智能时代的实验中心开放共享模式探讨

王聪 王文平 杨爱珍 黄体冉 张婧

摘要：阐述了智能时代高校实验中心开放共享可持续发展的迫切需求，针对目前高校普遍存在的实验中心人员缺乏、监管难度大、安全隐患较多等问题，基于物联网技术提出了集智能仪器设备监管模块、智能环境安全监控模块、智能统计预约模块于一体的信息化开放共享模式，以期为实现高校教育资源的更大范围的开放共享提供新思路。

关键词：实验中心；开放共享；物联网

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）14-0273-02

十九大报告指出必须坚定不移贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念，其中“共享”发展是推动可持续发展的不竭动力。高等院校基于各类项目支持，拥有较好的教育、科研仪器设备资源，为深化实验室管理体制改革，创新实验教学体系，实现资源的优化配置，许多高校下属的二级学院都成立了实验中心，负责统一调配所属二级学院的教学资源和仪器设备[1]，实验中心的资源共享不仅能提高教学质量，也可以为科研及社会团体做出更大的贡献[2]。但由于管理难度大、人员配置少等诸多因素影响，在仪器设备等资源开放共享方面存在许多壁垒。智能时代的到来为资源开放共享的有效实现提供了新思路，其中物联网技术的飞速发展，为实验室智能化管理提供了契机[3]，同时也可以为实验中心的开放共享提供有力的技术支撑。

一、物联网智能技术特点

物联网区别于以往强调人与人连接的互联网概念，而重在“物物相连的互联网”，是智能时代里程碑式的创新技术，通过射频识别、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定协议将任何物品与互联网连接，进行信息交换、通信，实现对物品智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。其核心和基础仍然是互联网，但用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间的信息交换和通信[4]。无线传感器网络利用可以感知热、力、光、电、声、位移等信号的传感器，将其转变成电信号等形式输出，达到信息传输、处理、存储、显示、记录、控制等要求，广泛应用于采集类业务网中。20世纪90年代RFID技术兴起，基于射频信号的空间耦合产生磁场，实现无接触传递和自动识别信息，已逐渐应用于农业领域。先进的技术支撑，加上多领域的成功实践案例，为利用物联网技术解决高校实验中心开放共享问题奠定了良好的基础。

二、高校实验中心开放共享阻力

1.管理人员缺乏，使用人数多，仪器设备监管难度大。目前，高校实验中心管理模式仍以实验管理人员定时定点管理为主，开放共享实验室需要大量的人员监管，但在实际工作中，实验管理人员课业及科研实验压力较大，且需要承担大量设备维护、行政事务等工作，时间上很难统筹把握。即使有管理人员在场，在使用人数较多时，也很难实时看到每位借用者的使用情况。实验中心力求开放，则会尽可能的扩大开放范围，可同时面向学生、教师乃至社会团体等，以达到更好的资源共享效果，但随着范围的扩大，使用者的专业技术水平和知识背景可能会参差不齐，由于管理人员数量有限，很难及时针对性地进行纠正和指导。

2.试剂类型多，环境监控不足，存在安全隐患。一般而言，高校实验教学中心都存放着各种生化试剂，其中绝大多数生化试剂均有一定程度的毒害。特别是生物实验室，除了有毒有害药品外，还有很多生化试剂属于易燃易爆物。实验室一旦开放，人员流动频繁，互相之间可能不了解实验内容和试剂使用情况，稍有不慎，很容易出现安全问题，这对于需要使用大型仪器或危险性化学试剂的实验，存在着巨大的人身和实验室安全隐患；人员类型复杂，容易发生设备丢失或遭受人为损坏现象，存在公共财产安全隐患。一旦发生安全问题，只能进行事后追踪，人工调取并查阅存储于硬盘录像机的视频数据，不仅成本高、效率低，而且缺乏实时性和主动性。

3.人工预约，手动记录，消息不畅容易出错。实验中心的预约使用，主要依赖使用者直接与对应的实验管理人员沟通。使用人员无法提前预知实验室或仪器设备的可用时段来合理安排实验，预约人数太少，资源利用不充分造成实验室资源浪费；某时段预约人数较多时，管理人员沟通任务繁重，需不断与多位使用者进行协调，可能会造成不必要的矛盾冲突。使用记录主要依赖于手工笔记，实验中心开放使用，则时间会更加零碎，实验类型会更加多样，涉及的使用者也会越来越多，使用情况的汇总工作量会越来越大；设备状况等内容填写的主观性较强，汇总统计过程费时费力，信息无法实时更新，影响实验中心的可持续发展。

三、基于物联网的实验中心开放共享模式

利用物联网的技术特点优势，针对现有问题，建立集智能仪器设备监管、智能环境安全监控、智能统计预约三大模块于一体的开放共享平台，可实现资源充分利用和发展[5]。

1.智能仪器设备监管模块。通过将仪器设备分类汇总粘贴RFID标签或安装传感器，可以进行统一管理和调度。当设备的配置发生改变化时，用手持式读写器可以很方便地修改电子标签的内容，同时新的信息可自动发送到服务器完成数据的更新，实时保持标签内容和数据库记录的一致性。管理人员可在电脑终端，通过采集实验数据情况、设备参数变化、设备温度及电压的稳定等显示信息，同时监管不同地点仪器设备的使用情况，如发现异常情况可有针对性的进行远程指导或现场处理。解决管理人员缺乏，同时使用人数多时监管难度大等问题。

2.智能环境安全监控模块。通过在实验室里布置传感器节点可以监测实验室各角落的易燃易爆和有毒有害物蒸汽在空气中的体积百分数，并根据事先设定的阈值自动开启抽风机，以净化室内空气。并且当易燃易爆物蒸汽在空气中的体积百分数接近爆炸极限时，还可自动开启报警装置，以提醒工作人员采取适当措施及时清除危险物品。利用物联网无线射频技术将实验室所有固定资产贴上无源或有源RFID标签，在每个需要进行重点监管的实验室门口安装一个固定式RFID读写器，用于读取离开实验室的RFID标签，并将读取到的信息通过网络上传给实验中心的网络服务器，进行数据比对，如果没有办理借出或调拨手续就触发报警系统进行报警。可及时排除安全隐患。

3.智能统计预约模块。建立集信息汇总、实时反馈、在线预约于一体的工作流式统计预约软件平台。通过软件平台，收集汇总仪器监管和环境安全监控模块采集的使用时间、实验内容、使用人、出现问題等信息，并进行初步的统计分析，供管理人员通过分析结果进行初步的管理设置决策，从而优化管理方案。设置相应权限，让使用方用户界面可以看到设备空闲时段、运行状况、注意事项等实时信息，从而可以根据实际需求进行网上预约操作。一方面可以帮助管理人员建立和完善实验中心信息化管理体系，另一方面有利于使用者更便捷更有针对性的预约使用，扩大进实验室的开放共享度，提高仪器设备利用率。

四、结语

开放共享是可持续发展的大趋势，高校实验中心的仪器设备、场地空间、实验技术是重要的科技资源，可以面向学生开展实验教学及创新团队研发，面向教师开展科研实验探索，面向其他院校甚至中小学提供教学场地和优质实验师资，面向企事业单位提供测试服务等，可共享利用空间十分广泛，需求量十分可观，不断推动着实验中心开放共享的发展步伐。随着物联网等智能技术的不断成熟与硬件成本的不断降低，其在教育领域的应用前景也越来越受到人们的重视。以物联网技术为基础，以更加精细和动态的方式对实验教学中心进行智能控制和管理，可以提高实验管理人员的工作效率，增加仪器设备及实验场地的利用率，实现高校实验中心资源的更大范围的开放共享。

参考文献：

[1]杨爱珍，王文平，刘玉芬.高等院校教学实验中心管理的探讨[M].北京高教学会实验室工作研究会2010年学术研讨会论文集（下册），2010：553-556.

[2]李平，高东锋，徐进，毛昌杰.推动大学实验教学资源的开放共享[J].实验技术与管理，2014，31（07）：1-5.

[3]南旭光，张培.智能化时代我国高等教育治理变革研究[J].中国电化教育，2018，（06）：1-7.

[4]孙江，刘存海，李荫.基于物联网和主动学习模式的开放实验室建设[J].实验技术与管理，2017，34（S1）.

[5]叶辉，王雷，杜先锋.物联网技术的教科研平台资源整合与实践[J].实验室研究与探索，2018，37（01）：272-274.