高校實驗教學管理平臺建設研究與實踐

常笛 劉茁 徐婷婷 邸東華 劉婕 楊麗 喬明曦

摘? 要 實驗教學作為高校教育實踐的重要環(huán)節(jié)，在學生能力培養(yǎng)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。針對實驗教學管理面臨的新問題和新挑戰(zhàn)，沈陽藥科大學藥劑實驗中心對原人臉簽到、智能門禁、課程提示等單一管理系統(tǒng)進行整合升級，構建實驗教學管理平臺，有效提高實驗教學質(zhì)量和實驗教學管理水平。通過對實驗教學管理平臺各個系統(tǒng)的詳細解讀，旨在為其他學科的實驗室管理提供參考與借鑒。

關鍵詞 高校實驗室;實驗教學管理平臺;人臉識別;智能門禁

中圖分類號：G642.423? ? 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2020）12-0023-04

Abstract As an important part of college education practice， experi-mental teaching plays a pivotal role in the development of students ability. In view of the new problems and challenges of experimental teaching management， the Pharmaceutics experimental teaching center of our university integrated and upgraded the original single management system， including the original face registration， intelli-gent access control， and course reminder. The construction of experi-mental teaching management platform could improve the quality of experimental teaching and the management level of experimental teaching. This paper provided a detailed interpretation of the experi-mental teaching management systems， and provided some sugges-tions for the sustainable development.

Key words university laboratory; experimental teaching manage-ment platform; face recognition; intelligent access control

1 前言

高校實驗室是進行教學、科研的重要基地，高水平的實驗室是一流大學所必備的基本條件之一[1-2]。高校實驗教學的根本目的在于讓學生通過實驗將所掌握的理論知識加以強化和實踐，這樣才能真正地學以致用，有助于學生開動腦筋，提高動手能力和創(chuàng)新能力。要想達到這個目標，就必須對當前的實驗教學內(nèi)容和方法進行改革，同時利用信息化技術來對高校實驗室進行全面管理，從而建立起新型、智能、科學的實驗室教學及管理模式[3]。

2 實驗教學管理現(xiàn)狀與問題

由于近年來辦學規(guī)模不斷擴大，實驗教學的信息化建設和管理也面臨許多問題和挑戰(zhàn)，例如：不同時期逐步建立起來的管理系統(tǒng)相對獨立，無法互聯(lián)互通、信息共享[4-5];

有的學生不重視實驗教學，不積極參與，不動手操作，甚至找人替實驗;有的學生忽視實驗課的值日環(huán)節(jié)，蜻蜓點水般一帶而過或讓同學代值;指導教師上課點名過程占用實驗課時和精力，也無法短時間內(nèi)辨認所有學生;等等。因此，建設一個系統(tǒng)的、高效的實驗教學管理平臺，對于實驗教學來說具有重要的現(xiàn)實意義。

通過實驗教學管理平臺的應用，打破傳統(tǒng)封閉的實驗教學管理單元，全面培養(yǎng)學生學習的自律性，促進學生知識、能力、思維和素質(zhì)的全面協(xié)調(diào)發(fā)展;通過實驗教學管理平臺的應用，實現(xiàn)對學生信息、課程信息、簽到簽退信息、課堂互動信息的電子化管理，建立方便、快捷的查詢和匯總方式，能夠有效減少教師的工作量，提高管理效率。

3 構建信息化實驗教學管理平臺

沈陽藥科大學藥劑實驗教學中心有標準實驗室、儀器室、準備室等20多間，授課教師40多人，共開設了普通藥劑學實驗、生物藥劑學及藥物動力學實驗、高等藥物動力學實驗等六門實驗課程，承擔全校十余個專業(yè)的本科實驗教學及藥物制劑專業(yè)的研究生實驗教學。從2015年開始，中心陸續(xù)建設了考勤終端、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、電磁門禁系統(tǒng)等，為了使這些管理系統(tǒng)能發(fā)揮出更大的作用，將原有的各個系統(tǒng)進行了整合和升級，為實驗教學管理平臺建設做了進一步的探索和實踐。

實驗教學管理平臺的框架結構? 實驗教學管理平臺（以下簡稱平臺）在框架結構的設計上兼顧開放性、安全性、和兼容性[6]：具有良好的開放性，便于今后功能的擴展和延伸;良好的兼容性，使系統(tǒng)可以穩(wěn)定運行;平臺的主數(shù)據(jù)庫中存儲有學生姓名、面紋等大量個人信息，所以采用局域網(wǎng)的架構，個人信息的安全性得到有效保障。

實驗教學管理平臺由六個系統(tǒng)模塊構成，包括課程提示系統(tǒng)、人臉考勤系統(tǒng)、智能門禁系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、管理控制系統(tǒng)和教師管理系統(tǒng)，其結構框架見圖1。其中管理控制系統(tǒng)負責建立基礎信息庫，可以遠程調(diào)取監(jiān)控系統(tǒng)，實時了解實驗課進度和實驗秩序;教師管理系統(tǒng)可實時查看簽到情況;簽到系統(tǒng)整合智能門禁系統(tǒng)，實現(xiàn)刷臉自動開門功能。各系統(tǒng)信息均上傳至主數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)內(nèi)部信息的交換和共享，拓寬了原來單一系統(tǒng)的管理范圍和功能，提升了管理效率，為實驗教學提供了智能化和科學化的綜合管理。

實驗教學管理平臺控制流程? 任何一個綜合管理平臺，要使其各個系統(tǒng)模塊協(xié)調(diào)、穩(wěn)定地運行，設計一個細致縝密的控制流程是必不可少的[7]。這樣一方面可以避免后期添

添補補，頻繁修改程序結構;另一方面可以縮短開發(fā)周期，便于后期的運行維護。實驗教學管理平臺控制流程見圖2。

1）管理控制系統(tǒng)。實驗中心的管控教師負責管理控制系統(tǒng)的操作及平臺的日常維護。該系統(tǒng)的功能包括標準課程表導入、學生信息導入、權限指定、調(diào)班、調(diào)課等。這些基礎信息的建立需在新學期開始前完成，保證平臺開學后按時啟動運行。

①導入標準課程表。標準課程表是平臺的指揮棒，是各個系統(tǒng)運行的時間中樞。教務處下發(fā)的課程表中只有學科、班級、上課時間和學時等幾個參數(shù)，需轉換成標準課程表，其中包括班級、上課時間、實驗題目、實驗學時、房間號、實驗指導教師等信息，并將相關信息進行匹配。管控教師將標準課程表導入并上傳至主數(shù)據(jù)庫中，供其他幾個系統(tǒng)調(diào)取使用。

②導入學生信息。在首次上課前導入學生的班級、學號、姓名，然后對應采集學生的人臉（面紋）信息，并上傳主數(shù)據(jù)庫，供人臉考勤系統(tǒng)和教師管理系統(tǒng)調(diào)取使用。

③特殊權限設定。班長、課代表是班級群體的管理人員，對班長、課代表等特殊人群給予刷臉開啟門禁的權限，方便學生及時進入實驗室、上交實驗報告冊等。該權限只在標準課程表指定的時間段內(nèi)有效，以避免非開放時間段意外情況的發(fā)生。

④換班、調(diào)課操作。該操作針對學生個人或班級而設置。學生時常會因事假或病假不能按時上實驗課，在跟隨其他班級補實驗時，需要將該名學生的信息推送到補實驗的班級，實現(xiàn)對該生的簽到考勤。同樣，當因特殊情況需要整班調(diào)換實驗課時間時，通過調(diào)課功能實現(xiàn)對該班學生進行考勤。

2）視頻監(jiān)控系統(tǒng)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)通常由前端的監(jiān)控攝像設備、傳輸線路、存儲設備、多屏顯示設備等組成。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要分模擬、模擬轉數(shù)字、數(shù)字等幾大類，隨著5G時代的到來，數(shù)字信號相比模擬信號在圖像壓縮、傳輸、存儲、遠程調(diào)用等方面具有更大的優(yōu)勢[8]。

平臺的視頻監(jiān)控系統(tǒng)使用了數(shù)字化攝像和存儲設備，其中NVR硬盤存儲安全可靠[9]，可滿足多畫面、多用戶要求;以POE方式為前端數(shù)字攝像設備提供了穩(wěn)定的直流電源，減少電源布線施工，也節(jié)省了成本。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)原有的分屏監(jiān)看功能外，開放了視頻的遠程調(diào)取端口，滿足其他系統(tǒng)調(diào)取視頻的需要，方便教師實時查看實驗秩序，了解實驗進度。

3）課程提示系統(tǒng)。藥劑學科所在的實驗教學樓有60多個標準實驗室，當不同學科多個班級同時上實驗課時，學生會出現(xiàn)過于集中、滯留的狀況，存在一定的安全隱患。為解決這個問題，課程提示系統(tǒng)在一樓大廳LED屏和樓層廣告機上推送當天課程的提示信息，將人群迅速分流到各樓層指定的實驗室，避免人員堆積，起到一定的安全疏散作用。

課程提示系統(tǒng)從主數(shù)據(jù)庫讀取標準課程表信息，生成每天的上課列表，在課前一小時推送到各顯示屏，引導分流學生。當管理控制系統(tǒng)發(fā)生班級調(diào)課時，課程提示系統(tǒng)會自動調(diào)取變更后的課表信息，實時生成新的提示內(nèi)容。

4）人臉考勤系統(tǒng)?，F(xiàn)在常見的考勤方式有刷卡、指紋、人臉識別等，但前兩種方式常常存在代刷、使用指模或互采指紋來相互代簽等弊端。人臉識別是目前個人身份確認的重要方式，由于其非接觸式、方便快捷、識別速度快、正確率高等特點，且可有效防止照片、人臉模型的攻擊，被廣泛應用于交通、金融等需要身份識別的場所[10]。人臉識別方式有效地規(guī)避了代刷、代簽，管理成本低，也被廣泛應用于機關、企事業(yè)單位的人事考勤[11]?；谶@些優(yōu)點，平臺也采用了人臉識別方式的考勤終端。

人臉考勤系統(tǒng)由核心處理程序和人臉考勤終端組成。核心處理程序依照主數(shù)據(jù)庫中的標準課程表，調(diào)取當天上課班級的學生名單和人臉信息，在課前下發(fā)到對應實驗室的人臉考勤終端。待學生刷臉簽到時，現(xiàn)場信息與終端內(nèi)人臉信息進行比對識別。核心處理程序將考勤終端生成的識別通過記錄實時回收并上傳主數(shù)據(jù)庫，用于教師查閱和匯總。

當課代表、班長等具有特殊權限的學生刷臉簽到時，考勤終端向智能門禁系統(tǒng)發(fā)出開鎖電控信號解除門禁，完成刷臉開門。實驗結束后，本次開門權限隨之取消。

5）智能門禁系統(tǒng)。智能門禁是實驗室的安全保障[12]，在保護財產(chǎn)安全的同時，要符合消防逃生要求。門禁中經(jīng)常使用的是電磁鎖，其特點是安裝簡單、適用廣、造價低，但其最大的缺點是受制于外部供電，一旦發(fā)生停電，電磁鎖就會因失去磁性而被動解鎖。智能門鎖比電磁鎖有明顯的優(yōu)點：采用內(nèi)裝方式設計，安全性更高;使用電池供電，不受電網(wǎng)供電影響;預留外接充電寶插孔，在電池電量不足時應急使用;在任何情況下，屋內(nèi)人員都可以直接開門離開，有利于人員在緊急狀態(tài)下安全疏散。

平臺智能門禁系統(tǒng)由控制系統(tǒng)和智能門鎖構成，采取卡控和電控兩種開鎖模式?？啬Ｊ绞褂玫拈T卡為M1加密卡，其特點是防復制、安全性高?？梢詫瞻组T卡加密和授予不同的權限，也可以對相同加密格式的教工及學生校園一卡通進行加密授權[13]。電控模式是指人臉考勤終端識別出簽到人具有開鎖權限后，向智能門鎖發(fā)送一個電控信號實現(xiàn)開鎖。智能門鎖開啟記錄被實時上傳到主數(shù)據(jù)庫保存?zhèn)洳椤?/p>

6）教師管理系統(tǒng)。教師管理系統(tǒng)包括多媒體教學、學生簽到管理、課堂互動信息錄入和信息匯總及報表輸出四部分功能。教師管理系統(tǒng)啟動后，從主數(shù)據(jù)庫調(diào)取當前上課班級的學生名單、簽到情況等相關信息。教師管理系統(tǒng)出勤及點評截圖見圖3。

①多媒體教學。多媒體是實驗教學不可缺少的，實驗指導教師通過PPT講解實驗目的、實驗方法、注意事項等，通過播放實驗教學錄像，讓學生更直觀地了解實驗內(nèi)容、操作難點和儀器設備的使用方法。

②學生簽到管理。進入簽到頁面即可顯示查看當前學生簽到出勤的情況。學生在人臉考勤終端簽到成功后，會將簽到頁面的個人彩色頭像點亮（個人頭像顯示灰色則表示未簽到）。實驗指導教師不用占用當前課時點名，節(jié)省了實驗時間和精力。在實驗間隙，教師可以指定一個范圍的學生再次刷臉簽到，這種臨時點名功能可以及時發(fā)現(xiàn)學生是否中途早退，還不會影響實驗的進程。

③成績錄入、值日生指派和課堂小結。指導教師在實驗過程中與學生互動，一方面指導學生正確操作、解答學生的疑問，另一方面深入了解學生的動手能力、實驗參與積極性，并隨時記錄學生的實驗情況，對操作能力進行評分，作為實驗成績的一部分。

值日是實驗課的最后一個環(huán)節(jié)，除了打掃實驗室衛(wèi)生，為下一個實驗班級創(chuàng)造整潔舒適的實驗環(huán)境，更重要的是進行課后的安全檢查，排除水、電、氣及門窗的安全隱患。實驗室安全對高校來說是重中之重[14]，是人們從多少次事故中得來的經(jīng)驗和教訓，所以培養(yǎng)學生的責任心和安全意識是實驗教學的一個重要部分。指導教師對值日生的能力和表現(xiàn)進行打分，計入實驗總成績，以此來督促值日生認真做好值日工作，使其養(yǎng)成良好的科研作風。

通過課堂小結可使寶貴的實驗教學經(jīng)驗得到積累，也可使實驗中產(chǎn)生的問題得到有效反饋。尤其對于青年教師來說，這些經(jīng)驗可以讓以后的實驗教學避免相同錯誤的出現(xiàn)，完善實驗教學的準備工作和提高整體實驗教學的質(zhì)量。實驗指導教師在實驗結束時對實驗情況進行小結，記錄實驗過程中哪些環(huán)節(jié)學生動手能力有待加強、有無知識點的缺失，試劑消耗有無異常，實驗結果是否正常，儀器、玻璃器皿是否缺失破損，設備是否運轉正常，等等。

④報表輸出。實驗指導教師隨堂錄入的操作成績、值日成績，上傳到主數(shù)據(jù)庫中保存，通過教師管理系統(tǒng)可隨時調(diào)取相關數(shù)據(jù)進行分類匯總、統(tǒng)計實驗成績，并導出相應的考勤表和實驗成績單等。

4 實驗教學管理平臺的運行

實驗教學管理平臺經(jīng)歷兩個學期的運行，各系統(tǒng)間交互性、兼容性良好，程序、設備狀態(tài)正常，同時在管理上也收到很好的效果，杜絕了同學幫忙簽到、不及時請假、無故曠課等一系列妨礙教學的情況，實驗教學秩序的改善也使教學效果得到保證。制度與措施的落實，教師的實時點評，充分調(diào)動了學生對實驗課的積極性，實驗參與度得到提升。與此同時，通過實驗教學管理平臺的應用，管理的方法和手段更加科學化、人性化，類似點名的繁雜事情由平臺去做，教師把更多的時間和精力放在實驗教學上，提高教學質(zhì)量。實踐證明，實驗教學管理平臺實現(xiàn)了各系統(tǒng)相互支撐和數(shù)據(jù)共享，各個系統(tǒng)的使用率以及管理效率得到了提高。

人臉信息的采集工作量比較大，但采集后長期有效，可用于全校各學科理論課和實驗課的簽到，也可用于其他管理部門的身份確認工作。所以，學生入學時如果能完成這項采集工作，在保證網(wǎng)絡安全的環(huán)境下進行共享，將有利于平臺的推廣應用，進而提高全校本科實驗教學的整體水平。

5 結語

實驗教學管理平臺的建立，為改善教學秩序、提高實驗教學質(zhì)量提供了支持和保障。構建這樣一個實驗教學管理平臺，不僅僅為了藥劑學科的實驗教學而設計，在相同教學體系下，在大數(shù)據(jù)背景下的今天，通過其良好的示范效應和輻射效應，這一平臺可以為任何學科的實驗教學所使用，必將促進藥學院校的信息化建設，培養(yǎng)學生的自律性，增強學生的學習意識，形成良好的學風和校風，用高質(zhì)量的實驗教學培養(yǎng)出優(yōu)秀的新時代大學生。

參考文獻

[1]陳文倩，宋軍，戰(zhàn)永佳.高校實驗技術隊伍建設的探討與研究[J].實驗技術與管理，2013，30（3）：190-192.

[2]嚴薇，楊乾龍，廖琪，等.系統(tǒng)設計 重點突破 提高實驗室管理工作水平[J].實驗技術與管理，2017，34（6）：1-4.

[3]蘭月政，侯茂林.實驗室管理平臺信息化綜合設計研究[J].物流工程與管理，2017，39（7）：218-220.

[4]盤茂杰，梁瓊.高校實驗室信息化管理技術的探索與研究[J].信息與電腦：理論版，2019（13）：225-228.

[5]吳芯怡，陳龍，鮑承轉，等.高校課堂管理平臺設計實現(xiàn)[J].價值工程，2019（35）：245-248.

[6]蔡曉紅，楚丹琪，高洪皓，等.基于“互聯(lián)網(wǎng)+實驗室”的安全監(jiān)控保障技術研究[J].實驗技術與管理，2017，34（6）：246-250，263.

[7]丁佩佩.電商平臺后臺產(chǎn)品的流程設計研究[J].科學技術創(chuàng)新，2019（4）：51-52.

[8]張春杰.基于高清技術的地鐵視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應用[J].電子技術與軟件工程，2019（23）：127-128.

[9]張少文.高清NVR在視頻監(jiān)控領域的應用分析[J].科技傳播，2014（9）：230，201.

[10]張淑姚，李雅欣，陳欣樂，等.人臉識別活體檢測技術研究[J].信息記錄材料，2018，19（6）：117-118.

[11]蔣小軍.人臉識別技術應用探究[J].現(xiàn)代信息科技，2019，3（14）：91-92.

[12]嚴士超，果莉，李明，等.基于泛在網(wǎng)技術的實驗室智能門禁考勤管理系統(tǒng)的研究[J].實驗技術與管理，2014，31（5）：162-163，170.

[13]邱坤，顧亦然，魏莉.高校文科實驗室信息化管理系統(tǒng)的探究[J].實驗技術與管理，2019，36（8）：260-262.

[14]吳志剛，左林貴，果雅靜.高校實驗室安全管理工作探討[J].實驗室研究與探索，2019，38（9）：303-305.