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高校大数据实验室管理中智能管理系统的应用

2022-02-08 183 上传者：管理员

摘要：实验室是高校实验教学和科学研究的设施基础，对培养学生的科学素养、实践动手能力等有非常重要的现实价值。在教学改革不断推进，科研型、创新型、综合型人才社会需求量爆炸式增长以及大数据不断普及的时代背景下，高校实验室在高校教育中的应用地位越来越高。而为了与之相适应，高校通常会在实验室配备高科技仪器设备供学生和教师开展教学实验活动，同时，为了合理使用这些精密的仪器设备资源，在保证安全性的前提之下，实现高校实验室功能的最大化发挥，大部分高校都开始在实验室管理中导入智能管理系统。因此，建设基于智能环境的高校大数据实验室管理系统不仅是新课程改革的内在要求，更已成为高校实验教学发展的未来趋势。本文主要探讨智能管理系统在高校大数据实验室管理中的应用。

关键词：
只能管理
大数据
智能系统
管理应用
高校实验室
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生物、化学等课程是以实验为基础的自然科学，实验既是科学研究的重要方法，更是获取实验结果、验证实验结论的重要手段。《新课标》明确指出：教学要立足学生适应现代生活和未来发展，着眼于提高21世纪公民的科学素养，积极倡导以实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程。在新课程改革的教育背景下，实验教学不仅可让学生掌握科学合理的科学知识和技能，同时可激发学生的学习兴趣和探究能动性，培养学生的创造力。从这个角度来看，作为实验教学、科学研究、生产试验和技术开发的重要基地，高校实验室的智能化、信息化水平就显得尤为重要。

1、实验室智能管理系统设计

1.1 实验室智能管理系统总体

实验室机房的硬件只要包括计算机、空调等设备，基于“互联网+”的实验室机房智能管理系统的主要目标是实现机房硬件设备的智能化管理，提高实验室管理的水平，根据以往的管理经验和实际情况看，系统的主要功能需求可归纳为用户管理、机房管理、教务管理、智能控制4个板块。实验室智能管理系统总体功能架构如图1所示。

1.2 实验室智能管理系统功能设计

系统用户主要包括实验室管理人员、实验室授课教师及学生设计等业务观看，实验室管理人员主要负责用户管理、系统设置等业务管理。实验室授课教师与学生用户即可通过申请电子钥匙和故障保修等管理方式与管理人员进行交互，也可用系统查询实验课表等。

1.2.1 用户管理

管理员用户首先需添加班级、角色信息；实验授课教师和学生用户根据自己的学号及工号、姓名等信息注册账户，管理员对注册信息进行审核，此外，管理员还可对用户账户执行角色变化、锁定、删除和密码重设等操作；每个用户均可对手机号、姓名及专业等跟人信息进行维护；

1.2.2 教务管理

管理员用户可导入实验课表，并根据调、停课状态即时更新课表，教务管理模块不仅为系统的智能操作提供数据支持，还为师生用户提供房间状态和个人课表查询服务；

1.2.3 智能控制

管理员可设置操作规则实现对实验室机房的智能巡检，如上课前的10秒打开计算机及空调设备、每天在固定时间关闭所有设备等，实验室巡检功能包含智能和手动两种模式，智能模式主要体现在两个方面，一是课前自动开启设备模式并在上课结束后自动关闭所有计算机；二是根据室内温度信息，自动调节空调设备，手动模式是管理员根据需要手动执行开关计算机和空调设备等操作，通过集成智能门禁与视频监控，管理员可向师生用户分享电子钥匙，使师生用户临时拥有门禁权限。

2、高校大数据实验室的管理问题

就现阶段而言，“资源共享”、“开放实验室”、“创新实验”俨然已成为高校实验室建设发展的首要目标，尤其是在我国大力实施教育教学改革的背景下，将智能管理系统与高校大数据实验室管理进行有机融合，以创新化的实验室管理模式适应高校教学、科研和对外服务的需求势在必行。但这种创新得以展开的前提必须是打破传统管理模式的僵化局面，妥善解决传统管理模式所暴露出的诸多问题。

2.1 与学生实验实践需求契合度较低

新课程教育改革就提升学生的科学素养和综合技能对院校提出更高的要求，而实验课程体系的建设就是适应这些要求所作出的重要调整。随着政策的颁布与实施，各高校、各学科纷纷将实验课程体系建设作为发展重点，不仅增加实验课程和项目数量，同时在综合性、设计性实验内容方面也做出调整。由此带来的结果就是学生数量的急剧增加，实验室场地的扩大，仪器设备数量的增多以及实验教师管理和调配。这种情况下，传统实验室的管理模式显然无法与之相适应，除给实验室管理者带来更繁重的工作量，造成管理混乱外，还会导致学生的实验实践需求无法得到满足，最终使实验效果和实验教学质量大打折扣。

2.2 与学生素质教学契合度较低

世界多极化、经济全球化的趋势在曲折中发展，科技日新月异，综合国力竞争日趋激烈，这种竞争的实质其实就是高素质人才的竞争，谁拥有高素质人才优势，谁就在国际竞争中掌握主动。因此，我国社会主义现代化建设要求，必须加快素质教育步伐，尤其要注重对学生创新思维和创造能力的培养。而传统实验室管理模式侧重于对学生基本知识理论架构的建立，缺乏对学生科技创新的引导，因此需探索多元化实验培养新模式，而此时若继续沿用传统管理模式，则会产生大量的人力、物力、财力浪费，更会导致管理混乱现象的出现，以及管理效率的降低。

2.3 无法契合高校科技创新要求

当今世界，科技创新已成为提高综合国力的关键支撑，成为社会生产方式和生活方式变革进步的强大动力，谁走出科技创新这步先手棋，谁就能占先机。为此，国家不断加大对高校科研项目的资金投入和政策支持，随着科研项目数量的增加，更加精密的高科技实验仪器进入高校实验室，以确保科研主力研究生和博士生的科研创新需求，传统的人工管理实验室普遍存在专业性不强、技术性不高等问题，导致大型科学仪器设备的功能得不到充分发挥，很大程度上制约着高校科技创新水平的提升。

2.4 无法科学评估教学改革成果

实验教学是一个综合性非常强的复杂过程，这主要由实验主体（如实验学生、教学教师）的多样性、实验仪器设备的技术性、实验课程的复杂性以及实验数据的精准性决定，以上任一元素均可导致实验的多变。传统人工管理统计模式难以对实验数据进行及时的统计，更难以针对实验结果做出科学、合理的评价，以致无法准确评估教学改革成果，以及合理性指导意见的提出。

3、智能管理系统在高校大数据实验室管理中的应用

3.1 大数据时代实验室管理的特点

3.1.1 实验室安全管理智能化

取消传统门锁，代之以智能化的门禁系统，同时配备信息化的监控系统实时监测进出实验室的人员及进出时间，并建立远程实验室控制及报警系统，从而使实验室的安全管理在智能化系统中得以保障；

3.1.2 实验室仪器设备管理网络化

基于大数据技术的实验室管理，可为每个设备仪器生成专属的唯一的二维码或条形码，通过将设备信息存储到网络化管理系统，方便工作人员了解该设备的基本信息（如生产、采购、维修记录等），以及仪器零部件的更换等；

3.1.3 实验数据存储的数字化

取消传统人工和书面记载，代之以数字化的存储终端，相对于传统的数据存储形式，数字化存储更便于查询，安全度和精准度更高，因此可为科研提供更具参考价值的数据。

3.2 智能管理系统在高校大数据实验室管理中的应用

随着我国高等教育事业的快速发展，实验室建设与管理成为高校教学和科研的重要组成部分，也越来越为教育部门、学校和社会各界力量所关注；与此同时，实验室管理的智能化水平也逐渐成为高校实验室核心竞争力的重要指标。现代化的实验室管理要求科学、高效、规范和安全，智能管理系统可将目前较为先进的网络技术和科研产生的数据库结合，而从整体上提高实验室的信息化管理技术和管理效率，进而为实验室管理者做出合理的决策提供数据支持，有效保证教学和科研，以及高校间的数据交流和共享。

具体讲，智能管理系统在高校实验室大数据管理中的应用主要体现在以下几方面：

3.2.1 实验室管理观念和管理方式的革新

新课程改革对教学内容、教学方式、教学目标等提出了新的要求，而与全新的教学目标相适应的重要尝试体现在实验教学上，就是要革新实验室管理观念和管理方式，培养实验室资源共享理念，打造开放性实验室。

作为一种集合计算机技术、智能技术、网络技术等先进科学技术在内的智能管理平台，以智能管理系统管理大数据实验室，可显著提升实验室的智能化水平，使实验室的管理方式更开放，即学生或教师产生实验室使用需求时，可通过智能系统申请，然后在实验室门口刷校园卡进入实验室，在网络摄像头的监控下完成实验过程，并自动记录实验操作全过程及存储实验过程中产生的相关数据。学生在离开实验室时，同样需刷校园卡，以便于计算机网络记录进出实验室时间。经过这种智能化操作手段，实现对实验室的全方位管理；

3.2.2 实验教学模式和教学手段的创新

要实现智能管理系统真正进入高校大数据实验室，除革新实验室管理观念外，同样要借助实验教学模式和教学手段的创新作用，真正发挥高校实验室在学术方面的影响力，充分利用教学资源优势带动教学质量的显著提升。

具体讲，就是一方面要通过智能管理系统的作用，为学生实验项目的及时、顺利展开提供有力保障，学生可用实验室智能管理系统浏览实验项目相关的操作视频和研究视频，以掌握正确的实验操作流程和各个环节的实验目的，在此基础上，顺利完成实验全过程；另一方面，学生可有效利用“实验室智能管理系统”和网络信息平台获得更大的自主学习空间。也就是说，学生可随时通过中心网站浏览实验室发布的实验教学课程大纲、实验项目、实验讲义、题库等，为实验的开展做好预习和复习工作；同时，在“实验室智能管理系统”排课、选课子系统的作用下，学生可自由选择完成实验项目的时间，还可在线观看实验操作视频、下载讲义、练习试题等。而学生的实验成绩考核也将在该系统中完成，从而提升学生平时统计成绩的规范化。

3.3 系统构架与技术路线

基于“互联网+”的实验室智能管理系统采用来感知层、传输层、应用层三层架构设计，感知层是系统的基础，负责温度数据采集的视频监控、智能门禁、计算机及空调等设备的底层控制；传输层是感知层与应用层的通信的桥梁，负责将感知层采集的数据传输到应用层，应用层是整个系统的核心，其包含系统洁面、业务逻辑、数据存储和设备控制中间件等。

4、大数据实验室智能管理系统应用成果

4.1 建立起教学、科研一体化的综合公共服务平台

以“实验室智能管理系统”为基础，建立起集教学和科研于一体的综合公共服务平台，进一步充分利用科研资源，深化教学、科研协同，为更好地培养科技创新型优质人才创造更好环境；同时，在这套系统的作用下，实验室24小时全天候自动运行，仪器设备完全依靠网上预约，通过每月岗前培训、安全准入、预约刷卡开门等手段，真正实现学生是实验室主人的效果。

4.2 显著提升教学改革成果和人才培养质量

在实验室智能管理系统的作用下，实验室优势资源得到优化配置，在学生数量成倍增长、实验项目不断增加的过程中，同样保证学生的实验时间和动手机会，从而显著提升学生的科学实验能力和实践能力。而人才培养质量提升所带来的直接结果就是教学改革成果的显著提升，可以说，实验室智能化管理系统推动了科研进程和学科发展。

5、结束语

实验室是高校实验教学和科研的实施基地，对培养学生的实践能力具有非常重要的意义，而提升实验教学质量的有效途径就是全面建立高校大数据实验室智能管理系统，创新高校实验室管理模式，使实验室的精密实验仪器得到最大化利用，确保大数据实验室的数据精准化和管理智能化，进而为学生科研能力的提升、创新意识的引导提供帮助，最终推动高校实验教学高效、优质的实现，以及院校科研水平和竞争力的显著提升。但是，院校和教师要明确认识到制约高校大数据实验室智能化管理的诸多因素，积极转变观念，改变传统管理模式，以确保高校大数据实验室真正进入一个全面监控、立体化管理、集中控制的全新发展阶段。

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文章来源：郭凤香.智能管理系统在高校大数据实验室管理中的应用[J].办公自动化,2022,27(04):59-61+19.