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發展的迫切需求，針對目前高校普遍存在的實驗中心人員缺乏、監管難度大、安全隱患較多等問題，基于物聯網技術提出了集智能儀器設備監管模塊、智能環境安全監控模塊、智能統計預約模塊于一體的信息化開放共享模式，以期為實現高校教育資源的更大范圍的開放共享提供新思路。

關鍵詞：實驗中心；開放共享；物聯網

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：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新、協調、綠色、開放、共享的發展理念，其中“共享”發展是推動可持續發展的不竭動力。高等院校基于各類項目支持，擁有較好的教育、科研儀器設備資源，為深化實驗室管理體制改革，創新實驗教學體系，實現資源的優化配置，許多高校下屬的二級學院都成立了實驗中心，負責統一調配所屬二級學院的教學資源和儀器設備[1]，實驗中心的資源共享不僅能提高教學質量，也可以為科研及社會團體做出更大的貢獻[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提供了新思路，其中物聯網技術的飛速發展，為實驗室智能化管理提供了契機[3]，同時也可以為實驗中心的開放共享提供有力的技術支撐。

一、物聯網智能技術特點

物聯網區別于以往強調人與人連接的互聯網概念，而重在“物物相連的互聯網”，是智能時代里程碑式的創新技術，通過射頻識別、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定協議將任何物品與互聯網連接，進行信息交換、通信，實現對物品智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。其核心和基礎仍然是互聯網，但用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間的信息交換和通信[4]。無線傳感器網絡利用可以感知熱、力、光、電、聲、位移等信號的傳感器，將其轉變成電信號等形式輸出，達到信息傳輸、處理、存儲、顯示、記錄、控制等要求，廣泛應用于采集類業務網中。20世紀90年代RFID技術興起，基于射頻信號的空間耦合產生磁場，實現無接觸傳遞和自動識別信息，已逐漸應用于農業領域。先進的技術支撐，加上多領域的成功實踐案例，為利用物聯網技術解決高校實驗中心開放共享問題奠定了良好的基礎。

二、高校實驗中心開放共享阻力

1.管理人員缺乏，使用人數多，儀器設備監管難度大。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管，但在實際工作中，實驗管理人員課業及科研實驗壓力較大，且需要承擔大量設備維護、行政事務等工作，時間上很難統籌把握。即使有管理人員在場，在使用人數較多時，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，則會盡可能的擴大開放范圍，可同時面向學生、教師乃至社會團體等，以達到更好的資源共享效果，但隨著范圍的擴大，使用者的專業技術水平和知識背景可能會參差不齊，由于管理人員數量有限，很難及時針對性地進行糾正和指導。

2.試劑類型多，環境監控不足，存在安全隱患。一般而言，高校實驗教學中心都存放著各種生化試劑，其中絕大多數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容和試劑使用情況，稍有不慎，很容易出現安全問題，這對于需要使用大型儀器或危險性化學試劑的實驗，存在著巨大的人身和實驗室安全隱患；人員類型復雜，容易發生設備丟失或遭受人為損壞現象，存在公共財產安全隱患。一旦發生安全問題，只能進行事后追蹤，人工調取并查閱存儲于硬盤錄像機的視頻數據，不僅成本高、效率低，而且缺乏實時性和主動性。

3.人工預約，手動記錄，消息不暢容易出錯。實驗中心的預約使用，主要依賴使用者直接與對應的實驗管理人員溝通。使用人員無法提前預知實驗室或儀器設備的可用時段來合理安排實驗，預約人數太少，資源利用不充分造成實驗室資源浪費；某時段預約人數較多時，管理人員溝通任務繁重，需不斷與多位使用者進行協調，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；設備狀況等內容填寫的主觀性較強，匯總統計過程費時費力，信息無法實時更新，影響實驗中心的可持續發展。

三、基于物聯網的實驗中心開放共享模式

利用物聯網的技術特點優勢，針對現有問題，建立集智能儀器設備監管、智能環境安全監控、智能統計預約三大模塊于一體的開放共享平臺，可實現資源充分利用和發展[5]。

1.智能儀器設備監管模塊。通過將儀器設備分類匯總粘貼RFID標簽或安裝傳感器，可以進行統一管理和調度。當設備的配置發生改變化時，用手持式讀寫器可以很方便地修改電子標簽的內容，同時新的信息可自動發送到服務器完成數據的更新，實時保持標簽內容和數據庫記錄的一致性。管理人員可在電腦終端，通過采集實驗數據情況、設備參數變化、設備溫度及電壓的穩定等顯示信息，同時監管不同地點儀器設備的使用情況，如發現異常情況可有針對性的進行遠程指導或現場處理。解決管理人員缺乏，同時使用人數多時監管難度大等問題。

2.智能環境安全監控模塊。通過在實驗室里布置傳感器節點可以監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數，并根據事先設定的閾值自動開啟抽風機，以凈化室內空氣。并且當易燃易爆物蒸汽在空氣中的體積百分數接近爆炸極限時，還可自動開啟報警裝置，以提醒工作人員采取適當措施及時清除危險物品。利用物聯網無線射頻技術將實驗室所有固定資產貼上無源或有源RFID標簽，在每個需要進行重點監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標簽，并將讀取到的信息通過網絡上傳給實驗中心的網絡服務器，進行數據比對，如果沒有辦理借出或調撥手續就觸發報警系統進行報警。可及時排除安全隱患。

3.智能統計預約模塊。建立集信息匯總、實時反饋、在線預約于一體的工作流式統計預約軟件平臺。通過軟件平臺，收集匯總儀器監管和環境安全監控模塊采集的使用時間、實驗內容、使用人、出現問題等信息，并進行初步的統計分析，供管理人員通過分析結果進行初步的管理設置決策，從而優化管理方案。設置相應權限，讓使用方用戶界面可以看到設備空閑時段、運行狀況、注意事項等實時信息，從而可以根據實際需求進行網上預約操作。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約使用，擴大進實驗室的開放共享度，提高儀器設備利用率。

四、結語

開放共享是可持續發展的大趨勢，高校實驗中心的儀器設備、場地空間、實驗技術是重要的科技資源，可以面向學生開展實驗教學及創新團隊研發，面向教師開展科研實驗探索，面向其他院校甚至中小學提供教學場地和優質實驗師資，面向企事業單位提供測試服務等，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展步伐。隨著物聯網等智能技術的不斷成熟與硬件成本的不斷降低，其在教育領域的應用前景也越來越受到人們的重視。以物聯網技術為基礎，以更加精細和動態的方式對實驗教學中心進行智能控制和管理，可以提高實驗管理人員的工作效率，增加儀器設備及實驗場地的利用率，實現高校實驗中心資源的更大范圍的開放共享。

參考文獻：

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

[2]李平，高東鋒，徐進，毛昌杰.推動大學實驗教學資源的開放共享[J].實驗技術與管理，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.

[4]孫江，劉存海，李蔭.基于物聯網和主動學習模式的開放實驗室建設[J].實驗技術與管理，2017，34（S1）.

[5]葉輝，王雷，杜先鋒.物聯網技術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.