中小學實驗教學設備的數字化管理策略探究

摘" 要" 實驗教學設備的數字化管理是指利用物聯網、人工智能、大數據等現代技術，采集實驗教學設備的品種、規格、企業名稱和售后服務等相關基礎信息，對入庫、借還、維修和報損等設備流轉全過程相關數據自動收集、分析，最終實現教學設備全過程生命周期管理的規范化、精細化、智能化，以保障學校實驗教學的正常開展，為學校管理者和各級教育主管部門科學決策提供實時、精準的大數據分析服務。

關鍵詞" 中小學；實驗教學設備；數字化管理

中圖分類號：G637" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2024）07-00-03

1" 實驗教學設備數字化管理的必要性

2016年，教育部下發《教育部關于新形勢下進一步做好普通中小學裝備工作的意見》（教基一〔2016〕3號），明確要求各級教育裝備管理部門和學校加強裝備，打造管理平臺，利用現代信息技術手段提升教育裝備管理能力。要建設相關管理信息系統，以產品信息、采購信息、學校裝備管理和使用信息為內容，提升裝備管理信息化水平。要積極部署實施、推動應用，加強裝備產品質量追溯與資產運維管理，保障裝備資產充分發揮使用效益。

2023年5月，教育部等十八部門下發《關于加強新時代中小學科學教育工作的意見》（教監管〔2023〕2號），文件要求通過3～5年努力，在教育“雙減”中做好科學教育加法的各項措施全面落地，加強實驗考查，提高學生動手操作和實驗能力，要將學校課程、課后服務和課外實踐活動進行一體化設計。《教育部辦公廳關于印發〈基礎教育課程教學改革深化行動方案〉的通知》（教材廳函〔2023〕3號）進一步明確要加強實驗教學，強化學生動手操作實驗，將學校實驗課開設情況納入教學視導和日常督導，將實驗操作納入中考。同時，國家正在全面推進的義務教育優質均衡發展工作已經將生均教學儀器設備值（小學達到2 000元以上、初中達到2 500元以上）納入評估范圍。

要全面落實國家這些政策要求，保障實驗教學課程開齊、開足、開好，只有通過數字化管理才能為實驗教學設備的進一步配備完善提供科學決策依據，才能提升實驗教學設備管理水平，滿足新時期實驗教學工作的需要。

2" 現狀及存在問題

2.1" 教學設備管理現狀

重慶市教育信息技術與裝備中心于2012年建設了《重慶市中小學教學設備管理系統》，采用“市級、區縣兩級部署，市級、區縣、學校三級應用”的級聯模式運行至今，為全市中小學教學設備提供聯網在線管理服務，實現了對教學設備采購入庫、借還等日常管理以及差缺量和固定資產數據統計，為中小學實驗教學設備數字化管理打下了有利基礎。

2.2" 存在的主要問題

由于學校的實驗教學設備涉及小學科學、數學，中學理化生、數學、地理、通用技術等多個學科，每學科的品種數量繁多，設備入庫、入柜、借還等數據采集一般都是由實驗室管理員登錄系統人工錄入、手動完成，這種人工統計模式很難對教學設備進行全流程、高效、閉環管理，主要出現以下問題。

1）實驗教學設備由于品種多、規格多、數量大、借還頻繁等現實原因，導致實驗管理員勞動強度大。

2）實驗管理員每次入庫、入柜、借還管理全靠人工逐件登記，工作繁重，漏登、誤登甚至不登錄數據現象普遍，形成學校教學設備底數不清、資產流失風險。

3）由于學校實驗管理人員普遍年齡老化、人員待遇以及職稱評審等問題，導致管理人員責任心不強，設備管理不善，數據更新不及時，信息不準，賬物不符，在一定程度上影響實驗教學工作的正常開展。

4）個別管理員為了省事，將歸還設備隨意放置，而現有教學設備管理系統不能自動跟蹤設備存放具體位置，導致教學活動前查找困難、資產盤存或清查耗時、費力。

3" 預期效果

利用物聯網、大數據、人工智能等現代技術，對學校設備保管室、實驗室等場所進行物聯網升級改造，并充分融合區塊鏈技術對現有的中小學教學設備管理平臺功能升級，將設備管理從目前“以人為主”的設備被動管理模式，轉變為“以物為主”的設備流轉全過程數據自動采集管理模式，最終實現“一碼流轉、動態監控、風險預判、實時示警”的規范化、精細化、智能化管理效果。通過以上技術策略及建設改造，預期可以實現如下效果。

3.1" 強化使用流程的規范性

1）管理云平臺對申購、入庫、領用、歸還、維修、報廢處置等業務流程進行嚴格的定義，強制性的業務流程保障學校各部門對教學設備和實驗藥品的管理符合制度規范要求。

2）將使用申請流程與保管室和儀器柜門的開啟權關聯，實現對設備使用權的流程性監管。

3）利用RFID電子標簽對教學設備存放位置自動跟蹤，并在保管室門口安裝RFID感知系統及中控單元，為用戶快速查找或將設備歸還到指定位置提供指引服務。

4）對部分貴重設備設置借還超時提醒，避免固定資產流失。

3.2" 保障數據信息的真實性

1）綜合利用物聯網、大數據、人工智能等現代技術，利用電子標簽實現教學設備的唯一性身份識別，對管理員每次打開保管室或儀器柜門后存取設備名稱、規格、數量等信息自動感知，智能采集，實時上報，保障數據采集的實時性、精準性和真實性。

2）借助平臺數據分析功能，將管理員每次取用教學設備名稱、數量與實驗預約通知單中所需設備信息自動比對，自動生成實驗開出率，保證了實驗開出率的準確性和真實性。

3）系統實時自動生成電子臺賬，供管理人員盤存、查詢、導出。電子臺賬數據齊全，不能隨意修改，杜絕傳統手寫臺賬可能發生的漏填、賬物不符、隨意篡改等問題，保證固定資產數據的真實性。

3.3" 實現安全風險防控的智能性

1）保障教學設備、藥品儲藏的安全性。借助溫濕度和VOC等傳感裝置，對實驗設備和實驗藥品存儲環境實時監測，自動排風、自動調溫，保障教學設備存放環境符合相關要求，預防實驗設備和實驗藥品在惡劣環境下長期存放可能會出現的變質、有害氣體濃度超標以及高溫可能引發的爆炸、燃燒事故。

2）當保管室或存儲柜內部的溫度、濕度、有害氣體濃度達到臨界閾值時，系統自動觸發排風系統向室外通風或通過APP、手機短信向管理人員發出預警信息。

3）系統根據用戶填報的實驗通知單或使用申請，能實時監測用戶存取設備名稱及數量，若有違規使用行為將通過APP或手機短信向管理人員發出預警信息。

4）通過大數據分析，能對實驗藥品超期存儲、超量存儲、存量不足等問題，以APP或手機短信向管理人員發出預警信息。

5）在智能手機或手持式移動終端上，系統可以設置“顯示我的工作提醒”以及常規應用功能，并可以通過移動終端實現相關信息查詢及功能管理，例如：采購管理、庫存管理、存取信息、廢棄處置、查詢統計、隱患排查等，實現日常管理的便捷性。

4" 實施路徑

在對重慶市南岸區、沙坪壩區部分學校調研后，初步選定經濟條件較好的幾所進行試點。實施內容主要包括：將現有的教學設備管理平臺升級為數字化管理云平臺；對實驗教學設備加裝電子標簽；對學校實驗室、保管室等進行智能化改造，增加數據采集與傳輸等硬件設備，利用物聯網、大數據、人工智能等現代技術，對教學設備和實驗藥品的領用、歸還、維修、報損等設備流轉全過程生命周期數據實現自動感知、自動采集、實時上報、風險預判、實時示警、大數據分析等。

4.1" 管理平臺升級

借助區塊鏈技術對現有中小學教學設備管理平臺進行功能模塊的拓展，增加設備流轉過程數據的采集、傳輸模塊以及大數據分析模塊等，實現數據自我甄別和大數據共享，并自動生成相關分析報表或報告，以滿足學校和教育主管部門對教學設備的日常管理和數據分析要求。

4.2" 實驗器材保管室智能化改造

對實驗器材保管室進行智能化改造，能有效避免入庫、借還等管理環節用戶登錄系統手動增刪改數據可能出現的失誤，或數據采集不及時、漏登、誤登現象發生，能充分保障采集的設備數據的實時性和精準性，為大數據分析提供原始數據支撐。

具體做法是：構建物聯網環境和設備收發數據采集系統，并通過網絡與教學設備管理平臺聯網運行、在線管理、數據自動交互共享。

1）在教學設備上粘貼RFID電子標簽，實現物與物唯一性身份識別。

2）在儀器柜配備物聯網設備，在保管室門口設置智能門禁和RFID感知系統及中控單元。

3）當設備入庫或借還時，智能門禁系統可以對用戶身份權限智能識別、智能開鎖；RFID感知系統通過中控單元對設備名稱及數量信息等快速感知、自動登記、實時上報；儀器柜上配備的物聯網設備實時采集設備入柜時間及存放柜層信息等。

4）用戶可以利用云端平臺、APP、中控單位等不同智能終端快速查詢設備品種、存放位置、庫存數量等。

4.3" 實驗藥品保管室智能化改造

對實驗藥品特別是實驗危險化學品安全管理可以采用以下兩種模式。

4.3.1" 稱重臺管控模式

該模式下的多臺藥品存儲柜外置連接一個類似超市收銀臺的專用稱重裝置。藥品存儲柜一般具有溫度、濕度、VOC自動監測系統，自動通風調節系統或電控鎖系統等基礎性功能。管理人員在收發藥品時，需要通過該稱重臺上的人臉、指紋、IC卡等身份識別模塊，對其后端連接的存儲柜實現遠程智能開鎖。同時，管理員需要將粘貼有RFID標簽的藥瓶人為放置到外置稱重臺的感知區域，由系統獲取藥品名稱及重量信息后再手動點擊“確認”鍵才能完成藥品收發的全部管理登記工作。該模式下采用的RFID標簽通常為帶背膠的紙質材料，抗強酸堿腐蝕能力較弱。

4.3.2" 一體化智能柜機管理模式

該一體化智能柜機既具有溫度、濕度、VOC自動監測系統，自動通風調節系統，電控鎖系統等功能模塊，同時將計算機、網絡設備、重力傳感器、物聯網設備等集成于一體化智能柜機上，對打開藥品柜用戶的身份、收發行為、藥品名稱、藥品重量等信息，真正實現伴隨式自動感知、實時采集、實時上報、違規示警。感知重量精準度達到0.01 g，并利用傳感技術對柜存藥品的存放位置智能識別、精準定位到層到點。該模式下采用的RFID電子標簽，其外殼通常為具有極強抗腐蝕能力的PVC材料。

4.3.3" 兩種管理模式比較

通過對比試驗，稱重臺式的管理模式有一定缺陷，一體化智能柜機管理模式優勢明顯。

1）稱重臺式的管理模式需要管理人員具有高度的責任心，并能嚴格執行危化品收發管理制度。系統本身無法預防和補救工作人員忘記稱重或故意不稱重的行為，無法確保柜存藥品數量賬物相符，且紙質標簽抗腐蝕能力不強，極容易被污染或腐蝕。

2）一體化智能柜機管理模式，利用物聯網感知技術，能伴隨用戶的存取行為無感知的實時采集數據并實時上報、違規示警。該模式采集數據實時、精準，真正杜絕了危化藥品在收發存取環節可能出現的安全漏洞，且電子標簽不會被強酸強堿腐蝕。

5" 結束語

目前，重慶市南岸區、沙坪壩區的部分學校的實驗教學設備在經過數字化管理試行后，學校實驗管理人員普遍反映，勞動強度大大減輕，提高了學校教學設備的智能化管理水平，保障了數據真實性，查找設備快捷，方便學校庫存盤點和資產清查，實現了風險預判和安全實時示警，主管部門和學校管理人員滿意度明顯高于實施前。但也發現一些缺點，如初期對保管室門禁、儀器柜等的技術改造、網絡設備的添置需要花費大量成本，教學設備粘貼電子標簽的工作量相對較大，一些低值易耗品不方便貼電子標簽，數字化管理需有無線網絡的支持，這些問題將會影響實驗教學設備的數字化管理在其他學校的推廣。

中小學實驗教學設備的數字化管理是教育裝備現代化的必然趨勢，也是教育數字化轉型的必然要求。通過對學校實驗教學設備管理環境的智能化改造，完善相應管理制度，完善平臺管理和數據分析功能，可以有效地提高設備管理的水平，優化資源配置，保障學校開齊開足開好實驗課的基本要求。未來，隨著技術的不斷進步，中小學實驗教學設備的數字化管理將最終實現規范化、精細化、智能化目標。

6" 參考文獻

[1]朱茂林，丁昭蘭.中小學實驗室危化品的智能化管理[J].實驗教學與儀器，2022（3）：73-74.

[2]教育部關于加強和改進中小學實驗教學的意見[A/OL].（2019-11-29）[2023-06-21].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A06/s3321/201911/t20191128_409958.html.

[3]教育部辦公廳關于印發《基礎教育課程教學改革深化行動方案》的通知[A/OL].（2023-06-05）[2023-08-09].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A26/jcj_kcjcgh/202306/t20230601_1062380.html.