基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧實驗室管理平臺設(shè)計

摘 要：為解決傳統(tǒng)實驗室管理和實驗教學(xué)存在設(shè)備使用率低、管理混亂、重復(fù)建設(shè)、工作效率低下等問題，設(shè)計了一種基于互聯(lián)網(wǎng)的智慧實驗室管理平臺。在該平臺上，實驗室管理員可以實現(xiàn)實驗設(shè)備的遠程監(jiān)控和維護，實驗教師可以進行線上排課、資源共享和成績評定，學(xué)生可以進行實驗項目選修學(xué)習(xí)和交流。平臺的運行降低了實驗室管理者的工作強度，實現(xiàn)了資源的有效整合和利用，提升了實驗室共享程度和管理水平，為高校深化實驗室改革、創(chuàng)新人才培養(yǎng)和應(yīng)用型本科院校建設(shè)提供了可復(fù)制的實踐途徑。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)；遠程監(jiān)控；實驗室開放；智慧實驗室；在線指導(dǎo)；優(yōu)化排課流程

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2024）10-00-03

0 引 言

高校實驗室在教學(xué)和科研中扮演著至關(guān)重要的角色[1-2]。實驗室是學(xué)生進行實踐操作和科學(xué)探索的場所，對于培養(yǎng)學(xué)生的實際操作能力、科學(xué)研究素養(yǎng)和創(chuàng)新能力具有重要意義。同時，實驗室也是科研人員進行科學(xué)研究、驗證理論和推動學(xué)術(shù)進步的重要平臺。因此，教育主管部門和各大高校對高校實驗室的建設(shè)日益重視，實驗室的種類和規(guī)模不斷擴大。然而，在實驗室建設(shè)快速發(fā)展的同時，實驗室在管理等方面也暴露出一些問題，如設(shè)備利用率低、實驗室重復(fù)建設(shè)、共享開放程度低、信息滯后、管理混亂、工作效率低下等[3-5]，嚴重阻礙了實驗室的智能化和現(xiàn)代化建設(shè)。

為了解決這些問題，智慧實驗室應(yīng)運而生。智慧實驗室利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化手段對實驗室進行管理、監(jiān)控和優(yōu)化，以提高實驗室的效率、靈活性和科學(xué)性[6-8]。智慧實驗室的核心是建設(shè)一個全面的實驗室管理平臺，該平臺集成了各種功能模塊，為實驗室管理者、教師和學(xué)生提供便捷的服務(wù)。通過整合資源、優(yōu)化排課流程、提供在線指導(dǎo)和評估等方式，智慧實驗室平臺為實驗室現(xiàn)代化建設(shè)、人才培養(yǎng)提供有力支撐。

1 智慧實驗室平臺建設(shè)目標

目前我校國有資產(chǎn)管理處已經(jīng)建成了固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)。但是該系統(tǒng)功能簡單，僅具有資產(chǎn)登記與處置功能，缺乏實驗室安全管理、實驗室預(yù)約管理、實驗教學(xué)管理等功能。因此，結(jié)合學(xué)校實際情況，本智慧實驗室平臺建設(shè)目標如下：

（1）融合固定資產(chǎn)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)實驗設(shè)備的全過程管理，包含申報、采購、登記、調(diào)撥、報修、折舊處理等功能；

（2）實現(xiàn)實驗室、人員全過程管理，具體包含共享開放，實驗室預(yù)約，實時監(jiān)控，人員、班級更新等；

（3）實現(xiàn)實驗教學(xué)全過程管理，具體包含實驗項目更新、實驗考勤、實驗報告提交與批改、實驗成績管理、數(shù)據(jù)分析等功能。

通過上述目標，智慧實驗室平臺能夠充分利用現(xiàn)有實驗資源，打破實驗室間的界限，實現(xiàn)資源的整合與共享，達到培養(yǎng)學(xué)生實踐創(chuàng)新與科研創(chuàng)新能力，提高實驗室利用效率，促進開放式和系統(tǒng)化管理的目標，為應(yīng)用型大學(xué)建設(shè)做出貢獻。

2 智慧實驗室平臺設(shè)計

智慧實驗室平臺利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集設(shè)備管理模塊、實驗管理模塊、資源共享模塊、監(jiān)控模塊、用戶管理模塊于一體，平臺架構(gòu)如圖1所示。智慧實驗室平臺主要包含服務(wù)器、門禁系統(tǒng)、監(jiān)控設(shè)備、電子課牌等終端，面向?qū)ο蟀＜壋壒芾韱T、院級管理員、教師以及學(xué)生。用戶可以通過網(wǎng)頁和手機APP登錄系統(tǒng)。

智慧實驗平臺框架如圖1所示。

2.1 系統(tǒng)設(shè)置模塊

系統(tǒng)設(shè)置主要包括實驗室配置設(shè)置（包含使用面積、成立時間、設(shè)備等）、學(xué)期設(shè)置、上課時間設(shè)置、運行記錄設(shè)置、專業(yè)班級設(shè)置、校歷設(shè)置等。

2.2 設(shè)備管理模塊

設(shè)備管理模塊主要包含設(shè)備申報和采購、實驗設(shè)備信息管理、設(shè)備預(yù)約與借用、設(shè)備維護與報修等。其中，設(shè)備申報和采購由學(xué)院教師、實驗室負責(zé)人根據(jù)課程和實驗需要，進行設(shè)備采購申報；實驗設(shè)備信息管理會記錄實驗室內(nèi)各種設(shè)備的基本信息，包括設(shè)備名稱、型號、采購日期、維護記錄等；設(shè)備預(yù)約與借用便于學(xué)生和教師通過平臺預(yù)約和借用實驗設(shè)備，避免時間沖突。教師和學(xué)生通過登錄系統(tǒng)，可以清楚了解設(shè)備的借用情況。實驗室管理員可以通過系統(tǒng)記錄設(shè)備的維護情況，并及時響應(yīng)設(shè)備故障報修請求[9]。

2.3 用戶管理模塊

用戶管理模塊主要包含用戶身份認證和用戶權(quán)限管理。管理員、教師、學(xué)生登錄系統(tǒng)需要輸入正確的賬號和密碼，通過輸入用戶名、驗證密碼等方式對用戶進行身份驗證，確保賬戶的安全。另外，教師和學(xué)生可通過刷校園卡進入實驗室。最后，系統(tǒng)可以根據(jù)不同的用戶角色（如超級管理員、院級管理員、教師、學(xué)生）設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限，保護敏感信息，確保數(shù)據(jù)安全。

2.4 實驗管理模塊

實驗管理模塊是平臺的核心，具體功能如圖2所示。

實驗管理模塊具有實驗課程、實驗項目管理功能，用于記錄實驗項目的名稱、內(nèi)容、教學(xué)目標等信息，供教師和學(xué)生查詢和參考。該模塊具有排課功能，教師可以登錄系統(tǒng)，根據(jù)實驗室使用情況、自己授課和學(xué)生課程情況，進行實驗課程手動排課或?qū)肱耪n。手動排課直觀明了，能夠清晰看到實驗室占用情況。排課時課程可批量導(dǎo)入，適合批量排課。排課時，系統(tǒng)自動進行教師、實驗室、學(xué)生沖突校驗，保證排課時間不沖突。實驗管理模塊還具有課表顯示功能，可顯示周課表、月課表和學(xué)期課表，并且可以對實驗室和教師進行篩選查看。此外，實驗管理模塊具有實驗指導(dǎo)與資料共享功能，教師可以上傳實驗指導(dǎo)書、課件等相關(guān)資料，學(xué)生可以在線查閱和下載。實驗管理模塊也可以上傳實驗報告，教師可網(wǎng)上審閱，便于實現(xiàn)無紙化辦公，方便教師對實驗結(jié)果進行評估和反饋，提供個性化的指導(dǎo)和建議[10]。

2.5 資源共享模塊

資源共享模塊主要包含3方面內(nèi)容：實驗室設(shè)備共享、實驗室空間共享以及教學(xué)資源共享。

實驗室設(shè)備共享是指實驗室內(nèi)的設(shè)備可以與其他實驗室或教學(xué)單位進行共享，提高設(shè)備利用率。

實驗室空間共享是指實驗室的空閑時間可以向其他教師和學(xué)生開放，優(yōu)化資源利用率。

教學(xué)資源共享是指教師可以分享教學(xué)資料（視頻、文檔、圖形圖像等資源）和教學(xué)經(jīng)驗，促進教學(xué)資源的分享和交流。

2.6 監(jiān)控管理模塊

實驗室安全問題不容忽視，實驗室管理員可以遠程監(jiān)控實驗室，包括室內(nèi)環(huán)境、門禁等，確保實驗室安全運行。此外，系統(tǒng)可通過傳感器監(jiān)測實驗室的溫度、濕度、氣體濃度等環(huán)境參數(shù)，及時發(fā)現(xiàn)異常情況。最后，監(jiān)控管理模塊還要具備實驗室資源統(tǒng)計與分析功能，能夠?qū)嶒炇以O(shè)備的使用情況、實驗項目的開展情況等進行統(tǒng)計和分析，為實驗室管理提供數(shù)據(jù)支持。

這些模塊和功能可以通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息化手段實現(xiàn)，通過構(gòu)建綜合型智慧實驗室管理平臺，為實驗室管理者、教師和學(xué)生提供便捷的服務(wù)，提高實驗室的利用效率，為人才培養(yǎng)提供支撐。

3 智慧實驗室平臺效益分析

智慧實驗室平臺的引入和應(yīng)用可以帶來多方面效益，為高校教學(xué)和科研提供更好的支持和保障。

首先，智慧實驗室平臺可以提高實驗室的管理效率。通過平臺的設(shè)備管理模塊，實驗室管理員可以實時監(jiān)控設(shè)備的使用情況，查看維護記錄，避免設(shè)備沖突和重復(fù)購置。實驗管理模塊可以幫助教師更好地組織和安排實驗項目，提供指導(dǎo)，分享資料，減輕教師的管理負擔(dān)。資源共享模塊可以優(yōu)化實驗室資源的利用，避免設(shè)備和空間閑置，提高資源的共享和利用效率。

其次，智慧實驗室平臺可以提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗和實踐能力。通過實驗指導(dǎo)與資料共享模塊，學(xué)生可以隨時查閱和下載實驗指導(dǎo)書和相關(guān)資料，提前準備實驗。教師可以為學(xué)生提供及時反饋，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。此外，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣和專業(yè)自主選擇各類實驗項目進行學(xué)習(xí)，不同需求的學(xué)生都能得到滿足。

再次，智慧實驗室平臺還可以增強實驗室的安全管理和環(huán)境監(jiān)測能力。通過實驗室監(jiān)控管理模塊，實驗室管理員可以實時監(jiān)控實驗室的安全狀況，及時發(fā)現(xiàn)和處理安全隱患。實驗室環(huán)境監(jiān)測模塊可以通過傳感器監(jiān)測實驗室的溫度、濕度、氣體濃度等參數(shù)，及時預(yù)警并處理異常情況，保障實驗室安全運行。

最后，智慧實驗室平臺的引入還可以促進實驗室管理的現(xiàn)代化和智能化。通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，可以對實驗室設(shè)備的使用情況、實驗項目的開展情況等進行統(tǒng)計和分析，為實驗室管理者提供決策依據(jù)。

4 結(jié) 語

培養(yǎng)創(chuàng)新型、應(yīng)用型人才是當前高等教育的重要任務(wù)，也是應(yīng)用型大學(xué)建設(shè)的關(guān)鍵所在。借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開發(fā)智慧實驗室管理平臺，實現(xiàn)了資源整合共享、管理智能化和教學(xué)個性化，充分發(fā)揮了實驗室的效用。通過平臺的應(yīng)用，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高了教師和實驗人員的工作效率，促進了知識傳授、能力培養(yǎng)和質(zhì)量提升，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才，建設(shè)應(yīng)用型大學(xué)提供了有力支撐。

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