基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高職院校實驗室智能管理平臺設(shè)計

李光雷, 潘慶陽, 徐 堅, 尹合棟

(1.南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 實驗室與資產(chǎn)管理處,江蘇 南京 210023；2.重慶第二師范學(xué)院 教育資源中心,重慶 400065)

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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高職院校實驗室智能管理平臺設(shè)計

李光雷1, 潘慶陽1, 徐 堅1, 尹合棟2

(1.南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 實驗室與資產(chǎn)管理處,江蘇 南京 210023；2.重慶第二師范學(xué)院 教育資源中心,重慶 400065)

高職教育區(qū)別于本科教育的一個重要方面就在于其職業(yè)導(dǎo)向性，高職教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)強調(diào)為生產(chǎn)第一線服務(wù)。實驗(實訓(xùn))室作為承擔(dān)實驗、實訓(xùn)項目的重要載體，在實現(xiàn)高職教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的過程中占有重要地位和作用。分析了部分高職院校實驗室建設(shè)、管理工作的現(xiàn)狀及面臨的一些問題，結(jié)合當(dāng)前熱門的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對高職院校規(guī)律設(shè)計并開發(fā)了一套基于B/S架構(gòu)的物聯(lián)網(wǎng)實驗室管理平臺，該平臺理念先進(jìn)，功能齊全，在實際使用中取得了不錯的效果。

高職； 實驗實訓(xùn)； 物聯(lián)網(wǎng)； 智能管理

0 引 言

高職教育區(qū)別于本科教育的一個重要方面就在于其職業(yè)導(dǎo)向性。高職教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)強調(diào)為生產(chǎn)第一線服務(wù)，高職教育定位的特殊性決定了其教學(xué)活動更加重視實踐動手能力，理論知識則以夠用為度。因此，實踐教學(xué)是高職院校人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，旨在突出職業(yè)崗位技能模擬訓(xùn)練，重點培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)運用能力。

實驗(實訓(xùn))室作為承擔(dān)實驗、實訓(xùn)項目的重要載體，在實現(xiàn)高職教育人才培養(yǎng)目標(biāo)的過程中占有重要地位和作用。但是目前的高職院校實驗室建設(shè)、管理主要存在信息化程度較低、管理制度監(jiān)督力度不夠、大型儀器設(shè)備開放共享程度不夠等問題。大多數(shù)高職院校仍然采用管理人員手工統(tǒng)計、手動操作的方式實現(xiàn)實驗室數(shù)據(jù)的收集與管理，一線實驗室工作人員疲于應(yīng)付各類繁瑣的日常事務(wù)，無從考慮實驗室建設(shè)、管理的更深層次問題。

部分本科高校在實驗室建設(shè)、管理、使用過程中采用信息化管理。但高職教育的實驗實訓(xùn)是專業(yè)建設(shè)的重要組成部分，其人才培養(yǎng)特點注定高職教育的實驗教學(xué)目標(biāo)不僅通過實驗觀察某種現(xiàn)象、驗證某個定律、學(xué)習(xí)某項實驗方法。還要通過實驗、實訓(xùn)盡可能多的感受相關(guān)專業(yè)的工作現(xiàn)場氛圍，練習(xí)某些專業(yè)儀器設(shè)備的使用，培養(yǎng)學(xué)生某一單項的專業(yè)技能。總之，更側(cè)重實訓(xùn)，高職院校的實驗室、實訓(xùn)基地大多屬于綜合性的，貼近生產(chǎn)實際，實驗過程更接近于生產(chǎn)實際，使學(xué)生的實驗具有一定的現(xiàn)場感，與今后的工作實際相符，而本科高校的實驗室則側(cè)重科研實驗，這種差異造成管理模式也有差異，因此，高職院校實驗室、實訓(xùn)基地的信息化管理不能完全照搬本科高校[1-6]。

長期以來，大部分高職院校實驗室管理工作都是依靠手工建立臺帳、標(biāo)簽等措施對實驗儀器設(shè)備進(jìn)行管理，這樣不僅效率低下，錯誤頻出，更新困難，而且隨著學(xué)校對實驗室投入的增加造成實驗室動態(tài)更新不斷增加，使得一線實驗室管理人員長期處于應(yīng)付大量繁瑣、重復(fù)的勞動，沒有時間及精力去思考更好的使用、管理實驗室。面對出現(xiàn)的這一問題，通過走訪其他高校，結(jié)合本校實際，提出利用信息技術(shù)提高學(xué)校的實驗室建設(shè)、管理工作水平，提高學(xué)校實驗室、實訓(xùn)基地使用效率及績效，提高學(xué)校實驗(實訓(xùn))室信息公開程度及大型儀器設(shè)備共享等。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用的可行性分析

物聯(lián)網(wǎng)是指通過 RFID、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，以有線或無線的方式把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，以計算、存儲、分析等處理方式構(gòu)成所關(guān)心事物的動態(tài)和靜態(tài)的信息知識網(wǎng)絡(luò)，用以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)從本質(zhì)上來看，是現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展到一定階段后的成果，將各種感知技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人工智能與自動化技術(shù)聚合與集成應(yīng)用[6-15]。

將物聯(lián)網(wǎng)與電子門禁系統(tǒng)相結(jié)合，可以替代傳統(tǒng)的“手工登記薄”，不僅大大方便對進(jìn)出實驗場所人員的統(tǒng)計，減輕了管理人員的工作量，而且可以有利于實驗(實訓(xùn))室開放共享。出入實驗室場所的人員主要有實驗室管理人員、實驗技術(shù)人員及師生。當(dāng)前各高校基本都發(fā)行了校園一卡通系統(tǒng)，基本可以做到人手一卡。利用現(xiàn)有的一卡通系統(tǒng)，結(jié)合相應(yīng)的讀卡器，在實驗(實訓(xùn))室門口進(jìn)行身份識別，獲取相應(yīng)的個人編碼，同時將信息通過因特網(wǎng)傳輸?shù)椒?wù)器端，與遠(yuǎn)程服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫相比對，若服務(wù)器有授權(quán)信息，則電磁鎖通電開門，反之只會記錄下本次刷卡，下課后刷卡鎖門，同時在數(shù)據(jù)庫記錄下本次使用信息，統(tǒng)計出該實驗(實訓(xùn))室利用率情況。考慮到部分教師因為卡丟失、損壞或者校外兼職教師無一卡通等特殊情況，為每院系設(shè)置若干張超級卡，可以在出現(xiàn)緊急情況時實現(xiàn)開門。因此，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于高職院校的實驗(實訓(xùn))室建設(shè)、管理工作中，具有切實可行性。

2 實驗室智能管理系統(tǒng)的設(shè)計與實踐

2.1 平臺的設(shè)計

考慮到我校實驗室管理、運行實際情況，采用校、院二級業(yè)務(wù)管理和信息展示平臺。主要應(yīng)用模塊有：實驗室基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺、實驗教學(xué)管理、實驗室開放管理、校級計算機實驗室管理、校級實驗室管理效益評估等模塊組成；智能系統(tǒng)配套硬件終端主要的應(yīng)用有：智能門禁控制系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)采集管理、遠(yuǎn)程電源控制管理。系統(tǒng)將實現(xiàn)校、院獨立管理以及數(shù)據(jù)互通，利用網(wǎng)絡(luò)資源和數(shù)據(jù)共享平臺，通過B/S為主的軟件架構(gòu)，通過全校一卡通統(tǒng)一身份認(rèn)證，與學(xué)校其他應(yīng)用的數(shù)據(jù)共享與同步，實現(xiàn)用戶的方便接入與數(shù)據(jù)的快捷維護(hù)。具體系統(tǒng)框架見圖1。

圖1 物聯(lián)網(wǎng)實驗室管理平臺系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

根據(jù)我校的實驗室管理、運行特點和組織結(jié)構(gòu)的特殊性，還考慮到同時部署眾多模塊的信息管理平臺，涉及職能管理部門比較多等特點，建設(shè)的平臺應(yīng)具有如下功能。

(1) 搭建校級實驗教學(xué)管理平臺、計算機實驗室管理平臺以及實驗室開放管理系統(tǒng)、智能數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)、實驗室效益評估管理、實驗室數(shù)據(jù)基礎(chǔ)平臺，為師生、管理人員訪問、信息發(fā)布提供統(tǒng)一入口；

(2) 能夠?qū)崿F(xiàn)對全校計算機實驗室的統(tǒng)一管理，通過平臺可以統(tǒng)計出各公共、基礎(chǔ)機房的實時使用率和開機率，對教學(xué)以外的公共機房的開放情況進(jìn)行宏觀的實時狀態(tài)監(jiān)測、數(shù)據(jù)統(tǒng)計；

(3) 能夠?qū)崿F(xiàn)學(xué)校、學(xué)院、實驗室(實驗中心)的分層次結(jié)構(gòu)管理，按校級、院級的管理角色設(shè)置權(quán)限，對各類用戶的使用能進(jìn)行個別或批量管理；

(4) 系統(tǒng)應(yīng)具有開放的接口，可以與學(xué)校的一卡通系統(tǒng)、國有資產(chǎn)管理系統(tǒng)等學(xué)校現(xiàn)有第三方系統(tǒng)對接，能夠?qū)崿F(xiàn)部分信息共享流通；

(5) 系統(tǒng)涵蓋學(xué)校所有實驗室門禁的控制和智能管理，對學(xué)生預(yù)約、考勤等自動生成數(shù)據(jù)，并生成統(tǒng)一格式報表；

(6) 系統(tǒng)涵蓋實驗室運行經(jīng)費管理、項目實施管理、效益評價等完整管理流程，自動匯總結(jié)果和查看實驗室各環(huán)節(jié)的流程；

各子系統(tǒng)及模塊具有友好的人機界面，能夠兼顧一些特殊情況，如：數(shù)據(jù)卡丟失后的授權(quán)、斷電后能夠?qū)崿F(xiàn)離線數(shù)據(jù)存取、實訓(xùn)課程調(diào)整能夠及時反饋到刷卡器等。

2.2 系統(tǒng)的搭建

系統(tǒng)包括三個結(jié)構(gòu)層。①底層由服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫構(gòu)成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲、讀取；②網(wǎng)絡(luò)層：包括刷卡器、電磁門禁系統(tǒng)組成。通過刷卡器實現(xiàn)對一卡通數(shù)據(jù)的讀取，進(jìn)而實現(xiàn)對刷卡者的身份識別，通過與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，確認(rèn)是否有授權(quán)，進(jìn)而控制門禁系統(tǒng)開閉；③交互層：通過Web頁面實現(xiàn)人機交互。

遠(yuǎn)程電源控制系統(tǒng)及門禁系統(tǒng)可以實現(xiàn)對有源儀器設(shè)備的電源開啟和閉合的管理。在電源控制器的前端通過以太網(wǎng)TCP/IP通訊遠(yuǎn)程控制技術(shù)實現(xiàn)對有源實驗儀器設(shè)備的授權(quán)使用，即：用戶在通過門禁控制系統(tǒng)身份認(rèn)證后，方可對指定的某臺儀器設(shè)備通電使用，同時記錄使用時長及人員信息。

刷卡器對用戶身份識別及控制電磁鎖的部分實現(xiàn)代碼如下：

char szDisplayInterval[3],szClearLCD[3],szLCDBackLight[3],szDisplayROW[3],szDisplayCOL[3],szDisplatDelay[3];

char szDispMsg[512];

//交替顯示

sprintf(szDisplayInterval,"00");

szDisplayInterval[2]=0;

//清除屏幕

sprintf(szClearLCD,"00");

szClearLCD[2]=0;

//打開背光

sprintf(szLCDBackLight,"00");

szLCDBackLight[2]=0;

//行坐標(biāo)

sprintf(szDisplayROW,"00");

szDisplayROW[2]=0;

//列坐標(biāo)

sprintf(szDisplayCOL,"00");

szDisplayCOL[2]=0;

//交替顯示間隔

sprintf(szDisplatDelay,"50");

szDisplatDelay[2]=0;

//顯示內(nèi)容

MSG2ASCII(szMsg,szDispMsg);

//組成命令字符串 命令字+命令數(shù)據(jù)

char szSubCMD[1024];

sprintf(szSubCMD,"8500%s%s%s%s%s%s00%s",szDisplayInterval

搭建好后的Web管理界面如圖2所示。試運行一學(xué)期后，服務(wù)器端根據(jù)統(tǒng)計處的數(shù)據(jù)匯總出的實驗室使用情況柱狀圖，如圖3所示。

3 實施成效及反思

經(jīng)過將近1年的建設(shè)、調(diào)試、試運行，我校的物聯(lián)網(wǎng)實驗室管理平臺已經(jīng)日趨完善。目前來看，本平臺主要取得了以下方面的成效：

(1) 減輕了實驗室工作人員管理。引入本系統(tǒng)后，大大減輕了各級實驗室管理人員的工作量，使得他們有更多的時間思考所從事的工作而非疲于應(yīng)付日常繁瑣的事務(wù)性工作。同時，本平臺的引進(jìn)也有利于學(xué)校各級管理部門更準(zhǔn)確的掌握學(xué)校實驗實訓(xùn)基本情況，有利于做出更準(zhǔn)確的決策。

(2) 有利于公共實驗室的共建共享。有利于大型儀器設(shè)備的共建各項，提高了實驗實訓(xùn)資源的使用效益。排課子系統(tǒng)使用使得各類實驗實訓(xùn)更加規(guī)范，每學(xué)期將實驗實訓(xùn)任務(wù)導(dǎo)入系統(tǒng)后，其他需要使用實驗室的學(xué)生和老師若要預(yù)約使用該實驗室、實訓(xùn)設(shè)備，可以清楚的避開有教學(xué)任務(wù)的時間段。大型儀器設(shè)備通過物聯(lián)網(wǎng)管理平臺，不僅可以在校內(nèi)實現(xiàn)大型儀器設(shè)備的資源共享，同時可以開展相應(yīng)的社會服務(wù)。

(3) 方便師生進(jìn)出實驗室。開放式的實驗及門禁系統(tǒng)為學(xué)生、教師的實驗實訓(xùn)提供了極大方便，得到了廣大學(xué)生和教師的一致好評。開放式的實驗實訓(xùn)條件為學(xué)生及教師提供了更加靈活的實驗、實訓(xùn)條件，學(xué)生可以在線預(yù)約，教師也可以在線審核，對于參加各類大賽及發(fā)明創(chuàng)造的學(xué)生來說，相當(dāng)于可以自由使用全校的實驗、實訓(xùn)資源。

(4) 有利于對實驗室、實訓(xùn)基地建設(shè)績效考核。本平臺將以往分散的、獨立的點狀實驗室網(wǎng)絡(luò)化，每學(xué)期開始后，教學(xué)秘書將教學(xué)任務(wù)導(dǎo)入系統(tǒng)，這樣就可以

圖2 Web管理界面

安排專人一次性購置所需要的實驗材料，避免以往的盲目采購造成的重復(fù)購置，有利于實驗經(jīng)費的精細(xì)化分配。同時，學(xué)期結(jié)束后，該實驗室的利用率可以直接導(dǎo)出，根據(jù)利用率情況，可以對下年度資金分配情況進(jìn)行相應(yīng)獎懲，不僅激勵二級院系更多使用各類實驗設(shè)備，也有利于避免重建設(shè)，輕使用的情況。

(5) 加強制度建設(shè)，不斷完善系統(tǒng)。沒有規(guī)矩，不成方圓，對于實驗室建設(shè)工作來說，尤其如此。實驗室建設(shè)、管理工作絕非簡單的建設(shè)一個平臺就可以。應(yīng)用新的平臺后，會面臨一些新的問題，例如除平時正常的教學(xué)實驗任務(wù)外，還會有各種臨時性的預(yù)約實驗設(shè)備，以及校企合作項目需要使用實驗設(shè)備等。因此，要針對這些不同情況，建立各級各類實驗室規(guī)章制度，同時不斷完善系統(tǒng)，才能使得實驗室建設(shè)、管理工作真正上一個臺階。通過1年的試運行取得了一些成效，但實驗室管理工作是綜合性、多方面的，在高職院校中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用還較為有限。

4 結(jié) 語

高職院校的實驗室、實訓(xùn)基地建設(shè)工作是一個系統(tǒng)工程，現(xiàn)在不少高職院校已經(jīng)結(jié)束大筆資金投入硬件設(shè)備采購，進(jìn)入抓內(nèi)涵建設(shè)的階段，此系統(tǒng)也是我校內(nèi)涵建設(shè)工作在實驗室建設(shè)及管理中的一次嘗試。高職院校在實驗室建設(shè)過程中還需要不斷完善與規(guī)范工作流程，更新工作手段，也還有許多新的工作方式需要繼續(xù)研究與探索。同時，高職院校實驗室、實訓(xùn)基地建設(shè)的專業(yè)化、規(guī)范化和科學(xué)化水平還不高，還需要繼續(xù)加強個人的業(yè)務(wù)能力，不斷提高工作水平和效率。

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Design of Intelligent Management Platform for Laboratory in Higher Vocational College Based on the Internet of Things

LIGuang-lei1,PANQing-yang1,XUJian1,YINHe-dong2

(1. Nanjing Institute of Industry Technology, Nanjing 210023, China; 2. Teaching Resources Center, Chongqing University of Education, Chongqing 400065, China)

Unlike the undergraduate education, an important aspect of the higher vocational education lies in its vocational guidance. Training objective of the higher vocational education is to serve the first line of production. As an integrate and essential carrier for experiments and training projects, laboratory or training room plays a vital role in realizing the objective of talent training throughout the higher vocational education. Combining with the red-hot Internet of things topics, this paper analyzes some of problems facing the construction and management of laboratories in higher vocational colleges and proposes solutions in a new way. In terms of higher vocational colleges of regular integration, a set of Internet of things laboratory management platform based on B/S structure is designed and developed. The platform concept is advanced and full-featured, and it can achieve good results in actual use.

higher vocational education； experiment and practice； internet of things Intelligent management

2015-11-15

中國職業(yè)技術(shù)教育學(xué)會第四屆理事會科研規(guī)劃項目2014-2015年度立項課題(201410Y31)；2014年江蘇省精密制造工程技術(shù)研究開發(fā)中心開放基金項目(ZK14-09-03)；中國教育會計學(xué)會高等職業(yè)院校分會2015年度立項課題(Y2015002)

李光雷(1984-)，湖北襄陽人，碩士，實驗師，研究方向：機械設(shè)計、實驗室建設(shè)。Tel:13770797116；E-mail：leeglei@gmail.com

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1006-7167(2016)05-0249-04