蔣 拓

（深圳技術(shù)大學(xué)，廣東 深圳 518118）

一、背景

近年來(lái)，在新文科背景下，隨著科技的發(fā)展，高校的外語(yǔ)教學(xué)方式也隨之多樣化，智能化。各高校在外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的軟硬件與智能化上的投入也有了大幅的提升，這也使得如今的語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室與傳統(tǒng)的語(yǔ)言室電腦機(jī)房有了本質(zhì)不同。 新一代的外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備更加豐富多樣，使用更加便捷，為學(xué)生提供了更加智能化的外語(yǔ)學(xué)習(xí)條件。在提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率，營(yíng)造更真實(shí)的語(yǔ)言學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力等方面發(fā)揮著積極的作用。 然而外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室存在著人員流動(dòng)性大，使用頻率高等情況，而在日常管理方面則更多地采用人工管理的方式。實(shí)驗(yàn)員既要保證教學(xué)過(guò)程中的軟硬件可靠性，又要承擔(dān)相應(yīng)的設(shè)備數(shù)量統(tǒng)計(jì)，設(shè)備檢修，軟件更新等工作。這就使得日常管理中存在著效率低，不智能，對(duì)設(shè)備異常反應(yīng)慢等問(wèn)題。因此如何結(jié)合當(dāng)下流行的物聯(lián)網(wǎng)智能化的管理方案對(duì)外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行管理，提高管理水平，成了一個(gè)值得研究的問(wèn)題。

二、物聯(lián)網(wǎng)的概念及應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things， 簡(jiǎn)稱IOT）即萬(wàn)物相互連接的互聯(lián)網(wǎng)。是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，按照約定的協(xié)議通過(guò)各種信息傳感器，與各種物品實(shí)現(xiàn)信息交換，以達(dá)到識(shí)別、通信、跟蹤、監(jiān)控以及管理物品的一種網(wǎng)絡(luò)[1]。 其打破了傳統(tǒng)的信息交換方式，實(shí)現(xiàn)了任何物品與物品直接的通信[2-3]。具有節(jié)省時(shí)間與人力成本，增強(qiáng)數(shù)據(jù)收集，高效資源利用等優(yōu)點(diǎn)。

從技術(shù)架構(gòu)上看，物聯(lián)網(wǎng)包括了物聯(lián)網(wǎng)包含感知層、網(wǎng)絡(luò)層及應(yīng)用層等3大層次[4]。感知層是物聯(lián)網(wǎng)的最底層，其主要功能是收集數(shù)據(jù)，通過(guò)傳感器，音視頻采集設(shè)備、讀寫(xiě)器等感知設(shè)備從物理世界中采集數(shù)據(jù)信息；網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，在物聯(lián)網(wǎng)體系中起承上啟下作用，主要將來(lái)自感知層的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、處理和分析；應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)的最頂層，主要基于網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)解決具體的行業(yè)問(wèn)題，包括完成信息處理，應(yīng)用集成以及人機(jī)交互。

得益于近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力與相關(guān)技術(shù)水平的迅速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迎來(lái)了高速發(fā)展的契機(jī)。通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸，不同種類的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品被相互連接并廣泛的運(yùn)用在各種場(chǎng)景中。 最常見(jiàn)的如物流，智能家居，智慧交通、醫(yī)療和安防領(lǐng)域等。

三、高校外語(yǔ)實(shí)驗(yàn)室智能化管理的必要性與需求

1.外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀

隨著技術(shù)的發(fā)展，在新文科背景下，高校的外語(yǔ)實(shí)驗(yàn)室不再只是傳統(tǒng)的機(jī)房，其形式也趨于智能化、多樣化。我校目前的外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備是通過(guò)數(shù)據(jù)線和局域網(wǎng)進(jìn)行連接，設(shè)備包括了計(jì)算機(jī)、一體機(jī)、路由器、交換機(jī)、耳機(jī)、平板電腦以及充電柜在內(nèi)的多種電子設(shè)備。其使用頻率相對(duì)更高，管理難度也隨之增加，因此急需探索出一套新型的智能化設(shè)備管理方案。

2.外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室管理需求

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的外語(yǔ)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，須滿足實(shí)驗(yàn)室設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控、安全隱患報(bào)警、自動(dòng)化控制以及可擴(kuò)展性等多種需求，從而提高外語(yǔ)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備管理效率和信息化水平。根據(jù)以上需求，該系統(tǒng)應(yīng)具有實(shí)驗(yàn)室智能門(mén)禁功能、電力控制功能、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境檢測(cè)功能、實(shí)驗(yàn)室無(wú)線監(jiān)控功能、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及軟件智能管理等功能。

四、外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)構(gòu)建

針對(duì)實(shí)驗(yàn)室的具體需求，使用多模網(wǎng)關(guān)為核心，可以搭建一個(gè)智能化管理平臺(tái)對(duì)實(shí)驗(yàn)室的軟硬件、人員、環(huán)境等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、處理和管理工作。實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)的框架根據(jù)軟硬件可以分為兩大模塊，分別是IOT設(shè)備智能化管理模塊和軟件更新進(jìn)度管理模塊。

1.IOT設(shè)備智能化管理模塊

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的蓬勃發(fā)展為如今外語(yǔ)實(shí)驗(yàn)室的管理問(wèn)題帶來(lái)了一個(gè)低成本，高效且可擴(kuò)展的解決方案。搭建物聯(lián)網(wǎng)智能管理系統(tǒng)的重點(diǎn)在于如何將實(shí)際需求一一對(duì)應(yīng)到感知層，網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層?；谖倚，F(xiàn)有的外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室，結(jié)合所需功能，感知層包括多模網(wǎng)關(guān)、門(mén)禁系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)備管理系統(tǒng)以及環(huán)境安全系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)層則使用了以4G、5G為代表的無(wú)線廣域網(wǎng)和以藍(lán)牙、WiFi和RFID技術(shù)為主的無(wú)線局域網(wǎng)。其中RFID 技術(shù)，又稱無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)，是一種易于操控，簡(jiǎn)單實(shí)用且特別適合用于自動(dòng)化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)[5]。配合藍(lán)牙、WiFi等近場(chǎng)傳輸技術(shù)可以十分便捷地傳輸幾乎所有所需的數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用層則包含了終端控制與數(shù)據(jù)分析兩個(gè)部分。

1.1 智能門(mén)禁系統(tǒng)

外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室具有設(shè)備價(jià)值高，數(shù)量多，使用頻率高等特點(diǎn)，因此準(zhǔn)入系統(tǒng)上需要在保證安全的前提下更加便捷。既要使擁有權(quán)限的用戶直接完成實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁解鎖，同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室管理員也可通過(guò)系統(tǒng)直接授予某個(gè)用戶門(mén)禁權(quán)限，被授權(quán)用戶無(wú)需提前錄入信息便可臨時(shí)通行[6]。另一方面，該系統(tǒng)也需要有一定的安防功能，每日的訪問(wèn)數(shù)據(jù)需要被記錄并生成日志存儲(chǔ)，以便需要時(shí)管理員可以進(jìn)行查閱；當(dāng)出現(xiàn)陌生訪客嘗試強(qiáng)行進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的情況時(shí)，需要及時(shí)提醒管理員。

因此門(mén)禁系統(tǒng)使用智能門(mén)鎖，通過(guò)面部識(shí)別與指紋識(shí)別技術(shù)可以有效地解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入存在的安全隱患和流程復(fù)雜等問(wèn)題；當(dāng)出現(xiàn)陌生訪客時(shí)也可以及時(shí)留存視頻和照片信息通過(guò)服務(wù)器發(fā)送到控制終端以便管理員進(jìn)行相應(yīng)的處理。 同時(shí)將門(mén)禁系統(tǒng)接入物聯(lián)網(wǎng)可以使得門(mén)禁與燈光，溫度，監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化聯(lián)動(dòng)，避免因?yàn)橥涥P(guān)閉電源所帶來(lái)的能源浪費(fèi)。

1.2 智能監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)除了滿足日常安防需求之外，主要是用于監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室的狀態(tài)，在實(shí)驗(yàn)室管理人員不在現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)候也可以隨時(shí)了解實(shí)驗(yàn)室情況。不同于傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能監(jiān)控系統(tǒng)可以通過(guò)與門(mén)禁系統(tǒng)和紅外傳感器相互連接交互。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室有人存在時(shí)開(kāi)啟監(jiān)控，人離開(kāi)時(shí)關(guān)閉監(jiān)控，從而可以延長(zhǎng)監(jiān)控系統(tǒng)使用壽命，節(jié)約能源。另外，支持IOT的智能監(jiān)控?cái)z像頭可以與其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行互聯(lián)，一旦遇到突發(fā)事件，可以按照預(yù)先設(shè)置的邏輯進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)時(shí)狀態(tài)也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳遞到管理員端，從而判斷是否需要人工介入操作。同時(shí)，管理員還可以根據(jù)傳感器的狀態(tài)隨時(shí)查看實(shí)時(shí)監(jiān)控以便做出及時(shí)的反應(yīng)。

1.3 設(shè)備管理系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備的管理包括平板電腦，多功能互動(dòng)一體機(jī)等在內(nèi)的資產(chǎn)管理，也包括了設(shè)備使用管理。 一方面可以通過(guò)使用RFID技術(shù)來(lái)提升實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)管理的智能化水平。RFID系統(tǒng)一般由讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽兩部分組成。只要RFID標(biāo)簽出現(xiàn)在讀寫(xiě)器的有效識(shí)別范圍之內(nèi)，就可以通過(guò)閱讀器讀取到標(biāo)簽信息，并不需要建立物理連接。因此給實(shí)驗(yàn)室的固定資產(chǎn)貼上RFID電子標(biāo)簽，既可以了解設(shè)備的基本情況如：購(gòu)置時(shí)間，維護(hù)日期，供貨商，配置等基本信息[7]；又可以記錄每臺(tái)設(shè)備的使用情況，是否存在軟件沒(méi)有及時(shí)更新或者硬件損壞待維修的情況，為日常維護(hù)提供真實(shí)的數(shù)據(jù)參考，可以有效地提高實(shí)驗(yàn)室的管理效率和信息化水平。

另一方面，可以使用智能插座來(lái)實(shí)現(xiàn)各種電子設(shè)備的開(kāi)關(guān)機(jī)。比如外語(yǔ)語(yǔ)音實(shí)驗(yàn)室主要使用更為靈活化的平板電腦作為課程載體，而平板電腦需要經(jīng)常充電，因此需要將其置入充電柜統(tǒng)一進(jìn)行充電。由于安全考慮，充電柜的設(shè)計(jì)功率無(wú)法達(dá)到幾十臺(tái)平板的最大充電功率，因此無(wú)法進(jìn)行快速充電。通常情況下都需要進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)10個(gè)小時(shí)的充電，才能保證所有的平板電腦達(dá)到滿電的狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)，且很容易出現(xiàn)充滿電卻沒(méi)有斷電的情況。不僅容易使平板電腦的電池壽命減少，同時(shí)還增加了用電風(fēng)險(xiǎn)。而引入了智能插座則可以完美的解決上述問(wèn)題。通過(guò)對(duì)用電功率的實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以有效地判斷平板電腦是否已經(jīng)完成充電。既可以手動(dòng)開(kāi)關(guān)機(jī)，也可以根據(jù)平板電腦的使用頻率，設(shè)置每周固定兩次開(kāi)啟充電電源，開(kāi)始充電。當(dāng)功率小于一定數(shù)值時(shí)便可以認(rèn)為充電柜里的所有平板電腦完成充電，并自動(dòng)斷電。同樣的，互動(dòng)一體機(jī)等設(shè)備也可以通過(guò)相同的方式進(jìn)行一鍵開(kāi)關(guān)機(jī)的操作。 這樣就可以極大地提高設(shè)備管理精確度保證設(shè)備的用電安全，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。

1.4 環(huán)境安全檢測(cè)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境檢測(cè)包括災(zāi)害監(jiān)測(cè)，溫濕度，門(mén)窗狀態(tài)，是否有人在場(chǎng)等情況。首先，由于外語(yǔ)語(yǔ)音實(shí)驗(yàn)室的人流量大，使用頻率高，且主要設(shè)備為電子設(shè)備，一旦發(fā)生火災(zāi)，輕則會(huì)造成設(shè)備損失，重則會(huì)造成人員傷亡。因此實(shí)驗(yàn)室的消防安全是重中之重，需要放在首位考慮。傳統(tǒng)的煙霧報(bào)警器只能進(jìn)行當(dāng)場(chǎng)聲光報(bào)警，即只有當(dāng)實(shí)驗(yàn)室周圍有人時(shí)才能起到火災(zāi)報(bào)警效果，而當(dāng)實(shí)驗(yàn)室周圍無(wú)人時(shí)，并不能起到很好的提醒作用。針對(duì)上述情況，可以使用智能煙霧報(bào)警器作為災(zāi)害監(jiān)測(cè)的傳感器，這種基于物聯(lián)網(wǎng)的新型煙霧報(bào)警器不僅可以當(dāng)場(chǎng)聲光警報(bào)，同時(shí)還可以與其他IOT設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。比如，當(dāng)煙霧傳感器檢測(cè)到煙霧時(shí)，會(huì)第一時(shí)間打開(kāi)報(bào)警功能，同時(shí)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將情況上報(bào)給管理員，管理員可以通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻，第一時(shí)間判斷實(shí)驗(yàn)室的火災(zāi)情況是否是誤報(bào)或者真實(shí)發(fā)生，從而采取相應(yīng)的措施。這樣即使在假期、實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)期無(wú)人的情況下，也可以保證實(shí)驗(yàn)室的安全。

其次，由于地處深圳，氣候潮濕，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“回南天”這種高度潮濕的天氣情況。而電子設(shè)備在使用和存放的過(guò)程中十分容易收到潮濕天氣的影響，發(fā)生一些損壞甚至降低使用壽命。因此實(shí)驗(yàn)室設(shè)備存放的環(huán)境需要保持通風(fēng)和干燥才能夠避免上述問(wèn)題的發(fā)生。這就需要使用溫濕度傳感器用于實(shí)時(shí)感應(yīng)室內(nèi)溫濕度變化情況，從而采取相應(yīng)措施。

除此之外，門(mén)窗狀態(tài)也是在實(shí)驗(yàn)室管理的過(guò)程中的一個(gè)需要注意的問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)室非開(kāi)放時(shí)間，需要保持門(mén)窗關(guān)閉，禁止非授權(quán)人員進(jìn)入，確保實(shí)驗(yàn)室設(shè)備安全。另外，由于東南沿海臺(tái)風(fēng)暴雨多發(fā)，如果遇到臺(tái)風(fēng)天氣沒(méi)有及時(shí)關(guān)閉門(mén)窗，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備乃至整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的嚴(yán)重?fù)p害。而使用門(mén)窗傳感器，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠(yuǎn)程查看門(mén)窗的開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以有效地解決門(mén)窗忘記關(guān)閉所帶來(lái)的問(wèn)題，提高實(shí)驗(yàn)室管理水平。

2.軟件更新進(jìn)度管理模塊

硬件是實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)，而軟件則是外語(yǔ)實(shí)驗(yàn)室的核心內(nèi)容。由于外語(yǔ)語(yǔ)音實(shí)驗(yàn)室的特殊性，教師教授不同的課程所需要使用的功能也有著一定的區(qū)別。一般的教學(xué)軟件存在著功能冗雜，交互設(shè)計(jì)復(fù)雜，核心功能不符合實(shí)際教學(xué)需求等問(wèn)題。這是由于軟件的開(kāi)發(fā)人員沒(méi)有一線教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于課程內(nèi)容不清楚，不了解課堂使用的具體場(chǎng)景；同時(shí)一線教師與學(xué)生也沒(méi)有專業(yè)的產(chǎn)品相關(guān)的知識(shí)，對(duì)于教學(xué)的實(shí)際需求無(wú)法準(zhǔn)確及時(shí)地反映給軟件開(kāi)發(fā)人員。這就造成了軟件使用率低，版本更新效率低，溝通不順暢等問(wèn)題。

因此該模塊引入了項(xiàng)目管理理念，通過(guò)使用在線協(xié)同工作工具來(lái)解決教學(xué)軟件不符合一線教師的實(shí)際需求，以及開(kāi)發(fā)人員與師生的溝通不順暢不及時(shí)等情況。整個(gè)模塊以多人協(xié)同在線管理系統(tǒng)為中心，連接實(shí)驗(yàn)員和軟件供應(yīng)商，而非供應(yīng)商直接與師生進(jìn)行溝通。其優(yōu)點(diǎn)非常明顯，既可以避免師生與軟件開(kāi)發(fā)人員相互不了解對(duì)方想法的問(wèn)題，又可以很直觀地反映需求、更新進(jìn)度與時(shí)間的關(guān)系。因此軟件更新進(jìn)度管理模塊可以更高效地解決由于任課教師對(duì)于課程的不斷完善，以及教學(xué)進(jìn)度的變化，帶來(lái)的每學(xué)期對(duì)于教學(xué)軟件需求變化的問(wèn)題。 同時(shí)實(shí)驗(yàn)員每學(xué)期結(jié)束也可以查看軟件在過(guò)去一學(xué)期的更新情況，不斷完善軟件更新管理方案，提升軟件更新質(zhì)量與效率。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)傳統(tǒng)的外語(yǔ)語(yǔ)言實(shí)驗(yàn)室管理的不足，結(jié)合對(duì)現(xiàn)階段各高校外語(yǔ)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際情況綜合分析后。本文通過(guò)使用市面上常見(jiàn)的IOT設(shè)備以及RFID技術(shù)，針對(duì)實(shí)際管理需求，以硬件設(shè)備的管理為主，軟件系統(tǒng)的管理為輔，設(shè)計(jì)了一個(gè)高效且個(gè)性化的高校外語(yǔ)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該系統(tǒng)可以極大地減輕實(shí)驗(yàn)員的工作負(fù)擔(dān)，減少失誤，同時(shí)提高實(shí)驗(yàn)室的安全性，智能化程度以及管理效率。