大數(shù)據(jù)背景下高校智慧實(shí)驗(yàn)室的建構(gòu)

張麗華

(華北水利水電大學(xué) 信息工程學(xué)院，河南 鄭州 450046)

2018年10月，教育部發(fā)布的《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育 全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》指出：“打造適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主服務(wù)需求的智慧課堂、智慧實(shí)驗(yàn)室、智慧校園,大力推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代技術(shù)在教學(xué)和管理中的應(yīng)用。”[1]在此背景下，構(gòu)建智慧實(shí)驗(yàn)室是深化教學(xué)改革、面向未來國力競爭和人才成長的需要。實(shí)驗(yàn)室是高校開展各種實(shí)踐課程、進(jìn)行科學(xué)研究的場地，不僅助力培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力的高等人才，同時(shí)對于科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)式的發(fā)展起到了推進(jìn)作用。實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平一方面反映了一所高校的教學(xué)和科研能力，另一方面也反映了一所高校的管理水平。教育部前部長周濟(jì)在第三屆中外大學(xué)校長論壇上的講話中指出：“高水平實(shí)驗(yàn)室是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要陣地，是科技創(chuàng)新的主要場所，實(shí)驗(yàn)室的數(shù)量與水平是一所大學(xué)科技創(chuàng)新能力的基本標(biāo)志之一?！盵2]

如今，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)的使用頻率越來越高，高校實(shí)驗(yàn)室的管理相應(yīng)也需要提升，將新的技術(shù)應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)室的管理中，滿足師生越來越多、越來越個(gè)性化的需求。因此，智慧實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)應(yīng)引入全新的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，讓實(shí)驗(yàn)室的管理做到科學(xué)、規(guī)范和高效，進(jìn)一步提高實(shí)驗(yàn)資源的使用效率、實(shí)驗(yàn)人員的服務(wù)水平，進(jìn)而完善實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系。

一、智慧實(shí)驗(yàn)室的架構(gòu)模型

(一)智慧實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)涵

智慧實(shí)驗(yàn)室是一種新型的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境，是指借助數(shù)字化互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、融合智能傳感、智能控制和智能安防等先進(jìn)的無線通信技術(shù)建造的一套智能控制、遠(yuǎn)程可視的互聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室[3]。智慧實(shí)驗(yàn)室能夠?qū)崿F(xiàn)用戶與用戶之間、實(shí)驗(yàn)室與實(shí)驗(yàn)室之間、用戶與實(shí)驗(yàn)室之間、用戶與信息資源之間的通信，自控部分均由實(shí)驗(yàn)室智慧化地完成，無須人工控制，同時(shí)可將數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理轉(zhuǎn)換為信息，為學(xué)生、教師和各層次管理者的行動(dòng)和決策提供支持，從而達(dá)到智慧化的目的[4]。

智慧實(shí)驗(yàn)室通過物聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)和分析數(shù)據(jù)，不僅使人工干預(yù)減少，而且完成教學(xué)全過程記錄，降低教學(xué)人力成本，動(dòng)態(tài)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，達(dá)到了實(shí)踐教學(xué)全程可追溯。所采集的數(shù)據(jù)不僅有助于教師的績效考核，而且有助于制定設(shè)備采購預(yù)算。

(二)智慧實(shí)驗(yàn)室的架構(gòu)模型

智慧實(shí)驗(yàn)室是在硬件基礎(chǔ)上，將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有機(jī)結(jié)合。智慧實(shí)驗(yàn)室的模型，可以從以下五個(gè)層面建構(gòu)，如圖1所示。

圖1 智慧實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)模型

1.感知層

實(shí)驗(yàn)室感知層的硬件設(shè)施由不同種類的傳感器、RFID系統(tǒng)、IP攝像頭、紅外測溫儀、空調(diào)、M2M終端、門禁系統(tǒng)、多媒體設(shè)備等構(gòu)成。感知層可以鑒別實(shí)體、獲取信息，與人體的皮膚、五官具有相似的功能。

一般情況下，人們通過五感來獲取外部世界的信息。智慧實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)中的感知層，與人的五官和皮膚一樣，用來區(qū)分外部世界中的個(gè)體，并收集不同個(gè)體的信息。感知層的任務(wù)是收集實(shí)驗(yàn)室中各種不同設(shè)備的信息。第一步，利用各種不同的傳感設(shè)備如傳感器、IP攝像頭等，將實(shí)體設(shè)備的數(shù)據(jù)收集起來；第二步，使用短距離傳輸技術(shù)(包括有線、無線)，如RFID、藍(lán)牙、紅外線等來傳輸數(shù)據(jù)。

2.智能管理層

通過應(yīng)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)，實(shí)驗(yàn)室可以隨時(shí)利用各種終端，融入云系統(tǒng)。通過實(shí)驗(yàn)室各個(gè)服務(wù)平臺(tái)，廣泛聯(lián)系、深入交互，滿足多方需求，并使各方需求得到迅速反饋。

3.網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層類似人體的中樞神經(jīng)，其作用是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和獲取信息。網(wǎng)絡(luò)層提供互聯(lián)網(wǎng)、校園網(wǎng)、WIFI、2G/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)絡(luò)等不同的網(wǎng)絡(luò)連接方式，確保智慧實(shí)驗(yàn)室架構(gòu)中層與層之間的信息傳輸，實(shí)現(xiàn)信息空間、物理空間的無縫對接。手機(jī)、平板電腦和PC電腦可通過網(wǎng)絡(luò)層提供的不同類型的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，從而隨時(shí)獲取實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行狀況的信息；IP攝像頭和可穿戴設(shè)備等多種智能終端可使用無線局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息無障礙交流，并實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的；傳感器設(shè)備經(jīng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接，從而實(shí)時(shí)獲取實(shí)驗(yàn)室環(huán)境信息并進(jìn)行相應(yīng)控制。網(wǎng)絡(luò)層將從感知層和云平臺(tái)獲取的信息，傳輸給對應(yīng)的應(yīng)用模塊，應(yīng)用模塊負(fù)責(zé)對信息進(jìn)行集中、存儲(chǔ)、分類、整合，再發(fā)送給應(yīng)用層，最終由應(yīng)用層對這些信息進(jìn)行分析、運(yùn)用和管理[5]。

4.平臺(tái)支撐層

平臺(tái)支撐層提供云計(jì)算與云存儲(chǔ)、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)、虛擬化桌面、直播和錄播、大數(shù)據(jù)挖掘、服務(wù)器集群等服務(wù)，目的是為智慧實(shí)驗(yàn)室提供數(shù)據(jù)及服務(wù)融合。數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的建立不僅實(shí)現(xiàn)了對不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取和部署，而且實(shí)現(xiàn)了不同應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享和交換，無用數(shù)據(jù)對應(yīng)用系統(tǒng)的影響也相應(yīng)減少。

5.應(yīng)用層

智慧實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)管理、資源獲取、設(shè)備管理、環(huán)境監(jiān)測等功能。應(yīng)用層將不同的應(yīng)用子系統(tǒng)通過接口和契約構(gòu)建了一個(gè)綜合服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了智慧實(shí)驗(yàn)室的高效管理和流暢應(yīng)用，為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、實(shí)驗(yàn)質(zhì)量管理等方面的決策提供有力支持。

此外，實(shí)驗(yàn)室安全管理是智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)強(qiáng)有力的支撐。實(shí)驗(yàn)室的安全包括設(shè)備安全、運(yùn)行安全、網(wǎng)絡(luò)安全和信息安全等。除此以外，建立標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)室操作流程也非常重要，規(guī)范化的操作和智慧化的管理相結(jié)合，才能最大化發(fā)揮智慧實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢。

二、關(guān)鍵技術(shù)

(一)傳感器技術(shù)

傳感器的主要用途是檢測任意一個(gè)元器件的狀態(tài)。它可以感受到還沒有測量的信息，所獲得的信息變?yōu)殡娦盘?hào)或其他形式的信息輸出，完成信息獲取、傳輸、存儲(chǔ)、記錄等。

智慧實(shí)驗(yàn)室利用傳感器來感知實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境的變化。在高校，智慧實(shí)驗(yàn)室用到了不同種類的傳感器。例如，校園安保系統(tǒng)需要IP攝像頭拍攝的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境影像；實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)出管理適用于紅外感應(yīng)；是否發(fā)生火災(zāi)的檢查由煙霧傳感器來完成；溫濕度傳感器除了能監(jiān)視測量實(shí)驗(yàn)室的溫濕度，還可以判斷其他硬件設(shè)施是否在正常工作等。建構(gòu)完成的智慧實(shí)驗(yàn)室以各類傳感器為“五官”，其可以感受到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境的變化，將獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后對實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備發(fā)出控制指令。

(二)RFID技術(shù)

RFID技術(shù)是目前使用范圍非常廣泛的無線識(shí)別技術(shù)，它的無線電掃描器24小時(shí)不間斷地逐個(gè)監(jiān)視芯片的狀態(tài)，用無線局域網(wǎng)來傳輸數(shù)據(jù)。其中，微芯片“標(biāo)簽”會(huì)發(fā)射出獨(dú)特的ID碼，通過無線傳輸，不需要實(shí)體接觸就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，并且對方向無要求，因此可以獲取完整的產(chǎn)品信息，并把產(chǎn)品信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對物品的識(shí)別、追蹤、排序和確認(rèn)，管理不同種類的對象[6]。

智慧實(shí)驗(yàn)室根據(jù)需要配備了不同頻率的RFID設(shè)備。例如，用于刷卡考勤、身份識(shí)別的RFID設(shè)備的工作頻率在120KHZ到134KHZ之間，學(xué)生或教師進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)先刷卡，然后，個(gè)人的基本信息和使用設(shè)備編號(hào)就會(huì)自動(dòng)被收集并傳入數(shù)據(jù)庫。設(shè)備管理使用的是13.56MHZ的高頻RFID設(shè)備，自動(dòng)采集、記錄設(shè)備入庫、出庫、使用時(shí)間等，當(dāng)實(shí)驗(yàn)室的相關(guān)設(shè)備被非法帶出實(shí)驗(yàn)室時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)聲光報(bào)警。

(三)大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)技術(shù)是使用一系列非傳統(tǒng)的工具對大量的結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，從而獲得分析和預(yù)測結(jié)果的數(shù)據(jù)處理技術(shù)。大數(shù)據(jù)價(jià)值的完整體現(xiàn)需要多種技術(shù)的協(xié)同。大數(shù)據(jù)技術(shù)的體系龐大并且復(fù)雜，通常包含數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、分布式存儲(chǔ)、NoSQL數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)倉庫、機(jī)器學(xué)習(xí)、并行計(jì)算、可視化等技術(shù)。大數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要包括：大數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、大數(shù)據(jù)清洗、大數(shù)據(jù)查詢分析和大數(shù)據(jù)可視化。

(四)云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算技術(shù)就是以網(wǎng)絡(luò)為載體，運(yùn)用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、服務(wù)器虛擬化技術(shù)，把計(jì)算設(shè)備與存儲(chǔ)設(shè)備上的資源整合起來，按需獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間，實(shí)現(xiàn)資源共享?！霸啤?提供資源的網(wǎng)絡(luò))中的資源允許根據(jù)所需進(jìn)行擴(kuò)展，依據(jù)用戶的使用來付費(fèi)。

基于云計(jì)算技術(shù)的智慧實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是結(jié)合云計(jì)算平臺(tái)的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的，云計(jì)算中的Hadoop和HDFS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化統(tǒng)一管理。其中，系統(tǒng)的運(yùn)算速度、資源利用率、存儲(chǔ)容量得到大幅度提高，不同校區(qū)、不同樓宇的實(shí)驗(yàn)室之間實(shí)現(xiàn)了事務(wù)審核、數(shù)據(jù)共享和業(yè)務(wù)辦理。

(五)嵌入式技術(shù)

嵌入式系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)特定功能的計(jì)算機(jī)設(shè)備。嵌入式系統(tǒng)包括軟件、硬件兩個(gè)部分。硬件主要有微處理器、外存、I/O及其他外設(shè)，如各類輸入設(shè)備、鼠標(biāo)、感知設(shè)備等。軟件是嵌入式系統(tǒng)的靈魂，沒有軟件的嵌入式系統(tǒng)就失去其使用價(jià)值。多數(shù)實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)作為支撐。嵌入式軟件一般被固化到ROM、EPROM或者FLASH中。

嵌入式技術(shù)發(fā)展近40年，使用面很廣，涉及領(lǐng)域也比較多，如手機(jī)、掌上電腦 、車載導(dǎo)航、數(shù)字電視等均使用了嵌入式技術(shù)。

三、智慧實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

(一)智慧實(shí)驗(yàn)室綜合管理系統(tǒng)

1.教學(xué)管理

教學(xué)管理模塊的職責(zé)是負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理，其范圍包括實(shí)驗(yàn)課程的安排、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)考勤、實(shí)驗(yàn)匯總、實(shí)驗(yàn)成績及課時(shí)統(tǒng)計(jì)等實(shí)驗(yàn)過程涉及的所有環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果。實(shí)驗(yàn)室管理人員根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、硬件條件、實(shí)驗(yàn)室空閑時(shí)間，為實(shí)驗(yàn)教師安排實(shí)驗(yàn)室，每學(xué)期開學(xué)前形成實(shí)驗(yàn)室課表，發(fā)送給教師和學(xué)生。將實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理模塊與門禁管理系統(tǒng)相結(jié)合，利用校園一卡通讀取師生信息，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)考勤簽到、實(shí)驗(yàn)過程跟蹤監(jiān)控及實(shí)驗(yàn)課信息匯總等，然后將產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，采用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)、挖掘，從而為教學(xué)管理提供決策依據(jù)。

2.實(shí)驗(yàn)室預(yù)約管理

實(shí)驗(yàn)室預(yù)約管理涵蓋了實(shí)驗(yàn)前的預(yù)約管理、實(shí)驗(yàn)過程管理和實(shí)驗(yàn)后管理。實(shí)驗(yàn)前的預(yù)約管理包括空閑資源的發(fā)布、實(shí)驗(yàn)相關(guān)培訓(xùn)、設(shè)備使用申請和審核、信譽(yù)積分等，為師生搭建一個(gè)公開透明、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)過程管理是對以下內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)控：學(xué)生預(yù)約成功后，在規(guī)定時(shí)間通過門禁系統(tǒng)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，用手機(jī)微信掃碼獲取認(rèn)可后，可以使用設(shè)備并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行全過程跟蹤。實(shí)驗(yàn)后管理是指實(shí)驗(yàn)者完成實(shí)驗(yàn)后及時(shí)上傳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)設(shè)備使用情況，以便后期匯總和統(tǒng)計(jì)分析。學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，管理人員根據(jù)使用情況給出學(xué)生的信譽(yù)積分。不良記錄累計(jì)三次以上者，無法進(jìn)行預(yù)約操作。

3.設(shè)備管理

設(shè)備管理主要包括設(shè)備的入庫、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的狀態(tài)查詢、借用歸還查詢、實(shí)驗(yàn)室設(shè)備核查統(tǒng)計(jì)等。新設(shè)備入庫后，用RFID電子標(biāo)簽存儲(chǔ)新設(shè)備相關(guān)信息，移動(dòng)手持設(shè)備負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)。利用遠(yuǎn)程瀏覽器可實(shí)時(shí)查看實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的設(shè)備信息。設(shè)備管理系統(tǒng)為教師和實(shí)驗(yàn)室管理人員提供設(shè)備的有關(guān)信息。教師主要根據(jù)設(shè)備使用狀態(tài)來安排實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室管理人員對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、使用年限、報(bào)廢情況等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。另外，設(shè)備管理還要有報(bào)警功能。設(shè)備被非法帶出實(shí)驗(yàn)室、丟失時(shí)，通過聲光報(bào)警、短信等方式進(jìn)行提示和報(bào)警。

4.耗材管理

隨著設(shè)備使用時(shí)間及次數(shù)的增加，需要更換的配件、耗材會(huì)越來越多，耗材的采購也是實(shí)驗(yàn)室管理人員的一項(xiàng)重要工作。因此，智慧實(shí)驗(yàn)室的耗材管理，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，所有耗材出庫、入庫都可以追溯，實(shí)現(xiàn)了耗材庫存信息化管理，對耗材余量設(shè)置庫存警戒線，達(dá)到庫存警戒線將自動(dòng)預(yù)警，相關(guān)人員通過采購平臺(tái)進(jìn)行耗材采購以滿足日常需要。

5.采購管理

可以利用先進(jìn)的信息技術(shù)，如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、電子商務(wù)等建立一個(gè)采購網(wǎng)站。網(wǎng)站是為實(shí)驗(yàn)室量身定制的，包括如下板塊：采購申請、采購方案制訂、采購合同管理、后期的建賬、報(bào)銷等。有了這個(gè)采購平臺(tái)，將大大提高實(shí)驗(yàn)室的采購效率和管理水平，讓實(shí)驗(yàn)室管理人員從復(fù)雜的申請、申購、建賬、報(bào)銷程序中解放出來，更專心地投入到日常實(shí)驗(yàn)室管理中。

(二)高清視頻示教系統(tǒng)

教師在實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)，通常采用的是現(xiàn)場操作或演示的方法。由于現(xiàn)場條件有限，不是所有學(xué)生都能看清、看懂。建成高清視頻示教系統(tǒng)之后，教師現(xiàn)場操作或演示的實(shí)驗(yàn)不再受空間限制，學(xué)生可以查看、回放教師的操作視頻，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。高清視頻示教系統(tǒng)采用高清視頻和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，教師的操作視頻被傳送到示教終端工作站，學(xué)生通過監(jiān)控工作站調(diào)整IP攝像頭的角度，就可以清楚地看到教師的實(shí)驗(yàn)操作流程。

高清視頻示教系統(tǒng)包括示教終端工作站、視頻錄播服務(wù)器、教學(xué)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器和學(xué)生操作室。通過視頻編碼器采集設(shè)備和IP攝像機(jī)影像，學(xué)生的操作被傳送到示教終端工作站，與教師進(jìn)行交流。示教終端工作站可以演示實(shí)驗(yàn)，同時(shí)進(jìn)行錄制并將視頻保存到本機(jī)示教終端工作站的硬盤上，學(xué)生可以實(shí)時(shí)觀看，也可以回放。視頻錄播服務(wù)器的作用是對音視頻文件在線錄制和回放。由于視頻錄播服務(wù)器容量有限，可將視頻錄播服務(wù)器錄制的內(nèi)容采用大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便后期對數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理。

(三)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備管理平臺(tái)

1.多媒體演示系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)一體化，每個(gè)實(shí)驗(yàn)室配置了多媒體演示系統(tǒng)。傳統(tǒng)的多媒體是不入網(wǎng)的。現(xiàn)在的多媒體演示系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和服務(wù)水平。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的多媒體演示系統(tǒng)包括三個(gè)模塊：遠(yuǎn)程設(shè)備控制、閉路電視監(jiān)控和主機(jī)控制系統(tǒng)?；谛@無線網(wǎng)，通過移動(dòng)終端遠(yuǎn)程控制應(yīng)用程序發(fā)送遠(yuǎn)程控制指令給主機(jī)控制系統(tǒng)，主機(jī)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收、分析指令控制相應(yīng)的設(shè)備。閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)用來采集實(shí)驗(yàn)室設(shè)備運(yùn)行情況，然后傳輸給總控系統(tǒng)。這樣一來，實(shí)驗(yàn)室管理人員可以隨時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行情況，以防意外的發(fā)生。

2.智能供電系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)維護(hù)著實(shí)驗(yàn)室的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和實(shí)驗(yàn)室的安全。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的供電系統(tǒng)由實(shí)驗(yàn)室管理人員控制實(shí)驗(yàn)室的供電、斷電，由于人的疏忽，會(huì)給實(shí)驗(yàn)室造成安全隱患。因此，安全可靠的供電系統(tǒng)對于智慧實(shí)驗(yàn)室的正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)是非常重要的。

實(shí)驗(yàn)室電源控制可引入智能電源控制器，通過電源控制器來控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)備、照明系統(tǒng)的供電。智慧實(shí)驗(yàn)室的供電系統(tǒng)，可采取如下控制方式：實(shí)驗(yàn)室需要供電時(shí)，由實(shí)驗(yàn)室管理人員授權(quán)打開供電系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)室正常供電。假如不在供電時(shí)段內(nèi)，監(jiān)測到實(shí)驗(yàn)室電源在供電狀態(tài)，智慧實(shí)驗(yàn)室控制器就會(huì)發(fā)送控制命令，切斷實(shí)驗(yàn)室的供電。當(dāng)感知設(shè)備監(jiān)測到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)某些設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)及時(shí)報(bào)警，由報(bào)警信息系統(tǒng)自動(dòng)判斷是否需要切斷電源，防止實(shí)驗(yàn)室災(zāi)難性事件的發(fā)生，確保整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的安全[7]。

3.實(shí)驗(yàn)室設(shè)備總控系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備總控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)備的統(tǒng)一控制和管理，涵蓋了設(shè)備的開與關(guān)、空調(diào)、燈光、空調(diào)、IP攝像頭等，并記錄下這些設(shè)備的狀態(tài)、使用率、故障率等各項(xiàng)數(shù)據(jù)信息，然后把這些信息存儲(chǔ)起來，方便日后管理。

4.實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)采用的技術(shù)有RFID技術(shù)、傳感技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，包括各類傳感系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、安保系統(tǒng)等。傳感系統(tǒng)對實(shí)驗(yàn)室的溫度、照明、空氣、空調(diào)等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境出現(xiàn)異常，設(shè)備總控系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出指令，進(jìn)行多種方式的報(bào)警，如聲光報(bào)警、短信報(bào)警，聯(lián)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的智能開關(guān)，處理安全隱患。門禁系統(tǒng)可以識(shí)別用戶信息、刷卡考勤，記錄每個(gè)學(xué)生的出勤情況，便于教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

四、結(jié)語

智慧實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)中采用了大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及云計(jì)算等新一代信息技術(shù)，并將實(shí)驗(yàn)過程中涉及的軟硬件、實(shí)驗(yàn)人員等各種資源整合在一起，打造了一個(gè)新型實(shí)驗(yàn)環(huán)境。目前，建設(shè)智慧實(shí)驗(yàn)室最大的困境是資金不足。智慧實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)不能由政府獨(dú)自買單，高校的決策者需要考慮適當(dāng)引入社會(huì)資金實(shí)現(xiàn)加快建設(shè)智慧實(shí)驗(yàn)室的目的。智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是當(dāng)下學(xué)界的一個(gè)研究熱點(diǎn)，筆者的上述研究還不夠深入，有待于學(xué)界同仁進(jìn)一步的研究與探索。