智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的思考

方宏件

摘? 要 根據(jù)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理現(xiàn)狀，分析梳理智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的內(nèi)涵與特征，闡述智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的實(shí)際需要。在此基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行架構(gòu)，闡明各個(gè)功能模塊的需求，給出關(guān)于智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的幾點(diǎn)思考與建議。

關(guān)鍵詞 教育信息化;智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng);智慧教育;人工智能;實(shí)驗(yàn)室;?；肥?/p>

中圖分類號(hào)：G482? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）03-0012-03

1 引言

強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)、創(chuàng)新能力以及科學(xué)素養(yǎng)的綜合型人才是新時(shí)代的要求。隨著教育信息化2.0的實(shí)施和智慧學(xué)校建設(shè)的不斷深入，將進(jìn)一步推動(dòng)現(xiàn)代信息技術(shù)與教育教學(xué)深度融合，對(duì)促進(jìn)教育公平，提高教育質(zhì)量，培養(yǎng)現(xiàn)代化建設(shè)所需高素質(zhì)人才提供強(qiáng)有力支撐。

據(jù)調(diào)查，筆者所在的安徽省的絕大多數(shù)學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室日常管理工作仍處于手工階段，僅有極少數(shù)學(xué)校能運(yùn)用信息化手段進(jìn)行管理，也取得了一定的成效，但仍處于探索和試點(diǎn)階段。因大多數(shù)管理系統(tǒng)僅考慮實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理工作的部分因素，未能形成智能一體化效應(yīng)，影響了使用效果。

2 智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念

實(shí)驗(yàn)室作為實(shí)踐教學(xué)中的重要場(chǎng)所，在學(xué)校的教學(xué)中扮演了重要的角色，實(shí)驗(yàn)室的儀器、耗材、低值品等的需求也越來(lái)越大。隨著現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室管理工作與教學(xué)檔案資料建設(shè)的開展，傳統(tǒng)手工紙質(zhì)的登記管理方式，已經(jīng)跟不上教育信息化發(fā)展的需求?？v觀國(guó)內(nèi)大多數(shù)通用中小學(xué)的實(shí)驗(yàn)室管理軟件，其功能主要針對(duì)儀器設(shè)備、藥品耗材的管理，忽略了對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)過(guò)程的管理，而將兩者緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理的綜合性軟件少之又少。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)技術(shù)的逐漸成熟，信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)、學(xué)科應(yīng)用融合程度越來(lái)越高，其發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理迫切需要以信息技術(shù)為支撐，形成事聯(lián)、人聯(lián)、物聯(lián)“三位一體”的綜合管理應(yīng)用信息系統(tǒng)。要實(shí)現(xiàn)中小學(xué)理科實(shí)驗(yàn)室管理與應(yīng)用的“四化”目標(biāo)，即實(shí)驗(yàn)室管理更加標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容更加規(guī)范化，實(shí)驗(yàn)室預(yù)約安排及儀器設(shè)備領(lǐng)用流程更加智能化，?；奉I(lǐng)用歸還真正落實(shí)“雙人制度”，各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)資料實(shí)現(xiàn)電子化。學(xué)校及教育主管部門要及時(shí)了解各校實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)及完成情況，用標(biāo)準(zhǔn)讓教師有據(jù)可依，用智能技術(shù)讓教師減負(fù)增效，從而推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，促進(jìn)城鄉(xiāng)教育均衡發(fā)展。

3 智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的需求

智慧教育是教育信息化的發(fā)展趨勢(shì)，必須以先進(jìn)的理念支撐正確設(shè)計(jì)智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)，一方面要改造學(xué)校實(shí)驗(yàn)室、儀器（藥品）室的環(huán)境和軟硬件設(shè)施;另一方面要引入云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)、人工智能等新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)與管理模式的變革與創(chuàng)新，構(gòu)建一個(gè)從設(shè)備到數(shù)據(jù)全面打通，從教學(xué)活動(dòng)、器材管理到數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)全面融合的整體框架。智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)必須滿足以下需要。

明確職責(zé)，分工協(xié)作? 能結(jié)合實(shí)際情況設(shè)置系統(tǒng)管理員、實(shí)驗(yàn)室管理員、學(xué)科教師、危化品管理員、分管領(lǐng)導(dǎo)及主管部門角色，既明確角色工作職責(zé)，又能協(xié)同管理。

系統(tǒng)管理員擁有最高權(quán)限，能對(duì)系統(tǒng)的初始化設(shè)置、人員角色、功能權(quán)限、教材版本、實(shí)驗(yàn)（儀器）室、器材標(biāo)準(zhǔn)、工作流程等進(jìn)行全方位管理。

學(xué)科教師根據(jù)所帶學(xué)科、班級(jí)、課程表等信息，自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室（器材）的預(yù)約、查詢等功能，自動(dòng)形成實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程性資料。

實(shí)驗(yàn)室管理員針對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器的采購(gòu)、入庫(kù)、標(biāo)定（上架入櫥）、報(bào)損，以及開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)室安排，實(shí)驗(yàn)儀器藥品的領(lǐng)用、歸還、報(bào)損等方面進(jìn)行管理，能同步查詢、統(tǒng)計(jì)及打印。

危化品管理員能針對(duì)危化藥品的存儲(chǔ)、使用、處置環(huán)節(jié)重點(diǎn)審核，利用不相容權(quán)限設(shè)置，落實(shí)雙人收發(fā)、雙人記賬、雙人雙鎖的管理制度。

學(xué)校及教育主管部門能實(shí)時(shí)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)開展、實(shí)驗(yàn)室管理、危化品使用等情況進(jìn)行查詢，對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

實(shí)驗(yàn)器材規(guī)范管理

1）教學(xué)內(nèi)容規(guī)范化。組織學(xué)科工作室根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，將各學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及所需實(shí)驗(yàn)器材逐項(xiàng)梳理后預(yù)置系統(tǒng)內(nèi)，既可供教師參考，也能快速預(yù)約安排，還可以提供個(gè)性化實(shí)驗(yàn)需求。

2）實(shí)驗(yàn)管理規(guī)范化。根據(jù)教育部實(shí)驗(yàn)室裝備規(guī)范配置各學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所需的儀器用品、藥品耗材;能根據(jù)日常實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用情況實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)儀器耗材的庫(kù)存預(yù)警，自動(dòng)形成采購(gòu)計(jì)劃;能根據(jù)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室規(guī)程對(duì)教學(xué)儀器進(jìn)行合理分類、規(guī)范存儲(chǔ)、標(biāo)定上柜;能滿足學(xué)校資產(chǎn)管理、數(shù)據(jù)匯總等要求。

3）危化藥品規(guī)范化。以信息手段綜合人防、物防、技防措施，建立中小學(xué)實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)化學(xué)藥品管理的長(zhǎng)效機(jī)制，消除安全隱患。設(shè)置不相容職務(wù)管理權(quán)限，落實(shí)雙人協(xié)同管理危化品制度，實(shí)時(shí)采集?；肥胰藛T出入音視頻信息，上傳?；奉I(lǐng)用歸還處理信息，對(duì)危險(xiǎn)化學(xué)品監(jiān)管等進(jìn)行全程綜合管理。

4）流程管理規(guī)范化。能根據(jù)不同規(guī)模學(xué)校設(shè)定管理流程，把控重點(diǎn)工作流程，減少輔助流程和環(huán)節(jié);把以人為主體的分工模式轉(zhuǎn)變?yōu)橐月毮転橹黧w的分工模式，限定不相容職務(wù)管理權(quán)限;將高效的管理制度固化，將合理的流程進(jìn)一步優(yōu)化，將實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作與實(shí)驗(yàn)室管理工作無(wú)縫銜接;讓學(xué)科教師與實(shí)驗(yàn)室管理員能在每個(gè)環(huán)節(jié)上分工協(xié)作、協(xié)同處理，實(shí)現(xiàn)全程一體化管理，提升學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理水平。

檔案資料自動(dòng)留存? 各學(xué)科教師在通過(guò)系統(tǒng)軟件開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)產(chǎn)生的教學(xué)計(jì)劃、預(yù)約申請(qǐng)、實(shí)驗(yàn)安排、儀器領(lǐng)用（歸還）、教學(xué)完成情況的記錄，實(shí)驗(yàn)室管理員對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器藥品的采購(gòu)、入庫(kù)、登記、上架、借用、歸還、報(bào)損、處置等環(huán)節(jié)的記錄，其他管理員協(xié)同處理的記錄，以及通過(guò)門禁、視頻等方式實(shí)時(shí)抓取的音視頻、圖片等數(shù)據(jù)，都將實(shí)時(shí)同步上傳到服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理工作檔案資料的電子化，實(shí)現(xiàn)各類表單、賬冊(cè)的數(shù)據(jù)一致化，實(shí)現(xiàn)賬物動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)化，既能減輕各學(xué)科教師、管理員的工作負(fù)擔(dān)，也可有效提高工作效率。

教學(xué)管理監(jiān)督分析? 因所有實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理工作的相關(guān)數(shù)據(jù)均能實(shí)時(shí)上傳到服務(wù)器中，數(shù)據(jù)價(jià)值能得到充分體現(xiàn)。首先要滿足各學(xué)科教師和實(shí)驗(yàn)室管理員對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃、教學(xué)內(nèi)容、課程開設(shè)、完成情況等進(jìn)行查詢、對(duì)比;學(xué)校及教育主管部門能夠及時(shí)了解各中小學(xué)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)及完成情況、實(shí)驗(yàn)室日常管理工作情況，可實(shí)現(xiàn)全方位、多角度、無(wú)盲區(qū)的有效監(jiān)管;還可利用大數(shù)據(jù)及人工智能技術(shù)深度挖掘數(shù)據(jù)有效價(jià)值，展開橫向、縱向?qū)Ρ确治觯瑢?shí)現(xiàn)區(qū)域間數(shù)據(jù)共建共享，促進(jìn)區(qū)域?qū)嶒?yàn)教學(xué)與管理工作的整體提升。即使出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理工作意外事件也可追本溯源，查找事故真實(shí)原因。

4 智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的開發(fā)架構(gòu)

考慮區(qū)域協(xié)同及管理需求，采用C/S架構(gòu)，利用兩端硬件環(huán)境的優(yōu)勢(shì)，將任務(wù)合理分配到服務(wù)器（Server）端和客戶（Client）端來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)一平多端使用模式。

1）服務(wù)器端使用硬件服務(wù)器，架設(shè)MS-SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，設(shè)置軟件版本、教材版本、用戶信息、學(xué)校及班級(jí)、學(xué)校實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)設(shè)備采購(gòu)、設(shè)備位置、設(shè)備庫(kù)存信息、實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?、儀器目錄、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等信息表單。

2）客戶端使用VB 6.0編程語(yǔ)言，設(shè)置實(shí)驗(yàn)管理、儀器管理、學(xué)校信息、信息查詢、基礎(chǔ)信息、系統(tǒng)維護(hù)等功能模塊。

5 智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

為更好地實(shí)現(xiàn)智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的功能需求，必須充分利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、無(wú)線互聯(lián)、人工智能等新一代技術(shù)手段，形成事聯(lián)、人聯(lián)、物聯(lián)“三位一體”的綜合管理應(yīng)用信息系統(tǒng)。

智能感知? 通過(guò)人臉識(shí)別，在教師開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)可自動(dòng)抓拍并上傳圖像，做好過(guò)程性資料收集。在進(jìn)入危化品室時(shí)，能通過(guò)紅外設(shè)備感知，人進(jìn)燈亮、通風(fēng)排氣扇自動(dòng)打開，視頻監(jiān)控自動(dòng)抓拍人臉圖像。

多端應(yīng)用? 要能滿足教師、管理員在有線、無(wú)線環(huán)境下，用電腦、平板、手機(jī)端等方式進(jìn)行登錄應(yīng)用，既能在局域網(wǎng)內(nèi)使用，也能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)操作。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)? 因?qū)嶒?yàn)儀器設(shè)備、藥品耗材品種數(shù)量繁多，要實(shí)現(xiàn)信息化管理，可使用條碼掃描技術(shù)，利用不干膠標(biāo)簽紙打印條形碼及附注的標(biāo)簽進(jìn)行定位、管理;有條件的學(xué)校還可以利用RFID（無(wú)線射頻識(shí)別）標(biāo)簽等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)對(duì)高價(jià)值的設(shè)備、危險(xiǎn)化學(xué)藥品等進(jìn)行無(wú)感知定位和管理。

智能環(huán)境集控? 實(shí)驗(yàn)室、?；幤肥野惭b有視頻監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行圖像、音視頻的收集。危化品室還可安裝溫度、煙霧、紅外等傳感器及定時(shí)通風(fēng)排氣設(shè)施，利用指紋、人臉識(shí)別等生物信息或密碼鎖的方式落實(shí)雙人管理制度。

教學(xué)資源支撐? 能根據(jù)現(xiàn)行教材版本列出所有實(shí)驗(yàn)?zāi)夸?，?xì)化每項(xiàng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容所需儀器藥品的規(guī)格型號(hào)及品種數(shù)量，并將之規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化后作為初始化默認(rèn)模板信息共享，提供個(gè)性化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、儀器藥品等個(gè)性化選擇。

大數(shù)據(jù)與人工智能? 能根據(jù)實(shí)驗(yàn)安排與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容等基本信息，自動(dòng)生成實(shí)驗(yàn)記錄和教學(xué)日志;能同步記錄儀器藥品出入庫(kù)、登記賬表，智能庫(kù)存預(yù)警，提供儀器藥品動(dòng)態(tài)信息。通過(guò)教學(xué)計(jì)劃、課程安排、實(shí)驗(yàn)開展、儀器（藥品）領(lǐng)用情況，統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)開出率、完成率;通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)和學(xué)生行為數(shù)據(jù)，對(duì)教學(xué)效果進(jìn)行分析;還可展開教師、學(xué)科、學(xué)校間橫向、縱向等多維度的對(duì)比分析，實(shí)現(xiàn)區(qū)域間的數(shù)據(jù)共建共享。

權(quán)限制約? ?；肥铱衫弥讣y、人臉等不可替代的生物檢測(cè)技術(shù)來(lái)設(shè)置雙鎖，分由雙人管理，輕松實(shí)現(xiàn)不相容職務(wù)分離，防止雙人管理制度落空。

6 智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)的幾點(diǎn)思考

智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)要保持長(zhǎng)久的生命力，需要及時(shí)更新數(shù)據(jù)，提升專業(yè)化水平，優(yōu)化使用體驗(yàn)。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集? 隨著教材版本變化及時(shí)更新實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浥c實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，對(duì)各學(xué)科實(shí)驗(yàn)要求、所需實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、藥品耗材等大量數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理，并使之標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、流程化，需由專業(yè)學(xué)科工作室來(lái)做好數(shù)據(jù)的維護(hù)與更新。

實(shí)驗(yàn)器材更新? 隨著科技進(jìn)步，效果更明顯的新型實(shí)驗(yàn)儀器不斷推出，而國(guó)家儀器標(biāo)準(zhǔn)未及時(shí)更新，新的儀器標(biāo)準(zhǔn)、編號(hào)不統(tǒng)一，系統(tǒng)無(wú)法提前預(yù)置統(tǒng)一的名稱、編號(hào);建議在學(xué)校自制或自備欄目可自行添加、補(bǔ)充和完善，在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范下，預(yù)留個(gè)性化的空間。

軟件系統(tǒng)開發(fā)? 使用智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)能減輕教師工作負(fù)擔(dān)，提升實(shí)驗(yàn)室管理員和學(xué)科教師的工作效率。但因軟件開發(fā)工作專業(yè)性強(qiáng)，限于個(gè)人、課題組的專業(yè)能力、業(yè)務(wù)水平、工作時(shí)間、工作經(jīng)費(fèi)等因素的限制，應(yīng)由專業(yè)化軟件公司進(jìn)行開發(fā)，由學(xué)校專業(yè)教師、實(shí)驗(yàn)室管理員、教育主管部門協(xié)助配合，理論與實(shí)踐相結(jié)合，不斷完善軟件功能。

系統(tǒng)使用推廣? 對(duì)于智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)軟件的使用，目前沒有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不同的軟件廠商對(duì)軟件的理解也不盡相同。因此，需要從中小學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理工作的實(shí)際情況出發(fā)，先行試點(diǎn)探索，待取得經(jīng)驗(yàn)后，再將試點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)和做法推廣開來(lái)。

參考文獻(xiàn)

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