杜　剛, 鄒　波， 張東霞

(1. 中國地質大學(北京)信息工程學院, 北京　100083； 2. 北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院, 北京　102442)

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基于互聯(lián)網(wǎng)的開放式創(chuàng)新實驗室工作模式的探究

杜剛1, 鄒波1， 張東霞2

(1. 中國地質大學(北京)信息工程學院, 北京100083； 2. 北京農(nóng)業(yè)職業(yè)學院, 北京102442)

通過網(wǎng)絡技術實現(xiàn)了對創(chuàng)新實驗室工位的提前預約動態(tài)管理,開發(fā)了校園一卡通實驗室門禁管理系統(tǒng)實現(xiàn)全天候開放的人員管理模式,利用RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術和視頻監(jiān)控技術實現(xiàn)對于重要實驗設備的安全監(jiān)控管理,自主研發(fā)軟件通過網(wǎng)絡拓展實驗室時空,實現(xiàn)了實驗室資源的網(wǎng)絡化管理,并提出了建設創(chuàng)新實驗室的云桌面系統(tǒng)方案,探討進一步提升創(chuàng)新平臺的質量和效率。實踐表明,通過利用互聯(lián)網(wǎng)可以提高開放式創(chuàng)新實驗室的使用效能,提高了對人員有效管理和設備使用的安全和效率。

創(chuàng)新實驗室； 實驗室網(wǎng)絡管理； 網(wǎng)絡拓展時空

在當前“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的歷史背景和機遇下,高等教育在培育創(chuàng)新精神和培養(yǎng)創(chuàng)新型人才方面肩負著特殊的使命。而高校創(chuàng)新的源頭在實驗室,實驗室是創(chuàng)新教育實施的基本條件,是培養(yǎng)創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要場所,也是學生的潛在能力得以發(fā)揮的最好場所[1-5]。創(chuàng)新實驗室在對高校學生的創(chuàng)新培養(yǎng)中扮演著重要的角色,它不僅為學生的創(chuàng)新實踐活動提供了必要的物質條件,而且也為學生實現(xiàn)其創(chuàng)新理念創(chuàng)造了一個寬松的環(huán)境[6]。

我校在2010年創(chuàng)建了服務于全校信息類相關專業(yè)的信息技術創(chuàng)新實驗室,最初是為了方便學生參加各種科技競賽而建設的,主要是對參賽的學生進行培訓。隨著創(chuàng)新實踐活動的不斷深入開展和學校對創(chuàng)新能力培養(yǎng)的越來越重視,創(chuàng)新實驗室不斷完善,并逐漸形成自己的特色。目前,創(chuàng)新實驗室面積為240 m2,擁有計算機、各種電子測試儀器設備及工具，價值共計100余萬元。實驗室擁有獨立的局域網(wǎng)絡,配置了適合學生自己動手操作、本學科及相關學科必需的常規(guī)儀器設備。實驗室除接待科技競賽小組和創(chuàng)新訓練計劃項目團隊外,也接待個人開展探索性和研究性實驗的學生。創(chuàng)新實驗室實施以學生為主的開放式管理模式。

信息技術創(chuàng)新實驗室全天候為我校大學生創(chuàng)新實踐活動開放,在時間、空間、利用率、效果等方面如何提高,是面臨的實際問題。“互聯(lián)網(wǎng)+”的理念符合互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢,也符合中國發(fā)展的實際與需要,是解決當下中國轉型與發(fā)展面臨的各種問題的最佳解決辦法?；诖死砟罘e極利用網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)等技術開展信息技術創(chuàng)新實驗室的信息平臺建設,為進一步開展好創(chuàng)新實驗室的各項工作創(chuàng)造了更好的條件。

1　利用網(wǎng)絡管理,使實驗室的時間和空間得到充分的利用

隨著大學生創(chuàng)新活動的開展,大學生的創(chuàng)新意識也在不斷提高,越來越多的學生開始積極使用信息技術創(chuàng)新實驗室平臺,但資源是有限的,利用網(wǎng)絡管理,實行了實驗室工位的預約、動態(tài)使用的管理模式。

1.1創(chuàng)新實驗室工位采用提前網(wǎng)上預約、動,態(tài)使用的管理模式

實驗室明確進入創(chuàng)新實驗室的學生只能做創(chuàng)新實踐相關的研究工作,并根據(jù)工作性質確定其使用實驗室的時長,以提高實驗室空間上的使用效率。為此實驗室教師指導大學生科技創(chuàng)新團隊自主研發(fā)了信息技術創(chuàng)新實驗室管理系統(tǒng),提升了實驗室管理的信息化水平,工位預約界面如圖1所示為實驗室。學生可以通過此系統(tǒng)提前查詢、預約短期工位,實現(xiàn)實驗室的動態(tài)使用,提高其使用效率。

圖1　信息技術創(chuàng)新實驗室管理系統(tǒng)界面

1.2開發(fā)校園一卡通實驗室門禁管理系統(tǒng),實現(xiàn)全天候的開放模式

開放式創(chuàng)新實驗教學擺脫了傳統(tǒng)封閉式實驗教學時空觀念的束縛,堅持全天候開放原則[7]。為此實驗室自主開發(fā)了基于校園一卡通的創(chuàng)新實驗室門禁管理系統(tǒng),它可以保證每周7天從早8：00到晚22：00的實驗室全天候的開放模式,以方便學生在時間上靈活自主地安排自己在實驗室的使用時間,提高實驗室的使用效率。

通過申請獲批進入創(chuàng)新實驗室做項目的學生,實驗室管理員可以給學生的“校園一卡通”身份卡進行授權,給予學生在一定時限內進入實驗室的權利,這樣學生在課余時間內可以隨時進入實驗室做實驗。學生突破了時間上的限制,實驗室管理員無論是否在實驗室,都可以進入實驗室做實驗。圖2為基于校園一卡通的實驗室門禁管理系統(tǒng)的授權界面。

圖2　基于校園一卡通的門禁管理系統(tǒng)界面

另外,實驗室門禁管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)還上傳到實驗室管理系統(tǒng),實驗室管理系統(tǒng)除具有查詢、預約工位功能外,還具有記錄和統(tǒng)計功能,為年終上報的實驗室使用人時數(shù)、使用人員分布、使用時間分布等提供科學準確的數(shù)據(jù)。同時,由于門禁系統(tǒng)的運用,實現(xiàn)了學生對實驗室的自主管理,有助于創(chuàng)新實驗室的有序開放。

2　基于物聯(lián)網(wǎng)技術的實驗室設備安全管理系統(tǒng)

創(chuàng)新實驗室沒有固定的實驗時間和嚴格的作息時間規(guī)定,所以對進入到實驗室的學生只能采用相對寬松的管理體制和運行機制；創(chuàng)新實驗室沒有固定的實驗課程,更沒有規(guī)定的實驗內容,所有實施的項目都是取決于學生自身的創(chuàng)新想法。學生的想法可謂奇思妙想,內容也千差萬別,而且科技競賽項目也各不相同,這就決定了創(chuàng)新實驗室的實驗內容的不確定性；創(chuàng)新實驗室面向所有對創(chuàng)新感興趣和參加各種科技競賽的學生,這個群體沒有固定的年級、班級和固定的專業(yè)等,人員具有較大的流動性。實驗室強調學生的主體地位,尊重學生的個性和想法。所以,在實驗室的運行管理上需要有與之相適應的運行管理模式[8-10]。

基于上述特點,實驗室管理系統(tǒng)新加入了設備安全管理的檢測功能,利用RFID等物聯(lián)網(wǎng)技術和視頻監(jiān)控技術,實現(xiàn)對于重要實驗設備的安全管理,保障實驗室設備安全。為每一臺儀器設備加貼了RFID標簽,實驗室進門處設計安裝了非接觸式設備讀取裝置,當貼有RFID標簽的設備被帶出實驗室時,安裝在實驗室門口的非接觸式設備讀取裝置就會感測到并通過實驗室管理系統(tǒng)啟動安全報警,同時啟動視頻監(jiān)控系統(tǒng)進行視頻采集,從而保證了設備的安全性,提高了設備管理水平。

3　利用互聯(lián)網(wǎng)拓展創(chuàng)新實驗室的時空,最大化地發(fā)揮其效能

在國家倡導的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大環(huán)境下,學生創(chuàng)新意識不斷提高,學生對創(chuàng)新實驗室的使用需求越來越大,但實驗室的物理時空是有限的,通過自主研發(fā)軟件,加強實驗室的網(wǎng)絡環(huán)境建設、提高優(yōu)化網(wǎng)絡硬件性能,來進一步拓展創(chuàng)新實驗室的時空,最大化地發(fā)揮其效能。

3.1自主研發(fā)軟件,通過網(wǎng)絡拓展實驗室時空

創(chuàng)新實驗室承擔著我校的ACM(國際大學生程序設計競賽)隊的競賽項目,由于學生參加踴躍,他們占用著實驗室的一大部分資源。但軟件類訓練有很多自我練習的過程,為此由教師指導大學生科技創(chuàng)新團隊獨立研發(fā)了用于教學和競賽訓練的 “程序設計類課程的在線程序測評系統(tǒng)”,如圖3為程序設計類培訓及課程的在線程序測評系統(tǒng)界面(http://acm.cugb.edu.cn)。該系統(tǒng)已成功用于C/C++語言、程序設計實習、數(shù)據(jù)結構、算法分析與設計等課程的實驗教學工作。同時,它還是校ACM隊進行日常訓練和每年舉辦的校計算機程序競賽的在線評判工具,目前系統(tǒng)已經(jīng)成功申報了軟件著作權。

圖3　程序設計類培訓及課程的在線程序測評系統(tǒng)界面

3.2實現(xiàn)實驗室資源的網(wǎng)絡化管理,提高使用效能

創(chuàng)新實驗室承擔的實驗項目多為開創(chuàng)性和探索性的,使用的儀器設備、工具和各種輔助材料等比較多而雜,具有儀器設備多樣性的特點。通過實驗室管理系統(tǒng)更新,在實驗室網(wǎng)站上可以實時顯示各硬件模塊、實驗裝置、測試儀器的相關信息、使用狀態(tài),學生可以登錄網(wǎng)站查詢、預約借用和使用,提高儀器設備的使用效率。

(1) 低值物品的預約借用。對于書籍、手冊、單片機或DSP開發(fā)板、各種傳感器模塊電路等這些低值易耗物品,學生可在網(wǎng)上預約借用(一般可借用一周),預約成功后,可向實驗室管理員登記借用,借用期間，借用人對物品完好性負責,丟失賠償。預約到實驗室工位的學生可以在實驗室里使用,沒有工位的也可把這些低值物品帶出實驗室繼續(xù)研究,既滿足了學生使用的需求,也不同程度緩解了實驗室工位的緊張,相當于拓展了實驗室的空間。

(2) 貴重物品的預約使用。對于機加工多功能小機床、鉗工操作臺、小型鉆床、PCB制版機、電子元件焊接設備、示波器、信號源等這些固定資產(chǎn),學生可在網(wǎng)上預約使用成功后,在預約時間內到實驗室使用,并要求填寫儀器設備使用記錄。這些儀器設備只能在實驗室使用,不允許外借。

3.3建設創(chuàng)新實驗室的云桌面系統(tǒng),進一步提升實驗室創(chuàng)新平臺的質量和效能

如果學生的學習實驗僅局限實驗室的物理空間,勢必阻礙教學向更廣闊的空間發(fā)展，考慮到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的未來發(fā)展方向,以及新的專業(yè)應用軟件對計算機高性能的要求,教學設備的穩(wěn)定性成為重點考慮的問題。目前實驗室的計算機使用周期短,很快就不能滿足一些軟件的運行要求,且維護的時間和成本日益增加。為了能為學生提供全方位的學習環(huán)境,滿足學生可以在實驗室和實驗室外的每一個地方都可以學習和查詢資料,充分運用新興的現(xiàn)代教育技術手段,提出了建設信息技術創(chuàng)新實驗室云桌面系統(tǒng)的申請。云桌面將為實驗室創(chuàng)新教育的發(fā)展注入新的活力,它帶來的不僅僅是教育裝備的更新,重要的是還帶來了觀念的更新,孕育著教育的跨越式發(fā)展。圖4是實驗室將建設的實驗室云桌面系統(tǒng)的拓撲圖。

圖4　云桌面方案系統(tǒng)拓撲圖

4　結語

開放性創(chuàng)新實驗室在對高校學生的創(chuàng)新培養(yǎng)中扮演著重要的角色。它不僅為學生的創(chuàng)新實踐活動提供了必要的物質條件,而且也為學生實現(xiàn)其創(chuàng)新理念創(chuàng)造了一個寬松的環(huán)境[11-12]。由于全天候的開放,學生來實驗室的時間具有不確定性；創(chuàng)新實驗室的實驗內容都是取決于學生自身的創(chuàng)新想法,也是不確定的；來實驗室的人員是不確定的,所需要的儀器設備具有多樣性的要求；加之新建實驗室的管理人員缺乏,這些都決定了開放性創(chuàng)新實驗室相比傳統(tǒng)教學實驗室有更多的人員管理和儀器設備管理的工作,這也促使我們嘗試使用基于互聯(lián)網(wǎng)的開放式創(chuàng)新實驗室工作模式。實踐證明，這種模式提高了實驗室設備和人員管理的效率,也促進了學生創(chuàng)新實踐活動的開展。通過幾年的運行實踐,實驗室在學生的學科競賽獲獎、發(fā)表文章、軟件著作權及專利申請等多方面均取得了豐碩的成果,成為我校大學生開展信息技術創(chuàng)新活動的一個綜合實踐的平臺。2015年1月，實驗室獲批“北京市校內實踐創(chuàng)新基地”建設單位。建立和完善大學生創(chuàng)新實驗室并使之正常運行,是提高學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的一種有效途徑。所以,我們還要不斷完善,在實踐中探索出更佳的創(chuàng)新實驗室運行管理模式。

References)

[1] 錢大益,余濤,曹守軍,等. 創(chuàng)新實驗室管理體制深化實驗教學改革[J].實驗室研究與探索,2009,28(3):264-267.

[2] 陳達銀.創(chuàng)新實驗室建設中幾個問題的探討[J].實驗技術與管理,2005,22(1):9-12.

[3] 田?？?羅維平.創(chuàng)新實驗室自主管理和自主學習模式探析[J].實驗技術與管理,2012,29(2):30-32.

[4] 王偉,孟祥貴,安寅.“ 創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式” 下的實驗教學改革探索[J].實驗科學與技術,2013，11(2):144-146.

[5] 鄢曉.創(chuàng)新人才培養(yǎng)研究綜述及展望[J].現(xiàn)代教育管理，2013(2)：78-82.

[6] 盧艷軍. 大學生創(chuàng)新實驗室運行管理模式的研究[J].實驗技術與管理,2014,31(12):17-19,27.

[7] 毛巍威,王興福,王仁洲，等,開放式創(chuàng)新實驗室建設的探索與實踐[J].大學物理實驗,2015,28(4):122-124.

[8] 教育部.教育部關于全面提高教育質量的若干意見: 教高[2012]4號[Z].2012.

[9] 劉得軍.建設開放性實驗室加強學生電子設計能力的培養(yǎng)[J].理工高教研究,2004(2) :109-110.

[10] 李萬臣,王松武.開放式電子設計實驗室的建設和運作[J].電氣電子教學學報,2000(2):57-59.

[11] 袁貴仁.在“高等學校創(chuàng)新能力提升計劃”工和部署視頻會上的講話[N].中國教育報，2012-05-11(1).

[12] 杜占元.準確把握要求精心做好“2011計劃”啟動工作[J].中國高等教育，2012(11):18-19.

Exploration of operating mode in open-innovation laboratory based on Internet

Du Gang1, Zou Bo1, Zhang Dongxia2

(1. College of Information Engineering,China University of Geosciences Beijing,Beijing 100083,China;2. Beijing Vocational College of Agriculture,Beijing 102442,China)

The network technique makes the dynamic management of the open-innovation laboratory workstation reservation available. In virtue of campus-card access control system in the laboratory, the laboratory is all-weather open to the staff. The important experimental facilities can be supervised to ensure the security by making use of the Internet of things technology and video monitoring technology like RFID. This paper researches and develops the software to widen the space-time of laboratory and realize the network-based management of laboratory resources,in addition, puts forward the project of “Cloud Desktop” in innovation laboratory and makes the discussion of improving the quality and efficiency of innovation platform further. The practice shows that the Internet can enhance the application performance of innovation laboratory, and improve the security and efficiency of facilities and the effective staff management.

innovation laboratory; network-based management of laboratory; Internet widening the space-time

DOI:10.16791/j.cnki.sjg.2016.06.006

2016-01-27

中國地質大學(北京)“基于學科競賽激勵的創(chuàng)新學習平臺構建”(JGYB201407)

杜剛(1964—)，男，河北，博士，副教授，信息技術創(chuàng)新實驗室主任，研究方向為控制科學與工程.

E-mail:dugang@cugb.edu.cn

G482

B

1002-4956(2016)6-0017-04