信息化時(shí)代下構(gòu)建智慧型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室的探討

呂亞南

摘要：大學(xué)實(shí)驗(yàn)室是從事實(shí)驗(yàn)教學(xué)、科學(xué)研究、技術(shù)開(kāi)發(fā)和學(xué)術(shù)交流的重要場(chǎng)所，是培養(yǎng)人才創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要基地。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理水平不僅是高校辦學(xué)實(shí)力的標(biāo)志，也是教學(xué)水平、科研水平和管理水平的重要體現(xiàn)。因此，實(shí)驗(yàn)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)如何進(jìn)一步加大改革力度、提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理工作者面臨的重要課題。隨著連年的本科擴(kuò)招以及信息技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)和管理受到了極大的挑戰(zhàn)，如何高效智能地管理實(shí)驗(yàn)室是廣大實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理人員亟待解決的一道難題。本文就如何構(gòu)建智慧型大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：大學(xué);物理實(shí)驗(yàn)室;智慧實(shí)驗(yàn)室;構(gòu)建

中圖分類(lèi)號(hào)： O4-4;G647? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1672-9129（2020）01-0022-01

Abstract： the university laboratory is engaged in experimental teaching， scientific research， technology development and academic exchange of important places， is to cultivate talents innovative thinking and innovation ability of the important base. The construction and management level of the laboratory is not only a sign of the strength of the university， but also an important embodiment of the teaching level， scientific research level and management level. Therefore， how to further strengthen the reform and improve the quality of experimental teaching in laboratory teaching and laboratory construction is an important topic for laboratory construction and management. With the years of undergraduate enrollment expansion and the development of information technology， traditional experimental teaching and management have been greatly challenged. How to manage the laboratory efficiently and intelligently is an urgent problem to be solved. This paper discusses how to build an intelligent university physics laboratory.

Key words： university; Physical laboratory; Intelligence lab; build

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高等學(xué)校理工科人才培養(yǎng)方案中的重要組成部分，2018年1月，教育部頒布的《普通高等學(xué)校本科專(zhuān)業(yè)類(lèi)教學(xué)質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》更是凸顯了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的重要性，尤其明確了物理實(shí)驗(yàn)課程是所有理工科學(xué)生的必修課程。物理實(shí)驗(yàn)作為學(xué)生科學(xué)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練的入門(mén)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，它具有受眾面廣、知識(shí)面廣、開(kāi)課時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，有利于學(xué)生養(yǎng)成良好的科學(xué)實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，顯著提高學(xué)生的動(dòng)手能力。建設(shè)智慧型物理實(shí)驗(yàn)室有利于進(jìn)一步提升物理實(shí)驗(yàn)室管理水平和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

1? 智慧型物理實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)構(gòu)架

1.1智慧型實(shí)驗(yàn)室感知層硬件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。物理實(shí)驗(yàn)使用的儀器多無(wú)法實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為此通過(guò)實(shí)驗(yàn)者實(shí)時(shí)報(bào)送數(shù)據(jù)的方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。根據(jù)絕大多數(shù)物理儀器都需要使用電源這一特性，通過(guò)設(shè)計(jì)電源黑盒來(lái)控制儀器的使用。電源黑盒內(nèi)裝有電源控制模塊，實(shí)時(shí)記錄當(dāng)前儀器總電流情況，并加裝溫濕度傳感器感知黑盒周邊溫濕度情況，這些數(shù)據(jù)一旦開(kāi)啟，管理層即可通過(guò)平臺(tái)顯示出某黑盒已經(jīng)啟動(dòng)。管理層在該實(shí)驗(yàn)室通電情況下可以遠(yuǎn)程控制該黑盒的開(kāi)啟與關(guān)閉，通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)查看學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況。學(xué)生做實(shí)驗(yàn)前通過(guò)微信掃碼開(kāi)啟電源，做完實(shí)驗(yàn)掃碼關(guān)閉電源，完成常規(guī)的實(shí)驗(yàn)簽到簽退功能。黑盒可以識(shí)別使用者及使用時(shí)長(zhǎng)，并自動(dòng)記錄，可對(duì)某實(shí)驗(yàn)室多少套儀器在運(yùn)行做實(shí)時(shí)匯總。當(dāng)個(gè)別儀器突發(fā)大電流時(shí)，第一時(shí)間預(yù)警、記錄，并在第一時(shí)間通知實(shí)驗(yàn)員處理。

1.2智慧型實(shí)驗(yàn)室信息層、管理層設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。信息層充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)手段，具有智能處理各類(lèi)數(shù)據(jù)的功能，可以大幅度提高實(shí)驗(yàn)室的管理水平。管理層借助物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)物的管理，并通過(guò)打通現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站、資產(chǎn)處網(wǎng)站、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息資源的整合管理。管理層通過(guò)各種輸出方式實(shí)現(xiàn)與手機(jī)、電腦、多媒體、電視端等連接，從而使管理人員便捷掌握實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的各種信息，管控實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的各類(lèi)設(shè)備。

2? 子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1微信一鍵注冊(cè)登錄。每臺(tái)設(shè)備終端通過(guò)電源黑盒互聯(lián)，將電源黑盒ID信息生成二維碼，學(xué)生用手機(jī)端掃碼即可進(jìn)入控制界面，學(xué)生賬號(hào)與微信綁定，利用微信一鍵登錄注冊(cè)使用儀器。掃碼登錄后學(xué)生可以選擇設(shè)置儀器通電時(shí)間、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上傳、儀器報(bào)修、關(guān)閉儀器等功能。

2.2儀器使用系統(tǒng)。學(xué)生一旦掃碼后數(shù)據(jù)中心即可收到信息并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至管理層，管理層工作人員可以實(shí)時(shí)查看儀器誰(shuí)在用，用了多久，有無(wú)異常等。學(xué)生上報(bào)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)中心智能分析后，如遇數(shù)據(jù)出入較大，系統(tǒng)通過(guò)微信平臺(tái)直接反饋給學(xué)生，從而提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)效率。該系統(tǒng)替代了傳統(tǒng)的手工簽到、簽退、點(diǎn)名等工作，可以自動(dòng)生成數(shù)據(jù)報(bào)表。何時(shí)何人在用這臺(tái)儀器一目了然，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器使用追溯。

2.3考試系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含系列考試，實(shí)驗(yàn)室安全考試，預(yù)習(xí)測(cè)試，實(shí)驗(yàn)單項(xiàng)測(cè)試，綜合測(cè)試等，根據(jù)考試需要設(shè)定考試形式，可以是開(kāi)放式隨時(shí)考，也可以是統(tǒng)一考試。實(shí)驗(yàn)單項(xiàng)測(cè)試可以在實(shí)驗(yàn)室里邊做實(shí)驗(yàn)邊完成考試，檢驗(yàn)學(xué)生動(dòng)手能力。該系統(tǒng)根據(jù)教師設(shè)定的規(guī)則自動(dòng)評(píng)判學(xué)生平時(shí)成績(jī)，更加科學(xué)公平。

2.4實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及評(píng)分系統(tǒng)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析涉及大數(shù)據(jù)和人工智能，系統(tǒng)通過(guò)收集學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，綜合研判當(dāng)前溫濕度環(huán)境下實(shí)驗(yàn)合理數(shù)值，智能識(shí)別編造數(shù)據(jù)、抄襲數(shù)據(jù)，讓學(xué)生養(yǎng)成自己動(dòng)手測(cè)量的好習(xí)慣。

2.5實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。采用高清攝像頭搭配各類(lèi)傳感器完成硬件鋪設(shè)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 360 度云臺(tái)遠(yuǎn)程操控。智慧實(shí)驗(yàn)室的攝像頭不是單純的錄像功能，通過(guò) AI 人臉識(shí)別算法可以實(shí)時(shí)識(shí)別實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人數(shù)。在出現(xiàn)火災(zāi)等險(xiǎn)情時(shí)能夠與管理層智能聯(lián)動(dòng)，在非實(shí)驗(yàn)時(shí)段自動(dòng)進(jìn)入偵測(cè)報(bào)警模式，只要有人或者動(dòng)物進(jìn)入就會(huì)發(fā)出警報(bào)，同時(shí)將畫(huà)面?zhèn)髦凉芾韱T手機(jī)及郵箱里，可以有效防盜和防入侵。

2.6資產(chǎn)管理子系統(tǒng)。資產(chǎn)管理系統(tǒng)與儀器使用系統(tǒng)連通，包含儀器設(shè)備分布情況、使用情況、維修次數(shù)等功能。實(shí)現(xiàn)任何一臺(tái)儀器使用情況溯源，維修情況溯源，智能分析儀器老化程度。

3? 結(jié)語(yǔ)

知識(shí)社會(huì)環(huán)境下的智慧實(shí)驗(yàn)室是繼實(shí)驗(yàn)室信息數(shù)字化之后即將發(fā)展起來(lái)的高級(jí)形態(tài)。智慧實(shí)驗(yàn)室對(duì)提升實(shí)驗(yàn)管理水平、教學(xué)效果，打造實(shí)驗(yàn)金課有很大的輔助作用，是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室高效智能運(yùn)轉(zhuǎn)的最好辦法。對(duì)現(xiàn)有教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的改造升級(jí)，通過(guò)加裝智能設(shè)備，利用信息化平臺(tái)快速構(gòu)建智慧型實(shí)驗(yàn)室有著較大的社會(huì)需求，希望本文所介紹的方案對(duì)教學(xué)型實(shí)驗(yàn)室的改造升級(jí)有一定的借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

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