基于智慧校園的信息化實驗室構建

李 霖

山西工程科技職業大學

0 引言

“互聯網+”為智慧校園建設提供了發展契機，構建“互聯網+智慧校園”模式能更好地展現空間形態、結構形態。在智慧校園背景下，學校更加注重信息化實驗室的構建，加強對新一代信息技術的引進，加大基礎設施建設，切實為學生營造信息化實訓操作環境，培養學生的實踐操作能力。

1 智慧校園實驗室構建的相關問題

在實驗室建設上，學校搭建無線基礎設施，為學生提供高寬帶端口，實現數據傳輸和數據接入。基于“智慧校園”的實驗管理裝置構建，可進一步創新建設校園網絡，借助5G和無線網技術，基于門禁系統、電源控制模塊等設備，引入物聯網技術、信息技術，實現集中化管理。依托物聯網技術優化門禁、電源控制模塊建設，進而優化控制。終端控制模塊則是以單機主控模塊技術和無線網絡傳輸技術為主，并聯合應用WLAN技術，提高各類信息數據的傳輸時效，保證各項設備裝置的應用擴展性。智慧校園下的實驗室建設保留了實驗室資源數據，有針對性地對數據信息進行整理和分類，并對相關參數進行設置和管理。

2 智慧校園下的信息化實驗室構建要點

2.1 設置無線通信模塊

作為智慧校園信息化實驗室構建的重要內容，無線通信模塊承擔數據通信和數據傳輸工作，校園WiFi實現全面覆蓋，并對其進行強化和創新建設，實現對大量數據高效傳輸和管理，并將網絡通信模塊連接在主控模塊MCU上。在整個網絡創新建設過程中，加設外置天線，主要負責信號發射工作；設置ZigBee模塊，進一步優化實驗室門禁管理系統，實現信息化控制目標；將GPS技術引入服務器管理中，通過定位實時把控服務器運行狀態，強化對服務器的管理，從根本上提升了服務器的安全管理水平。

2.2 裝置硬件結構和功能

裝置硬件結構和功能主要體現在實驗室門結構設計上，在具體設計過程中，基于智慧校園建設，加強對供電問題的考量，采取交流電供電方式，并加設蓄電池進行供電。此類裝置結構主要以無線傳輸模塊和天線模塊為主，以滿足日常通信需求。在物聯網技術支持下，實現同服務器之間的互聯效果，更好地把控服務器時間、保證信息的準確性。同時，在指紋識別模塊設計上進行進一步優化，若裝置出現問題、無法啟動門禁系統，則可借助指紋完成啟動操作。

2.3 裝置軟件設計

裝置軟件是智慧校園信息化實驗室設計的關鍵。基于教師的教學及科研工作和學生的學習需求，優化系統管理，學生借助移動客戶端登錄平臺系統，可隨時對個人信息進行修改，支持對上課時間、相關課程信息等的查詢；教師通過實驗室管理平臺實現對實驗資源的高效整合，并將相關文件上傳進行共享，為學生提供自主學習機會，進一步培養學生的科學探究能力，為其更好地開展科研活動提供支撐。實驗室管理人員通過信息化技術，可以全面掌握當前的實驗室使用情況，并根據系統提供的數據信息制作數據表。

2.4 智慧校園信息化實驗室的安全管理

在學校信息化實驗室建設過程中，要積極與時俱進，定期組織開展實驗安全培訓教育，建立科學、合理的安全教育管理機制，基于多方面進行統籌和規劃、科學部署，加強對安全隱患的綜合治理，最大程度地保障信息化實驗室的安全應用效果。同時，要注重對實驗化學試劑、危險品等的安全管理，建立健全完善的安全保證體系和防控設施，提高對防控設施建設的重視程度，更好地為信息化實驗室管理系統應用夯實基礎。為達到信息化實驗室的安全管理增效，院校要加強內部組織架構的構建，明確分工，保證安全管理效果。

3 智慧實驗室系統架構模型搭建

智慧實驗室的搭建主要是基于智慧校園理念，借助物聯網、大數據、云計算、人工智能等新一代信息技術，與實驗室建設相融合，進而提高實驗室信息化技術水平，提高教學質量，進一步增強學生的學習體驗，實現對相關儀器設備的智能化管理和控制。在實驗室整個系統框架搭建下，對教學過程進行可視化記錄，借助互聯網平臺實現信息資源的共享和整合，為師生提供一體化的實驗室學習模式，并在系統平臺動態化管理過程中實現信息技術與智能化設備的融合。

3.1 信息化實驗室系統的軟件搭建

在現代教育理念指導下，借助物聯網技術搭建能夠感知的物理環境，保證實驗操作互動效果，營造開放、共享的實驗信息服務平臺，在智能化、信息化技術支持下，更好地實現實驗室的自動化管理，保證實驗教學的交互效果，更好地評價實驗教學成效，加強實驗操作指導。信息化實驗室搭建的軟件具體包括以下方面。

（1）感知層。在物聯網技術、智能感應技術的支持下，借助射頻標簽、傳感器等自動標識，實時獲取監測信息，實時采集實驗室環境、設備信息等；信息化實驗室設備感知層設備包括門禁系統、多媒體設備、攝像頭、新風系統等，優化了實驗室環境條件，設置高頻RFID設備，實現門禁管理目標。同時，增設刷卡考勤、無感知考勤設備，對教學過程進行智能錄播，對實驗教學全過程進行采集，保證了實驗室的安全監控。基于RFID的感知方法如圖1所示。

圖1 基于RFID的感知方法

（2）網絡層。實現了人與人、設備和設備之間互聯互通目標，基于智慧校園理念，保證硬件設備、軟件平臺等基礎設施的信息傳輸效果，為師生提供安全、有序的網絡環境，有效提升教學效果；同時，網絡層提供了有線網絡、無線網絡和物聯網等技術應用途徑，保證了網絡之間的協調性，進一步優化了信息空間和物理空間的聯通效果。

3.2 信息化實驗室系統的功能模塊建設

（1）實驗室教學管理模塊。借助智能化排課系統進行課程設置，管理人員依據實驗內容、相關儀器設備制作實驗課表，提高了其工作效率，也促使師生能更好地掌握實驗教學時間。同時，將教學管理系統與門禁管理系統相結合，實現了與校園一卡通的對接，科學地對實驗批次進行劃分，智能化地安排考勤簽到，對實驗過程進行實時跟蹤，切實強化實驗管理效果。

（2）信息化實驗室開放管理模塊。尊重學生的主體地位，加強對實驗室不同資源的高效整合，以更加開放的時間和空間形式呈現在師生面前，為師生實驗操作提供了優越的實驗條件，彌補了傳統實驗教學模式的弊端，提高了學生參與實驗操作學習的積極性。信息化實驗室的開放管理遵循大型儀器開放原則、實驗項目開放原則，注重培訓管理和實驗過程管理，同時，注重耗材管理。

（3）高清視頻示教系統模塊。由于實驗現場條件受限，觀摩人數諸多，為保證學生學習效果，需要借助高清視頻示教系統進行教學，以提升學生現場觀看效果。示教系統包含實操視頻的錄制、直播視頻、自主學習等功能，能完整地記錄示教過程，將教學錄像上傳到資源平臺后，學生可自主進行學習，畫面更加直觀，實時記錄現場操作情境，交互效果較強，同時，支持學生在線上傳視頻，更利于教師掌握實驗教學反饋。

4 結束語

在智慧校園建設理念驅動下，不斷優化和改進實驗室信息化網絡平臺，大大提升信息化、智慧化水平，實現對儀器設備、人力資源的配置和整合，并進行統籌規劃和管理，加強精細化管理，驅動管理模式朝標準化方向發展，確保在新一代信息技術支持下，保證信息資源共享和互動效果，最終提升高職教學質量，為社會培養高質量人才。