物聯(lián)網(wǎng)技術下的實驗室開放建設實踐

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摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術在高校實驗室的應用日趨成熟，實驗室開放建設的需求也更為迫切。信息技術的成熟為實驗室開放建設的科學化、規(guī)范化提供技術保障。文章從實驗室建設和管理中存在的問題、實驗室開放建設的條件準備、物聯(lián)網(wǎng)技術應用于開放實驗室的實踐案例和成效分析等方面進行闡述。開放實驗室的建設為教學改革創(chuàng)造了條件，同時也提升了實驗室管理的效能。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；開放實驗室；實驗室管理

一、引言

近年來，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術在高等學校的不斷深入應用為學校教育教學帶來了深刻變革，數(shù)字校園、智慧校園建設取得了突破性進展。長江師范學院實驗室建設過程中，以“創(chuàng)新、協(xié)調、綠色、開放、共享”的發(fā)展理念為指導，按照“智慧感知、服務教學、開放共享、科學決策”原則，以物聯(lián)網(wǎng)技術應用為基礎，以實驗室管理改革為重點，以實驗室開放共享為目的，通過實驗室開放管理平臺、實驗室信息化綜合管理系統(tǒng)和智慧門禁系統(tǒng)建設，實現(xiàn)了信息技術對實驗室管理的支撐，促進了學校教育教學改革和發(fā)展。

二、實驗室建設和管理中存在的問題

以長江師范學院為例，學校在實驗室建設和運行中發(fā)現(xiàn)，當前的實驗室管理過程存在如下問題：實驗室建設各自為政；實驗教學定時、定點、定內(nèi)容、定輔導教師，個性化程度低；學生自主發(fā)展和實踐鍛煉的實踐、空間和資源有限；實驗教學質量評價機制不健全，不能有效調動師生的積極性。這些問題嚴重制約實踐教學體系和創(chuàng)新教育體系建設。結合學校信息化工作開展和以上問題的實際，學校在《長江師范學院事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》明確提出“大力實施信息化戰(zhàn)略，加快教育現(xiàn)代化進程”，部署了“優(yōu)化信息化環(huán)境”、“推動教學模式創(chuàng)新”、“實現(xiàn)管理信息化”等3項重大工程，著力推進教育資源和教學環(huán)境信息化建設、信息技術與教育教學深度融合、治理體系現(xiàn)代化與信息服務能力同步提升。在這樣的背景下，打破實驗室建設、管理、使用壁壘，打造基于信息化環(huán)境的開放實驗室，是建設高水平應用型大學的必然要求，也是培養(yǎng)高素質應用型人才，提高學生實踐動手能力、科學研究能力和創(chuàng)新能力的客觀需要。

三、建設實驗室開放管理平臺可行性分析

1.體制機制保障為保證實驗室開放建設工作的開展，在學校網(wǎng)絡安全和信息化領導小組的統(tǒng)一領導下，教務處、資產(chǎn)管理中心、信息化辦公室、各二級學校實驗中心各司其職，分工協(xié)作，明確責任，對項目中提出的各項任務、重大決策與總體部署進行落實。通過開展實驗室開放平臺建設調研，定期召開建設工作會，探索實驗室開放平臺建設機制與應用模式，統(tǒng)籌協(xié)調實驗室開放平臺建設實施，開展實驗室開放宣傳普及與人員培訓。

2.實驗室開放建設經(jīng)費保障依托學校智慧校園建設的經(jīng)費投入，采取自籌、合作、項目申報等形式獲取各級財政支持，按照邊建邊受益、分步實施的原則投入。形成良性的、循序漸進的資金投入機制，實驗室開放建設持續(xù)穩(wěn)定。

3.實驗室開放平臺政策保障建立校級領導研究實驗室開放共享管理工作機制，確保實驗室開放建設的規(guī)范運行。編制《長江師范學院實驗室共享管理平臺項目實施方案》，出臺《長江師范學院貴重儀器設備管理辦法》《長江師范學院儀器設備管理使用規(guī)程》《長江師范學院信息化數(shù)據(jù)管理辦法》《長江師范學院信息化項目管理辦法》等規(guī)章制度。為提高實驗室開放建設使用成效，教務處、信息化辦公室、各二級學院對教師、學生、試驗室管理人員開展培訓。

四、實驗室開放平臺架構

1.實驗室開放平臺架構基于物聯(lián)網(wǎng)技術的實驗室開放平臺搭建，需對實驗室人員、儀器設備、環(huán)境設施等有效感知識別，將視頻監(jiān)控、圖像識別、人臉識別、門禁系統(tǒng)、傳感器采集、電源控制、無線網(wǎng)絡傳輸、RFID射頻技術、實驗管理等技術融合應用，實現(xiàn)考勤簽到、環(huán)境監(jiān)測、視頻監(jiān)控和遠程控制于一體的實驗室開放平臺。實驗室開放平臺架構主要由實驗室監(jiān)控系統(tǒng)、實驗室門禁系統(tǒng)、實驗設備在線預約系統(tǒng)、實驗設備綜合管理系統(tǒng)、實驗課程綜合管理與分析系統(tǒng)等組成，如圖1所示。（1）實驗室監(jiān)控系統(tǒng)實驗室監(jiān)控系統(tǒng)由視頻攝像頭、紅外傳感器、GIS定位等組成，負責采集實驗室場地視頻數(shù)據(jù)，實時對實驗室監(jiān)控、錄像、視頻動態(tài)感知、網(wǎng)絡聯(lián)動、存儲、備份、畫面分組等。是實驗室安全監(jiān)控、采集、存儲重要保障，實現(xiàn)實驗室安全預警。（2）實驗室門禁系統(tǒng)實驗室門禁系統(tǒng)充分融合學校統(tǒng)一身份認證，拓展校園卡（碼）功能，運用IC卡射頻、人臉識別、指紋密碼、智能門禁終端、門禁控制器等，實現(xiàn)實驗室人員進出權限控制的有效管理。門禁系統(tǒng)與監(jiān)控系統(tǒng)有效結合實現(xiàn)實時對實驗設備電源開啟關閉和實驗室視頻監(jiān)視，驗證并保存記錄實驗室人員進出情況、實驗室內(nèi)部設備操作過程。（3）實驗設備在線預約系統(tǒng)實驗設備在線預約系統(tǒng)實現(xiàn)無人值守實驗設備在線預約和管理。包括用戶管理、權限管理、儀器管理和各類數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，對實驗室的儀器進行授權使用，對實際運行數(shù)據(jù)進行采集、監(jiān)控和分析；管理者可通過統(tǒng)一身份驗證進行成員管理、在線預約管理、授權管理、送樣審批管理等管理工作。（4）實驗設備綜合管理系統(tǒng)實驗設備綜合管理系統(tǒng)實現(xiàn)實驗儀器相關基礎信息維護、授權維護、授權時段、預約規(guī)則定義、收費管理和成果與績效的管理等。包括儀器管理、儀器計費管理、成果管理和績效考核。（5）實驗課程綜合管理與分析系統(tǒng)實驗課程綜合管理與分析系統(tǒng)實現(xiàn)對實驗儀器設備使用人員的基本使用規(guī)范的控制，監(jiān)控實驗過程，查詢儀器存放位置，保證儀器設備使用安全。包括用戶授權與經(jīng)費、培訓、預約等多方面進行關聯(lián)，系統(tǒng)管理員實現(xiàn)對貴重儀器的實時監(jiān)控，整合儀器信息與儀器分布地理信息，通過GIS地理監(jiān)控程序在網(wǎng)頁瀏覽器上對儀器所在樓宇的地理信息進行直觀展現(xiàn)，項目成果與儀器的使用同步關聯(lián)，實時匯總績效考核信息與結果，自動生成儀器使用情況表等功能。

2.實驗室開放平臺關鍵技術方法（1）儀器設備管理控制開放實驗室核心端是儀器設備管理控制，按照預約的規(guī)則開啟和關閉，顯示設備信息、使用狀態(tài)、監(jiān)控等。采用ZigBee協(xié)議無線傳輸，控制電源、讀卡器等，實現(xiàn)刷卡對多臺儀器或同一儀器多個組件進行同時控制。通過物聯(lián)網(wǎng)路由器接入到校園網(wǎng)中，實現(xiàn)與管理平臺軟件的數(shù)據(jù)聯(lián)通?？紤]某些大型實驗設備是強電壓，儀器設備管理控制端，控制電流不低于30A，電壓不低于380V。在網(wǎng)絡出現(xiàn)脫機情況下，控制器仍能夠根據(jù)存儲信息進行訪問控制。（2）ZigBeeZigBee無線通信技術是基于蜜蜂相互間聯(lián)系的方式實現(xiàn)開放實驗室控制平臺、網(wǎng)絡傳輸、傳感器控制等通過互聯(lián)網(wǎng)通信與服務器、計算機（或終端）相連接。ZigBee無線通信技術是基于IEEE802.15.4無線標準，具有傳輸數(shù)據(jù)流量小、組網(wǎng)安全和GPS功能等特點。作為開放實驗室的無線通信技術選擇，ZigBee可實現(xiàn)對傳感節(jié)點網(wǎng)絡的組建和實驗設備的定位。（3）數(shù)據(jù)共享開放實驗室平臺建設與學校其他應用系統(tǒng)對接、共享是智慧校園（數(shù)字校園）建設中最重要的技術和管理問題，需要與校內(nèi)人員信息、課程平臺、統(tǒng)一資源庫、校內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)、一卡通系統(tǒng)、財務系統(tǒng)等對接，實現(xiàn)統(tǒng)一身份識別、監(jiān)控統(tǒng)一管理、報賬結算和資源集中管理。數(shù)據(jù)共享要解決幾個關鍵問題，即數(shù)據(jù)標準的規(guī)范、中心數(shù)據(jù)庫設計、數(shù)據(jù)同步和對異常數(shù)據(jù)的處理。

五、實驗室開放平臺運行效果

1.改變實驗室管理模式通過實驗室開放管理平臺的建設，把原來各二級學院分散的管理轉變成學校集中統(tǒng)一的管理，實現(xiàn)實驗項目開設中除專業(yè)培養(yǎng)方案、課程教學大綱中要求的集中實驗項目外，教師、學生可自主申請開設和驗證實驗教學大綱外的實驗項目，拓展了學生的學習資源和空間，有效調動了師生進入實驗室的積極性，推進了實踐教學體系和創(chuàng)新教育體系建設。

2.數(shù)據(jù)分析支撐實驗室管理實驗室開放平臺可監(jiān)控實驗室實驗過程，查詢儀器存放位置，保證儀器設備使用安全，如圖2所示。通過GIS地理監(jiān)控程序在網(wǎng)頁瀏覽器上對儀器所在樓宇的地理信息進行直觀展現(xiàn)，如圖3所示。項目成果與儀器的使用同步關聯(lián)，實時匯總績效考核信息與結果，自動生成儀器使用情況表。

3.實驗室開放平臺建設促進學校信息化發(fā)展（1）部門聯(lián)動機制建立部門聯(lián)動機制的建立推進了高校治理體系和治理能力水平現(xiàn)代化。按照“總體規(guī)劃、明確責任、統(tǒng)一管理、分步實施”優(yōu)化智慧校園建設體制機制，采取“責任分工、技術跟進、資源配合”原則開展實驗室開放推廣工作，明確各相關單位的職責和分工，積極培養(yǎng)技術團隊，保障實驗教學順利執(zhí)行和實驗室開放平臺運行穩(wěn)定，根據(jù)系統(tǒng)推廣需要，配置管理人員、經(jīng)費、物資及政策等資源。（2）基礎數(shù)據(jù)共享機制建立以學校智慧校園平臺為基礎，按照教育部、?。ㄊ校┘壷腔坌@建設要求規(guī)范管理設備編碼、人員、實驗項目、場地條件等數(shù)據(jù)，為智能化實驗開放提供基礎數(shù)據(jù)。智慧校園基礎平臺提供標準接口文檔，為不同的實驗室管理系統(tǒng)、平臺實現(xiàn)統(tǒng)一管理提供跨平臺應用環(huán)境，實現(xiàn)實驗室各類數(shù)據(jù)共享，推進學校信息化良性發(fā)展。實驗資源建設、管理及實驗教學體系從封閉走向開放，從分割走向共享，從統(tǒng)一要求走向自主創(chuàng)新，從儀器設備主導實驗項目走向需求主導實驗體系建設。（3）運用物聯(lián)網(wǎng)技術進行數(shù)據(jù)采集的長效機制建立一是充分利用系統(tǒng)管理功能，嚴把實驗項目、場地審核關。二是加強師生信息化能力培訓，提高數(shù)據(jù)采集質量。三是對實驗項目數(shù)據(jù)做分析，提升數(shù)據(jù)應用效果。通過物聯(lián)網(wǎng)技術、大數(shù)據(jù)分析和業(yè)務再造，實現(xiàn)實驗儀器管理、預約管理、自主實驗管理、事件管理和統(tǒng)計報表的自動化和智能化，促進實驗室開放和共享以及校內(nèi)外實驗資源共享，提高儀器設備的利用率。

六、結束語

實驗室開放是學校教學、科研及學科建設的重要保障條件，在實驗室教學和科學研究中起著極為重要的作用。高校需利用好物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術提升學校實驗室管理水平，充分發(fā)揮信息技術在教學、科研和社會服務方面作用。實驗室儀器設備對外開放共享要從管理制度、管理機制、開放宣傳和開放管理等方面著力提升，提高實驗室儀器設備的有效使用率，促進學校教育信息化不斷向前發(fā)展。

參考文獻：

[1]長江師范學院信息化辦公室.長江師范學院大型儀器設備共享平臺實施方案[EB/OL].2018.

[2]王軍號.大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術在高校計算機實驗室開放建設中的應用研究[J].教育教學論壇.2018(18):13-14.

[3]鐘燕華.淺談高校計算機實驗室開放建設的研究———以大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術應用的分析[J].現(xiàn)代信息科技,2019,3(9):194-196.

[4]佘杰.物聯(lián)網(wǎng)技術在高校實驗室管理中的應用[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體,2019(13):15-16.

[5]劉英娜.物聯(lián)網(wǎng)技術在高校智慧實驗室構建中的應用研究[J].科技風,2019(24):95.

[6]布萊恩•羅素.物聯(lián)網(wǎng)安全[M].北京:機械工業(yè)出版社,2018.

[7]梁劭穎,呂集爾.基于無線傳感網(wǎng)絡的實驗室智能管理系統(tǒng)設計[J].電子技術與軟件工程,2019(22):20-21.

[8]譚海軍.基于XML數(shù)字化校園數(shù)據(jù)交換中心的研究[J].無線互聯(lián)科技,2019,16(19):121-122.

作者：譚海軍 單位：長江師范學院