黃超

摘要：現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用，逐步融入生活中的多個(gè)場(chǎng)景，特別是在智慧城市、智慧物流、智能家居等方面。探討將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)室管理，融合物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)端、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的智能化、可視化管理與監(jiān)控，建設(shè)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備智能管理、環(huán)境安全的實(shí)驗(yàn)室，有效提升實(shí)驗(yàn)室的管理和教學(xué)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián);互聯(lián);智慧實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）13-0215-02

Abstract：Now， the Internet of things technology has been widely used and gradually integrated into many scenes of life， especially in smart city， smart logistics， smart home and so on. This paper discusses the application of Internet of things technology in laboratory management of colleges and universities， integrating Internet of things， Internet， mobile terminal， big data analysis and other technologies to realize intelligent and visual management and monitoring of laboratory， build online experimental teaching， intelligent management of laboratory equipment and environmental safety laboratory， and effectively improve the management and teaching of laboratory.

Key words： IOT; internet; intelligent laboratory

隨著我國創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，高等教育事業(yè)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，根據(jù)教育部《關(guān)于加快高 校建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》（教高[2018]2 號(hào)）和《教育信息化 2.0 行動(dòng)計(jì)劃》（教技[2018]6 號(hào)）文件精神，智慧實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)提上日程，在智慧教室發(fā)展之后也將會(huì)得到大力推進(jìn)。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，高校實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的固定資產(chǎn)管理、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室開放、在線教學(xué)平臺(tái)、教學(xué)資源庫等環(huán)節(jié)基本實(shí)現(xiàn)了信息化，高校實(shí)驗(yàn)室管理的信息化應(yīng)用有了較大提高。但在智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方面仍處于探索階段， 一方面，實(shí)驗(yàn)室信息化中，教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的互動(dòng)、體驗(yàn)與過程記錄的能力存在不足，只注重單一方面的建設(shè)，不能以提高教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo)形成體系化的建設(shè)，也沒有形成成熟的應(yīng)用模式。另一方面，在實(shí)驗(yàn)室的管理上，實(shí)驗(yàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程管理，預(yù)約共享，安全監(jiān)測(cè)預(yù)警等方面不完善，由于沒有使用數(shù)據(jù)作為科學(xué)決策依據(jù)，存在實(shí)驗(yàn)資源重復(fù)購置、利用率低、開放共享差等問題[1]。

智慧教學(xué)實(shí)驗(yàn)室是數(shù)字校園發(fā)展中重要的一部分，是數(shù)字化校園發(fā)展到一定階段所必須面對(duì)和解決的問題，智慧教學(xué)實(shí)驗(yàn)室是在綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、虛擬仿真等新技術(shù)，不斷改善和提升高校教學(xué)信息化建設(shè)水平，提供給師生網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化的教育教學(xué)環(huán)境，推動(dòng)新技術(shù)在教育教學(xué)中的深度廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)信息共享、數(shù)據(jù)融通、業(yè)務(wù)協(xié)同、智能服務(wù)，促進(jìn)信息技術(shù)與高校教學(xué)、科研上的融合創(chuàng)新。

1智慧實(shí)驗(yàn)室研究現(xiàn)狀分析

智慧實(shí)驗(yàn)室為實(shí)驗(yàn)教學(xué)全方位的提升提供了各方面的保障。有以往的實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)室只提供給教師和學(xué)生教學(xué)的空間，教學(xué)過程和實(shí)驗(yàn)室的管理與實(shí)驗(yàn)室本身沒有深度的融合。目前，高校的實(shí)驗(yàn)室的信息化還存在一些需要解決的問題[2]。

1）信息系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)一體化。教學(xué)實(shí)驗(yàn)室信息化系統(tǒng)沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)，只有功能單一、不成體系的一些小系統(tǒng)。沒有完善的實(shí)驗(yàn)智能管理系統(tǒng)，不支持系統(tǒng)的考評(píng)、實(shí)驗(yàn)過程記錄、實(shí)驗(yàn)開放等工作。

互聯(lián)技術(shù)規(guī)范無統(tǒng)一的會(huì)話通道協(xié)議、流媒體通道協(xié)議、互聯(lián)信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議轉(zhuǎn)換、設(shè)備地址轉(zhuǎn)換、媒體傳輸協(xié)議及數(shù)據(jù)編碼格式的轉(zhuǎn)換。

2）設(shè)備管理未實(shí)現(xiàn)信息化。教學(xué)儀器設(shè)備主要靠人工管理，雖然有固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)，但多停留在賬面的管理，不能獲取和及時(shí)更新設(shè)備的使用情況，存放的真實(shí)位置和變動(dòng)也沒辦法掌握，更談不上對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程的控制，對(duì)使用情況及時(shí)并真實(shí)地進(jìn)行記錄，設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)也難以有計(jì)劃并合理地開展，更難實(shí)現(xiàn)對(duì)其開放共享。

3）安全管理未能實(shí)現(xiàn)智能化。實(shí)驗(yàn)室安全管理沒有形成全方位的監(jiān)測(cè)管理體系，對(duì)一些潛在的危險(xiǎn)并不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，只能靠管理人員人工巡查，但由于實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科研的發(fā)展，管理人員所需承擔(dān)的任務(wù)越來越多，加上開放實(shí)驗(yàn)室的增加，監(jiān)控管理風(fēng)險(xiǎn)越來越高。

4）實(shí)驗(yàn)設(shè)備未能實(shí)現(xiàn)共享。由于沒有信息化的實(shí)驗(yàn)室共享平臺(tái)，使用人沒有渠道去別的院系、實(shí)驗(yàn)室使用設(shè)備，不同使用單位出于自己使用的需要，只能去重新購置新的設(shè)備，造成大量的重復(fù)購置。

物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)給實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展帶來美好的前景，但同時(shí)也面臨諸多問題，怎么樣才能更有效推動(dòng)智慧實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，更有利于實(shí)驗(yàn)室的管理，讓技術(shù)更好地為教學(xué)科研服務(wù)，所要解決的不僅是技術(shù)問題，還需要技術(shù)應(yīng)用的落實(shí)和創(chuàng)新，創(chuàng)造性地探索出行之有效的應(yīng)用模式[2]。

2智慧實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)建設(shè)方案

智慧實(shí)驗(yàn)室整體的系統(tǒng)建設(shè)中應(yīng)包含有智能實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)過程記錄系統(tǒng)及終端、智能儀器管理終端系統(tǒng)、分布式移動(dòng)儲(chǔ)存服務(wù)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)、互聯(lián)互通中間件系統(tǒng)等部分。具體如下：

1）智能實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)應(yīng)支持下發(fā)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板、獲取實(shí)驗(yàn)過程記錄數(shù)據(jù);支持教師對(duì)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)報(bào)告進(jìn)行線上批改與查閱;支持統(tǒng)一下發(fā)實(shí)驗(yàn)批次和學(xué)生自主選擇時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn);支持實(shí)驗(yàn)室開放管理;支持課程總成績(jī)，分項(xiàng)目成績(jī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)智能審核、課前預(yù)習(xí)、課后報(bào)告與習(xí)題測(cè)試智能統(tǒng)計(jì)及處理[3]。

2）實(shí)驗(yàn)過程記錄系統(tǒng)及終端支持學(xué)生在線簽到認(rèn)證（與教務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接）、實(shí)驗(yàn)考核模板網(wǎng)聯(lián)推送、實(shí)驗(yàn)過程數(shù)據(jù)記錄（圖像、儀器接口數(shù)據(jù)等）、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容輸入、實(shí)驗(yàn)審核結(jié)果在線反饋、實(shí)驗(yàn)報(bào)告上傳、審核報(bào)告下載。

3）智能儀器管理終端系統(tǒng)應(yīng)滿足直流低壓設(shè)備及大功率儀器設(shè)備檢測(cè)與控制;支持網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證和使用人進(jìn)行離線認(rèn)證;支持一對(duì)多輸出電源控制管理;支持主流 RFID 讀卡功能。

4）分布式移動(dòng)儲(chǔ)存服務(wù)系統(tǒng)支持以教室為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)高效存取與處理。支持全網(wǎng)時(shí)鐘同步和主從雙向、從從雙向、混合雙向數(shù)據(jù)同步;支持網(wǎng)聯(lián)、計(jì)算、電源管理一體化。

5）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)終端、門禁及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等部分。支持濕度、溫度監(jiān)測(cè)、有毒氣體、可燃?xì)怏w檢測(cè)、煙霧報(bào)警、光電煙感應(yīng)報(bào)警;支持受控儀器非法帶出實(shí)驗(yàn)室在線報(bào)警; 支持環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在線接入智能實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)。

6）智慧實(shí)驗(yàn)室互聯(lián)互通中間件系統(tǒng)。支持與全校乃至全區(qū)本科高校智慧教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)接，支持在線開放實(shí)驗(yàn)課程選修，學(xué)分互認(rèn)與轉(zhuǎn)換等。

3 智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的目標(biāo)與效果

智慧實(shí)驗(yàn)室是在互聯(lián)網(wǎng)+的基礎(chǔ)上利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)等技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行全面的管理。用戶之間，實(shí)驗(yàn)室之間，用戶與實(shí)驗(yàn)室之間的互通均由智慧實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)完成，使教師、學(xué)生和管理人員能實(shí)現(xiàn)各自的需求，在一個(gè)智能的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中完成教學(xué)、科研、管理、創(chuàng)新等工作，形成一個(gè)綜合性的智能平臺(tái)[4-6]。

1）在教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的互動(dòng)、體驗(yàn)與過程記錄方面

改變以往單一的功能，形成課前、課中、課后完整的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。課前有觀看教學(xué)視頻、平臺(tái)交流、課前練習(xí)等，課中有課堂互動(dòng)、實(shí)驗(yàn)考核、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄。課后在線學(xué)習(xí)、有實(shí)驗(yàn)室開放管理、支持課程總成績(jī)，分項(xiàng)目成績(jī)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、支持教師對(duì)實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)報(bào)告進(jìn)行線上批改與查閱。

通過實(shí)驗(yàn)室智慧化建設(shè)，提高教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)的互動(dòng)性，改善體驗(yàn)感，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄能力，進(jìn)而提高教學(xué)質(zhì)量。

2）在實(shí)驗(yàn)儀器管理方面

①能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的動(dòng)態(tài)管理，實(shí)時(shí)掌握儀器設(shè)備的在線狀態(tài)（是否開關(guān)機(jī)、電流、電壓、使用時(shí)間、使用人等）。能掌握儀器設(shè)備的使用率，通過預(yù)約系統(tǒng)加強(qiáng)共享共用，系統(tǒng)還能對(duì)儀器設(shè)備精準(zhǔn)定位，還具有位移報(bào)警等功能，能確保實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)的安全完整。

②能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程的查看和控制。

③能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備維修保養(yǎng)管理，能記錄維修記錄、保養(yǎng)記錄、計(jì)量較正、維修單位人員信息，并能線上維保和在線咨詢。

3）在實(shí)驗(yàn)室安全方面

實(shí)驗(yàn)室安全是實(shí)驗(yàn)室管理的重要內(nèi)容，智慧實(shí)驗(yàn)室通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的有效監(jiān)測(cè)和預(yù)警，有效提高教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全建設(shè)。環(huán)境監(jiān)測(cè)通過安裝在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫濕度傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器等各種傳感器對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的不同環(huán)境參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，智慧視頻監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)室的安全提供保障，當(dāng)有非法入侵或者發(fā)生緊急故障時(shí)，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警，并可遠(yuǎn)程查看現(xiàn)場(chǎng)情況。還可通過遠(yuǎn)程可控設(shè)備第一時(shí)間進(jìn)行管理，盡快解決問題，保障實(shí)驗(yàn)室安全[6]。

4）在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)績(jī)效評(píng)價(jià)方面

通過實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的使用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為管理者提供全局性的資料管理信息展示，為采購決策及效能評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。通過智慧技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行使用效率等績(jī)效方面的評(píng)價(jià)，解決目前存在的重復(fù)購置問題，共享共用問題[7]。

4結(jié)束語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在不斷的發(fā)展，應(yīng)用的深度和廣度也在進(jìn)一步拓展，成熟度也會(huì)得到提高，這肯定是一個(gè)長期的過程，但智慧實(shí)驗(yàn)室是將來實(shí)驗(yàn)室發(fā)展的必然趨勢(shì)。本文探討在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室開放、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境監(jiān)測(cè)、實(shí)驗(yàn)室安全、遠(yuǎn)程控制、儀器維護(hù)、績(jī)效評(píng)價(jià)等方面實(shí)現(xiàn)一體化建設(shè)，促進(jìn)智慧實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展。

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