智能時代的實驗中心開放共享模式探討

王聰 王文平 楊愛珍 黃體冉 張婧

摘要：闡述了智能時代高校實驗中心開放共享可持續(xù)發(fā)展的迫切需求，針對目前高校普遍存在的實驗中心人員缺乏、監(jiān)管難度大、安全隱患較多等問題，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提出了集智能儀器設(shè)備監(jiān)管模塊、智能環(huán)境安全監(jiān)控模塊、智能統(tǒng)計預(yù)約模塊于一體的信息化開放共享模式，以期為實現(xiàn)高校教育資源的更大范圍的開放共享提供新思路。

關(guān)鍵詞：實驗中心；開放共享；物聯(lián)網(wǎng)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）14-0273-02

十九大報告指出必須堅定不移貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，其中“共享”發(fā)展是推動可持續(xù)發(fā)展的不竭動力。高等院?；诟黝愴椖恐С?，擁有較好的教育、科研儀器設(shè)備資源，為深化實驗室管理體制改革，創(chuàng)新實驗教學(xué)體系，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，許多高校下屬的二級學(xué)院都成立了實驗中心，負(fù)責(zé)統(tǒng)一調(diào)配所屬二級學(xué)院的教學(xué)資源和儀器設(shè)備[1]，實驗中心的資源共享不僅能提高教學(xué)質(zhì)量，也可以為科研及社會團(tuán)體做出更大的貢獻(xiàn)[2]。但由于管理難度大、人員配置少等諸多因素影響，在儀器設(shè)備等資源開放共享方面存在許多壁壘。智能時代的到來為資源開放共享的有效實現(xiàn)提供了新思路，其中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，為實驗室智能化管理提供了契機(jī)[3]，同時也可以為實驗中心的開放共享提供有力的技術(shù)支撐。

一、物聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)特點

物聯(lián)網(wǎng)區(qū)別于以往強(qiáng)調(diào)人與人連接的互聯(lián)網(wǎng)概念，而重在“物物相連的互聯(lián)網(wǎng)”，是智能時代里程碑式的創(chuàng)新技術(shù)，通過射頻識別、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定協(xié)議將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接，進(jìn)行信息交換、通信，實現(xiàn)對物品智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。其核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，但用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間的信息交換和通信[4]。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)利用可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號的傳感器，將其轉(zhuǎn)變成電信號等形式輸出，達(dá)到信息傳輸、處理、存儲、顯示、記錄、控制等要求，廣泛應(yīng)用于采集類業(yè)務(wù)網(wǎng)中。20世紀(jì)90年代RFID技術(shù)興起，基于射頻信號的空間耦合產(chǎn)生磁場，實現(xiàn)無接觸傳遞和自動識別信息，已逐漸應(yīng)用于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。先進(jìn)的技術(shù)支撐，加上多領(lǐng)域的成功實踐案例，為利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決高校實驗中心開放共享問題奠定了良好的基礎(chǔ)。

二、高校實驗中心開放共享阻力

1.管理人員缺乏，使用人數(shù)多，儀器設(shè)備監(jiān)管難度大。目前，高校實驗中心管理模式仍以實驗管理人員定時定點管理為主，開放共享實驗室需要大量的人員監(jiān)管，但在實際工作中，實驗管理人員課業(yè)及科研實驗壓力較大，且需要承擔(dān)大量設(shè)備維護(hù)、行政事務(wù)等工作，時間上很難統(tǒng)籌把握。即使有管理人員在場，在使用人數(shù)較多時，也很難實時看到每位借用者的使用情況。實驗中心力求開放，則會盡可能的擴(kuò)大開放范圍，可同時面向?qū)W生、教師乃至社會團(tuán)體等，以達(dá)到更好的資源共享效果，但隨著范圍的擴(kuò)大，使用者的專業(yè)技術(shù)水平和知識背景可能會參差不齊，由于管理人員數(shù)量有限，很難及時針對性地進(jìn)行糾正和指導(dǎo)。

2.試劑類型多，環(huán)境監(jiān)控不足，存在安全隱患。一般而言，高校實驗教學(xué)中心都存放著各種生化試劑，其中絕大多數(shù)生化試劑均有一定程度的毒害。特別是生物實驗室，除了有毒有害藥品外，還有很多生化試劑屬于易燃易爆物。實驗室一旦開放，人員流動頻繁，互相之間可能不了解實驗內(nèi)容和試劑使用情況，稍有不慎，很容易出現(xiàn)安全問題，這對于需要使用大型儀器或危險性化學(xué)試劑的實驗，存在著巨大的人身和實驗室安全隱患；人員類型復(fù)雜，容易發(fā)生設(shè)備丟失或遭受人為損壞現(xiàn)象，存在公共財產(chǎn)安全隱患。一旦發(fā)生安全問題，只能進(jìn)行事后追蹤，人工調(diào)取并查閱存儲于硬盤錄像機(jī)的視頻數(shù)據(jù)，不僅成本高、效率低，而且缺乏實時性和主動性。

3.人工預(yù)約，手動記錄，消息不暢容易出錯。實驗中心的預(yù)約使用，主要依賴使用者直接與對應(yīng)的實驗管理人員溝通。使用人員無法提前預(yù)知實驗室或儀器設(shè)備的可用時段來合理安排實驗，預(yù)約人數(shù)太少，資源利用不充分造成實驗室資源浪費；某時段預(yù)約人數(shù)較多時，管理人員溝通任務(wù)繁重，需不斷與多位使用者進(jìn)行協(xié)調(diào)，可能會造成不必要的矛盾沖突。使用記錄主要依賴于手工筆記，實驗中心開放使用，則時間會更加零碎，實驗類型會更加多樣，涉及的使用者也會越來越多，使用情況的匯總工作量會越來越大；設(shè)備狀況等內(nèi)容填寫的主觀性較強(qiáng)，匯總統(tǒng)計過程費時費力，信息無法實時更新，影響實驗中心的可持續(xù)發(fā)展。

三、基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗中心開放共享模式

利用物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特點優(yōu)勢，針對現(xiàn)有問題，建立集智能儀器設(shè)備監(jiān)管、智能環(huán)境安全監(jiān)控、智能統(tǒng)計預(yù)約三大模塊于一體的開放共享平臺，可實現(xiàn)資源充分利用和發(fā)展[5]。

1.智能儀器設(shè)備監(jiān)管模塊。通過將儀器設(shè)備分類匯總粘貼RFID標(biāo)簽或安裝傳感器，可以進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度。當(dāng)設(shè)備的配置發(fā)生改變化時，用手持式讀寫器可以很方便地修改電子標(biāo)簽的內(nèi)容，同時新的信息可自動發(fā)送到服務(wù)器完成數(shù)據(jù)的更新，實時保持標(biāo)簽內(nèi)容和數(shù)據(jù)庫記錄的一致性。管理人員可在電腦終端，通過采集實驗數(shù)據(jù)情況、設(shè)備參數(shù)變化、設(shè)備溫度及電壓的穩(wěn)定等顯示信息，同時監(jiān)管不同地點儀器設(shè)備的使用情況，如發(fā)現(xiàn)異常情況可有針對性的進(jìn)行遠(yuǎn)程指導(dǎo)或現(xiàn)場處理。解決管理人員缺乏，同時使用人數(shù)多時監(jiān)管難度大等問題。

2.智能環(huán)境安全監(jiān)控模塊。通過在實驗室里布置傳感器節(jié)點可以監(jiān)測實驗室各角落的易燃易爆和有毒有害物蒸汽在空氣中的體積百分?jǐn)?shù)，并根據(jù)事先設(shè)定的閾值自動開啟抽風(fēng)機(jī)，以凈化室內(nèi)空氣。并且當(dāng)易燃易爆物蒸汽在空氣中的體積百分?jǐn)?shù)接近爆炸極限時，還可自動開啟報警裝置，以提醒工作人員采取適當(dāng)措施及時清除危險物品。利用物聯(lián)網(wǎng)無線射頻技術(shù)將實驗室所有固定資產(chǎn)貼上無源或有源RFID標(biāo)簽，在每個需要進(jìn)行重點監(jiān)管的實驗室門口安裝一個固定式RFID讀寫器，用于讀取離開實驗室的RFID標(biāo)簽，并將讀取到的信息通過網(wǎng)絡(luò)上傳給實驗中心的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)比對，如果沒有辦理借出或調(diào)撥手續(xù)就觸發(fā)報警系統(tǒng)進(jìn)行報警?？杉皶r排除安全隱患。

3.智能統(tǒng)計預(yù)約模塊。建立集信息匯總、實時反饋、在線預(yù)約于一體的工作流式統(tǒng)計預(yù)約軟件平臺。通過軟件平臺，收集匯總儀器監(jiān)管和環(huán)境安全監(jiān)控模塊采集的使用時間、實驗內(nèi)容、使用人、出現(xiàn)問題等信息，并進(jìn)行初步的統(tǒng)計分析，供管理人員通過分析結(jié)果進(jìn)行初步的管理設(shè)置決策，從而優(yōu)化管理方案。設(shè)置相應(yīng)權(quán)限，讓使用方用戶界面可以看到設(shè)備空閑時段、運行狀況、注意事項等實時信息，從而可以根據(jù)實際需求進(jìn)行網(wǎng)上預(yù)約操作。一方面可以幫助管理人員建立和完善實驗中心信息化管理體系，另一方面有利于使用者更便捷更有針對性的預(yù)約使用，擴(kuò)大進(jìn)實驗室的開放共享度，提高儀器設(shè)備利用率。

四、結(jié)語

開放共享是可持續(xù)發(fā)展的大趨勢，高校實驗中心的儀器設(shè)備、場地空間、實驗技術(shù)是重要的科技資源，可以面向?qū)W生開展實驗教學(xué)及創(chuàng)新團(tuán)隊研發(fā)，面向教師開展科研實驗探索，面向其他院校甚至中小學(xué)提供教學(xué)場地和優(yōu)質(zhì)實驗師資，面向企事業(yè)單位提供測試服務(wù)等，可共享利用空間十分廣泛，需求量十分可觀，不斷推動著實驗中心開放共享的發(fā)展步伐。隨著物聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)的不斷成熟與硬件成本的不斷降低，其在教育領(lǐng)域的應(yīng)用前景也越來越受到人們的重視。以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，以更加精細(xì)和動態(tài)的方式對實驗教學(xué)中心進(jìn)行智能控制和管理，可以提高實驗管理人員的工作效率，增加儀器設(shè)備及實驗場地的利用率，實現(xiàn)高校實驗中心資源的更大范圍的開放共享。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊愛珍，王文平，劉玉芬.高等院校教學(xué)實驗中心管理的探討[M].北京高教學(xué)會實驗室工作研究會2010年學(xué)術(shù)研討會論文集（下冊），2010：553-556.

[2]李平，高東鋒，徐進(jìn)，毛昌杰.推動大學(xué)實驗教學(xué)資源的開放共享[J].實驗技術(shù)與管理，2014，31（07）：1-5.

[3]南旭光，張培.智能化時代我國高等教育治理變革研究[J].中國電化教育，2018，（06）：1-7.

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[5]葉輝，王雷，杜先鋒.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的教科研平臺資源整合與實踐[J].實驗室研究與探索，2018，37（01）：272-274.