諶 頏，張袖斌，鐘 貴，吳曉霞

（廣州科技貿(mào)易職業(yè)學(xué)院 廣東 廣州 511442）

0 引言

為進(jìn)一步助力我國教育行業(yè)向信息化方向發(fā)展，為社會培育出更多具備創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的新型建設(shè)性人才，國家教育部門聯(lián)合其他部門頒布了一連串的政策及產(chǎn)業(yè)扶持政策性文件，對于學(xué)生，更為嚴(yán)格要求其動手實(shí)踐能力，因此各大高校，都在不斷加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)室建設(shè)。智慧化實(shí)訓(xùn)室建設(shè)方案的提出為我國各大高校實(shí)現(xiàn)智能化教學(xué)管理奠定扎實(shí)的條件基礎(chǔ)。

1 智慧實(shí)訓(xùn)室

隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用普及，原始的實(shí)訓(xùn)室設(shè)備配置已經(jīng)無法滿足當(dāng)前教學(xué)需要，尤其在學(xué)生實(shí)訓(xùn)方面達(dá)不到理想的管理效果。建立智慧實(shí)訓(xùn)室是運(yùn)用射頻識別（radio frequency identification，RFID）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)高校實(shí)訓(xùn)室的智能化管理，其具體管理的內(nèi)容包含設(shè)備管理、視頻監(jiān)控、用電管理、物聯(lián)網(wǎng)綜合體驗(yàn)系統(tǒng)管理等，其借助物聯(lián)網(wǎng)平臺靈活統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)服務(wù)器，達(dá)到遠(yuǎn)程式授權(quán)訪問、線上交流學(xué)習(xí)及遠(yuǎn)程點(diǎn)播等。首先憑借智慧實(shí)訓(xùn)室多元的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可以使相同實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目在不同設(shè)備上完成。另外，由于原始的實(shí)訓(xùn)室設(shè)備功能單一，其軟件又受限的緣故，往往不能達(dá)到學(xué)生實(shí)訓(xùn)要求，而智慧實(shí)訓(xùn)室的建構(gòu)能夠創(chuàng)建出多元的實(shí)訓(xùn)環(huán)境，滿足學(xué)生的實(shí)訓(xùn)需求。其次陳舊的實(shí)訓(xùn)室設(shè)備無法實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生的實(shí)訓(xùn)情況，但智慧實(shí)訓(xùn)室兼?zhèn)涞谋O(jiān)控功能卻可以將此類問題成功解決。最后在原始的實(shí)訓(xùn)室也不能進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問，因而無法保證對教育資源的充分利用，但智慧實(shí)訓(xùn)室卻恰恰相反[1]。

2 智慧實(shí)訓(xùn)室功能和構(gòu)建原則

2.1 智慧實(shí)訓(xùn)室的功能

（1）實(shí)訓(xùn)室管理：在所有管理權(quán)限中權(quán)利最高，它可以實(shí)現(xiàn)實(shí)訓(xùn)設(shè)備的管理，且需要獲取管理權(quán)限。在實(shí)訓(xùn)管理中，也可以分配相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)；

（2）實(shí)訓(xùn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)管：教師可借此獲取到學(xué)生的實(shí)時(shí)實(shí)訓(xùn)進(jìn)度及學(xué)生行為信息；

（3）業(yè)余學(xué)習(xí)管理：因?qū)W生上機(jī)時(shí)間有限的緣故，他們可以利用課余時(shí)間登錄實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)。

2.2 智慧實(shí)訓(xùn)室的構(gòu)建原則

（1）兼容性：首先可持續(xù)對原始實(shí)訓(xùn)設(shè)備的使用權(quán)限，且維持原始框架不發(fā)生變化；其次實(shí)現(xiàn)實(shí)操界面的圖形化管理，可直接用瀏覽器登錄系統(tǒng)；

（2）易管理性：不同組別之間不產(chǎn)生任何影響，且同時(shí)維持設(shè)備相對獨(dú)立，教師也可實(shí)時(shí)登錄系統(tǒng)指導(dǎo)學(xué)生；

（3）可擴(kuò)展性：要求實(shí)訓(xùn)室設(shè)備需具備可擴(kuò)展性，系統(tǒng)需要跟隨技術(shù)優(yōu)化進(jìn)行升級，預(yù)留新設(shè)備的接入接口[2]。

3 智慧實(shí)訓(xùn)室的建構(gòu)

3.1 設(shè)備感知層

以物聯(lián)網(wǎng)及智能感應(yīng)技術(shù)為基礎(chǔ)，使用IC 卡及射頻標(biāo)簽，并結(jié)合應(yīng)用各種傳感器標(biāo)識或二維碼、攝像機(jī)實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測信息，同時(shí)完成各類實(shí)驗(yàn)信息的感知和識別采集，用采集到的信息通過智能途徑提前預(yù)測其發(fā)展規(guī)律。實(shí)訓(xùn)室感知層主要包括多媒體設(shè)備、二維碼、空調(diào)與新風(fēng)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、照明系統(tǒng)RFID 標(biāo)簽、各種類型的傳感器（CO2濃度及水浸傳感器、設(shè)備盤點(diǎn)與統(tǒng)計(jì)、溫濕度及有害氣體濃度傳感器）等。比如用攝像頭或智能錄像設(shè)備實(shí)現(xiàn)刷卡或感知考勤，也可以借助各種傳感器來采集實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程視頻以及全過程監(jiān)控實(shí)訓(xùn)室動態(tài)安全等。

3.2 智能控制層

于智控單元而言，其功能兼?zhèn)渲悄苄畔⑻幚砗头答?、智能控制決策及精準(zhǔn)控制等，此作為實(shí)訓(xùn)室的核心系統(tǒng)，也可以借助物聯(lián)網(wǎng)實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)與互聯(lián)網(wǎng)協(xié)同建構(gòu)形成智能控制終端系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)各類管理指令。智控層包含智能電源控制系統(tǒng)和多媒體智能控制系統(tǒng)及實(shí)訓(xùn)室智能中控系統(tǒng)三類設(shè)備[3]。

3.3 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要作用是將實(shí)訓(xùn)室內(nèi)的硬件設(shè)施和軟件平臺，以及一些必備的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備互相聯(lián)通起來，便于人與人、人與機(jī)、機(jī)與機(jī)之間的信息傳輸，也可以為信息傳輸?shù)倪^程提供優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、持續(xù)服務(wù)會話、感知接入和傳輸數(shù)據(jù)等。其主要關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)包括無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)以及有線網(wǎng)絡(luò)等，用于協(xié)調(diào)各種網(wǎng)絡(luò)之間的關(guān)系，保證信息與物理空間的無縫對接與全面聯(lián)通。

3.4 服務(wù)層

應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)發(fā)掘一系列數(shù)據(jù)資源的同時(shí)可以建構(gòu)起統(tǒng)一化的、共享的、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)之間相互融合性質(zhì)的服務(wù)平臺，以避免各學(xué)院及應(yīng)用系統(tǒng)間出現(xiàn)“信息孤島”問題?；A(chǔ)服務(wù)流程具體包含了身份認(rèn)證、集中統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺、虛擬桌面、云計(jì)算和云存儲、服務(wù)器集群、發(fā)數(shù)據(jù)挖掘等、直播和錄播等。

3.5 業(yè)務(wù)應(yīng)用層與用戶層

該環(huán)節(jié)是建立起一個(gè)能夠綜合實(shí)現(xiàn)智能化教學(xué)管理、智能化資源管理、智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與智能化環(huán)境監(jiān)控的集成化開放式實(shí)訓(xùn)室管理系統(tǒng)，同時(shí)完成實(shí)訓(xùn)室評估建設(shè)工作及實(shí)訓(xùn)室教學(xué)質(zhì)量數(shù)據(jù)監(jiān)管工作。按照學(xué)校實(shí)際需求基于“業(yè)務(wù)支撐平臺”靈活拓展應(yīng)用模塊，盡量滿足包括實(shí)驗(yàn)中心、學(xué)校及師生等各方之間的使用和管理要求，減少資源浪費(fèi)。

3.6 智慧實(shí)訓(xùn)室運(yùn)作機(jī)制

實(shí)訓(xùn)室相關(guān)信息安全管理標(biāo)準(zhǔn)及管理機(jī)制于智慧實(shí)訓(xùn)室層級架構(gòu)中發(fā)揮著重要作用。實(shí)訓(xùn)室安全管理體系涉及實(shí)訓(xùn)室實(shí)體安全和運(yùn)行安全及信息安全等各方面。而實(shí)訓(xùn)室實(shí)操中需要在原有的技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上，建立健全統(tǒng)一化、標(biāo)準(zhǔn)化的工作管理體系，理論與實(shí)踐的相互統(tǒng)一，更有益于智慧實(shí)訓(xùn)室管理[4]。

4 智慧實(shí)訓(xùn)室構(gòu)建路徑選擇

4.1 實(shí)訓(xùn)室綜合管理系統(tǒng)

實(shí)訓(xùn)室綜合管理系統(tǒng)于實(shí)訓(xùn)室規(guī)范化建設(shè)和信息化運(yùn)行過程中，肩負(fù)了包括實(shí)訓(xùn)室開放式管理、低值品及耗材管理、項(xiàng)目采購管理、實(shí)訓(xùn)室教學(xué)管理在內(nèi)的所有軟件模塊數(shù)據(jù)信息的管理。

4.1.1 實(shí)訓(xùn)室教學(xué)管理

實(shí)訓(xùn)室教學(xué)管理涉及實(shí)訓(xùn)室的課程排課、人員考勤、課時(shí)統(tǒng)計(jì)、實(shí)驗(yàn)成績等。管理人員可借助智慧化排課系統(tǒng)結(jié)合實(shí)際需求合理安排實(shí)訓(xùn)室的課程輪班時(shí)間，并制作相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)室課程表，派發(fā)到各任課教師及實(shí)訓(xùn)室管理員與學(xué)生手里。另外可結(jié)合教育管理及門禁管理系統(tǒng)，借校園一卡通讀取對應(yīng)學(xué)生信息，職能劃分，批次分組安排及開展考勤簽到，實(shí)時(shí)跟蹤實(shí)訓(xùn)室的上課過程并對相應(yīng)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)匯總等。

4.1.2 實(shí)訓(xùn)室開放管理

以學(xué)生為實(shí)訓(xùn)室資源使用主體，開放師生使用實(shí)訓(xùn)室的時(shí)間和空間，師生可自主選擇授課時(shí)間，以便于打破傳統(tǒng)集中化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，奠定良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)條件。

所謂開放實(shí)訓(xùn)室針對的開放對象包括一些實(shí)訓(xùn)室內(nèi)的大型儀器設(shè)備、實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目或是自主訓(xùn)練模式等，操作流程包括預(yù)約前期的管理、培訓(xùn)過程中的管理、實(shí)驗(yàn)中的管理及實(shí)驗(yàn)后的管理。全面啟動安全準(zhǔn)入、培訓(xùn)管理及信譽(yù)積分等三項(xiàng)核心保障體制，保證實(shí)訓(xùn)室有序運(yùn)行。

實(shí)踐操作過程需具體包含實(shí)訓(xùn)室資源公示、信息預(yù)約、約定開放時(shí)間及制度條例、培訓(xùn)學(xué)習(xí)考核、安全準(zhǔn)入等。需要在預(yù)約前先進(jìn)行安全準(zhǔn)入及培訓(xùn)檢測，完成后再予以提交當(dāng)次預(yù)約。遵循先約先用的原則進(jìn)行預(yù)約管理，預(yù)約之前需要先通過審批，最后公開實(shí)訓(xùn)室的預(yù)約狀態(tài)。管理實(shí)訓(xùn)室的過程中要對人員的身份信息確認(rèn)，在采集信息之后保證每一位出入人員都得到授權(quán)。此外，管理人員能夠及時(shí)獲取到實(shí)訓(xùn)室預(yù)約人員的實(shí)時(shí)信息及實(shí)際使用人的具體信息監(jiān)測情況，并且實(shí)時(shí)監(jiān)控儀器電源及視頻動態(tài)。結(jié)束實(shí)訓(xùn)后按照管理人員的使用情況給予使用人相應(yīng)的信譽(yù)積分，實(shí)訓(xùn)室管理人員可靈活查詢儀器的使用情況及實(shí)訓(xùn)室監(jiān)控信息。

4.1.3 儀器設(shè)備管理

設(shè)備設(shè)施的管理信息內(nèi)容需包含設(shè)備圖片的型號規(guī)格、編號及名稱、廠家、經(jīng)費(fèi)來源、價(jià)值及數(shù)量信息等，借助RFID物聯(lián)網(wǎng)軟硬件集成系統(tǒng)對全周期包括維管使用、資產(chǎn)入庫、盤點(diǎn)領(lǐng)用、清理調(diào)撥在內(nèi)的各流程實(shí)施精細(xì)化管理。監(jiān)控信息會在綜合性監(jiān)管平臺上實(shí)時(shí)顯示出來，比如顯示“實(shí)驗(yàn)中”“空閑中”“維護(hù)中”“未啟用”“故障中”等。在后臺將自儀器購買之日起的所有使用信息全部詳細(xì)記錄下來，更利于為后期提供相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)室建設(shè)及設(shè)備采購參數(shù)，并且充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)技術(shù)的作用，提供真實(shí)有效的設(shè)備申購、更新及維護(hù)決策數(shù)據(jù)依據(jù)。

4.1.4 項(xiàng)目與采購管理

以往的項(xiàng)目申報(bào)與設(shè)備采購紙質(zhì)資料較多，且流程復(fù)雜，除了會影響項(xiàng)目落成效率，還會使項(xiàng)目執(zhí)行難度系數(shù)增加，同時(shí)，學(xué)校在監(jiān)管上也很難做到位。此環(huán)節(jié)需要借助云計(jì)算及大數(shù)據(jù)或電商技術(shù)，建立起一個(gè)一站式的項(xiàng)目申報(bào)與設(shè)備采購平臺，平臺實(shí)操流程應(yīng)該包含實(shí)訓(xùn)室及實(shí)訓(xùn)內(nèi)容項(xiàng)目的預(yù)約申請、立項(xiàng)、采購及采購受理申請及項(xiàng)目采購動態(tài)及后期建賬報(bào)銷、外貿(mào)合同執(zhí)行等流程內(nèi)容，旨在能夠有效提升實(shí)訓(xùn)室的實(shí)際管理水平，幫助教師加快以往申請、申購、建賬或程序報(bào)銷的環(huán)節(jié)[5]。

4.2 高清視頻示教系統(tǒng)

受實(shí)操現(xiàn)場條件限制，一些學(xué)生在實(shí)訓(xùn)中往往看不清實(shí)操過程。高清視頻實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)利用高配置攝像機(jī)將整個(gè)實(shí)訓(xùn)過程記錄下來，保證每個(gè)學(xué)生都能看清楚實(shí)操過程。系統(tǒng)可自動完成實(shí)訓(xùn)室登記及整個(gè)實(shí)操過程的精細(xì)化記錄工作，其功能包括同步直播、視頻錄制示范、自主學(xué)習(xí)等。應(yīng)用示范視頻錄制功能，可由多視角或通過多路視頻（特寫、課件、全景視頻）對教師的示范性動作進(jìn)行錄像，然后把教學(xué)過程的記錄視頻傳輸至資源平臺上。此外，系統(tǒng)可以在平臺上通過各種路徑同步直播高清畫面，局域網(wǎng)用戶及因特網(wǎng)用戶均能夠收看視頻信息。實(shí)訓(xùn)室通常會配置觸控一體機(jī)，此時(shí)可借此回播實(shí)錄實(shí)驗(yàn)過程，以便于學(xué)生展開自主學(xué)習(xí)或是借此將高清實(shí)訓(xùn)室的實(shí)驗(yàn)示范演示同步直播出來。在開房實(shí)驗(yàn)中對本地畫面進(jìn)行實(shí)時(shí)直播，并將實(shí)操過程記錄下來，可回放或進(jìn)行自我診斷。學(xué)生可以自行拍攝實(shí)訓(xùn)視頻并將其上傳至平臺，之后由教師予以評價(jià)或由學(xué)生推薦。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)、見習(xí)、實(shí)習(xí)和實(shí)訓(xùn)都是借交互系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)又能保證低成本、高效率并且高頻次地完成教學(xué)活動。本項(xiàng)目環(huán)節(jié)分為主講端與互動端兩個(gè)部分。主講端負(fù)責(zé)的是示范演講和遠(yuǎn)端畫面，互動端則主要負(fù)責(zé)通過遠(yuǎn)程途徑進(jìn)行現(xiàn)場講解或播放全景畫面，以便能夠通過聲像互動實(shí)現(xiàn)雙向視頻互動。針對示范室與交互室的任意教學(xué)流程而言，他們都是在場景采集軟件的實(shí)錄條件下發(fā)布至智慧實(shí)訓(xùn)平臺來展開高質(zhì)量的教學(xué)實(shí)驗(yàn)演示[6]。

4.3 實(shí)訓(xùn)室硬件管理平臺

4.3.1 多媒體演示系統(tǒng)

在現(xiàn)代化智慧實(shí)訓(xùn)室建設(shè)工作中，多媒體演示系統(tǒng)屬于一種必備實(shí)驗(yàn)教學(xué)工具手段，包括中央控制系統(tǒng)、投影設(shè)備、計(jì)算機(jī)、數(shù)字視頻展示臺、觸控一體機(jī)、影音設(shè)備、投影幕、投影設(shè)備等。于中控系統(tǒng)而言，其可以借助TCP/IP 之間的協(xié)議來實(shí)現(xiàn)多媒體設(shè)備終端的集中控制，且同時(shí)也可以運(yùn)用配套的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管平臺從外部連接多媒體設(shè)備以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，另外它的核心功能包括一鍵開啟和關(guān)閉、設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控（包括燈泡使用狀態(tài)監(jiān)控、狀態(tài)監(jiān)控、被盜報(bào)警監(jiān)控和異常提醒監(jiān)控等）、升降幕布及投影機(jī)信號輸入切換等，它可以監(jiān)控多媒體設(shè)備的實(shí)時(shí)應(yīng)用狀態(tài)，也可以及時(shí)發(fā)覺設(shè)備故障問題，以確保實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的動態(tài)化、智能化監(jiān)管，助力設(shè)備系統(tǒng)維管。

4.3.2 智能電源控制系統(tǒng)

借助實(shí)時(shí)管理平臺，智能電源控制系統(tǒng)可以做到電源的集中化管控。在時(shí)序電源開啟狀態(tài)下，可以避免因多設(shè)備一同開啟導(dǎo)致的短時(shí)間大電流供電帶來的沖擊，即時(shí)對各個(gè)電路的實(shí)時(shí)電源和電流及電壓通斷狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，以便于靈活掌握設(shè)備的實(shí)時(shí)用電環(huán)境和用電狀態(tài)，確保設(shè)備安全運(yùn)行；主輔雙電源模塊運(yùn)行，只要電源模塊有故障出現(xiàn)，系統(tǒng)就會自動切換至電源模塊，杜絕因前端終端間斷設(shè)備供電的情況出現(xiàn)，保障設(shè)備安全運(yùn)行；可通過電路能耗對各路設(shè)備的實(shí)際耗電狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，以實(shí)現(xiàn)節(jié)電的目標(biāo)[7]。

4.3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備中央控制系統(tǒng)

運(yùn)用通用且專用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中央控制系統(tǒng)及其對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、服務(wù)器等實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)連接，完成數(shù)據(jù)的接收及控制策略的下發(fā)，對相應(yīng)信息進(jìn)行儲存，同時(shí)將設(shè)備運(yùn)行過程中關(guān)聯(lián)到的包括開關(guān)時(shí)間、使用人或者所在院系等信息實(shí)時(shí)記錄下來，此外將本地實(shí)操記錄信息或與之相匹配的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確記錄下來，最后傳輸至服務(wù)器，再交給個(gè)人存儲空間進(jìn)行儲存，形成一體化的數(shù)據(jù)管控系統(tǒng)。

4.3.4 實(shí)訓(xùn)室綜合物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)

憑借傳感技術(shù)、智能技術(shù)、消防系統(tǒng)、各種傳感器系統(tǒng)、安全監(jiān)控、門禁系統(tǒng)、射頻識別技術(shù)等，實(shí)訓(xùn)室綜合物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)開放式預(yù)約管理、身份識別及出入安全管理，對所有人的出入情況進(jìn)行詳細(xì)記錄[8]。匹配實(shí)訓(xùn)室各視頻采集設(shè)備，建立安全有效的實(shí)訓(xùn)室監(jiān)管體系，提高實(shí)訓(xùn)室安全系數(shù)。IP 對講系統(tǒng)能夠劃分不同通道進(jìn)行廣播對講，且能夠?qū)崟r(shí)收聽實(shí)訓(xùn)室內(nèi)的聲音，與視頻協(xié)調(diào)進(jìn)行全面監(jiān)控。通過對講設(shè)備和身在實(shí)訓(xùn)室里的教師進(jìn)行對話，同時(shí)也可以發(fā)出請求指導(dǎo)或援助信息?？赏ㄟ^傳感器對實(shí)訓(xùn)室內(nèi)的溫濕度、照明、水油疏漏情況、消防系統(tǒng)及空調(diào)、新風(fēng)機(jī)或空氣質(zhì)量等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，由中控系統(tǒng)例行發(fā)出實(shí)時(shí)報(bào)警命令，包括語音報(bào)警、Email 報(bào)警和短信報(bào)警，且可以借助實(shí)訓(xùn)室內(nèi)配置的各類開關(guān)避開所有安全隱患。

5 結(jié)語

綜上所述，實(shí)訓(xùn)是高校教學(xué)過程中的一部分重要內(nèi)容，也是當(dāng)今社會高素質(zhì)人才輸出的必備環(huán)節(jié)。高校智慧實(shí)訓(xùn)室的提出和建立，進(jìn)一步為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)性條件，不僅如此，它也為教師和學(xué)生搭建起了一個(gè)可以共同互動交流的平臺，更有助于提高后續(xù)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和教學(xué)效率。