物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校智慧實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建中的應(yīng)用

賈維丁

摘 要 隨著高校的逐年擴(kuò)招，高校學(xué)生人數(shù)幾何式的倍增，高校實(shí)驗(yàn)室規(guī)模也跟著擴(kuò)大了。實(shí)驗(yàn)室日常管理靠傳統(tǒng)人工式的管理勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低、工作誤差大。結(jié)合當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)際情況，以先進(jìn)的管理理念為指導(dǎo)，要建設(shè)一所現(xiàn)代化的智慧校園，智慧實(shí)驗(yàn)室是智慧校園的重要組成部分。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)包擴(kuò)教學(xué)管理、開放管理、學(xué)生管理、教師管理、實(shí)驗(yàn)課程管理與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理、儀器設(shè)備管理與實(shí)驗(yàn)耗材管理；該系統(tǒng)幫助實(shí)驗(yàn)室工作人員提高管理效率，提升服務(wù)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】物聯(lián)網(wǎng) 高校實(shí)驗(yàn)室 智慧校園

1 高校實(shí)驗(yàn)室管理中存在的問題

1.1 實(shí)驗(yàn)室人員隊(duì)伍和結(jié)構(gòu)建設(shè)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的速度

政府部門或者學(xué)校投資方花費(fèi)大量資金投入了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，大量的高精尖的設(shè)備也進(jìn)入了高校實(shí)驗(yàn)室。比如我校在2013年開始建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，專業(yè)的新增導(dǎo)致在校生的規(guī)模急劇擴(kuò)大，專業(yè)結(jié)構(gòu)劃分越細(xì)，實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量種類也在急劇增加，實(shí)驗(yàn)人員只限于忙于計(jì)劃內(nèi)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，導(dǎo)致一些設(shè)備資源嚴(yán)重閑置，設(shè)備利用率不高。在高校實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍得不到應(yīng)有的重視，很少有外出培訓(xùn)提升的機(jī)會(huì)，只能靠自己慢慢摸索來提升自己，在職稱評(píng)定、項(xiàng)目申請(qǐng)、科學(xué)研究等很少有機(jī)會(huì)來提升自己。就目前我校這種模式下實(shí)驗(yàn)人員存在學(xué)歷偏低，職稱偏低，缺乏一些高素質(zhì)人才的加入。

1.2 實(shí)驗(yàn)室安全隱患多

隨著實(shí)驗(yàn)室開課任務(wù)的增加，專職實(shí)驗(yàn)老師無法應(yīng)對(duì)大量的學(xué)生，在實(shí)驗(yàn)操作過程中，老師無法顧及到每一個(gè)學(xué)生，大量的學(xué)生沒有按照操作流程來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，有部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目對(duì)實(shí)驗(yàn)室財(cái)產(chǎn)和人身安全有一定的危險(xiǎn)性。長期的非正規(guī)操作，使得很多學(xué)生沒有養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，使得儀器的損壞率故障率越來越高。

1.3 實(shí)驗(yàn)室管理水平落后

近年來，各高校加大了實(shí)驗(yàn)力度的建設(shè)，中央與地方共建實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)、校企共建實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)、“211”工程建設(shè)經(jīng)費(fèi)、國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)等投入了巨資。實(shí)驗(yàn)設(shè)備規(guī)模在飛速發(fā)展，但是大多數(shù)高校實(shí)驗(yàn)室管理人員還是采用傳統(tǒng)的管理方式，陳舊的管理理念，僵化的管理制度，并沒有跟隨時(shí)代的步伐。

2 智慧實(shí)驗(yàn)室

智慧實(shí)驗(yàn)室必然以信息技術(shù)應(yīng)用為主線，在未來，借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能化控制和移動(dòng)互聯(lián)等信息技術(shù)，通過感知、物聯(lián)、智能化的方式，將高校實(shí)驗(yàn)室中的物理基礎(chǔ)設(shè)施、信息基礎(chǔ)設(shè)施、學(xué)習(xí)生活基礎(chǔ)設(shè)施和科研基礎(chǔ)設(shè)施連接起來，達(dá)到智能自動(dòng)化管理和監(jiān)控，保障實(shí)驗(yàn)室的安全，創(chuàng)造一個(gè)綠色環(huán)保、低碳低耗、智能舒適的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。同時(shí)，通過這些最新前沿技術(shù)的應(yīng)用，升級(jí)現(xiàn)有的校園網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，結(jié)合一卡通系統(tǒng)，以校園微信公眾號(hào)和校園門戶網(wǎng)站為平臺(tái)入口，實(shí)現(xiàn)與智慧校園的數(shù)據(jù)融合、服務(wù)融合和網(wǎng)絡(luò)融合。

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智慧實(shí)驗(yàn)室

近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智慧城市與智慧校園建設(shè)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于高校實(shí)驗(yàn)室管理，可以有效地解決高校實(shí)驗(yàn)管理存在的問題，也為全面提升高校信息化管理水平帶來了新的機(jī)遇，高校實(shí)驗(yàn)室的智慧化已經(jīng)成為未來高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的必然趨勢(shì)。

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別（RFID，Radio Frequency Identification）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備。按約定的協(xié)議，把物品與網(wǎng)絡(luò)連接起來進(jìn)行信息交換和通信，以現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造智慧校園建設(shè).為高校智慧學(xué)習(xí)環(huán)境構(gòu)建帶來了誘人的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，智慧教育成為全國教育信息化的發(fā)展方向。

2.2 云技術(shù)與智慧實(shí)驗(yàn)室

云技術(shù)是一種虛擬化技術(shù)，云技術(shù)可以在一些計(jì)算機(jī)類實(shí)驗(yàn)室中發(fā)揮出很多優(yōu)勢(shì)。虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)也是智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要組成部分，虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)面向全校，充分考慮多種技術(shù)的融合，以實(shí)現(xiàn)全校虛擬實(shí)驗(yàn)資源的整合。云計(jì)算是一種能夠通過網(wǎng)絡(luò)以便利、按需的方式獲取計(jì)算資源（包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用和服務(wù)等）并提高其可用性的模式，這些資源來自一個(gè)共享的、可配置的資源池，并能夠以簡便和無人干預(yù)的方式獲取和釋放資源。云平臺(tái)建設(shè)是將實(shí)驗(yàn)室的資源虛擬化，使用云終端、云系統(tǒng)、云服務(wù)器、云存儲(chǔ)。整合機(jī)房所有的IT資源，提高利用率；將所有的教學(xué)資源都由‘云來提供，隨時(shí)隨地可以獲??；降低硬件的采購；并且可以實(shí)現(xiàn)資源共享，比如一些正版的專業(yè)實(shí)驗(yàn)軟件，由于版權(quán)等因素只能是一些實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部計(jì)算機(jī)可以使用，使得一些需要學(xué)習(xí)的人收到了時(shí)間和空間的限制，但是使用虛擬云技術(shù)，只要在一些終端設(shè)備登錄云客戶端，就可以為學(xué)生或者老師提供多樣化的學(xué)習(xí)資源。

3 智慧實(shí)驗(yàn)室的管理系統(tǒng)構(gòu)架

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是構(gòu)建智慧校園的關(guān)鍵技術(shù)，由于民辦高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)資金有限，智慧實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建要考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，預(yù)留智慧實(shí)驗(yàn)室的擴(kuò)建接口。參考物連網(wǎng)的三層體系結(jié)構(gòu)，本文構(gòu)建了智慧實(shí)驗(yàn)的架構(gòu)模型如圖1所示。

3.1 基于RFID的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備資產(chǎn)管理系統(tǒng)

基于RFID系統(tǒng)的管理主要包括有固定資產(chǎn)的管理和低值易耗品的管理，學(xué)校對(duì)固定資產(chǎn)進(jìn)行打標(biāo)，利用RFID技術(shù)可以對(duì)固定資產(chǎn)進(jìn)行定位，固定資產(chǎn)的管理包括設(shè)備增刪、查詢、借用、維修、統(tǒng)計(jì)、定位等，低值易耗品的管理包括查詢、領(lǐng)用、統(tǒng)計(jì)等。

3.2 基于ZigBee的智慧實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無線傳感網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)今國際前沿研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低成本的雙向無線通信技術(shù)，系統(tǒng)由傳感器節(jié)點(diǎn)、路由節(jié)點(diǎn)、中心節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)組成。系統(tǒng)主要包括CPU、ZigBee模塊、RFID模塊、串口、傳感器模塊和門禁模塊等。ZigBee終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集，通過實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息管理的智慧化，并對(duì)協(xié)調(diào)器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.3 實(shí)驗(yàn)室智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

常規(guī)的視頻監(jiān)控僅能提供視頻的捕獲、存儲(chǔ)、回放等功能，很難起到預(yù)警和報(bào)警作用。實(shí)驗(yàn)室智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的主要由三部分組成：攝像頭，智能檢測(cè)模塊，移動(dòng)通信模塊。智能監(jiān)管系統(tǒng)主要包括實(shí)驗(yàn)室地圖、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)巡視系統(tǒng)、對(duì)講呼叫系統(tǒng)、緊急報(bào)警系統(tǒng)，智能預(yù)警系統(tǒng)主要包括應(yīng)急預(yù)警、危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)室預(yù)警、門窗預(yù)警、實(shí)驗(yàn)人員預(yù)警、用電預(yù)警、安全預(yù)警情況查詢等功能 。

3.4 開放實(shí)驗(yàn)室預(yù)約系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室教學(xué)通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)雖然能加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和理解，但不能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，而開放式實(shí)驗(yàn)室有利于以學(xué)生為本，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)、動(dòng)手科研興趣，主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才和應(yīng)用型人才。

師生通過網(wǎng)上預(yù)約實(shí)驗(yàn)。使實(shí)驗(yàn)員開放實(shí)驗(yàn)室非常方便實(shí)驗(yàn)安排更加科學(xué)合理。開放實(shí)驗(yàn)室預(yù)約系統(tǒng)包括權(quán)限管理、預(yù)約管理、查詢管理、門禁管理、審批管理等功能，預(yù)約管理主要是實(shí)現(xiàn)預(yù)約申請(qǐng)、預(yù)約審核、實(shí)驗(yàn)進(jìn)度等，查詢主要是查詢實(shí)驗(yàn)室類別、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、設(shè)備狀況、預(yù)約狀況等。這樣實(shí)驗(yàn)室人員從傳統(tǒng)的“看門人”變成技術(shù)管理人，節(jié)省出更多的時(shí)間來指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行科研，還能把實(shí)驗(yàn)室人員從繁瑣的事物中解放出來。

3.5 實(shí)驗(yàn)室智能水電管理系統(tǒng)

水電管理系統(tǒng)對(duì)于院校實(shí)現(xiàn)水電管理系統(tǒng)化、智能化、節(jié)約化具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。水電智能管理系統(tǒng)可以通過控制中心的計(jì)算機(jī)進(jìn)行軟件操作，利用軟件控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的各個(gè)水電控制繼電器，再由繼電器控制水電的通道開關(guān)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)由水電智能管理系統(tǒng)控制中心控制所有實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的電器開關(guān)和水閥開關(guān)。利用水電智能管理軟件可以對(duì)校園內(nèi)電器及水閥進(jìn)行智能化管理，譬如：在規(guī)定時(shí)間內(nèi)控制給水、控制停水、控制給電、控制停電等，所有操作由系統(tǒng)完成。

3.6 實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要面向全院師生，包括學(xué)生管理、教師管理、實(shí)驗(yàn)課程管理與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目管理。比如我校使用的北京郵電大學(xué)的虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)，結(jié)合該平臺(tái)進(jìn)行二次開發(fā)，進(jìn)行虛實(shí)結(jié)合，變成一套管理兼教學(xué)的綜合實(shí)驗(yàn)信息系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是由教師對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫進(jìn)行管理， 通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程管理， 從實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目庫中選擇不同的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目構(gòu)成各門實(shí)驗(yàn)課程 ，并由各課程教師負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)課堂的管理。學(xué)生提交實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程， 使用設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案管理模塊 。在實(shí)驗(yàn)課開始前應(yīng)用助教申請(qǐng)模塊 ，篩選確定各實(shí)驗(yàn)課程的助教名單， 在實(shí)驗(yàn)課結(jié)束后，應(yīng)用教學(xué)評(píng)估模塊，對(duì)教學(xué)教師 、助教 、實(shí)驗(yàn)室工作人員 、實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容、硬件設(shè)施等各方面開展評(píng)估分析。平時(shí)可使用內(nèi)容管理模塊， 展示整個(gè)教學(xué)單位從教學(xué)到管理全方位的信息。

4 結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧實(shí)驗(yàn)室的建立，徹底改變了以往實(shí)驗(yàn)室粗放的管理模式，實(shí)驗(yàn)室的管理觀念也得到改變，通過系統(tǒng)的實(shí)施，規(guī)范了實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理，不僅提高了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作效率和服務(wù)水平，也提高了實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的利用率和設(shè)備維修及耗材資金的使用效益，系統(tǒng)中的原始資料和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也為實(shí)驗(yàn)室開展評(píng)估提供了重要的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]余成格，錢昌吉.關(guān)于高校儀器設(shè)備政府采購技術(shù)指標(biāo)的思考術(shù)指標(biāo)的思考[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2010，29（12）：177-180.

[2]徐劍坤.高校儀器設(shè)備采購中技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該誰提供[J].科技資訊，2008（24）：181.

[3]楊現(xiàn)民，余勝泉.智慧教育體系架構(gòu)與關(guān)鍵支撐技術(shù)[J].中國電化教育，2015（01）：77-84.

[4]周洪波.云計(jì)算：技術(shù)、應(yīng)用、標(biāo)準(zhǔn)和商業(yè)模式[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011：19-20.

[5]黃凱奇，陳曉棠，康運(yùn)峰等.智能視頻監(jiān)控技術(shù)綜述[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2015（06）：1093-1096.

[6] 張紅光，孫曉娜，紀(jì)常偉，等.培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2011，28（06）：16-19.

[7] 崔貫勛.基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室智能化綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2008（24）：219-220.