基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計

張　歡（南京林業(yè)大學(xué)　江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，江蘇　南京　210037）

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基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計

張歡
（南京林業(yè)大學(xué)江蘇省制漿造紙科學(xué)與技術(shù)重點實驗室，江蘇南京210037）

摘要：為了實現(xiàn)開放式實驗室管理，提出了一種實驗室智能管理終端設(shè)計?；谖锫?lián)網(wǎng)的智能管理終端，可以通過學(xué)生端與教師端進行教學(xué)科研。終端可以通過授權(quán)一卡通對實驗室進行綜合管理。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)門禁開啟，考勤匯總，預(yù)約使用，錄制上課過程，成績查詢等功能?；谖锫?lián)網(wǎng)開放式實驗室管理可以提高實驗室使用效率，實現(xiàn)實驗室開放式管理。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)開放式實驗室設(shè)計

0　前　言

實驗室是提高學(xué)生實踐、創(chuàng)新能力的重要實踐環(huán)境。其在高校的不可或缺的地位是毋庸置疑的。開放式實驗室為學(xué)生動手解決實際問題，提高科研素質(zhì)和創(chuàng)新精神提供了一個更為廣闊、自由的空間。其可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，也可以鼓勵教師開出更多高水平的科研課題，對提高實驗室資源利用率非常有效。實現(xiàn)實驗室開放也是教育部《普通高校教學(xué)水平評估指標(biāo)體系》的要求。

1　開放式實驗室的必要性

一直以來，實驗室教學(xué)通過驗證性實驗雖然能加深學(xué)生對理論知識的掌握和理解，但不能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，而開放式實驗室有利于以學(xué)生為本，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)、動手科研興趣，自主學(xué)習(xí)[1]，培養(yǎng)出創(chuàng)新型人才和應(yīng)用型人才[2]。實行開放式實驗室，教師只需要給予學(xué)生指導(dǎo)，具體由學(xué)生自己制定實驗步驟和方法，長久以往，有利于不斷對實驗內(nèi)容進行改革和完善，促進教學(xué)實驗的改革。

此外，實驗室完全開放，可以整合實驗室資源，提高儀器設(shè)備的使用率，降低儀器設(shè)備的重復(fù)購置率，完全發(fā)揮設(shè)備效能，提高投資效益。開放式實驗室不僅是對本院校開放，還可以實現(xiàn)不同高校之間的開放，實現(xiàn)資源互補，可以有效促進資源共享，以及高校之間的交流溝通[3]。

通過現(xiàn)代化的方法實行開放式實驗室管理，可以將實驗教師從常規(guī)的實驗室管理工作中解放出來，避免了實驗教師長期的重復(fù)性勞動，使其有更多的時間用于實驗室規(guī)范化管理，有利于實驗教師自身的水平提高以及實驗室的長遠發(fā)展規(guī)劃。

在過去的實驗教學(xué)過程中，學(xué)生參與教師課題研究這樣的模式已經(jīng)無意識地在實行實驗室開放?！伴_放”是今后實驗室的工作主題。現(xiàn)在需要我們理清思路，有意識地有規(guī)章制度地進行開放式實驗室管理的實踐與探索。

2　開放式實驗室的管理

目前，越來越多的大學(xué)自主制定了適合本院校、專業(yè)的開放式實驗室管理措施。如：東北林業(yè)大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、浙江師范大學(xué)、魯東大學(xué)、山東工業(yè)職業(yè)學(xué)院等。實驗室開放式管理是一項需要長期不斷探索的工作，需要實踐的不斷總結(jié)。

（1）開放式實驗室以學(xué)生為本。學(xué)生自主實驗，較為零散，且學(xué)生的實驗操作水平、儀器的操作水平高低不同，給開放式實驗室管理帶來了一定難度。因此，在施行開放式實驗室之前，要對學(xué)生進行統(tǒng)一的儀器設(shè)備使用培訓(xùn)，并提出一定的規(guī)章制度，便于統(tǒng)一管理。對一些陳舊的實驗內(nèi)容進行改革、合并或停開；開放式實驗內(nèi)容要反映新技術(shù)、新知識、提高注重培養(yǎng)創(chuàng)新能力為主的實驗內(nèi)容。最終，使實驗課程體系得到優(yōu)化與整合。每學(xué)期結(jié)合教學(xué)大綱設(shè)置一定數(shù)量的開放性實驗內(nèi)容，針對開放性實驗設(shè)置相應(yīng)的學(xué)分，鼓勵學(xué)生積極參加，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)主動性、創(chuàng)新性、動手實踐能力。

學(xué)生實驗分為教學(xué)計劃內(nèi)實驗和開放性自主實驗[4]。前者在實行時參照傳統(tǒng)實驗室運行制度，將教學(xué)計劃下達到學(xué)生手中，在規(guī)定的時間內(nèi)必須完成。后者在不影響教學(xué)大綱規(guī)定的實驗內(nèi)容的前提下，學(xué)生預(yù)約使用實驗室儀器設(shè)備，在規(guī)定時間段內(nèi)進行實驗。

（2）開放式實驗室“物”的管理。開放式實驗室的“物”主要指儀器、設(shè)備等。實驗室完全開放后，可以避免儀器設(shè)備的重復(fù)購置，大大提高設(shè)備使用效率，同時，要加強儀器設(shè)備管理。

使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對儀器設(shè)備監(jiān)管，形成網(wǎng)絡(luò)化管理。儀器設(shè)備從購置、使用、維護、維修到報廢，都要進行有效的控制。加強儀器設(shè)備的責(zé)任落實到人，要求實驗師有專業(yè)的技術(shù)知識、高度責(zé)任感。建立大型設(shè)備共享平臺，儀器設(shè)備對外使用時，采取有償使用制度，收取的費用可用于學(xué)生開放式實驗課題的經(jīng)費來源[5-8]。

3　基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室的設(shè)計

開放式實驗室的管理制度需要在實踐中不斷總結(jié)摸索，其最終實現(xiàn)離不開技術(shù)支持。如今，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越多地滲透到生活的每個角落。不僅僅是開放式實驗室，大到智慧校園（校園信息的智能化采集、運輸、管理、控制、顯示、推送等，最終實現(xiàn)全校各部門，子系統(tǒng)信息融合，互聯(lián)互通）都以物聯(lián)網(wǎng)云計算為核心?；谖锫?lián)網(wǎng)的開放式實驗室技術(shù)，可以有效解決實驗室管理中的信息更新滯后，人力資源不足或浪費，設(shè)備冗余，重復(fù)投入等現(xiàn)狀，也可有效實現(xiàn)開放式實驗室需要的科學(xué)決策，完全開放，及時管控，方便快捷要求。

（1）基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理系統(tǒng)的設(shè)計。通過使用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，為實驗室完全開放提供了保障，為開放式實驗室管理制度的探索提供了技術(shù)支持。從課程實驗管理子系統(tǒng)和開放實驗管理子系統(tǒng)這兩個部分來進行基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室建設(shè)。

①物聯(lián)網(wǎng)課程實驗管理子系統(tǒng)設(shè)計。對于開放式實驗室，課程實驗管理即傳統(tǒng)的教學(xué)大綱要求的實驗內(nèi)容。將其連上物聯(lián)網(wǎng)后，實驗課老師可從教師端對該堂實驗課進行實驗地點及時間預(yù)約，并上傳實驗內(nèi)容和步驟，學(xué)生可從學(xué)生端對老師上傳內(nèi)容進行預(yù)習(xí)。具體系統(tǒng)設(shè)計見圖1。

圖1　課程實驗中管理

該設(shè)計功能：門禁管理可以授權(quán)學(xué)生一卡通開啟門禁；考勤匯總可以自動生成考勤表，用于出勤人員的統(tǒng)計（代替學(xué)生上課報到）；視頻管理可以實時視頻錄制備案上課過程，見圖2。

圖2　課程實驗后管理

將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于課程實驗管理，便于管理效率的提高以及信息的智能采集。學(xué)生課前預(yù)習(xí)、課中實踐、課后報告提交全程記錄，提高學(xué)習(xí)效率。儀器設(shè)備由任課老師監(jiān)管授權(quán)使用，自動建立設(shè)備使用記錄，方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計，責(zé)任落實到人，也可減少實驗師工作量。

②物聯(lián)網(wǎng)開放實驗管理子系統(tǒng)設(shè)計。開放創(chuàng)新型實驗室開放式實驗不可或缺的部分，也是實行開放式實驗室的最終目的。圖3為物聯(lián)網(wǎng)用于開放創(chuàng)新實驗管理系統(tǒng)設(shè)計。

圖3　物聯(lián)網(wǎng)用于開放創(chuàng)新實驗管理系統(tǒng)設(shè)計

該設(shè)計功能：實現(xiàn)開放式實驗室的預(yù)約使用權(quán)（預(yù)約時間、實驗內(nèi)容及地點）；授權(quán)學(xué)生一卡通[9]，學(xué)生可在預(yù)約時間段享受開放實驗室的權(quán)利，完成自主實驗。

該設(shè)計優(yōu)點：設(shè)計可減輕老師負擔(dān)，提高學(xué)生動手能力；自動建立設(shè)備使用和器件消耗情況記錄，方便數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析；提高開放式實驗室的利用率，提高設(shè)備使用率，對設(shè)備臺賬管理（維修，維護，報廢）提供依據(jù)；視頻監(jiān)管為開放式實驗室提供安全保障[10]。

（2）基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室儀器設(shè)備的設(shè)計[11]。將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于實驗室儀器設(shè)備管理，對儀器設(shè)備的使用情況進行數(shù)據(jù)實時采集和記錄，最終可實現(xiàn)設(shè)備儀器從購買、使用、維修、維護、報廢整個生命周期的實時管理。

基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備管理系統(tǒng)主要包括：用戶管理、采購流程管理、驗收流程管理、使用過程管理、貴重設(shè)備儀器管理、維修管理、報廢管理以及供應(yīng)商管理。

①基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備用戶管理[12]。學(xué)校的實驗室管理基地（包括處長、到實驗室主任、實驗員）人員均可進入系統(tǒng)，對儀器設(shè)備進行信息查詢，管理和跟蹤。

②基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備采購管理。負責(zé)儀器設(shè)備采購的相關(guān)人員在物聯(lián)網(wǎng)上登記采購項目、招標(biāo)信息等，使采購過程公開透明化。

③基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備驗收流程管理。組織驗收后在物聯(lián)網(wǎng)上對儀器設(shè)備進行注冊，貼上RFID標(biāo)簽，自動形成報表（包括儀器設(shè)備名稱、型號、數(shù)量、圖片、供應(yīng)商信息等）。

④基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備使用過程管理。通過遠程在線采集儀器設(shè)備使用時間、次數(shù)、人員等信息，記錄儀器設(shè)備使用狀況，是否損壞、違章操作，是否有維修保養(yǎng)記錄等。

⑤基于物聯(lián)網(wǎng)的貴重儀器設(shè)備管理。主要針對大型貴重儀器設(shè)備進行的對外使用率、借還記錄、授權(quán)使用、看護管理等。

在整個過程中，AS轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)型膠質(zhì)細胞，早期具備的有益功能逐漸減退或消失，反而分泌有害因子，形成膠質(zhì)化學(xué)性和機械性屏障，抑制了軸突的再生和延長。Fitch等通過研究發(fā)現(xiàn)反應(yīng)性AS、少突膠質(zhì)細胞、脊膜細胞及小膠質(zhì)細胞等均參與了膠質(zhì)瘢痕形成，這些細胞既分泌抑制神經(jīng)元軸突生長的因子，又構(gòu)成阻礙軸突再生的三維立體結(jié)構(gòu)。這些抑制因子有ephrins、蛋白多糖、semaphorins等，SCI后傷口內(nèi)存在多種不同的抑制性因子，十分不利于脊髓的軸突再生。[12]另外，反應(yīng)性AS還會產(chǎn)生大量的NO，通過對大分子的修復(fù)產(chǎn)生毒性作用，可以促使神經(jīng)元發(fā)生遲發(fā)性壞死。

⑥基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備維修管理。若儀器設(shè)備需要維修，當(dāng)時的使用負責(zé)人從申請維修、維修登記、維修結(jié)束均在物聯(lián)網(wǎng)登記記錄備案。

⑦基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備報廢管理。若儀器設(shè)備需要報廢，管理人員可將報廢申請、報廢評估、報廢注銷等信息記錄。

⑧基于物聯(lián)網(wǎng)的儀器設(shè)備供應(yīng)商管理。對供應(yīng)商合同信息、設(shè)備優(yōu)劣信息、售后服務(wù)信息進行記錄，為學(xué)校下次采購儀器設(shè)備提供參考。

4　結(jié)束語

開放性實驗室是今后的趨勢，實驗室開放最終可以實現(xiàn)設(shè)備的高效合理使用，學(xué)生實驗動手能力、創(chuàng)新思維的提高等，但是如何真正實現(xiàn)這一目的還需要一段時間的研究和探索實踐。然而，基于物聯(lián)網(wǎng)的開放式實驗室管理，為實驗室開放創(chuàng)造了一個非常切實、安全有效的運行維護管理環(huán)境，是實現(xiàn)實驗室開放的一個可行方案?；谖锫?lián)網(wǎng)這一技術(shù)手段，對實驗過程前后進行監(jiān)控管理等遠程控制。

參考文獻：

[1] 張紅光,孫曉娜,紀常偉,等.開放實驗室,培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力[J].實驗技術(shù)與管理,2011, 28(6):16-19.

[2] 陸源,厲旭云,葉治國,等.自主學(xué)習(xí)、自主實驗、自主創(chuàng)新教學(xué)的研究[J].實驗技術(shù)與管理,2012,29(6):11-16.

[4] 王麗梅.基于創(chuàng)新性應(yīng)用型人才培養(yǎng)的實驗教學(xué)方法研究[J].實驗技術(shù)與管理，2014,31(1):19-21.

[5] 阮尚全.開放式實驗教學(xué)探索[J].實驗科學(xué)與技術(shù), 2005(3):121-124.

[6] 許江.高校開放實驗室管理模式探索[J].西華師范大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2006,27(2):229-232.

[7] 杜林岳,馬瑞,徐應(yīng)濤,等.高校大型儀器設(shè)備全壽命周期管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]福建電腦, 2012(6):6-8.

[8] 吳守輝,聞星火,薛為,等.大型設(shè)備共享服務(wù)校級平臺建設(shè)探索和實踐[J],實驗技術(shù)與管理,2011,28(4): 182-185.

[9] 周偉強,陳燦華,李淑娟. 基于Cacti和Nagios的校園一卡通監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].實驗技術(shù)與管理,2011,28(4): 246-249.

[10] 任曉莉.基于ZigBee的開放式實驗室管理終端設(shè)計[J].微處理機,2011(4):67-69.

[11] 黃崢,古鵬.物聯(lián)網(wǎng)實驗室建設(shè)研究與探討[J].實驗技術(shù)與管理,2012,29(2):191-195.

[12] 吳文華,楊慶,沈新元,等.智能實驗室管理系統(tǒng)下的實驗室開放管理[J].實驗技術(shù)與管理,2011,28(2): 172-176.

張歡（1988—）女江蘇揚州碩士初級實驗員，從事實驗室建設(shè)與管理工作及研究。

聯(lián)系電話：13776501324

E-mail:zh902620@163.com

The Open Labs Management System Design Based on Internet of things

ZHANG Huan
(Jiangsu Provincial Key Lab of Pulp and Paper Science and Technology, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China)

Abstract:In order to implement the open labs management, an intelligent management terminal design for the open labs is proposed. The intelligent management terminal based on internet of things, it can work on teaching, reaching through student port and teacher port. This terminal can management the lab intergrated by authorized one-card. Functions such as door open, attendance summary, booking, class recording, score search can realized by internet of things. The open labs based on the internet of things c an improve the efficiency of the labs, and make the open labs come true.

Keywords:Internet of things; open labs; design

作者簡介：