呂亞南

摘要：大學實驗室是從事實驗教學、科學研究、技術(shù)開發(fā)和學術(shù)交流的重要場所，是培養(yǎng)人才創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要基地。實驗室的建設與管理水平不僅是高校辦學實力的標志，也是教學水平、科研水平和管理水平的重要體現(xiàn)。因此，實驗教學和實驗室的建設如何進一步加大改革力度、提高實驗教學質(zhì)量，是實驗室建設與管理工作者面臨的重要課題。隨著連年的本科擴招以及信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的實驗教學和管理受到了極大的挑戰(zhàn)，如何高效智能地管理實驗室是廣大實驗教學管理人員亟待解決的一道難題。本文就如何構(gòu)建智慧型大學物理實驗室進行探討。

關(guān)鍵詞：大學;物理實驗室;智慧實驗室;構(gòu)建

中圖分類號： O4-4;G647? 文獻標識碼：A? 文章編號：1672-9129（2020）01-0022-01

Abstract： the university laboratory is engaged in experimental teaching， scientific research， technology development and academic exchange of important places， is to cultivate talents innovative thinking and innovation ability of the important base. The construction and management level of the laboratory is not only a sign of the strength of the university， but also an important embodiment of the teaching level， scientific research level and management level. Therefore， how to further strengthen the reform and improve the quality of experimental teaching in laboratory teaching and laboratory construction is an important topic for laboratory construction and management. With the years of undergraduate enrollment expansion and the development of information technology， traditional experimental teaching and management have been greatly challenged. How to manage the laboratory efficiently and intelligently is an urgent problem to be solved. This paper discusses how to build an intelligent university physics laboratory.

Key words： university; Physical laboratory; Intelligence lab; build

實驗教學是高等學校理工科人才培養(yǎng)方案中的重要組成部分，2018年1月，教育部頒布的《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》更是凸顯了實驗教學的重要性，尤其明確了物理實驗課程是所有理工科學生的必修課程。物理實驗作為學生科學實驗訓練的入門基礎實驗，它具有受眾面廣、知識面廣、開課時間長等特點，有利于學生養(yǎng)成良好的科學實驗習慣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識，顯著提高學生的動手能力。建設智慧型物理實驗室有利于進一步提升物理實驗室管理水平和實驗教學效果。

1? 智慧型物理實驗室的系統(tǒng)構(gòu)架

1.1智慧型實驗室感知層硬件的設計實現(xiàn)。物理實驗使用的儀器多無法實時采集實驗數(shù)據(jù)，為此通過實驗者實時報送數(shù)據(jù)的方式實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集。根據(jù)絕大多數(shù)物理儀器都需要使用電源這一特性，通過設計電源黑盒來控制儀器的使用。電源黑盒內(nèi)裝有電源控制模塊，實時記錄當前儀器總電流情況，并加裝溫濕度傳感器感知黑盒周邊溫濕度情況，這些數(shù)據(jù)一旦開啟，管理層即可通過平臺顯示出某黑盒已經(jīng)啟動。管理層在該實驗室通電情況下可以遠程控制該黑盒的開啟與關(guān)閉，通過攝像頭實時查看學生實驗情況。學生做實驗前通過微信掃碼開啟電源，做完實驗掃碼關(guān)閉電源，完成常規(guī)的實驗簽到簽退功能。黑盒可以識別使用者及使用時長，并自動記錄，可對某實驗室多少套儀器在運行做實時匯總。當個別儀器突發(fā)大電流時，第一時間預警、記錄，并在第一時間通知實驗員處理。

1.2智慧型實驗室信息層、管理層設計實現(xiàn)。信息層充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，具有智能處理各類數(shù)據(jù)的功能，可以大幅度提高實驗室的管理水平。管理層借助物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)對物的管理，并通過打通現(xiàn)有實驗室網(wǎng)站、資產(chǎn)處網(wǎng)站、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、實驗教學系統(tǒng)，實現(xiàn)對信息資源的整合管理。管理層通過各種輸出方式實現(xiàn)與手機、電腦、多媒體、電視端等連接，從而使管理人員便捷掌握實驗室內(nèi)的各種信息，管控實驗室內(nèi)的各類設備。

2? 子系統(tǒng)的設計實現(xiàn)

2.1微信一鍵注冊登錄。每臺設備終端通過電源黑盒互聯(lián)，將電源黑盒ID信息生成二維碼，學生用手機端掃碼即可進入控制界面，學生賬號與微信綁定，利用微信一鍵登錄注冊使用儀器。掃碼登錄后學生可以選擇設置儀器通電時間、實驗數(shù)據(jù)上傳、儀器報修、關(guān)閉儀器等功能。

2.2儀器使用系統(tǒng)。學生一旦掃碼后數(shù)據(jù)中心即可收到信息并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，同時將數(shù)據(jù)傳輸至管理層，管理層工作人員可以實時查看儀器誰在用，用了多久，有無異常等。學生上報的實驗數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)中心智能分析后，如遇數(shù)據(jù)出入較大，系統(tǒng)通過微信平臺直接反饋給學生，從而提升學生實驗效率。該系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的手工簽到、簽退、點名等工作，可以自動生成數(shù)據(jù)報表。何時何人在用這臺儀器一目了然，實現(xiàn)對儀器使用追溯。

2.3考試系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含系列考試，實驗室安全考試，預習測試，實驗單項測試，綜合測試等，根據(jù)考試需要設定考試形式，可以是開放式隨時考，也可以是統(tǒng)一考試。實驗單項測試可以在實驗室里邊做實驗邊完成考試，檢驗學生動手能力。該系統(tǒng)根據(jù)教師設定的規(guī)則自動評判學生平時成績，更加科學公平。

2.4實驗數(shù)據(jù)存儲及評分系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲分析涉及大數(shù)據(jù)和人工智能，系統(tǒng)通過收集學習實驗數(shù)據(jù)，綜合研判當前溫濕度環(huán)境下實驗合理數(shù)值，智能識別編造數(shù)據(jù)、抄襲數(shù)據(jù)，讓學生養(yǎng)成自己動手測量的好習慣。

2.5實驗室監(jiān)測系統(tǒng)。采用高清攝像頭搭配各類傳感器完成硬件鋪設，監(jiān)測系統(tǒng) 360 度云臺遠程操控。智慧實驗室的攝像頭不是單純的錄像功能，通過 AI 人臉識別算法可以實時識別實驗室內(nèi)人數(shù)。在出現(xiàn)火災等險情時能夠與管理層智能聯(lián)動，在非實驗時段自動進入偵測報警模式，只要有人或者動物進入就會發(fā)出警報，同時將畫面?zhèn)髦凉芾韱T手機及郵箱里，可以有效防盜和防入侵。

2.6資產(chǎn)管理子系統(tǒng)。資產(chǎn)管理系統(tǒng)與儀器使用系統(tǒng)連通，包含儀器設備分布情況、使用情況、維修次數(shù)等功能。實現(xiàn)任何一臺儀器使用情況溯源，維修情況溯源，智能分析儀器老化程度。

3? 結(jié)語

知識社會環(huán)境下的智慧實驗室是繼實驗室信息數(shù)字化之后即將發(fā)展起來的高級形態(tài)。智慧實驗室對提升實驗管理水平、教學效果，打造實驗金課有很大的輔助作用，是實現(xiàn)實驗室高效智能運轉(zhuǎn)的最好辦法。對現(xiàn)有教學實驗室的改造升級，通過加裝智能設備，利用信息化平臺快速構(gòu)建智慧型實驗室有著較大的社會需求，希望本文所介紹的方案對教學型實驗室的改造升級有一定的借鑒意義。

參考文獻：

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