基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計

張歡 南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點實驗室 江蘇南京（210037）

實驗室是提高學(xué)生實踐、創(chuàng)新能力的重要實踐環(huán)境，其在高校不可或缺的地位毋庸置疑。開放式實驗室為學(xué)生動手解決實際問題，提高科研素質(zhì)和創(chuàng)新精神提供了一個更為廣闊、自由的空間，其可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，也可鼓勵教師開出更多高水平的科研課題，對提高實驗室資源利用率非常有效。而實現(xiàn)實驗室開放也是教育部《普通高校教學(xué)水平評估指標(biāo)體系》的要求。

1 開放式實驗室的必要性

一直以來，實驗室教學(xué)通過驗證性實驗雖然能加深學(xué)生對理論知識的掌握和理解，但不能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，所以開放式實驗室有利于以學(xué)生為本，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)、動手科研興趣，自主學(xué)習(xí)[1]，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才和應(yīng)用型人才[2]。實行開放式實驗室，教師只需要給予學(xué)生指導(dǎo)，具體由學(xué)生自己制定實驗步驟和方法，長久以往，有利于不斷對實驗內(nèi)容進(jìn)行改革和完善，促進(jìn)教學(xué)實驗的改革。

此外，實驗室完全開放，可以整合實驗室資源，提高儀器設(shè)備的使用率，降低儀器設(shè)備的重復(fù)購置率，完全發(fā)揮設(shè)備效能，提高投資效益。開放式實驗室不僅是對本院校開放，還可以實現(xiàn)不同高校之間的開放，實現(xiàn)資源互補，可以有效促進(jìn)資源共享，以及高校之間的交流溝通[3]。

通過現(xiàn)代化的方法實行開放式實驗室管理，可以將實驗教師從常規(guī)的實驗室管理工作中解放出來，避免了實驗教師長期的重復(fù)性勞動，使其有更多的時間將實驗室規(guī)范化管理，有利于實驗教師自身的水平提高以及實驗室的長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。

在過去的實驗教學(xué)過程中，學(xué)生參與教師課題研究這樣的模式已經(jīng)無意識地在實行實驗室開放。“開放”是今后實驗室的工作主題，現(xiàn)在需要我們理清思路，有意識地有規(guī)章制度地進(jìn)行開放式實驗室管理的實踐與探索。

2 開放式實驗室的管理

目前，越來越多的大學(xué)自主制定了適合本院校、專業(yè)的開放式實驗室管理措施。如：東北林業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江師范大學(xué)、魯東大學(xué)、山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院等。實驗室開放式管理是一項需要長期不斷探索的工作，需要實踐的不斷總結(jié)。

2.1 以學(xué)生為本

開放式實驗室相對于傳統(tǒng)實驗室，學(xué)生是實驗室的主體，以學(xué)生為本，學(xué)生自主實驗，較為零散，且學(xué)生的實驗操作水平、儀器的操作水平高低不同，給開放式實驗室管理帶來了一定難度。因此，在施行開放式實驗室之前，要對學(xué)生進(jìn)行統(tǒng)一的儀器設(shè)備使用培訓(xùn)，并提出一定的規(guī)章制度，便于統(tǒng)一管理。對一些陳舊的實驗內(nèi)容進(jìn)行改革、合并或停開，開放式實驗內(nèi)容要反映新技術(shù)、新知識、提高注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主的實驗內(nèi)容，最終,使實驗課程體系得到優(yōu)化與整合，每學(xué)期結(jié)合教學(xué)大綱設(shè)置一定數(shù)量的開放性實驗內(nèi)容，針對開放性實驗設(shè)置相應(yīng)的學(xué)分，鼓勵學(xué)生積極參加，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性，創(chuàng)新性，動手實踐能力。

學(xué)生實驗分為教學(xué)計劃內(nèi)實驗和開放性自主實驗[4]。前者在實行時參照傳統(tǒng)實驗室運行制度，將教學(xué)計劃下達(dá)學(xué)生手中，在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成。后者在不影響教學(xué)大綱規(guī)定的實驗內(nèi)容的前提下，學(xué)生預(yù)約使用實驗室儀器設(shè)備，在規(guī)定時間段進(jìn)行實驗。

2.2 “物”的管理

開放式實驗室的“物”主要指儀器、設(shè)備等。實驗室完全開放后，可以避免儀器設(shè)備的重復(fù)購置，大大提高設(shè)備使用效率，同時，要加強儀器設(shè)備管理。

使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對儀器設(shè)備監(jiān)管，形成網(wǎng)絡(luò)化管理。儀器設(shè)備從購置、使用、維護(hù)、維修到報廢，都要進(jìn)行有效的控制。加強儀器設(shè)備的責(zé)任到人制，要求實驗師有專業(yè)的技術(shù)知識、高度責(zé)任感。建立大型設(shè)備共享平臺，儀器設(shè)備對外使用時，采取有償使用制度，收取的費用可用于學(xué)生開放式實驗課題的經(jīng)費來源[5-8]。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室的設(shè)計

開放式實驗室的管理制度需要在實踐中不斷總結(jié)摸索，其最終實現(xiàn)離不開技術(shù)支持。如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越多地滲透到生活的每個角落。不僅僅是開放式實驗室，大到智慧校園（校園信息的智能化采集、運輸、管理、控制、顯示、推送等，最終實現(xiàn)全校各部門，子系統(tǒng)信息融合，互聯(lián)互通）都以物聯(lián)網(wǎng)云計算為核心?；谖锫?lián)網(wǎng)的開放式實驗室技術(shù)，可以有效解決實驗室管理中的信息更新滯后，人力資源不足或浪費，設(shè)備冗余，重復(fù)投入，信息孤島等現(xiàn)狀，也可有效實現(xiàn)開放式實驗室需要的科學(xué)決策，完全開放，及時管控，方便快捷要求。

3.1 基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計

通過使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為實驗室完全開放提供了保障，為開放式實驗室管理制度的探索提供了技術(shù)支持。從課程實驗管理子系統(tǒng)和開放實驗管理子系統(tǒng)這兩個部分來進(jìn)行基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室建設(shè)。

①物聯(lián)網(wǎng)課程實驗管理子系統(tǒng)設(shè)計

圖1課程實驗中管理

對于開放式實驗室，課程實驗管理即將傳統(tǒng)的教學(xué)大綱要求的實驗內(nèi)容連上物聯(lián)網(wǎng)后，實驗課老師可從教師端對該堂實驗課進(jìn)行實驗地點及時間預(yù)約，并上傳實驗內(nèi)容和步驟，學(xué)生可從學(xué)生端對老師上傳內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)。具體系統(tǒng)設(shè)計見圖1。

該設(shè)計功能：門禁管理可以授權(quán)學(xué)生一卡通開啟門禁；考勤匯總可以自動生成考勤表，用于出勤人員的統(tǒng)計（代替學(xué)生上課點到）；視頻管理可以實時視頻錄制備案上課過程。

圖2為課程實驗后管理

圖2課程實驗后管理

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于課程實驗管理，便于管理效率的提高以及信息的智能采集。學(xué)生課前預(yù)習(xí)，課中實踐，課后報告提交全程記錄，提高學(xué)習(xí)效率。儀器設(shè)備由任課老師監(jiān)管授權(quán)使用，自動建立設(shè)備使用記錄，方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計，責(zé)任落實到人，也可減少實驗師工作量。

②物聯(lián)網(wǎng)開放實驗管理子系統(tǒng)設(shè)計

開放創(chuàng)新型實驗室開放式實驗不可或缺的部分，也是實行開放式實驗室的最終目的。圖3為物聯(lián)網(wǎng)用于開放創(chuàng)新實驗管理系統(tǒng)設(shè)計。

圖3物聯(lián)網(wǎng)用于開放創(chuàng)新實驗管理系統(tǒng)設(shè)計

該設(shè)計功能：實現(xiàn)開放式實驗室的預(yù)約使用權(quán)（預(yù)約時間、實驗內(nèi)容及地點）；授權(quán)學(xué)生一卡通[9]，學(xué)生可在預(yù)約時間段享受開放實驗室的權(quán)利，完成自主實驗。

該設(shè)計優(yōu)點：設(shè)計可減輕老師負(fù)擔(dān)，提高學(xué)生動手能力；自動建立設(shè)備使用和器件消耗情況記錄，方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析；提高開放式實驗室的利用率，提高設(shè)備使用率，對設(shè)備臺賬管理（維修，維護(hù)，報廢）提供依據(jù)；視頻監(jiān)管為開放式實驗室提供安全保障[10]。

3.2 基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室儀器設(shè)備的設(shè)計[11]

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于實驗室儀器設(shè)備管理，對儀器設(shè)備的使用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)實時采集和記錄，最終可實現(xiàn)設(shè)備儀器從購買、使用、維修、維護(hù)、報廢整個生命周期的實時管理。

基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備管理系統(tǒng)主要包括：用戶管理、采購流程管理、驗收流程管理、使用過程管理、貴重設(shè)備儀器管理、維修管理、報廢管理以及供應(yīng)商管理。

①基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備用戶管理[12]

學(xué)校的實驗室管理基地（包括處長、到實驗室主任、實驗室）人員均可進(jìn)入系統(tǒng)，對儀器設(shè)備進(jìn)行信息查詢，管理和跟蹤。

②基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備采購管理

負(fù)責(zé)儀器設(shè)備采購的相關(guān)人員在物聯(lián)網(wǎng)上登記采購項目、招標(biāo)信息等。使采購過程公開透明化。

③基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備驗收流程管理

組織驗收后在物聯(lián)網(wǎng)上對儀器設(shè)備進(jìn)行注冊，貼上RFID標(biāo)簽，自動形成報表（包括儀器設(shè)備名稱、型號、數(shù)量、圖片、供應(yīng)商信息等）。

④基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備使用過程管理

通過遠(yuǎn)程在線采集儀器設(shè)備使用時間、次數(shù)、人員等信息，記錄儀器設(shè)備使用狀況，是否損壞、違章操作，是否有維修保養(yǎng)記錄等。

⑤基于物聯(lián)網(wǎng)的貴重儀器設(shè)備管理

主要針對大型貴重儀器設(shè)備進(jìn)行的格外使用率、借還記錄、授權(quán)使用、看護(hù)管理等。

⑥基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備維修管理

若儀器設(shè)備需要維修，當(dāng)時的使用負(fù)責(zé)人從申請維修、維修登記、維修結(jié)束均在物聯(lián)網(wǎng)登記記錄備案。

⑦基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備報廢管理

若儀器設(shè)備需要報廢，管理人員可將報廢申請、報廢評估、報廢注銷等信息記錄。

⑧基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備供應(yīng)商管理

對供應(yīng)商合同信息，設(shè)備優(yōu)劣信息，售后服務(wù)信息進(jìn)行記錄，為學(xué)校下次采購儀器設(shè)備提供參考。

4 結(jié)語

開放性實驗室是今后的趨勢，實驗室開放最終可以實現(xiàn)設(shè)備的高效合理使用、學(xué)生實驗動手能力、創(chuàng)新思維的提高等，但是如何真正實現(xiàn)這一目的還需要一段時間的研究和探索實踐。然而，基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理，為實驗室開放創(chuàng)造了一個非常切實、安全有效的運行維護(hù)管理環(huán)境，是實現(xiàn)實驗室開放的一個可行方案。基于物聯(lián)網(wǎng)這一技術(shù)手段，對實驗過程前后進(jìn)行監(jiān)控管理等遠(yuǎn)程控制。

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