基于智慧校园的信息化实验室构建

2021-07-22李霖

江苏通信 2021年3期

李霖

山西工程科技职业大学

0 引言

“互联网+”为智慧校园建设提供了发展契机，构建“互联网+智慧校园”模式能更好地展现空间形态、结构形态。在智慧校园背景下，学校更加注重信息化实验室的构建，加强对新一代信息技术的引进，加大基础设施建设，切实为学生营造信息化实训操作环境，培养学生的实践操作能力。

1 智慧校园实验室构建的相关问题

在实验室建设上，学校搭建无线基础设施，为学生提供高宽带端口，实现数据传输和数据接入。基于“智慧校园”的实验管理装置构建，可进一步创新建设校园网络，借助5G和无线网技术，基于门禁系统、电源控制模块等设备，引入物联网技术、信息技术，实现集中化管理。依托物联网技术优化门禁、电源控制模块建设，进而优化控制。终端控制模块则是以单机主控模块技术和无线网络传输技术为主，并联合应用WLAN技术，提高各类信息数据的传输时效，保证各项设备装置的应用扩展性。智慧校园下的实验室建设保留了实验室资源数据，有针对性地对数据信息进行整理和分类，并对相关参数进行设置和管理。

2 智慧校园下的信息化实验室构建要点

2.1 设置无线通信模块

作为智慧校园信息化实验室构建的重要内容，无线通信模块承担数据通信和数据传输工作，校园WiFi实现全面覆盖，并对其进行强化和创新建设，实现对大量数据高效传输和管理，并将网络通信模块连接在主控模块MCU上。在整个网络创新建设过程中，加设外置天线，主要负责信号发射工作；设置ZigBee模块，进一步优化实验室门禁管理系统，实现信息化控制目标；将GPS技术引入服务器管理中，通过定位实时把控服务器运行状态，强化对服务器的管理，从根本上提升了服务器的安全管理水平。

2.2 装置硬件结构和功能

装置硬件结构和功能主要体现在实验室门结构设计上，在具体设计过程中，基于智慧校园建设，加强对供电问题的考量，采取交流电供电方式，并加设蓄电池进行供电。此类装置结构主要以无线传输模块和天线模块为主，以满足日常通信需求。在物联网技术支持下，实现同服务器之间的互联效果，更好地把控服务器时间、保证信息的准确性。同时，在指纹识别模块设计上进行进一步优化，若装置出现问题、无法启动门禁系统，则可借助指纹完成启动操作。

2.3 装置软件设计

装置软件是智慧校园信息化实验室设计的关键。基于教师的教学及科研工作和学生的学习需求，优化系统管理，学生借助移动客户端登录平台系统，可随时对个人信息进行修改，支持对上课时间、相关课程信息等的查询；教师通过实验室管理平台实现对实验资源的高效整合，并将相关文件上传进行共享，为学生提供自主学习机会，进一步培养学生的科学探究能力，为其更好地开展科研活动提供支撑。实验室管理人员通过信息化技术，可以全面掌握当前的实验室使用情况，并根据系统提供的数据信息制作数据表。

2.4 智慧校园信息化实验室的安全管理

在学校信息化实验室建设过程中，要积极与时俱进，定期组织开展实验安全培训教育，建立科学、合理的安全教育管理机制，基于多方面进行统筹和规划、科学部署，加强对安全隐患的综合治理，最大程度地保障信息化实验室的安全应用效果。同时，要注重对实验化学试剂、危险品等的安全管理，建立健全完善的安全保证体系和防控设施，提高对防控设施建设的重视程度，更好地为信息化实验室管理系统应用夯实基础。为达到信息化实验室的安全管理增效，院校要加强内部组织架构的构建，明确分工，保证安全管理效果。

3 智慧实验室系统架构模型搭建

智慧实验室的搭建主要是基于智慧校园理念，借助物联网、大数据、云计算、人工智能等新一代信息技术，与实验室建设相融合，进而提高实验室信息化技术水平，提高教学质量，进一步增强学生的学习体验，实现对相关仪器设备的智能化管理和控制。在实验室整个系统框架搭建下，对教学过程进行可视化记录，借助互联网平台实现信息资源的共享和整合，为师生提供一体化的实验室学习模式，并在系统平台动态化管理过程中实现信息技术与智能化设备的融合。

3.1 信息化实验室系统的软件搭建

在现代教育理念指导下，借助物联网技术搭建能够感知的物理环境，保证实验操作互动效果，营造开放、共享的实验信息服务平台，在智能化、信息化技术支持下，更好地实现实验室的自动化管理，保证实验教学的交互效果，更好地评价实验教学成效，加强实验操作指导。信息化实验室搭建的软件具体包括以下方面。

（1）感知层。在物联网技术、智能感应技术的支持下，借助射频标签、传感器等自动标识，实时获取监测信息，实时采集实验室环境、设备信息等；信息化实验室设备感知层设备包括门禁系统、多媒体设备、摄像头、新风系统等，优化了实验室环境条件，设置高频RFID设备，实现门禁管理目标。同时，增设刷卡考勤、无感知考勤设备，对教学过程进行智能录播，对实验教学全过程进行采集，保证了实验室的安全监控。基于RFID的感知方法如图1所示。

图1 基于RFID的感知方法

（2）网络层。实现了人与人、设备和设备之间互联互通目标，基于智慧校园理念，保证硬件设备、软件平台等基础设施的信息传输效果，为师生提供安全、有序的网络环境，有效提升教学效果；同时，网络层提供了有线网络、无线网络和物联网等技术应用途径，保证了网络之间的协调性，进一步优化了信息空间和物理空间的联通效果。

3.2 信息化实验室系统的功能模块建设

（1）实验室教学管理模块。借助智能化排课系统进行课程设置，管理人员依据实验内容、相关仪器设备制作实验课表，提高了其工作效率，也促使师生能更好地掌握实验教学时间。同时，将教学管理系统与门禁管理系统相结合，实现了与校园一卡通的对接，科学地对实验批次进行划分，智能化地安排考勤签到，对实验过程进行实时跟踪，切实强化实验管理效果。

（2）信息化实验室开放管理模块。尊重学生的主体地位，加强对实验室不同资源的高效整合，以更加开放的时间和空间形式呈现在师生面前，为师生实验操作提供了优越的实验条件，弥补了传统实验教学模式的弊端，提高了学生参与实验操作学习的积极性。信息化实验室的开放管理遵循大型仪器开放原则、实验项目开放原则，注重培训管理和实验过程管理，同时，注重耗材管理。

（3）高清视频示教系统模块。由于实验现场条件受限，观摩人数诸多，为保证学生学习效果，需要借助高清视频示教系统进行教学，以提升学生现场观看效果。示教系统包含实操视频的录制、直播视频、自主学习等功能，能完整地记录示教过程，将教学录像上传到资源平台后，学生可自主进行学习，画面更加直观，实时记录现场操作情境，交互效果较强，同时，支持学生在线上传视频，更利于教师掌握实验教学反馈。