基于互联网的开放式创新实验室工作模式的探究

杜　刚, 邹　波， 张东霞

(1. 中国地质大学(北京)信息工程学院, 北京　100083； 2. 北京农业职业学院, 北京　102442)



基于互联网的开放式创新实验室工作模式的探究

杜刚1, 邹波1， 张东霞2

(1. 中国地质大学(北京)信息工程学院, 北京100083； 2. 北京农业职业学院, 北京102442)

通过网络技术实现了对创新实验室工位的提前预约动态管理,开发了校园一卡通实验室门禁管理系统实现全天候开放的人员管理模式,利用RFID等物联网技术和视频监控技术实现对于重要实验设备的安全监控管理,自主研发软件通过网络拓展实验室时空,实现了实验室资源的网络化管理,并提出了建设创新实验室的云桌面系统方案,探讨进一步提升创新平台的质量和效率。实践表明,通过利用互联网可以提高开放式创新实验室的使用效能,提高了对人员有效管理和设备使用的安全和效率。

创新实验室； 实验室网络管理； 网络拓展时空

在当前“大众创业、万众创新”的历史背景和机遇下,高等教育在培育创新精神和培养创新型人才方面肩负着特殊的使命。而高校创新的源头在实验室,实验室是创新教育实施的基本条件,是培养创新思维和创新能力的重要场所,也是学生的潜在能力得以发挥的最好场所[1-5]。创新实验室在对高校学生的创新培养中扮演着重要的角色,它不仅为学生的创新实践活动提供了必要的物质条件,而且也为学生实现其创新理念创造了一个宽松的环境[6]。

我校在2010年创建了服务于全校信息类相关专业的信息技术创新实验室,最初是为了方便学生参加各种科技竞赛而建设的,主要是对参赛的学生进行培训。随着创新实践活动的不断深入开展和学校对创新能力培养的越来越重视,创新实验室不断完善,并逐渐形成自己的特色。目前,创新实验室面积为240 m2,拥有计算机、各种电子测试仪器设备及工具，价值共计100余万元。实验室拥有独立的局域网络,配置了适合学生自己动手操作、本学科及相关学科必需的常规仪器设备。实验室除接待科技竞赛小组和创新训练计划项目团队外,也接待个人开展探索性和研究性实验的学生。创新实验室实施以学生为主的开放式管理模式。

信息技术创新实验室全天候为我校大学生创新实践活动开放,在时间、空间、利用率、效果等方面如何提高,是面临的实际问题。“互联网+”的理念符合互联网发展趋势,也符合中国发展的实际与需要,是解决当下中国转型与发展面临的各种问题的最佳解决办法。基于此理念积极利用网络、物联网等技术开展信息技术创新实验室的信息平台建设,为进一步开展好创新实验室的各项工作创造了更好的条件。

1　利用网络管理,使实验室的时间和空间得到充分的利用

随着大学生创新活动的开展,大学生的创新意识也在不断提高,越来越多的学生开始积极使用信息技术创新实验室平台,但资源是有限的,利用网络管理,实行了实验室工位的预约、动态使用的管理模式。

1.1创新实验室工位采用提前网上预约、动,态使用的管理模式

实验室明确进入创新实验室的学生只能做创新实践相关的研究工作,并根据工作性质确定其使用实验室的时长,以提高实验室空间上的使用效率。为此实验室教师指导大学生科技创新团队自主研发了信息技术创新实验室管理系统,提升了实验室管理的信息化水平,工位预约界面如图1所示为实验室。学生可以通过此系统提前查询、预约短期工位,实现实验室的动态使用,提高其使用效率。

图1　信息技术创新实验室管理系统界面

1.2开发校园一卡通实验室门禁管理系统,实现全天候的开放模式

开放式创新实验教学摆脱了传统封闭式实验教学时空观念的束缚,坚持全天候开放原则[7]。为此实验室自主开发了基于校园一卡通的创新实验室门禁管理系统,它可以保证每周7天从早8：00到晚22：00的实验室全天候的开放模式,以方便学生在时间上灵活自主地安排自己在实验室的使用时间,提高实验室的使用效率。

通过申请获批进入创新实验室做项目的学生,实验室管理员可以给学生的“校园一卡通”身份卡进行授权,给予学生在一定时限内进入实验室的权利,这样学生在课余时间内可以随时进入实验室做实验。学生突破了时间上的限制,实验室管理员无论是否在实验室,都可以进入实验室做实验。图2为基于校园一卡通的实验室门禁管理系统的授权界面。

图2　基于校园一卡通的门禁管理系统界面

另外,实验室门禁管理系统的数据还上传到实验室管理系统,实验室管理系统除具有查询、预约工位功能外,还具有记录和统计功能,为年终上报的实验室使用人时数、使用人员分布、使用时间分布等提供科学准确的数据。同时,由于门禁系统的运用,实现了学生对实验室的自主管理,有助于创新实验室的有序开放。

2　基于物联网技术的实验室设备安全管理系统

创新实验室没有固定的实验时间和严格的作息时间规定,所以对进入到实验室的学生只能采用相对宽松的管理体制和运行机制；创新实验室没有固定的实验课程,更没有规定的实验内容,所有实施的项目都是取决于学生自身的创新想法。学生的想法可谓奇思妙想,内容也千差万别,而且科技竞赛项目也各不相同,这就决定了创新实验室的实验内容的不确定性；创新实验室面向所有对创新感兴趣和参加各种科技竞赛的学生,这个群体没有固定的年级、班级和固定的专业等,人员具有较大的流动性。实验室强调学生的主体地位,尊重学生的个性和想法。所以,在实验室的运行管理上需要有与之相适应的运行管理模式[8-10]。

基于上述特点,实验室管理系统新加入了设备安全管理的检测功能,利用RFID等物联网技术和视频监控技术,实现对于重要实验设备的安全管理,保障实验室设备安全。为每一台仪器设备加贴了RFID标签,实验室进门处设计安装了非接触式设备读取装置,当贴有RFID标签的设备被带出实验室时,安装在实验室门口的非接触式设备读取装置就会感测到并通过实验室管理系统启动安全报警,同时启动视频监控系统进行视频采集,从而保证了设备的安全性,提高了设备管理水平。

3　利用互联网拓展创新实验室的时空,最大化地发挥其效能

在国家倡导的创新创业大环境下,学生创新意识不断提高,学生对创新实验室的使用需求越来越大,但实验室的物理时空是有限的,通过自主研发软件,加强实验室的网络环境建设、提高优化网络硬件性能,来进一步拓展创新实验室的时空,最大化地发挥其效能。

3.1自主研发软件,通过网络拓展实验室时空

创新实验室承担着我校的ACM(国际大学生程序设计竞赛)队的竞赛项目,由于学生参加踊跃,他们占用着实验室的一大部分资源。但软件类训练有很多自我练习的过程,为此由教师指导大学生科技创新团队独立研发了用于教学和竞赛训练的 “程序设计类课程的在线程序测评系统”,如图3为程序设计类培训及课程的在线程序测评系统界面(http://acm.cugb.edu.cn)。该系统已成功用于C/C++语言、程序设计实习、数据结构、算法分析与设计等课程的实验教学工作。同时,它还是校ACM队进行日常训练和每年举办的校计算机程序竞赛的在线评判工具,目前系统已经成功申报了软件著作权。

图3　程序设计类培训及课程的在线程序测评系统界面

3.2实现实验室资源的网络化管理,提高使用效能

创新实验室承担的实验项目多为开创性和探索性的,使用的仪器设备、工具和各种辅助材料等比较多而杂,具有仪器设备多样性的特点。通过实验室管理系统更新,在实验室网站上可以实时显示各硬件模块、实验装置、测试仪器的相关信息、使用状态,学生可以登录网站查询、预约借用和使用,提高仪器设备的使用效率。

(1) 低值物品的预约借用。对于书籍、手册、单片机或DSP开发板、各种传感器模块电路等这些低值易耗物品,学生可在网上预约借用(一般可借用一周),预约成功后,可向实验室管理员登记借用,借用期间，借用人对物品完好性负责,丢失赔偿。预约到实验室工位的学生可以在实验室里使用,没有工位的也可把这些低值物品带出实验室继续研究,既满足了学生使用的需求,也不同程度缓解了实验室工位的紧张,相当于拓展了实验室的空间。

(2) 贵重物品的预约使用。对于机加工多功能小机床、钳工操作台、小型钻床、PCB制版机、电子元件焊接设备、示波器、信号源等这些固定资产,学生可在网上预约使用成功后,在预约时间内到实验室使用,并要求填写仪器设备使用记录。这些仪器设备只能在实验室使用,不允许外借。

3.3建设创新实验室的云桌面系统,进一步提升实验室创新平台的质量和效能

如果学生的学习实验仅局限实验室的物理空间,势必阻碍教学向更广阔的空间发展，考虑到创新创业教育的未来发展方向,以及新的专业应用软件对计算机高性能的要求,教学设备的稳定性成为重点考虑的问题。目前实验室的计算机使用周期短,很快就不能满足一些软件的运行要求,且维护的时间和成本日益增加。为了能为学生提供全方位的学习环境,满足学生可以在实验室和实验室外的每一个地方都可以学习和查询资料,充分运用新兴的现代教育技术手段,提出了建设信息技术创新实验室云桌面系统的申请。云桌面将为实验室创新教育的发展注入新的活力,它带来的不仅仅是教育装备的更新,重要的是还带来了观念的更新,孕育着教育的跨越式发展。图4是实验室将建设的实验室云桌面系统的拓扑图。

图4　云桌面方案系统拓扑图

4　结语

开放性创新实验室在对高校学生的创新培养中扮演着重要的角色。它不仅为学生的创新实践活动提供了必要的物质条件,而且也为学生实现其创新理念创造了一个宽松的环境[11-12]。由于全天候的开放,学生来实验室的时间具有不确定性；创新实验室的实验内容都是取决于学生自身的创新想法,也是不确定的；来实验室的人员是不确定的,所需要的仪器设备具有多样性的要求；加之新建实验室的管理人员缺乏,这些都决定了开放性创新实验室相比传统教学实验室有更多的人员管理和仪器设备管理的工作,这也促使我们尝试使用基于互联网的开放式创新实验室工作模式。实践证明，这种模式提高了实验室设备和人员管理的效率,也促进了学生创新实践活动的开展。通过几年的运行实践,实验室在学生的学科竞赛获奖、发表文章、软件著作权及专利申请等多方面均取得了丰硕的成果,成为我校大学生开展信息技术创新活动的一个综合实践的平台。2015年1月，实验室获批“北京市校内实践创新基地”建设单位。建立和完善大学生创新实验室并使之正常运行,是提高学生的创新意识和创新能力的一种有效途径。所以,我们还要不断完善,在实践中探索出更佳的创新实验室运行管理模式。

References)

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[6] 卢艳军. 大学生创新实验室运行管理模式的研究[J].实验技术与管理,2014,31(12):17-19,27.

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[12] 杜占元.准确把握要求精心做好“2011计划”启动工作[J].中国高等教育，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

中国地质大学(北京)“基于学科竞赛激励的创新学习平台构建”(JGYB201407)

杜刚(1964—)，男，河北，博士，副教授，信息技术创新实验室主任，研究方向为控制科学与工程.

E-mail:dugang@cugb.edu.cn

G482

B

1002-4956(2016)6-0017-04