开放式实验室管理系统在电子实验中的应用

吴琦 赖冬寅 罗明凤

摘要    简要分析了实验室在高职实验教学中的应用现状，分析了开放式实验室在电子实验中应用的优势，给出了所开发的开放式实验室管理系统的主体架构，以及系统在电子实验的应用流程，介绍了系统在电子实验中的应用效果。

【关键词】开放式实验室 开放式实验室管理系统 电子实验

1 开放式实验室管理系统的应用背景

1.1 实验室在高职实验教学中的现状

目前大多数高职院校的实验室开放程度都很低，都或多或少的存在着以下情况：

（1）大部分学生的实践项目时间有限，学生实验进度不一，所花费的时间也有差异，但由于实验课的时间固定且相对短暂、同一时段实验人数较多，无论硬件资源还是教师资源都是有限的，难以满足所有学生的需求，从而导致实践项目的实际效果一般都难以达到设计的预期目标;

（2）虽然在实验课中设备的使用率都较高，但整体上大部分实验室的设备利用率都处于一个较低的水平，甚至存在部分设备闲置的情况;

（3）学生渴望为他们创新想法的实施提供综合性的实践条件，但实验课堂上主要以固定项目为主，学生感兴趣的开放性项目较少，创新点缺乏，从而阻碍了学生创新能力的提高。

因此，要提高实验质量、提升实验室建设水平，实现资源的合理配置、高效共享，则必须实行实验室的有效开放。

1.2 开放式实验室在电子实验中应用的优势

实验室开放是指各类实验室在完成计划内教学及科研任务的前提下，利用现有师资、仪器设备、设施等实验條件，面向学生开放，为学生提供实践学习条件。在实验室开放的过程中，必须考虑到实验项目的安全、实验项目的实施时长等因素，除此之外还需要考虑能够同时兼顾专业常规实验项目和创新实践项目的实施，为不同需求的学生提供不同的实验条件和实验时间。

由于电子实验主要涉及模拟电子技术和数字电子技术，在开展开放式实验中有着如下优势：

（1）都是弱电实验，实验电压一般在24V以内，常用电压5V～12V，进行开放式实验的安全性相对有所保障;

（2）实验常用的设备有稳压电源、焊烙铁、示波器等，常用的耗材主要是芯片、电阻、电容等元器件，无论是设备还是耗材价格都不高，进行开放式实验的条件容易满足;

（3）与其他弱电课程相组合，容易开展创新实践项目;

（4）无论是常规实验项目还是创新实践项目，实验一般都容许打断接续，可拆分成不同的时间段来完成。

虽然开放式实验室在电子实验中有着诸多优势，但同时也需要采用物联网等先进技术，紧密围绕如何提高学生的实践能力来设计对应的开放式实验室管理系统，才能有效的达到以学生为中心的根本任务。

2 开放式实验室管理系统

2.1 开放式实验室管理系统的主体架构

基于网络化的实验室开放管理系统是实验室开放高效运作的重要支撑。我校根据开放式实验室管理的特点，围绕实践环节的流程，关注实践过程所涉及到的学生、教师、实验室管理员三个主要角色的真实诉求，设计了开放式实验室管理系统，其主体架构如图1所示。

其中，上位机网站分为学生用户、管理员、教师用户三个模块。学生用户可预约实验室区域、查看预约记录，学习报告上传;管理员对学生的预约进行审核，为学生提前准备必要的实验耗材，对实验室区域进行监管，对实验室的区域、设备的使用情况进行统计分析;教师用户对学生所做实验进行评分，对实验项目成绩进行统计分析，进而可修正调整实践项目的内容。

下位机管理系统以ARM为核心进行架构，通过控制摄像头和存储模块完成开放式实验室现场的人脸识别功能，通过控制门禁和预约区域电源来完成对开放实验室的现场管理。

2.2 系统在电子实验应用中的主要流程

开放式实验室管理系统在电子实验应用中的主要流程，主要如下：

学生通过网络在线提交姓名、班级、身份证号、手机号、学号以及本人的人脸图像进行注册→注册通过后，学生在线选择实验区域、设备、实验时间，填写实验耗材申请单，进行实验预约→系统自动或管理员手动审核预约→预约成功后，学生在预约时间内到达实验室现场进行人脸识别与预约系统比对，比对通过后，实验室现场管理系统自动启动门禁和预约区域的电源，学生可正式开展实验→实验结束或预约时间到后，实验室自动关闭实验电源，学生在线上传和提交实验数据。

3 开放式实验室管理系统的应用效果

开放式实验室管理系统采用“网络预约+现场刷脸验证+实时监控管理”的方式，将普通的电子实验室改造为从早到晚、一周七天都开放的实验环境，经过一个学期的试运行，将电子实验室资源的利用率提高近20%，有近30%的学生在同一个项目进行2次以上的重复实验，有近20%的学生开展了创新实验项目，人数相对以往统计结果提升了1倍以上。

4 结束语

系统应用统计结果显示，在电子实验中使用开放式实验室管理系统，有助于提高学生实践动手积极性，提高实验室设备资源的利用率，为学生实践创新能力的培养提供了有力条件。但在实际应用中，随着注册预约的人数增加，还需要优化或重新编写现场人脸识别算法，以大幅降低学生现场识别的时间，并且还需要根据系统统计结果进一步优化实验室现场的设备区域划分。

参考文献

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