物联网下开放实验室管理系统设计研究

付晓豹　杨冰银

摘要：开放型实验室的建立为学生提供了一个良好的创新平台，不仅有利培养学生实践操作能力，而且还可培养学生团队合作精神及科研精神，从而促进学生综合素质的提高。但开放型实验室的建立是一项系统而又复杂的工程，同时其管理也至关重要。该文简单阐述了开放实验室的必要性，分析了当开放实验室管理当中所存在的问题，并探讨了基于物联网下开放实验室管理系统的设计。

关键词：物联网；开放实验室；系统设计

实验室是高校培养人才、进行科学研究及社会服务活动的重要场所，也是锻炼学生实践操作能力、综合应用能力及创新技能的重要基地。实验室的建设与管理直接影响着高校的教学与科研，为此，高校管理部门非常重视实验室的管理。伴随素质教育的不断深入，现各高校纷纷开放实验室，为学生提供更多实践机会，与此同时，开放实验室的管理也备受关注。

1开放实验室的必要性

1.1高校培养复合型人才的必经之路

受传统应试教育的影响，现各高校虽有开设实验室，并进行实验教学，但教学内容多为验证性实验，旨在加强学生对于所学知识的理解与掌握，研究性、创新性实验少之又少，不利培养学生实践操作能力及创新能力。而伴随社会的发展，现市场所需要的是既有专业理论知识，又有丰富实践经验及强创新能力的复合型人才。开放实验室给予了学生更多机会进行创新实验，有利激发学生科研兴趣，培养学生创新能力，从而促进高校培养出一批优秀的复合型人才。

1.2高校融合實验室资源的重要手段

一直以来，高校实验室都主要是用于指导学生对已学知识进行验证而实施实验，实验室的各类资源、仪器、设备等均是等到实验教学时才得以利用，平时实验室基本是“大门紧锁”的状态。而据相关调查研究，高校每周所开设的实验课程仅1_2节，这在很大程度上浪费了实验室的资源，降低了实验室资源的使用率。而开放实验室长期处“开放”状态，室内所有仪器设备均可每日被学生实验所使用，极大地提高了实验室资源的使用率。另有部分高校还会与其他学校合作，实验室同样对合作院校开放，有利实现资源互补，促进高校间的沟通。

1.3实验室获得长远发展的可靠选择

传统实验室的管理主要是依靠实验教师，实验教师在带领学生完成实验课程后，还需对实验室中各类资源、仪器等进行日常管理，工作任务较重。而开放实验室给予了学生更多亲身实验的机会，实验教师不再需时刻带领学生进行实验操作，这样有效减轻了实验教师的实验管理工作量，避免了长期重复劳动，使实验教师能更加全身心投人实验室的管理当中，实现实验室管理的规范化，有利实验室长远发展的科学规划，促进高校实验室的持续发展和改进。

2当前开放实验室管理当中所存在的问题

2.1学生无法及时获取实验室开放信息

当前高校开放实验室通常采取预约的方式实现对其的管理。但在实际工作当中，管理人员往往很难及时更新并录入系统信息，特别是当课程实验时间有所调整时，管理人员更无法及时上传实验室最近信息，致学生无法及时获取实验室的开放信息。如某学生通过查询实验安排表发现某实验室并未安排实验课程，但当其从住处到达实验室后，发现所需设备已被其他学生占用，经询问，主要是因管理人员未及时上传实验室课程安排所致。这一方面浪费了预约学生的时间，另一方面也使得其他未被预约的实验室处闲置状态，严重浪费实验室资源。

2.2管理人员无法及时掌握实验室的使用情况

通常实验室管理人员只能看到学生在或是不在，了解学生的大致人数，而无法了解每个学生对于实验室资源、仪器、设备等的使用情况，也未利用信息化手段对实验室设备的具体使用情况进行统计，这样导致指导教师也无法了解学生的实验情况，影响实验教学的效果。另，一般地，各高校实验室的面积、仪器设备的数量及资源等均是依学生人数、学校经费等情况进行配备的，在统计实验时数时主要是是由实验室管理人员或是实验教师采取手工的方式进行填写，所填写的结果具强主观性，无法为提高实验室的管理水平、实验室的长远发展规划提供有效数据依据，影响高校实验室的持续发展。

2.3实验室管理粗放，资源严重浪费

开放实验室不仅需要人员方面的支持，而且更需要电力、能源及设备方面的支持。针对开放型实验室，若仅采取粗放式的管理方式，不仅会引起实验室资源浪费，加大实验室的开放成本，而且还会影响学生的学习效果，与开放实验式的初衷相悖。如某大学现将计算机实验教学中心设置为开放实验室，每周全天候对校内学生开放，实验室共2层，总面积300平米，所使用空调系统为中央空调。但就实验室近些年的开放实践来看，很少有学生会选择于周末或是夜间来实验室做实验，而实验室却需于全天同时开启各网络设备、中央空调、视频监控等，且为有效管理实验室，还不断增加了管理人员，这一方面加大了人力资源开支，另一方面也极大地浪费了能源。

3基于物联网下的开放实验室管理系统的设计

3.1开放实验室的管理任务

现越来越多的高校已制定了与本校管理需求相符的开放实验室管理措施，如哈尔滨工业大学、鲁东大学、浙江师范大学等。但开放实验室的管理是一项长期而复杂的工作，需各高校在不断的实践当中进行探索和总结。就当前而言，开放实验室的管理任务主要体现在以下方面：

第一，坚持以学生为本。开放实验室后，学生实验时间不固定，且其操作水平参差不齐，致开放实验室的管理难度加大。而开放实验室的目的在于培养学生的实践操作能力及创新能力，在这种情况下，高校对于开放实验室的管理就必须坚持“以学生为本”的原则，一方面要加强对学生的培训，提高其仪器设备操作水平；另一方面要加强规章制度的建设，以对学生进行统一管理；同时，依学生实际情况设置计划实验和开放性实验，计划实验要求学生在规定时间内完成，开放性实验可于不影响教学大纲规定的情况下自主进行，这样既可满足教学要求，又可有效锻炼学生实践操作能力。

第二，加强“物”的管理。开放实验室中的“物”主要是指实验室内的资源、仪器和设备等。开放实验室后，要加强对实验室内资源、仪器及设备等的管理，避免重复购置仪器设备，提高设备的使用率，并加强设备的管理，对仪器设备自其购置开始，到其使用、维护及最终报废，都应进行严格管理，将仪器设备的管理责任落实至个人，对外使用时，可采取有偿制度，既减少仪器设备被破坏，同时又为实验室的发展提供经费。

3.2管理系统的设计

物联网是伴随信息技术及互联网技术的发展而产生的，现物联网技术广泛应用于各行业当中，包括工业、农业、医学等领域。将物联网技术引入高校的开放实验室管理当中，可有效解决实验室管理信息无法及时更新的问题，减少人力、物力、资源的浪费，也使得实验室完全开放成为可能，为开放实验室的管理提供了技术支持。物联网技术下开放实验室管理系统的设计主要包括实验室管理系统及实验室仪器设备的设计。

第一，实验室管理系统的设计。物联网下的实验室管理系统的设计包括课程实验管理系统及开放实验管理系统两方面。①课程实验管理系统。物联网下开放实验室的课程实验管理，是指对传统实验教学大纲当中的相关实验内容实施互联网管理。连接物联网之后，实验教师可通过登录教师端预约实验地点和时间，并上传相关的实验内容及流程，而学生则可通过登录学生端来了解实验内容，并做好实验前的预习。此系统当中还设有门禁管理、考勤汇总、视频管理等，其中门禁管理用于对学生出入开放型实验室进行管理，通过刷一卡通可开启门禁；考勤汇总用于记录学生出勤情况，代替传统的点名报到，通过物联网还可生成相应的考勤报表，作为期末考核学生的重要指标；视频管理用于记录上课过程，便于学生课后复习，加强学生对相关实验知识的理解和掌握。②开放实验管理系统。开放实验管理系统的设计是开放实验室管理的重要组成部分，也是实施开放实验室的最终目的。实验前，学生通过登录学生端可预约实验时间及地点，并由教师进行审核；实验时，通过所授权的一卡通，学生可开启门禁进入开放实验室，通过刷卡取电获取实验设备，预约时间段内，学生可自主进行实验，整个实验过程由所安装的摄像机进行记录，以便于管理员了解仪器设备的使用情况；实验后，学生可于学生端记录实验过程，对实验结果进行分析和总结，并由教师进行评价。

第二，实验室仪器设备的设计。基于物联网技术的实验室仪器设备的管理主要在于采集和记录仪器使用情况，以实现对仪器设备的全生命周期管理，包括购置、使用、维护、维修和报废，此外还应对仪器设备的供应商进行管理。①用户管理系统。学校实验室的管理人員可进人系统后台，包括处长、实验室主任、实验管理人员等，以查询仪器设备的使用情况，并对其进行跟踪和管理。②采购管理系统。采购部相关负责人可于物联网上对采购项目进行登记，并发布招标信息，以使采购过程更加透明。③验收流程管理系统。经验收后，实验室管理人员应登录物联网注册仪器设备，并贴上RFID标签，以生成仪器设备报表，报表中包含仪器设备的名称、型号、数量、供应商信息等。④使用过程管理系统。利用远程在线技术对仪器设备的使用时间、人员、次数等进行实时采集，以了解仪器设备的使用情况，看其是否存在被损坏、违规操作、维修维护等现象。⑤贵重仪器设备管理系统。主要用于记录贵重仪器设备的对外使用率、借还情况、授权使用等。⑥维修管理系统。详细记录仪器设备的维修过程，包括申请维修、维修登记、维修结束等情况，均由使用负责人进行录入，并记录于物联网的记录备案当中。⑦报废管理系统。针对应作报废处理的仪器设备，实验室管理人员应详细记录申请报废、报废评估及报废注销等信息。⑧供应商管理系统。记录仪器设备供应商的合同、设备优劣及售后服务等信息，以为仪器设备的下次采购提供有效参考。

4结语

总而言之，开放实验室不仅仅是传统的开放实验室的时间和空间，而且还包括开放教学内容及仪器设备，开放型实验室的建立不但需要一定经费、设备，而且更需要人员保障，同时，对于开放实验室进行科学管理也尤其重要。物联网下开放实验室管理系统的设计有颜色改变了实验教学的传统模式，既满足了学生的实验室开放需求，同时也减轻了实验室管理的负担。此外，此系统还可广泛应用于工业、农业、商铺、家庭等方面的智能管理当中，具有广阔的发展前景。