面向智慧校園建設(shè)的實(shí)踐教學(xué)管理終端及其管理平臺的實(shí)現(xiàn)

景征駿,胡牛平,譚琛凱

(江蘇理工學(xué)院，江蘇 常州213001)

0 引言

應(yīng)用型高校和職業(yè)院校的教育核心是培養(yǎng)技術(shù)技能型人才,以支撐現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 隨著我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和升級,應(yīng)用型高校和職業(yè)院校需加快推進(jìn)培養(yǎng)模式創(chuàng)新,完善實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量評價(jià)體系,把實(shí)踐教學(xué)信息管理平臺建設(shè)作為面向智慧校園的重要抓手[1-2]。 為了實(shí)現(xiàn)規(guī)范的實(shí)踐教學(xué)管理,提高實(shí)踐教學(xué)質(zhì)量,實(shí)踐教學(xué)必須按照相應(yīng)的教學(xué)計(jì)劃安排實(shí)驗(yàn)和實(shí)訓(xùn)地點(diǎn),教師完成必要的實(shí)踐教學(xué)備課。 課后,老師也需要評課并填寫相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)記錄和實(shí)驗(yàn)室使用記錄。 實(shí)訓(xùn)室內(nèi)都有大量的高價(jià)值實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備,需要采用有效的手段（如門禁）對學(xué)生或老師身份的有效性進(jìn)行驗(yàn)證,這種有效性驗(yàn)證主要是判斷此身份在該時(shí)段能否進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。 同時(shí),為了進(jìn)行開放式的實(shí)驗(yàn)室管理及教學(xué),需要統(tǒng)計(jì)實(shí)驗(yàn)室的開放率和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用率等,實(shí)驗(yàn)室的管理人員需要進(jìn)行大量的手工記錄。 此外,各部門領(lǐng)導(dǎo)在督導(dǎo)實(shí)踐教學(xué)檢查過程中,也需要對相應(yīng)的課表進(jìn)行巡課。 通過研發(fā)實(shí)踐教學(xué)管理多功能管理終端,對平時(shí)實(shí)踐教學(xué)管理數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并建立信息管理平臺,以構(gòu)建面向智慧校園的現(xiàn)代化實(shí)訓(xùn)中心。

1 研究進(jìn)展

目前,面向?qū)嵺`教學(xué)管理的研究主要包括兩個(gè)方面：一是研發(fā)實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)。 如徐維遠(yuǎn)[3]針對實(shí)際運(yùn)用中實(shí)驗(yàn)室管理事項(xiàng)煩瑣,提供實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的控制與故障診斷、實(shí)驗(yàn)設(shè)備的使用考勤等功能。 而梁忠[4]也提供類似的管理系統(tǒng),增加了可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的功能進(jìn)行管理配置。 但是此類實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)是獨(dú)立的,與學(xué)校正常的教學(xué)管理是脫離的。 它雖然能為實(shí)驗(yàn)室管理提供積極的作用,但從教學(xué)管理角度來看,各個(gè)實(shí)驗(yàn)室仍然是信息孤島,實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)不能實(shí)時(shí)地傳達(dá)到每個(gè)具體的實(shí)驗(yàn)室。 另外,章誠等[5]設(shè)計(jì)的智慧實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)雖然提供了電子門牌、門禁管理、實(shí)驗(yàn)室預(yù)約和實(shí)驗(yàn)排課等功能,但該系統(tǒng)其實(shí)是多個(gè)獨(dú)立的管理設(shè)備的集成,通過服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和管理。 它仍然沒有完成實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)的系統(tǒng)性安排,同時(shí)還需要多個(gè)設(shè)備獨(dú)立部署（電子門牌和門禁器）。 二是研發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置。 如張建華[6-7]提供了一種結(jié)合云桌面遠(yuǎn)程訪問技術(shù)和虛擬機(jī)技術(shù)的基于云桌面的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。 付占敏[8]針對電氣自動(dòng)化專業(yè)研發(fā)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置來滿足特定課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)要求。

因此,在面向智慧校園的建設(shè)中,提供一種能與學(xué)校多個(gè)數(shù)據(jù)平臺相融合、能高效便捷地完成全校的實(shí)驗(yàn)室管理和多類型課程的實(shí)踐教學(xué)過程管理的系統(tǒng)具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

2 方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

針對上述系統(tǒng)的不足,設(shè)計(jì)一種多功能管理終端及其實(shí)踐教學(xué)管理平臺,可與學(xué)校多個(gè)數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信,實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室管理和實(shí)踐教學(xué)過程管理的一體化。

2.1 基于嵌入式技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室管理終端

為了實(shí)現(xiàn)上述目的,基于嵌入式技術(shù)研發(fā)一種針對實(shí)踐教學(xué)管理的多功能實(shí)驗(yàn)室管理終端。 硬件系統(tǒng)包括MCU 核心模塊、RFID 數(shù)據(jù)采集模塊、ETH 網(wǎng)絡(luò)通信模塊、WLAN 無線通信模塊、LCD 顯示模塊、Audio 聲控模塊、門禁控制模塊和各類傳感器數(shù)據(jù)采集模塊及觸控模塊。

MCU 主控模塊采用ARM9 處理器,用于控制所述各類功能模塊工作。 通信模塊可以在有線方式和無線方式WLAN 模塊之間切換,采用TCP/IP 協(xié)議與遠(yuǎn)程服務(wù)器進(jìn)行雙向通信,獲取校教務(wù)平臺數(shù)據(jù),根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間從服務(wù)器下載實(shí)驗(yàn)室管理終端所對應(yīng)實(shí)訓(xùn)室的實(shí)踐教學(xué)計(jì)劃和各類信息,如圖1 所示。同時(shí),根據(jù)不同事件可實(shí)時(shí)地向服務(wù)器上傳采集的數(shù)據(jù),包括師生考勤、座位分配、實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用情況以及各類統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

圖1 多功能管理終端系統(tǒng)架構(gòu)

2.2 基于多功能實(shí)驗(yàn)室管理終端的實(shí)踐教學(xué)管理平臺

通過建設(shè)基于上述多功能管理終端的實(shí)踐教學(xué)管理平臺,可打通學(xué)校各個(gè)實(shí)驗(yàn)室與實(shí)踐教學(xué)管理之間的業(yè)務(wù)連接,完成數(shù)據(jù)的雙向流通,從而解決實(shí)驗(yàn)室管理的孤島問題,為實(shí)驗(yàn)室管理人員提供信息化的實(shí)驗(yàn)室管理平臺,為教師提供實(shí)訓(xùn)教學(xué)過程性數(shù)據(jù)的采集與追溯平臺,為實(shí)踐教學(xué)督導(dǎo)提供實(shí)時(shí)、全面的實(shí)訓(xùn)教學(xué)管理信息,也為智慧校園建設(shè)中實(shí)驗(yàn)室管理與實(shí)踐教學(xué)的精細(xì)化和規(guī)范化管理提供了解決方案。

2.2.1 平臺架構(gòu)

智慧實(shí)訓(xùn)管理平臺的體系結(jié)構(gòu)如圖2 所示,有以下幾個(gè)部分組成。

圖2 基于管理終端的實(shí)踐教學(xué)管理平臺的體系架構(gòu)

（1）用戶應(yīng)用：智慧實(shí)訓(xùn)管理平臺的交互式UI 界面,為教師、學(xué)生、實(shí)驗(yàn)室管理員、教務(wù)員等各類用戶提供相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)功能,包括移動(dòng)端、WEB 端用戶應(yīng)用系統(tǒng)。

（2）數(shù)據(jù)中心：作為整個(gè)系統(tǒng)的重要部分,所有系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)都儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)中心,管理員用戶可以對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理,為上層服務(wù)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

（3）管理終端：整個(gè)系統(tǒng)的最小執(zhí)行單元,它主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集,并完成與數(shù)據(jù)中心的信息同步,為實(shí)驗(yàn)室的實(shí)踐教學(xué)提供管理。

2.2.2 具體應(yīng)用功能

（1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理：提供與其他數(shù)據(jù)平臺對接,完成系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的管理,包括用戶角色與權(quán)限、實(shí)驗(yàn)室信息、教師信息、班級信息、學(xué)生信息、實(shí)驗(yàn)室管理終端設(shè)置和系統(tǒng)參數(shù)等功能。

（2）實(shí)踐教學(xué)信息管理：按照用戶角色分為教務(wù)員功能模塊、教師功能模塊、實(shí)驗(yàn)室管理員功能,完成實(shí)訓(xùn)課程管理、實(shí)訓(xùn)教學(xué)任務(wù)單、實(shí)訓(xùn)教學(xué)排課、教學(xué)考勤、聽/巡課管理、實(shí)訓(xùn)調(diào)課管理、實(shí)訓(xùn)教學(xué)課時(shí)統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)室使用統(tǒng)計(jì)與分析等功能。

（3）實(shí)踐教學(xué)移動(dòng)服務(wù)：通過手機(jī)移動(dòng)端的App應(yīng)用來幫助校領(lǐng)導(dǎo)、教師、實(shí)驗(yàn)室管理員提供實(shí)踐教學(xué)信息的多維度實(shí)時(shí)查詢和消息提醒,使得實(shí)踐教學(xué)管理更加便捷和實(shí)時(shí)。 主要包括個(gè)人課表、班級課表、實(shí)驗(yàn)室安排、實(shí)踐教學(xué)資源、智慧數(shù)據(jù)中心、校情看板、底部功能單等功能模塊。

（4）基于實(shí)訓(xùn)課程的實(shí)訓(xùn)設(shè)備管理：主要按照用戶角色分為教師功能模塊、實(shí)驗(yàn)室管理員功能模塊子系統(tǒng),包括教學(xué)設(shè)備/工件申領(lǐng)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與工件入庫、設(shè)備與工件的詳細(xì)維護(hù)、設(shè)備與工件的報(bào)修管理、設(shè)備與工件的領(lǐng)用審批等功能。

（5）圖文記錄與樓宇文化宣傳廣播系統(tǒng)：圖文記錄與樓宇文化宣傳系統(tǒng)是通過支持用戶使用移動(dòng)端設(shè)備完成實(shí)驗(yàn)過程與實(shí)訓(xùn)場地的情景記錄并遠(yuǎn)程推送至各類型的顯示終端中實(shí)時(shí)播放,有助于實(shí)踐教學(xué)成果的宣傳和提升校園文化內(nèi)容的多樣化。

（6）大數(shù)據(jù)環(huán)境下的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與追溯：提供教師課時(shí)、部門實(shí)踐教學(xué)工作量、教師教學(xué)過程數(shù)據(jù)分析等,便于教務(wù)部門和管理部門進(jìn)行直觀的數(shù)據(jù)查看和追溯,有助于實(shí)踐教學(xué)管理的規(guī)范化（見圖3）。

圖3 面向智慧校園的實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)功能

3 結(jié)語

本方案設(shè)計(jì)的多功能數(shù)據(jù)管理終端集成多種傳感器（溫度、濕度）、RFID 信號讀取、網(wǎng)絡(luò)通信、門禁控制等功能,適用于各種類型的實(shí)驗(yàn)室管理,便于教學(xué)過程性數(shù)據(jù)的采集和實(shí)踐教學(xué)管理平臺的建立。 通過實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)管理終端將傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室門禁系統(tǒng)、刷卡考勤和電子門牌等功能結(jié)合起來,并研發(fā)管理終端內(nèi)運(yùn)行的嵌入式軟件和App 移動(dòng)服務(wù)與實(shí)驗(yàn)室管理、教務(wù)管理、教學(xué)資源管理、學(xué)籍管理、耗材與設(shè)備管理等業(yè)務(wù)平臺進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信,讀取教學(xué)計(jì)劃、備課信息、實(shí)驗(yàn)室資源等各種參數(shù)信息,并完成身份驗(yàn)證、通知公告、教學(xué)考勤、課程教學(xué)評價(jià)、聽課/巡課考勤、教學(xué)圖文記錄、耗材與設(shè)備使用記錄等信息采集,從而能夠得到大量的學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的狀態(tài)數(shù)據(jù),這是以往實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)或針對特定課程的實(shí)踐教學(xué)管理系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)所無法比擬的,有利于將數(shù)字校園建設(shè)成為智慧校園。