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摘要:

為了提高實驗室的開放水平、管理的精細化水平和有效利用實驗室空間、設備以及支持的能源、網絡等資源，提出了采用微信、微博等學生喜聞樂見且使用方便的網絡新媒體來實現學生的實驗室簽到和使用預約;設計了基于智能能耗傳感器等物聯網設備對計算機系統、空調系統和其他實驗室支持環境的能耗進行采集與優化控制的新型監測和管理方式;基于新媒體和物聯網技術的新型智能化、精細化的開放平臺實驗室管理機制使得實驗室的開放管理機制更適應雙/多校區的教學及科研活動管理，并且實現資源高效利用和節能減排。

關鍵詞:

微信;物聯網;精細化管理;雙校區;綠色校園

近年來隨著高校教學改革的深化，各高校不斷地探究新的實驗教學方法，高校實驗室管理和運作模式從傳統的課程教學型實驗室逐漸轉變成開放型實驗室。開放型實驗室不僅能滿足不同水平和能力的學生需求，而且提供了一個發揮個人潛能的實驗環境，從而使學生可以自主地到實驗室進行實驗研究和探索性學習，這不僅有利于發揮學生做實驗的積極性、主動性，也有利于培養學生的個性，激發學生的思維，引發他們創造的欲望，點燃他們創新火花［1］。開放型實驗室能更好地適應當前新的實驗教學模式，例如課題研究實驗教學模式，項目化實驗教學模式，競賽培養實驗教學，為學生搭建一個多元化的創新平臺，培養了學生的科研精神和團結合作精神，從而提升學生的綜合素質［2－4］。開放型實驗室建設是一個系統工程，它需要多方面的建設。實驗室開放不是時間、空間的簡單開放，也不是教學內容和儀器設備的簡單開放，實驗室開放必須有先進的管理理念和管理制度作保障［5］。在為實驗室開放提供必備經費、設備和人員保障的前提下，探索基于新媒體和物聯網的開放實驗室管理新機制，設計開放實驗室管理系統是至關重要的［6］。它可以進一步提高教學資源和設備的利用率，更能夠保障高校實驗室開放管理的順利運行，使開放型實驗室真正成為培養創新型人才的搖籃。

1當前實驗室開放和管理中的突出問題

1．1學生無法及時獲得實驗室詳細的開放信息

目前高校實驗室一般采用課程實驗預約開放時間，開放自主使用的網上預約管理方式［7］。由于網上系統信息需要及時更新和實時錄入，尤其是課程實驗時間的臨時調整變化無法及時上傳，學生無法方便地獲得實驗室的實時開放狀態和具體的空余(設備)資源情況。以天津大學為例，2015年進入雙校區運行狀態后此問題將會變得更加突出。例如，學生從實驗安排表查詢，發現某實驗室無實驗教學課程，當他從衛津路校區到津南校區，需要的設備已經被其他自主使用的同學占用了。這樣導致一方面學生白跑冤枉路，另一方面沒有預約的其他實驗室空間以及設備白白閑置。因此，需要精確的個體化的設備和資源使用情況，以及提前進行預約個體的實驗設備的信息管理和服務平臺［8］。

1．2管理者無法準確掌握具體使用情況

值班人員和實驗室管理人員僅僅能看到學生在或者不在，大致了解學生人數。但是他們缺乏對具體每個學生使用具體設備情況的信息化統計手段，缺乏對于學生的上網、使用實驗設備等情況的有效管理和統計。指導教師也無法時時獲知在開放時間段內來實驗室作實驗的學生情況。學院基本上只是按照實驗學生人數、經費情況來配置實驗室面積、設備數量和支持資源等。統計的實驗時數等是實驗室人員手工填寫的，缺乏客觀依據。通過對設備資源使用的監測和信息化統計，將大大提高實驗室管理的精細化水平，為實驗室規劃、投資效益分析等提供客觀、翔實的數據基礎。

1．3實驗室相關資源浪費嚴重，管理粗放

實驗室開放必然會加大實驗室的人員、電力、能源和設備開支。但是僅僅是粗放型開放，就會導致成本大量提升，導致資源浪費，而沒有取得相應的學生實踐能力的培養效果。以當前周一至周日全開放的某大學計算機實驗教學中心平臺實驗室為例，該實驗室有2層，使用面積300余平方米，采用了集中空調系統。從近幾年的具體使用情況看，周末或者晚上來實驗室做實驗的學生很少。但是仍然需要實驗室同時開啟幾十個無線網絡接入點等網絡設備、大量的中央空調和視頻監控等輔助設備，并且增加聘用員工，安排實驗人員長期值班，這帶來了不必要的大量能源消耗和人員經費開支。這樣的粗放型實驗室資源開放情況對于建設綠色校園、實現節能減排是非常不利的。

2物聯網和新媒體的精細化管理新機制

針對以上問題，我們提出精細化管理實驗資源，合理配置實驗設備，及時對信息收集和的新的開放實驗室管理機制［9］。研發基于能耗和其他物聯網裝置的實驗室環境能耗和設備使用管理軟件;研發及時實驗室精細化使用情況的新媒體交互系統;研發通過微博等新媒體簽到來獲得實驗室實驗設備及網絡等資源使用許可的認證和管理軟件。

2．1學生需求的精細化和實驗預約機制

目前的學生需要的信息比較單一化，往往只是簡單使用實驗室的時間信息，而且沒有對學生是否按時來使用實驗室資源進行確認和管理。新機制將學生的實驗室使用需求細化為:使用時間、使用的設備、使用的實驗室支撐資源(網絡、空調、其他輔助設備等)、需要指導人員、使用的優先級等。其中使用時間就是計劃開始使用實驗室的時刻和計劃的時間長度;使用的設備是指進行實驗的主要設備;支撐資源是為了進行該實驗需要的輔助設備和支撐環境;指導人員指是否需要特定的教師指導實驗過程;使用的優先級由新機制自動生成。學生使用的優先級主要依據的因素包括:學生的預約信譽(即以往預約的正確性、按時使用實驗室的概率);實驗室空閑設備的匹配率;實驗室支撐資源的利用率等。如果某同學預約信譽高、空閑設備和他的需要匹配，并且對實驗室輔助資源的占用少，他的使用優先級就比較高，可以有效預約到實驗室開放時間段。反之，預約信譽低、使用的設備不空閑、占用的輔助資源多的預約的優先級低。

2．2實驗室使用監測和精細化管理機制

以往實驗室只是通過門禁系統來對學生進行基本的是否進入實驗室進行管理;通過視頻監控系統來粗略地觀察實驗室是否有學生和是否安全。新機制將精細化管理學生的預約、預約的到位率、設備的具體使用情況，生成設備和實驗室的精細化監測信息。將新媒體預約與實驗室簽到系統和門禁系統結合，實現對學生是否按時使用預約資源的監測和統計，并且為上面的學生信譽機制提供簽到數據。將計算機類設備的登錄系統增加二維碼，學生即可在具體設備上簽到，和下面的能耗等傳感器配合，可以獲得準確的使用狀態信息和進行精細化設備使用率、完好率等統計，避免了后期的人工操作，提高了統計監測的實時性。

2．3實驗室支撐環境的物聯網監測和開放機制

將空調、網絡系統、視頻監控系統和高耗能的實驗設備分別增加具有網絡接口的能耗傳感器，即可實時獲得設備的能耗信息。通過非侵入式負荷分解與識別技術還可以進一步分析設備的工作狀況(空閑、低負荷、高負荷)。將實時獲得的設備能耗等信息進行分析，并且和學生簽到以及設備利用率管理系統配合，就得到了實時的開放效益評價。根據實驗室開放規則，依據設備、輔助資源的利用率和能耗等情況，來確定是否接收學生的個性化實驗室預約。這樣就可以避免為了極少數的學生，實驗室大量資源全部開放導致的浪費情況的發生。從而引導學生自主實驗預約時間集中，提高實驗室運行效率。通過學生實驗需求的精細化預約，加上門禁和新媒體簽到系統對設備和預約情況的確認與精細化管理，配合實驗室支撐環境的監測系統，就形成了靈活、高效的開放實驗室基于物聯網和新媒體的管理新機制。該機制可以有效地響應學生需求，高效利用實驗室資源，減少實驗室支撐環境和人力的浪費，促進節能減排，并且提高管理的效率和實時性。

3管理系統設計

為了實現上述管理機制，將計劃預約、及時和申請結合的新機制，并且需要考慮設備和實驗室環境的能耗、人員開銷等，建立及時收集設備、支持環境、學生使用情況的制度、方法;提出優化的開放目標，以學生使用和能耗為綜合約束條件，引導學生利用開放實驗室平臺［10］。我們設計了下面的主要管理系統。

3．1基于微信等新媒體的學生預約和簽到系統

分析微信、微博等新媒體的開發平臺、進行移動應用的學生簽到、信息交互等軟件需求分析、模型設計和快速原型開發。考慮到學生的使用習慣，并且針對學生到其他校區不方便使用電腦進行實驗預約和簽到的實際問題，開發了基于微信等新媒體的實驗室預約和簽到軟件。

3．2基于能耗傳感器的設備使用情況監測系統

對于典型設備和支持環境，增加具有網絡數據傳輸功能的能耗傳感器。對實驗室的電腦、視頻監控設備、空調、實驗臺等進行分類監測統計。通過及時的網絡監測和負荷分析模型，可以獲取設備使用情況和能耗的關系。得到不同設備的工作狀態(正常工作、待機、低功率等狀態)。為管理人員判斷開放實驗室的范圍提供基于能耗的設備有效使用率的客觀依據。

3．3實驗室資源使用授權和設備利用率統計系統

研發基于簽到的實驗室網絡等資源的授權系統，只有通過預約和有效簽到的學生才可以在指定時間內使用實驗室資源，避免學生濫用和相關人員私自對外開放。綜合簽到數據、結合分析相關類型的設備能耗數據，可以精細化地對設備的利用率進行及時統計，并且可以對實驗室整體開放效益進行及時分析。

4結語

分析了物聯網技術和新媒體技術條件下的高校實驗室開放管理機制，針對學生預約實驗和教師與管理機構管理實驗室開放過程中的突出問題，提出了基于新媒體的實驗室開放新機制。開放型實驗室采用適應雙校區的基于新媒體和物聯網的開放實驗室管理機制是實驗室開放建設的需要，更是深化高校教育改革、促進實驗教學模式改革的需要。開放實驗室管理新機制可以進一步提升實驗室的內涵式開放性，使實驗室成為創新型人才成長的沃土。

作者：羅詠梅 單位：天津大學計算機科學與技術學院

參考文獻(References):

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