景征駿,胡牛平,譚琛凱

(江蘇理工學院，江蘇 常州213001)

0 引言

應(yīng)用型高校和職業(yè)院校的教育核心是培養(yǎng)技術(shù)技能型人才,以支撐現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級,應(yīng)用型高校和職業(yè)院校需加快推進培養(yǎng)模式創(chuàng)新,完善實踐教學質(zhì)量評價體系,把實踐教學信息管理平臺建設(shè)作為面向智慧校園的重要抓手[1-2]。 為了實現(xiàn)規(guī)范的實踐教學管理,提高實踐教學質(zhì)量,實踐教學必須按照相應(yīng)的教學計劃安排實驗和實訓地點,教師完成必要的實踐教學備課。 課后,老師也需要評課并填寫相應(yīng)的實驗教學記錄和實驗室使用記錄。 實訓室內(nèi)都有大量的高價值實驗儀器和設(shè)備,需要采用有效的手段（如門禁）對學生或老師身份的有效性進行驗證,這種有效性驗證主要是判斷此身份在該時段能否進入實驗室。 同時,為了進行開放式的實驗室管理及教學,需要統(tǒng)計實驗室的開放率和實驗設(shè)備的使用率等,實驗室的管理人員需要進行大量的手工記錄。 此外,各部門領(lǐng)導(dǎo)在督導(dǎo)實踐教學檢查過程中,也需要對相應(yīng)的課表進行巡課。 通過研發(fā)實踐教學管理多功能管理終端,對平時實踐教學管理數(shù)據(jù)進行采集并建立信息管理平臺,以構(gòu)建面向智慧校園的現(xiàn)代化實訓中心。

1 研究進展

目前,面向?qū)嵺`教學管理的研究主要包括兩個方面：一是研發(fā)實驗室管理系統(tǒng)。 如徐維遠[3]針對實際運用中實驗室管理事項煩瑣,提供實驗室設(shè)備的控制與故障診斷、實驗設(shè)備的使用考勤等功能。 而梁忠[4]也提供類似的管理系統(tǒng),增加了可根據(jù)實驗室的功能進行管理配置。 但是此類實驗室管理系統(tǒng)是獨立的,與學校正常的教學管理是脫離的。 它雖然能為實驗室管理提供積極的作用,但從教學管理角度來看,各個實驗室仍然是信息孤島,實驗教學任務(wù)不能實時地傳達到每個具體的實驗室。 另外,章誠等[5]設(shè)計的智慧實驗室管理系統(tǒng)雖然提供了電子門牌、門禁管理、實驗室預(yù)約和實驗排課等功能,但該系統(tǒng)其實是多個獨立的管理設(shè)備的集成,通過服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和管理。 它仍然沒有完成實驗教學任務(wù)的系統(tǒng)性安排,同時還需要多個設(shè)備獨立部署（電子門牌和門禁器）。 二是研發(fā)實驗教學系統(tǒng)和實驗教學裝置。 如張建華[6-7]提供了一種結(jié)合云桌面遠程訪問技術(shù)和虛擬機技術(shù)的基于云桌面的實驗教學系統(tǒng)。 付占敏[8]針對電氣自動化專業(yè)研發(fā)相關(guān)的實驗教學裝置來滿足特定課程的實驗教學要求。

因此,在面向智慧校園的建設(shè)中,提供一種能與學校多個數(shù)據(jù)平臺相融合、能高效便捷地完成全校的實驗室管理和多類型課程的實踐教學過程管理的系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價值。

2 方案的設(shè)計與實現(xiàn)

針對上述系統(tǒng)的不足,設(shè)計一種多功能管理終端及其實踐教學管理平臺,可與學校多個數(shù)據(jù)平臺進行雙向數(shù)據(jù)通信,實現(xiàn)實驗室管理和實踐教學過程管理的一體化。

2.1 基于嵌入式技術(shù)的實驗室管理終端

為了實現(xiàn)上述目的,基于嵌入式技術(shù)研發(fā)一種針對實踐教學管理的多功能實驗室管理終端。 硬件系統(tǒng)包括MCU 核心模塊、RFID 數(shù)據(jù)采集模塊、ETH 網(wǎng)絡(luò)通信模塊、WLAN 無線通信模塊、LCD 顯示模塊、Audio 聲控模塊、門禁控制模塊和各類傳感器數(shù)據(jù)采集模塊及觸控模塊。

MCU 主控模塊采用ARM9 處理器,用于控制所述各類功能模塊工作。 通信模塊可以在有線方式和無線方式WLAN 模塊之間切換,采用TCP/IP 協(xié)議與遠程服務(wù)器進行雙向通信,獲取校教務(wù)平臺數(shù)據(jù),根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定時間從服務(wù)器下載實驗室管理終端所對應(yīng)實訓室的實踐教學計劃和各類信息,如圖1 所示。同時,根據(jù)不同事件可實時地向服務(wù)器上傳采集的數(shù)據(jù),包括師生考勤、座位分配、實驗設(shè)備使用情況以及各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

圖1 多功能管理終端系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 基于多功能實驗室管理終端的實踐教學管理平臺

通過建設(shè)基于上述多功能管理終端的實踐教學管理平臺,可打通學校各個實驗室與實踐教學管理之間的業(yè)務(wù)連接,完成數(shù)據(jù)的雙向流通,從而解決實驗室管理的孤島問題,為實驗室管理人員提供信息化的實驗室管理平臺,為教師提供實訓教學過程性數(shù)據(jù)的采集與追溯平臺,為實踐教學督導(dǎo)提供實時、全面的實訓教學管理信息,也為智慧校園建設(shè)中實驗室管理與實踐教學的精細化和規(guī)范化管理提供了解決方案。

2.2.1 平臺架構(gòu)

智慧實訓管理平臺的體系結(jié)構(gòu)如圖2 所示,有以下幾個部分組成。

圖2 基于管理終端的實踐教學管理平臺的體系架構(gòu)

（1）用戶應(yīng)用：智慧實訓管理平臺的交互式UI 界面,為教師、學生、實驗室管理員、教務(wù)員等各類用戶提供相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)功能,包括移動端、WEB 端用戶應(yīng)用系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)中心：作為整個系統(tǒng)的重要部分,所有系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)都儲存在數(shù)據(jù)中心,管理員用戶可以對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行管理,為上層服務(wù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）管理終端：整個系統(tǒng)的最小執(zhí)行單元,它主要負責數(shù)據(jù)的采集,并完成與數(shù)據(jù)中心的信息同步,為實驗室的實踐教學提供管理。

2.2.2 具體應(yīng)用功能

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理：提供與其他數(shù)據(jù)平臺對接,完成系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理,包括用戶角色與權(quán)限、實驗室信息、教師信息、班級信息、學生信息、實驗室管理終端設(shè)置和系統(tǒng)參數(shù)等功能。

（2）實踐教學信息管理：按照用戶角色分為教務(wù)員功能模塊、教師功能模塊、實驗室管理員功能,完成實訓課程管理、實訓教學任務(wù)單、實訓教學排課、教學考勤、聽/巡課管理、實訓調(diào)課管理、實訓教學課時統(tǒng)計、實驗室項目、實驗室使用統(tǒng)計與分析等功能。

（3）實踐教學移動服務(wù)：通過手機移動端的App應(yīng)用來幫助校領(lǐng)導(dǎo)、教師、實驗室管理員提供實踐教學信息的多維度實時查詢和消息提醒,使得實踐教學管理更加便捷和實時。 主要包括個人課表、班級課表、實驗室安排、實踐教學資源、智慧數(shù)據(jù)中心、校情看板、底部功能單等功能模塊。

（4）基于實訓課程的實訓設(shè)備管理：主要按照用戶角色分為教師功能模塊、實驗室管理員功能模塊子系統(tǒng),包括教學設(shè)備/工件申領(lǐng)、實驗設(shè)備與工件入庫、設(shè)備與工件的詳細維護、設(shè)備與工件的報修管理、設(shè)備與工件的領(lǐng)用審批等功能。

（5）圖文記錄與樓宇文化宣傳廣播系統(tǒng)：圖文記錄與樓宇文化宣傳系統(tǒng)是通過支持用戶使用移動端設(shè)備完成實驗過程與實訓場地的情景記錄并遠程推送至各類型的顯示終端中實時播放,有助于實踐教學成果的宣傳和提升校園文化內(nèi)容的多樣化。

（6）大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與追溯：提供教師課時、部門實踐教學工作量、教師教學過程數(shù)據(jù)分析等,便于教務(wù)部門和管理部門進行直觀的數(shù)據(jù)查看和追溯,有助于實踐教學管理的規(guī)范化（見圖3）。

圖3 面向智慧校園的實踐教學管理系統(tǒng)功能

3 結(jié)語

本方案設(shè)計的多功能數(shù)據(jù)管理終端集成多種傳感器（溫度、濕度）、RFID 信號讀取、網(wǎng)絡(luò)通信、門禁控制等功能,適用于各種類型的實驗室管理,便于教學過程性數(shù)據(jù)的采集和實踐教學管理平臺的建立。 通過實驗室數(shù)據(jù)管理終端將傳統(tǒng)的實驗室門禁系統(tǒng)、刷卡考勤和電子門牌等功能結(jié)合起來,并研發(fā)管理終端內(nèi)運行的嵌入式軟件和App 移動服務(wù)與實驗室管理、教務(wù)管理、教學資源管理、學籍管理、耗材與設(shè)備管理等業(yè)務(wù)平臺進行雙向數(shù)據(jù)通信,讀取教學計劃、備課信息、實驗室資源等各種參數(shù)信息,并完成身份驗證、通知公告、教學考勤、課程教學評價、聽課/巡課考勤、教學圖文記錄、耗材與設(shè)備使用記錄等信息采集,從而能夠得到大量的學校實驗教學過程的狀態(tài)數(shù)據(jù),這是以往實驗室管理系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)或針對特定課程的實踐教學管理系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)所無法比擬的,有利于將數(shù)字校園建設(shè)成為智慧校園。