物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在開放實驗室建設(shè)中的應(yīng)用

李瑞利,黃卓忻,宋俊慷

(廣西民族師范學(xué)院,廣西 崇左 532200)

0 引言

高校的實驗室是學(xué)生、教師進行教育、學(xué)習(xí)、研究的重要場所,其管理水平能夠直接反映高校管理水平的高低,因此,提升高校實驗室的管理水平也是提升高校管理水平的關(guān)鍵所在。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,為高校開放實驗室管理水平的提升、管理體系的改革和優(yōu)化都具有重要意義,高校實驗室應(yīng)當充分使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)智慧型開放實驗室,這無論是對學(xué)生的學(xué)習(xí)還是學(xué)校的教學(xué)水平都具有重要的正面意義。

1 建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)開放實驗室的目標和要求

首先,以提升學(xué)生的實踐能力為目標,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高效性與智能性有效融入“智慧”開放實驗室的建設(shè),有效提升學(xué)生的實踐能力,為學(xué)生日后就業(yè)奠定堅實的基礎(chǔ),進而提升學(xué)校整體的教學(xué)水平和核心競爭力。其次,以提升教學(xué)實驗的基礎(chǔ)性、行業(yè)綜合應(yīng)用性和提升學(xué)校開放研究實驗項目的開發(fā)性為目標,聯(lián)合多方力量,建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)“智慧”開放實驗室,促進學(xué)校物聯(lián)網(wǎng)教學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)人才的發(fā)展與培養(yǎng)[1]。

2 傳統(tǒng)實驗室存在的問題

2.1 實驗室缺乏較為完善、合理的安全管理體系

大部分高校,一個實驗室可進行多個專業(yè)的實驗,專業(yè)實驗設(shè)備繁多,且存在共用試驗臺的現(xiàn)象,這會加大實驗室管理人員管理難度。傳統(tǒng)實驗室的管理體系很難滿足現(xiàn)代高校教學(xué)和科研的需求,管理方案不合理,管理體制不完善、不健全,存在多種多樣的安全漏洞,若簡單地開放實驗室,有可能導(dǎo)致實驗器材丟失、濫用等問題,這對于學(xué)生的研究也有一定的負面影響。學(xué)校各部門均存在各司其職不肯聯(lián)合的情況,這也是導(dǎo)致高校實驗室管理缺乏合理性和有效性,進而導(dǎo)致學(xué)生和老師無法更好地在實驗室開展教學(xué)、科研等。

2.2 運營開放實驗室的難度較高

實驗室是教師與學(xué)生進行實踐教學(xué)、科學(xué)研究、準備科學(xué)競賽、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)業(yè)創(chuàng)新能力和實踐能力的重要場所,但若實驗室只在課堂上運用,則限制了其功能,而開放實驗室能夠有效提升實驗設(shè)備的運用有效性、利用率和合理性。但隨著開放實驗室的加大使用,實驗室的實驗項目、類型和人員不斷增多,同時部分實驗室存在設(shè)備陳舊、維修不及時等問題給開放實驗室的運營加大了難度。其次,人員素質(zhì)各有不同,部分專業(yè)素質(zhì)較差的實驗人員可能會在實驗過程中出現(xiàn)操作不當,因而導(dǎo)致實驗器材受損,甚至引發(fā)安全事故,這也是導(dǎo)致開放實驗室運營難度、管理難度增加的重要因素之一[2]。

3 物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)與“智慧”開放實驗室的關(guān)系

3.1 物聯(lián)網(wǎng)與開放實驗室

隨著科學(xué)技術(shù)與高校教育的不斷融合,物聯(lián)網(wǎng)已在智能校園、智慧校園的建設(shè)中得以廣泛運用,而將物聯(lián)網(wǎng)運用于開放實驗室的建設(shè)也是至關(guān)重要。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠有效解決開放實驗室的運營和管理難題,也為高校的信息化管理帶來了新機遇。目前,智慧化教育發(fā)展模式已經(jīng)成為教育信息化發(fā)展的必然趨勢,合理、有效地運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建設(shè)高校智慧型開放實驗室,為高校學(xué)生的實驗研究提供良好的研究環(huán)境,是高校實驗室管理人員需要重視的問題之一。

3.2 云技術(shù)與智慧實驗室

云技術(shù)在高校智慧型開放實驗室的建設(shè)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用,通過虛擬仿真平臺,實驗室管理人員能夠快速、高效地對實驗室的實驗資源進行整合。其次,云計算、大數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息處理技術(shù),能提高計算資源獲取,排除各類干擾因素,提升獲取各類研究信息的效率,自由地獲取和釋放資源,對高校智慧型開放實驗室的建設(shè)具有重要意義[3]。

4 物聯(lián)網(wǎng)“智慧”開放實驗室的構(gòu)建框架

4.1 構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)開放實驗室管理系統(tǒng)

實驗室開放平臺架構(gòu)主要由監(jiān)控系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、實驗設(shè)備在線預(yù)約系統(tǒng)、實驗設(shè)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,具體情況有以下幾點。

4.1.1 高校智慧型開放實驗室的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)

運用視頻攝像頭、紅外傳感器、GIS定位等設(shè)備收集、統(tǒng)籌實驗室場地的各類視頻數(shù)據(jù),并進行存儲、備份、畫面分組等工作,進而實現(xiàn)實驗室安全預(yù)警自動化,為實驗室的安全提供堅實的保障。

4.1.2 構(gòu)建開放實驗室門禁認證系統(tǒng)

實驗室的門禁系統(tǒng)應(yīng)當融合學(xué)校原本的身份認證系統(tǒng),將使用實驗室的各類流程融入學(xué)生、教師的校園卡、校園碼中,并采用人臉識別系統(tǒng)、IC卡射頻、指紋密碼系統(tǒng)、職能門禁系統(tǒng)等融入實驗室的門禁認證系統(tǒng),有效驗證、保存、記錄使用實驗室的人員進出情況和實驗過程。

4.1.3 構(gòu)建智慧實驗室網(wǎng)絡(luò)預(yù)約系統(tǒng)

實現(xiàn)在線預(yù)約,將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實驗室預(yù)約進行融合,結(jié)合數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計系統(tǒng)對實驗室用戶、管理人員、儀器的預(yù)約情況和實驗室的具體情況等進行采集、監(jiān)控和分析。實驗室的管理人員可以對實驗室進行在線預(yù)約 、授權(quán)、送樣審批等管理工作,這對于提升開放實驗室的管理效率具有重要意義。

4.1.4 構(gòu)建智慧型開放實驗室綜合設(shè)備管理系統(tǒng)

綜合設(shè)備管理系統(tǒng)應(yīng)當將開放實驗室儀器的基礎(chǔ)信息維護、授權(quán)維護、授權(quán)情況、預(yù)約規(guī)則、收費管理、成果管理、績效管理等融入其中,并定期對實驗室內(nèi)的儀器、儀器收費情況等進行考核,進而達到提升開放實驗室的管理能力的作用。

4.1.5 構(gòu)建智慧型開放實驗室綜合管理系統(tǒng)

系統(tǒng)需要達到對實驗室使用人員的實驗過程、儀器存放位置等進行實時監(jiān)控,保證實驗儀器的安全性,防止操作不當而造成損失,也可更好地追究儀器損害責任。同時系統(tǒng)應(yīng)與開放實驗室的經(jīng)費、培訓(xùn)、預(yù)約等多種項目進行關(guān)聯(lián),并通過北斗定位系統(tǒng)對實驗儀器具體定位,既能方便管理,也能防止丟失,進而提升實驗設(shè)備的安全性。

4.2 建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)實驗室開關(guān)平臺

(1)儀器設(shè)備管理控制開放實驗室是按照預(yù)約的規(guī)則開啟和關(guān)閉,顯示設(shè)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)路由器接入校園網(wǎng),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(shè)備是強電壓,儀器設(shè)備管理控制端,控制電流不低于30 A,電壓不低于380 V。在網(wǎng)絡(luò)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)ZigBee無線通信技術(shù)是基于IEEE802.14.4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(shù)選擇,ZigBee可實現(xiàn)對傳感節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的組建和實驗設(shè)備的定位。

(3)建設(shè)高校開放實驗室共享系統(tǒng)。首先,需要將校內(nèi)人員信息、一卡通系統(tǒng)、課程類型、資源信息庫、校內(nèi)視頻監(jiān)控系統(tǒng)等進行聯(lián)合。其次,開放實驗室管理系統(tǒng)與學(xué)校其他的實驗室管理系統(tǒng)進行對接、融合和共享。最后,需要解決標準的規(guī)范、中心數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)同步和對異常數(shù)據(jù)的處理這幾個關(guān)鍵問題,否則開放系統(tǒng)的環(huán)境會因這些關(guān)鍵問題而出現(xiàn)風(fēng)險。

5 結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是時代發(fā)展與科技發(fā)展孕育而出的高新網(wǎng)絡(luò)技術(shù),通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對高校實驗室進行升級、優(yōu)化,并對實驗室管理體系進行有效改革,既能降低實驗室管理人員的工作量,提升工作效率;又能為學(xué)生創(chuàng)建宜學(xué)、宜教、宜研的大學(xué)校園環(huán)境,為實現(xiàn)大學(xué)校園融合創(chuàng)新、透明管理、高效管理、豐富多彩、安全穩(wěn)定、環(huán)保綠色開辟了一條科技化、信息化的新道路。因此,高校應(yīng)當將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)充分融入開放實驗室的管理,為學(xué)校師生提供一個良好的實驗環(huán)境。