　南京　210037）

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基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理系統(tǒng)的設計

張歡
（南京林業(yè)大學江蘇省制漿造紙科學與技術重點實驗室，江蘇南京210037）

摘要：為了實現(xiàn)開放式實驗室管理，提出了一種實驗室智能管理終端設計?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能管理終端，可以通過學生端與教師端進行教學科研。終端可以通過授權一卡通對實驗室進行綜合管理。利用物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)門禁開啟，考勤匯總，預約使用，錄制上課過程，成績查詢等功能?；谖锫?lián)網(wǎng)開放式實驗室管理可以提高實驗室使用效率，實現(xiàn)實驗室開放式管理。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)開放式實驗室設計

0　前　言

實驗室是提高學生實踐、創(chuàng)新能力的重要實踐環(huán)境。其在高校的不可或缺的地位是毋庸置疑的。開放式實驗室為學生動手解決實際問題，提高科研素質(zhì)和創(chuàng)新精神提供了一個更為廣闊、自由的空間。其可以激發(fā)學生學習的主動性，也可以鼓勵教師開出更多高水平的科研課題，對提高實驗室資源利用率非常有效。實現(xiàn)實驗室開放也是教育部《普通高校教學水平評估指標體系》的要求。

1　開放式實驗室的必要性

一直以來，實驗室教學通過驗證性實驗雖然能加深學生對理論知識的掌握和理解，但不能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，而開放式實驗室有利于以學生為本，激發(fā)學生的學習、動手科研興趣，自主學習[1]，培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才和應用型人才[2]。實行開放式實驗室，教師只需要給予學生指導，具體由學生自己制定實驗步驟和方法，長久以往，有利于不斷對實驗內(nèi)容進行改革和完善，促進教學實驗的改革。

此外，實驗室完全開放，可以整合實驗室資源，提高儀器設備的使用率，降低儀器設備的重復購置率，完全發(fā)揮設備效能，提高投資效益。開放式實驗室不僅是對本院校開放，還可以實現(xiàn)不同高校之間的開放，實現(xiàn)資源互補，可以有效促進資源共享，以及高校之間的交流溝通[3]。

通過現(xiàn)代化的方法實行開放式實驗室管理，可以將實驗教師從常規(guī)的實驗室管理工作中解放出來，避免了實驗教師長期的重復性勞動，使其有更多的時間用于實驗室規(guī)范化管理，有利于實驗教師自身的水平提高以及實驗室的長遠發(fā)展規(guī)劃。

在過去的實驗教學過程中，學生參與教師課題研究這樣的模式已經(jīng)無意識地在實行實驗室開放?！伴_放”是今后實驗室的工作主題?，F(xiàn)在需要我們理清思路，有意識地有規(guī)章制度地進行開放式實驗室管理的實踐與探索。

2　開放式實驗室的管理

目前，越來越多的大學自主制定了適合本院校、專業(yè)的開放式實驗室管理措施。如：東北林業(yè)大學、哈爾濱工業(yè)大學、浙江師范大學、魯東大學、山東工業(yè)職業(yè)學院等。實驗室開放式管理是一項需要長期不斷探索的工作，需要實踐的不斷總結。

（1）開放式實驗室以學生為本。學生自主實驗，較為零散，且學生的實驗操作水平、儀器的操作水平高低不同，給開放式實驗室管理帶來了一定難度。因此，在施行開放式實驗室之前，要對學生進行統(tǒng)一的儀器設備使用培訓，并提出一定的規(guī)章制度，便于統(tǒng)一管理。對一些陳舊的實驗內(nèi)容進行改革、合并或停開；開放式實驗內(nèi)容要反映新技術、新知識、提高注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主的實驗內(nèi)容。最終，使實驗課程體系得到優(yōu)化與整合。每學期結合教學大綱設置一定數(shù)量的開放性實驗內(nèi)容，針對開放性實驗設置相應的學分，鼓勵學生積極參加，培養(yǎng)學生學習主動性、創(chuàng)新性、動手實踐能力。

學生實驗分為教學計劃內(nèi)實驗和開放性自主實驗[4]。前者在實行時參照傳統(tǒng)實驗室運行制度，將教學計劃下達到學生手中，在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成。后者在不影響教學大綱規(guī)定的實驗內(nèi)容的前提下，學生預約使用實驗室儀器設備，在規(guī)定時間段內(nèi)進行實驗。

（2）開放式實驗室“物”的管理。開放式實驗室的“物”主要指儀器、設備等。實驗室完全開放后，可以避免儀器設備的重復購置，大大提高設備使用效率，同時，要加強儀器設備管理。

使用物聯(lián)網(wǎng)技術對儀器設備監(jiān)管，形成網(wǎng)絡化管理。儀器設備從購置、使用、維護、維修到報廢，都要進行有效的控制。加強儀器設備的責任落實到人，要求實驗師有專業(yè)的技術知識、高度責任感。建立大型設備共享平臺，儀器設備對外使用時，采取有償使用制度，收取的費用可用于學生開放式實驗課題的經(jīng)費來源[5-8]。

3　基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室的設計

開放式實驗室的管理制度需要在實踐中不斷總結摸索，其最終實現(xiàn)離不開技術支持。如今，物聯(lián)網(wǎng)技術越來越多地滲透到生活的每個角落。不僅僅是開放式實驗室，大到智慧校園（校園信息的智能化采集、運輸、管理、控制、顯示、推送等，最終實現(xiàn)全校各部門，子系統(tǒng)信息融合，互聯(lián)互通）都以物聯(lián)網(wǎng)云計算為核心?；谖锫?lián)網(wǎng)的開放式實驗室技術，可以有效解決實驗室管理中的信息更新滯后，人力資源不足或浪費，設備冗余，重復投入等現(xiàn)狀，也可有效實現(xiàn)開放式實驗室需要的科學決策，完全開放，及時管控，方便快捷要求。

（1）基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理系統(tǒng)的設計。通過使用物聯(lián)網(wǎng)技術，為實驗室完全開放提供了保障，為開放式實驗室管理制度的探索提供了技術支持。從課程實驗管理子系統(tǒng)和開放實驗管理子系統(tǒng)這兩個部分來進行基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室建設。

①物聯(lián)網(wǎng)課程實驗管理子系統(tǒng)設計。對于開放式實驗室，課程實驗管理即傳統(tǒng)的教學大綱要求的實驗內(nèi)容。將其連上物聯(lián)網(wǎng)后，實驗課老師可從教師端對該堂實驗課進行實驗地點及時間預約，并上傳實驗內(nèi)容和步驟，學生可從學生端對老師上傳內(nèi)容進行預習。具體系統(tǒng)設計見圖1。

圖1　課程實驗中管理

該設計功能：門禁管理可以授權學生一卡通開啟門禁；考勤匯總可以自動生成考勤表，用于出勤人員的統(tǒng)計（代替學生上課報到）；視頻管理可以實時視頻錄制備案上課過程，見圖2。

圖2　課程實驗后管理

將物聯(lián)網(wǎng)技術用于課程實驗管理，便于管理效率的提高以及信息的智能采集。學生課前預習、課中實踐、課后報告提交全程記錄，提高學習效率。儀器設備由任課老師監(jiān)管授權使用，自動建立設備使用記錄，方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計，責任落實到人，也可減少實驗師工作量。

②物聯(lián)網(wǎng)開放實驗管理子系統(tǒng)設計。開放創(chuàng)新型實驗室開放式實驗不可或缺的部分，也是實行開放式實驗室的最終目的。圖3為物聯(lián)網(wǎng)用于開放創(chuàng)新實驗管理系統(tǒng)設計。

圖3　物聯(lián)網(wǎng)用于開放創(chuàng)新實驗管理系統(tǒng)設計

該設計功能：實現(xiàn)開放式實驗室的預約使用權（預約時間、實驗內(nèi)容及地點）；授權學生一卡通[9]，學生可在預約時間段享受開放實驗室的權利，完成自主實驗。

該設計優(yōu)點：設計可減輕老師負擔，提高學生動手能力；自動建立設備使用和器件消耗情況記錄，方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析；提高開放式實驗室的利用率，提高設備使用率，對設備臺賬管理（維修，維護，報廢）提供依據(jù)；視頻監(jiān)管為開放式實驗室提供安全保障[10]。

（2）基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室儀器設備的設計[11]。將物聯(lián)網(wǎng)技術用于實驗室儀器設備管理，對儀器設備的使用情況進行數(shù)據(jù)實時采集和記錄，最終可實現(xiàn)設備儀器從購買、使用、維修、維護、報廢整個生命周期的實時管理。

基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設備管理系統(tǒng)主要包括：用戶管理、采購流程管理、驗收流程管理、使用過程管理、貴重設備儀器管理、維修管理、報廢管理以及供應商管理。

①基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設備用戶管理[12]。學校的實驗室管理基地（包括處長、到實驗室主任、實驗員）人員均可進入系統(tǒng)，對儀器設備進行信息查詢，管理和跟蹤。

②基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設備采購管理。負責儀器設備采購的相關人員在物聯(lián)網(wǎng)上登記采購項目、招標信息等，使采購過程公開透明化。

③基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設備驗收流程管理。組織驗收后在物聯(lián)網(wǎng)上對儀器設備進行注冊，貼上RFID標簽，自動形成報表（包括儀器設備名稱、型號、數(shù)量、圖片、供應商信息等）。

④基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設備使用過程管理。通過遠程在線采集儀器設備使用時間、次數(shù)、人員等信息，記錄儀器設備使用狀況，是否損壞、違章操作，是否有維修保養(yǎng)記錄等。

⑤基于物聯(lián)網(wǎng)的貴重儀器設備管理。主要針對大型貴重儀器設備進行的對外使用率、借還記錄、授權使用、看護管理等。

在整個過程中，AS轉(zhuǎn)化為結構型膠質(zhì)細胞，早期具備的有益功能逐漸減退或消失，反而分泌有害因子，形成膠質(zhì)化學性和機械性屏障，抑制了軸突的再生和延長。Fitch等通過研究發(fā)現(xiàn)反應性AS、少突膠質(zhì)細胞、脊膜細胞及小膠質(zhì)細胞等均參與了膠質(zhì)瘢痕形成，這些細胞既分泌抑制神經(jīng)元軸突生長的因子，又構成阻礙軸突再生的三維立體結構。這些抑制因子有ephrins、蛋白多糖、semaphorins等，SCI后傷口內(nèi)存在多種不同的抑制性因子，十分不利于脊髓的軸突再生。[12]另外，反應性AS還會產(chǎn)生大量的NO，通過對大分子的修復產(chǎn)生毒性作用，可以促使神經(jīng)元發(fā)生遲發(fā)性壞死。

⑥基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設備維修管理。若儀器設備需要維修，當時的使用負責人從申請維修、維修登記、維修結束均在物聯(lián)網(wǎng)登記記錄備案。

⑦基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設備報廢管理。若儀器設備需要報廢，管理人員可將報廢申請、報廢評估、報廢注銷等信息記錄。

⑧基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設備供應商管理。對供應商合同信息、設備優(yōu)劣信息、售后服務信息進行記錄，為學校下次采購儀器設備提供參考。

4　結束語

開放性實驗室是今后的趨勢，實驗室開放最終可以實現(xiàn)設備的高效合理使用，學生實驗動手能力、創(chuàng)新思維的提高等，但是如何真正實現(xiàn)這一目的還需要一段時間的研究和探索實踐。然而，基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理，為實驗室開放創(chuàng)造了一個非常切實、安全有效的運行維護管理環(huán)境，是實現(xiàn)實驗室開放的一個可行方案?；谖锫?lián)網(wǎng)這一技術手段，對實驗過程前后進行監(jiān)控管理等遠程控制。

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張歡（1988—）女江蘇揚州碩士初級實驗員，從事實驗室建設與管理工作及研究。

聯(lián)系電話：13776501324

E-mail:zh902620@163.com

The Open Labs Management System Design Based on Internet of things

ZHANG Huan
(Jiangsu Provincial Key Lab of Pulp and Paper Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

Abstract:In order to implement the open labs management, an intelligent management terminal design for the open labs is proposed. The intelligent management terminal based on internet of things, it can work on teaching, reaching through student port and teacher port. This terminal can management the lab intergrated by authorized one-card. Functions such as door open, attendance summary, booking, class recording, score search can realized by internet of things. The open labs based on the internet of things c an improve the efficiency of the labs, and make the open labs come true.

Keywords:Internet of things; open labs; design

作者簡介：