“互联网+教育”智慧型实验室的构建方案

林景升

摘   要：为紧跟“互联网+教育”发展的潮流，成为智慧型教育发展中的“弄潮儿”，为实验室教学提供应用支撑，文章将以智慧型实验室的观念和特点为研究基点，透过传统实验室在管理、教学上的弊端分析，以智慧型实验室管理的平台建设为目标，从实验设备、内容、服务、管理等层面出发，搭载“互联网+”下的智能感知、自动化控制及数据集成等技术，进行实验室创新设计，助力高校实践性应用人才培养的创新发展。

关键词：实验设备;智能感知;“互联网+教育”

近年来，随着“互联网+”行动计划的加速推进，各行各业均在谋求业态发展的新模式。在教育改革全面发展的大背景下，“互联网+教育”成为教育界关注的热门话题，如何搭载“互联网+”背景下的教育资源、技术优势，进行教育理念变革、教学方法创新，实现智慧化发展，成为其未来发展的主要着力点。尤其在当前，培养高素质的实践应用型人才是现代教育发展的定性目标，而该目标的实现依托于实验室或实训基地的建设和应用，“互联网+教育”下的计算机、网络通信、云计算及物联网等新型技术的发展，为智慧型实验室的构建提供了有力支撑，智慧型实验室可突破传统实验室时空和地域的局限性，整合了各类优质实验资源，可对实验设备进行智能控制、实验预约服务，其发展对于提高实验教学效果和管理效率均具有重要的现实意义。

1    “互联网+教育”智慧型实验室的概念及特点

1.1  智慧型实验室概念的界定

智慧实验室是基于智慧校园、智慧课堂、智慧教学等新名词衍生和发展而来的，但关于其概念目前并无统一的说法。而从本质上分析，智慧型实验室应该归属智慧教育的重要组成部分，智慧教育最早起源于2008年IBM在《智能地球：下一代领导议程》中提出的“智慧星球”[1]，主要目的是运用信息化技术改造世界，变得更为智能化。据此，本研究结合实践以及“互联网+教育”下物联网、云计算、智能感知及大数据技术的应用，智慧型实验室应该以打造数字化、网络化、智能化的创新型实验教学手段和模式为根本引领，依托于智慧型实验管理平台，对实验教学过程、实验设备、实验资源、实验课程、实验环境及实验测评等全流程内容进行集成、信息化的管理，以此提升实验室应用管理的效率和水平，促进实验教与学的智慧型发展。

1.2  智慧型实验室的特点

智慧型实验室是“互联网+教育”发展下的一种新生理念和发展模式，是教育智慧化发展的新境界，可通过构建智慧化的环境、管理，来改变“老套”实验室简陋、单调的教学模式，引领和促进实验教与学的智慧发展，与以往的实验室相比，其最为凸显的特点表现为如下几个方面：

首先，智能技术与实验的双向融合。“互联网+教育”下，智慧型实验室实则是依托于互联网、云计算、物联网、大数据技术，结合“互联+”行动计划的深层发展内涵，从顶层设计出发，为实验室教学管理设计一套完整的智慧化、信息化发展方案，全面覆盖了整个实验过程中的人、物、环境，依托于云端虚拟池，集成整合优质的实验资源并实时共享，利用物联网跟踪监测实验设备、环境状态，为实验教学进行最优匹配。可见，智能技术与实验的双向融合是其首要特征。

其次，实验室的开放性。与传统封闭式的实验室不同，智慧型实验室不再是一个被分割的教学时空，其面向不同的群体、实验需求，突破了时空和地域的局限性，成为一个动态、开放的系统，开放性特征明显。尤其是“互联网+教育”的云计算、移动终端及无线通信技术的发展，让远程感知实验设备、环境运行状态成为可能，也让在线设计实验项目、实验交流和预约服务成为现实，有实验教学、测评及互动需求的地方，就有实验供给服务所在，让实验教学变得更为简便、普及，从根本上发挥了实验室的本质效用。

2    “互联网+教育”智慧型实验室构建的思路分析

结合上述需求，智慧型实验室构建应遵循以下思路：

首先，紧跟“互联网+教育”的技术潮流，以前瞻性的理念指引智慧型实验室的建设，该过程中需要整合计算机、物联网、大数据、智能终端等技术，将软硬件相结合，以校园网为支撑，构建统一实验管理平台，联动不同专业部门进行实验室的协同开发，共同驱动实验设备、资源和数据的集成共享。

其次，以智慧型实验管理架构为支撑，提升实验室的灵活性，因实验室面向的是全校各专业学生，为此，智慧型实验室可以结合不同专业的实验需求，进行设备引入、实验项目设计、课程安排，实现统一规划、统籌安排，以此搭建可与实验资源库、教务管理系统、实验室设备及教学管理系统互联互通的智慧实验室管理框架，通过各模块数据流的交互，对实验室的使用情况、耗材、考勤等数据进行统计分析，进一步优化实验室的灵活性管理。

再次，强化可扩展性的建设，对实验室进行模块化设计。智慧型实验室可采用菜单模块的方式，合理设置实验设备、实验成绩、实验教学、实验耗材等模块功能，以便管理层、师生等根据各自的需求选择对应的模块。模块化的设计便于实验室系统模块的灵活扩展，例如可将物联网智能终端引入实验室，设计APP在线实验室使用管理平台，让师生通过APP随时随地进行实验预约、成绩查询、下载实验资源等操作[2]。

2.1  “互联网+教育”智慧型实验室构建的方案设计

“互联网+教育”下的智慧型实验室，实则是在智慧型教育理念的引领下，利用智能化、信息化技术改造实验教学、设备的管理流程和方法，打造一个可实现设备实时监控、实验资源共享、自主在线预约实验的集成化管理平台，突破实验室时空和地域的限制，让实验室的使用和管理更为开放透明，进而满足现代个性化、智能化的实验教学需求。由此，智慧型实验室构建的具体方案需包含以下内容。

2.2  实验教学的智慧型管理

智慧型实验室的核心功能是实验教学，其建设的重点是解决实验教学难、操作难的问题。具体应该引入多媒体技术、虚拟现实技术构建三维立体、可视化的实验教学过程，方便师生进行视频教学、实验模拟仿真及实操训练;采用大数据技术提取整合各类优质教学资源，进行实验教学项目、课程内容的优化设计，并搭载云计算技术进行实验资源的快速存读取，完成实验课程、资源的集成共享服务;还可以借助移动互联网APP设置实验预约服务，该服务采用实验教师主导的模式，根据实验项目，预约实验室及时间段—管理员预约调整—进行预约审批—生成预约课表[3]。在预约过程中，学生凭借用户名和密码登录系统，可在线查询实验室使用情况、实验耗材、实验人数、实验安排，发出预约申请，在获得管理员审批后凭借校园卡可进入实验室进行相关的实验学习和操作。

2.3  实验设备环境的智慧型管理

为给实验教学过程提供智能化的设备管理及环境监测支撑，智慧型实验室构建时，可搭载实验室信息化管理平台，融合物联网对实验音箱、仪器、排风、空调、灯光、扫描仪等实验设备进行全面管控，借助互联网、传感器技术实时跟踪监测实验设备的运行状态，以便及时维护实验设备、防控实验风险，适时调试设备运行参数及模式，方便实验应用，提升实验教学的效率。同时，还需要对实验室内的温湿度、空气质量等环境参数进行实时监测，构建由数据采集端、云服务、监测装置、智能终端等构成的环境监测平台，让管理员通过Web浏览器或手机APP端便可实时监测环境监测点的监测数据，通过大数据分析、融合理实监测数据便可快速得出监测结果，及时向监测中心发出预警信息，以便实验管理员对空调、排风扇、新风机等设备进行适当调试，满足实验所需的温湿度环境要求。

3    结语

“互联网+教育”理念深化发展，人工智能、大数据、物联网及云计算等信息技术与教育的融合已经成为必然趋势。上述研究所提出的智慧型实验室正是在此基础上发展起来的一种新型模态，将实验设备、人、资源及方法均进行了智慧化的改造，让实验项目、课程、考勤、评价等内容得以集成化管理，让实验室可以智能感知、即时响应各類实验需求，为师生提供智能化的实验决策，对于控制实验成本、优化实验室管理效能均具有深远影响，且弥补了传统实验室覆盖范围小、实验灵活性差的弊端，打造了一种全新的实验室建设发展模式。

[参考文献]

[1]许世东，林雅婷，洪梦萍，等.新一代信息技术下智慧型实验室的构建研究[J].信息记录材料，2019（7）：130-131.

[2]唐磊，孙佩红.高校实验室智慧化管理平台建设研究[J].内蒙古财经大学学报，2018（4）：106-109.

[3]周毅锦，蒋俊平.打造智慧型实验平台，服务实战化基础教学[J].公安教育，2018（1）：65-68.

Abstract：To keep up with the trend of the development of “Internet +education” ， and  become a leader in the development of intelligent education， providing application support for laboratory teaching， the article will take the concept and characteristics of intelligent laboratory as the research basis point， through the traditional laboratory in management， teaching malpractice analysis， intelligent laboratory management platform construction as the target focus point， from the experimental equipment， content， service， management and other levels， with the “Internet+” intelligent perception， automation control and data integration technology， to carry out laboratory innovation design， help the innovative development of practical application talent training in colleges and universities.

Key words：experimental equipment; intelligent perception; “Internet + education”