物联网技术在开放实验室建设中的应用

李瑞利,黄卓忻,宋俊慷

(广西民族师范学院,广西 崇左 532200)

0 引言

高校的实验室是学生、教师进行教育、学习、研究的重要场所,其管理水平能够直接反映高校管理水平的高低,因此,提升高校实验室的管理水平也是提升高校管理水平的关键所在。物联网技术的不断发展,为高校开放实验室管理水平的提升、管理体系的改革和优化都具有重要意义,高校实验室应当充分使用物联网技术建设智慧型开放实验室,这无论是对学生的学习还是学校的教学水平都具有重要的正面意义。

1 建设物联网开放实验室的目标和要求

首先,以提升学生的实践能力为目标,将物联网技术的高效性与智能性有效融入“智慧”开放实验室的建设,有效提升学生的实践能力,为学生日后就业奠定坚实的基础,进而提升学校整体的教学水平和核心竞争力。其次,以提升教学实验的基础性、行业综合应用性和提升学校开放研究实验项目的开发性为目标,联合多方力量,建设物联网“智慧”开放实验室,促进学校物联网教学、物联网人才的发展与培养[1]。

2 传统实验室存在的问题

2.1 实验室缺乏较为完善、合理的安全管理体系

大部分高校,一个实验室可进行多个专业的实验,专业实验设备繁多,且存在共用试验台的现象,这会加大实验室管理人员管理难度。传统实验室的管理体系很难满足现代高校教学和科研的需求,管理方案不合理,管理体制不完善、不健全,存在多种多样的安全漏洞,若简单地开放实验室,有可能导致实验器材丢失、滥用等问题,这对于学生的研究也有一定的负面影响。学校各部门均存在各司其职不肯联合的情况,这也是导致高校实验室管理缺乏合理性和有效性,进而导致学生和老师无法更好地在实验室开展教学、科研等。

2.2 运营开放实验室的难度较高

实验室是教师与学生进行实践教学、科学研究、准备科学竞赛、培养学生创业创新能力和实践能力的重要场所,但若实验室只在课堂上运用,则限制了其功能,而开放实验室能够有效提升实验设备的运用有效性、利用率和合理性。但随着开放实验室的加大使用,实验室的实验项目、类型和人员不断增多,同时部分实验室存在设备陈旧、维修不及时等问题给开放实验室的运营加大了难度。其次,人员素质各有不同,部分专业素质较差的实验人员可能会在实验过程中出现操作不当,因而导致实验器材受损,甚至引发安全事故,这也是导致开放实验室运营难度、管理难度增加的重要因素之一[2]。

3 物联网、云技术与“智慧”开放实验室的关系

3.1 物联网与开放实验室

随着科学技术与高校教育的不断融合,物联网已在智能校园、智慧校园的建设中得以广泛运用,而将物联网运用于开放实验室的建设也是至关重要。物联网技术能够有效解决开放实验室的运营和管理难题,也为高校的信息化管理带来了新机遇。目前,智慧化教育发展模式已经成为教育信息化发展的必然趋势,合理、有效地运用物联网技术建设高校智慧型开放实验室,为高校学生的实验研究提供良好的研究环境,是高校实验室管理人员需要重视的问题之一。

3.2 云技术与智慧实验室

云技术在高校智慧型开放实验室的建设中发挥着至关重要的作用,通过虚拟仿真平台,实验室管理人员能够快速、高效地对实验室的实验资源进行整合。其次,云计算、大数据等数据网络信息处理技术,能提高计算资源获取,排除各类干扰因素,提升获取各类研究信息的效率,自由地获取和释放资源,对高校智慧型开放实验室的建设具有重要意义[3]。

4 物联网“智慧”开放实验室的构建框架

4.1 构建物联网开放实验室管理系统

实验室开放平台架构主要由监控系统、门禁系统、实验设备在线预约系统、实验设备综合管理系统、实验课程综合管理与分析系统等组成,具体情况有以下几点。

4.1.1 高校智慧型开放实验室的监控系统建设

运用视频摄像头、红外传感器、GIS定位等设备收集、统筹实验室场地的各类视频数据,并进行存储、备份、画面分组等工作,进而实现实验室安全预警自动化,为实验室的安全提供坚实的保障。

4.1.2 构建开放实验室门禁认证系统

实验室的门禁系统应当融合学校原本的身份认证系统,将使用实验室的各类流程融入学生、教师的校园卡、校园码中,并采用人脸识别系统、IC卡射频、指纹密码系统、职能门禁系统等融入实验室的门禁认证系统,有效验证、保存、记录使用实验室的人员进出情况和实验过程。

4.1.3 构建智慧实验室网络预约系统

实现在线预约,将物联网技术与实验室预约进行融合,结合数据分析统计系统对实验室用户、管理人员、仪器的预约情况和实验室的具体情况等进行采集、监控和分析。实验室的管理人员可以对实验室进行在线预约 、授权、送样审批等管理工作,这对于提升开放实验室的管理效率具有重要意义。

4.1.4 构建智慧型开放实验室综合设备管理系统

综合设备管理系统应当将开放实验室仪器的基础信息维护、授权维护、授权情况、预约规则、收费管理、成果管理、绩效管理等融入其中,并定期对实验室内的仪器、仪器收费情况等进行考核,进而达到提升开放实验室的管理能力的作用。

4.1.5 构建智慧型开放实验室综合管理系统

系统需要达到对实验室使用人员的实验过程、仪器存放位置等进行实时监控,保证实验仪器的安全性,防止操作不当而造成损失,也可更好地追究仪器损害责任。同时系统应与开放实验室的经费、培训、预约等多种项目进行关联,并通过北斗定位系统对实验仪器具体定位,既能方便管理,也能防止丢失,进而提升实验设备的安全性。

4.2 建设物联网实验室开关平台

(1)仪器设备管理控制开放实验室是按照预约的规则开启和关闭,显示设备信息、使用状态、监控等。采用ZigBee协议无线传输,控制电源、读卡器等,实现刷卡对多台仪器或同一仪器多个组件进行同时控制。通过物联网路由器接入校园网,实现与管理平台软件的数据联通。考虑某些大型实验设备是强电压,仪器设备管理控制端,控制电流不低于30 A,电压不低于380 V。在网络出现脱机情况下,控制器仍能够根据存储信息进行访问控制。

(2)ZigBee无线通信技术是基于IEEE802.14.4无线标准,具有传输数据流量小、组网安全和GPS功能等特点。作为开放实验室的无线通信技术选择,ZigBee可实现对传感节点网络的组建和实验设备的定位。

(3)建设高校开放实验室共享系统。首先,需要将校内人员信息、一卡通系统、课程类型、资源信息库、校内视频监控系统等进行联合。其次,开放实验室管理系统与学校其他的实验室管理系统进行对接、融合和共享。最后,需要解决标准的规范、中心数据库设计、数据同步和对异常数据的处理这几个关键问题,否则开放系统的环境会因这些关键问题而出现风险。

5 结语

物联网技术是时代发展与科技发展孕育而出的高新网络技术,通过物联网技术对高校实验室进行升级、优化,并对实验室管理体系进行有效改革,既能降低实验室管理人员的工作量,提升工作效率;又能为学生创建宜学、宜教、宜研的大学校园环境,为实现大学校园融合创新、透明管理、高效管理、丰富多彩、安全稳定、环保绿色开辟了一条科技化、信息化的新道路。因此,高校应当将物联网技术充分融入开放实验室的管理,为学校师生提供一个良好的实验环境。