“互聯網+教育”智慧型實驗室的構建方案

林景升

摘 ? 要：為緊跟“互聯網+教育”發展的潮流，成為智慧型教育發展中的“弄潮兒”，為實驗室教學提供應用支撐，文章將以智慧型實驗室的觀念和特點為研究基點，透過傳統實驗室在管理、教學上的弊端分析，以智慧型實驗室管理的平臺建設為目標，從實驗設備、內容、服務、管理等層面出發，搭載“互聯網+”下的智能感知、自動化控制及數據集成等技術，進行實驗室創新設計，助力高校實踐性應用人才培養的創新發展。

關鍵詞：實驗設備;智能感知;“互聯網+教育”

近年來，隨著“互聯網+”行動計劃的加速推進，各行各業均在謀求業態發展的新模式。在教育改革全面發展的大背景下，“互聯網+教育”成為教育界關注的熱門話題，如何搭載“互聯網+”背景下的教育資源、技術優勢，進行教育理念變革、教學方法創新，實現智慧化發展，成為其未來發展的主要著力點。尤其在當前，培養高素質的實踐應用型人才是現代教育發展的定性目標，而該目標的實現依托于實驗室或實訓基地的建設和應用，“互聯網+教育”下的計算機、網絡通信、云計算及物聯網等新型技術的發展，為智慧型實驗室的構建提供了有力支撐，智慧型實驗室可突破傳統實驗室時空和地域的局限性，整合了各類優質實驗資源，可對實驗設備進行智能控制、實驗預約服務，其發展對于提高實驗教學效果和管理效率均具有重要的現實意義。

1 ? ?“互聯網+教育”智慧型實驗室的概念及特點

1.1 ?智慧型實驗室概念的界定

智慧實驗室是基于智慧校園、智慧課堂、智慧教學等新名詞衍生和發展而來的，但關于其概念目前并無統一的說法。而從本質上分析，智慧型實驗室應該歸屬智慧教育的重要組成部分，智慧教育最早起源于2008年IBM在《智能地球：下一代領導議程》中提出的“智慧星球”[1]，主要目的是運用信息化技術改造世界，變得更為智能化。據此，本研究結合實踐以及“互聯網+教育”下物聯網、云計算、智能感知及大數據技術的應用，智慧型實驗室應該以打造數字化、網絡化、智能化的創新型實驗教學手段和模式為根本引領，依托于智慧型實驗管理平臺，對實驗教學過程、實驗設備、實驗資源、實驗課程、實驗環境及實驗測評等全流程內容進行集成、信息化的管理，以此提升實驗室應用管理的效率和水平，促進實驗教與學的智慧型發展。

1.2 ?智慧型實驗室的特點

智慧型實驗室是“互聯網+教育”發展下的一種新生理念和發展模式，是教育智慧化發展的新境界，可通過構建智慧化的環境、管理，來改變“老套”實驗室簡陋、單調的教學模式，引領和促進實驗教與學的智慧發展，與以往的實驗室相比，其最為凸顯的特點表現為如下幾個方面：

首先，智能技術與實驗的雙向融合。“互聯網+教育”下，智慧型實驗室實則是依托于互聯網、云計算、物聯網、大數據技術，結合“互聯+”行動計劃的深層發展內涵，從頂層設計出發，為實驗室教學管理設計一套完整的智慧化、信息化發展方案，全面覆蓋了整個實驗過程中的人、物、環境，依托于云端虛擬池，集成整合優質的實驗資源并實時共享，利用物聯網跟蹤監測實驗設備、環境狀態，為實驗教學進行最優匹配。可見，智能技術與實驗的雙向融合是其首要特征。

其次，實驗室的開放性。與傳統封閉式的實驗室不同，智慧型實驗室不再是一個被分割的教學時空，其面向不同的群體、實驗需求，突破了時空和地域的局限性，成為一個動態、開放的系統，開放性特征明顯。尤其是“互聯網+教育”的云計算、移動終端及無線通信技術的發展，讓遠程感知實驗設備、環境運行狀態成為可能，也讓在線設計實驗項目、實驗交流和預約服務成為現實，有實驗教學、測評及互動需求的地方，就有實驗供給服務所在，讓實驗教學變得更為簡便、普及，從根本上發揮了實驗室的本質效用。

2 ? ?“互聯網+教育”智慧型實驗室構建的思路分析

結合上述需求，智慧型實驗室構建應遵循以下思路：

首先，緊跟“互聯網+教育”的技術潮流，以前瞻性的理念指引智慧型實驗室的建設，該過程中需要整合計算機、物聯網、大數據、智能終端等技術，將軟硬件相結合，以校園網為支撐，構建統一實驗管理平臺，聯動不同專業部門進行實驗室的協同開發，共同驅動實驗設備、資源和數據的集成共享。

其次，以智慧型實驗管理架構為支撐，提升實驗室的靈活性，因實驗室面向的是全校各專業學生，為此，智慧型實驗室可以結合不同專業的實驗需求，進行設備引入、實驗項目設計、課程安排，實現統一規劃、統籌安排，以此搭建可與實驗資源庫、教務管理系統、實驗室設備及教學管理系統互聯互通的智慧實驗室管理框架，通過各模塊數據流的交互，對實驗室的使用情況、耗材、考勤等數據進行統計分析，進一步優化實驗室的靈活性管理。

再次，強化可擴展性的建設，對實驗室進行模塊化設計。智慧型實驗室可采用菜單模塊的方式，合理設置實驗設備、實驗成績、實驗教學、實驗耗材等模塊功能，以便管理層、師生等根據各自的需求選擇對應的模塊。模塊化的設計便于實驗室系統模塊的靈活擴展，例如可將物聯網智能終端引入實驗室，設計APP在線實驗室使用管理平臺，讓師生通過APP隨時隨地進行實驗預約、成績查詢、下載實驗資源等操作[2]。

2.1 ?“互聯網+教育”智慧型實驗室構建的方案設計

“互聯網+教育”下的智慧型實驗室，實則是在智慧型教育理念的引領下，利用智能化、信息化技術改造實驗教學、設備的管理流程和方法，打造一個可實現設備實時監控、實驗資源共享、自主在線預約實驗的集成化管理平臺，突破實驗室時空和地域的限制，讓實驗室的使用和管理更為開放透明，進而滿足現代個性化、智能化的實驗教學需求。由此，智慧型實驗室構建的具體方案需包含以下內容。

2.2 ?實驗教學的智慧型管理

智慧型實驗室的核心功能是實驗教學，其建設的重點是解決實驗教學難、操作難的問題。具體應該引入多媒體技術、虛擬現實技術構建三維立體、可視化的實驗教學過程，方便師生進行視頻教學、實驗模擬仿真及實操訓練;采用大數據技術提取整合各類優質教學資源，進行實驗教學項目、課程內容的優化設計，并搭載云計算技術進行實驗資源的快速存讀取，完成實驗課程、資源的集成共享服務;還可以借助移動互聯網APP設置實驗預約服務，該服務采用實驗教師主導的模式，根據實驗項目，預約實驗室及時間段—管理員預約調整—進行預約審批—生成預約課表[3]。在預約過程中，學生憑借用戶名和密碼登錄系統，可在線查詢實驗室使用情況、實驗耗材、實驗人數、實驗安排，發出預約申請，在獲得管理員審批后憑借校園卡可進入實驗室進行相關的實驗學習和操作。

2.3 ?實驗設備環境的智慧型管理

為給實驗教學過程提供智能化的設備管理及環境監測支撐，智慧型實驗室構建時，可搭載實驗室信息化管理平臺，融合物聯網對實驗音箱、儀器、排風、空調、燈光、掃描儀等實驗設備進行全面管控，借助互聯網、傳感器技術實時跟蹤監測實驗設備的運行狀態，以便及時維護實驗設備、防控實驗風險，適時調試設備運行參數及模式，方便實驗應用，提升實驗教學的效率。同時，還需要對實驗室內的溫濕度、空氣質量等環境參數進行實時監測，構建由數據采集端、云服務、監測裝置、智能終端等構成的環境監測平臺，讓管理員通過Web瀏覽器或手機APP端便可實時監測環境監測點的監測數據，通過大數據分析、融合理實監測數據便可快速得出監測結果，及時向監測中心發出預警信息，以便實驗管理員對空調、排風扇、新風機等設備進行適當調試，滿足實驗所需的溫濕度環境要求。

3 ? ?結語

“互聯網+教育”理念深化發展，人工智能、大數據、物聯網及云計算等信息技術與教育的融合已經成為必然趨勢。上述研究所提出的智慧型實驗室正是在此基礎上發展起來的一種新型模態，將實驗設備、人、資源及方法均進行了智慧化的改造，讓實驗項目、課程、考勤、評價等內容得以集成化管理，讓實驗室可以智能感知、即時響應各類實驗需求，為師生提供智能化的實驗決策，對于控制實驗成本、優化實驗室管理效能均具有深遠影響，且彌補了傳統實驗室覆蓋范圍小、實驗靈活性差的弊端，打造了一種全新的實驗室建設發展模式。

[參考文獻]

[1]許世東，林雅婷，洪夢萍，等.新一代信息技術下智慧型實驗室的構建研究[J].信息記錄材料，2019（7）：130-131.

[2]唐磊，孫佩紅.高校實驗室智慧化管理平臺建設研究[J].內蒙古財經大學學報，2018（4）：106-109.

[3]周毅錦，蔣俊平.打造智慧型實驗平臺，服務實戰化基礎教學[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”