浅谈基于物联网技术的实训室智能化建设

摘要：21世纪是信息大爆炸的时代，随着世界经济、科技的高速发展，各国对应用型人才的需求缺口越来越大，实训教学在高等职业教育中的重要性更加突出，是影响人才培养质量的重要环节，所以对高校实训室进行智能化建设刻不容缓。本文以武汉城市职业学院实训室的智能化改造项目为例，探讨了如何利用物联网技术来实现高校实训室的智能化建设与管理，解决实训室常规管理的种种弊病，提升实训室的使用效率。

关键词：实训室管理;物联网技术;智能化建设

中图分类号：TP311 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）22-0162-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

1 传统实训室管理方式弊病

（1）各高校实训管理人员往往不足，实训管理人员工作量大，效率低下。

（2）各高校实训室整体利用率不高，除了常规课堂教学时间，其他时间往往处于关闭状态，不能对学生开放。

（3）各高校实训室之间没有联系，往往独立管理，成为信息孤岛，不能协同运转。

（4）由于高校实训室众多，加上管理人员往往不足，导致实训室管理员往往不能在第一时间掌握设备运行状况，在设备出现火情等安全隐患时不能第一时间解决，从而引发安全事故。

2 国内高校对实训室智能化管理的相关研究

我国高校对实训室智能化管理建设的研究起步较晚，和国外发达国家的相关研究对比我国在实训管理模式上还是存在着一些问题。虽然近期国内的部分知名高校都开发了类似的智能化实训管理平台，但是大部分平台智能化程度不足，功能简单，实训室还是按项目和功能定期人为介入开放，实际上都没有达到全天候无人值守的智能管理模式。有些学校虽然做到了全天候开放实训室，其实还是由管理人员值守，不够智能化，同时并没有对实训室智能开放的效果进行评估。本项目的研究不但着力于实训室全智能化开放平台的构建研究，后期更注重实施后的实际效果研究，并形成样本调研报告，评估实施后对全院学生的实践教学的受益度。进而推广到社会，可以为其他高校共享使用。

3 智能化实训室的特点

（1）开放性。实训场所往往具备良好的开放性。实训室出入管理有一套先进的门禁制度。实训场所都安装了相应的门禁设备。教师和学生须办理校园卡，并且不同的身份被赋予不同的权限。学生可以在实训室空闲时刷卡进入，同时校园卡也可在图书馆借书、复印、打印资料等。有些学院内部还实行密码门禁制度，每个实验室都有自动密码锁，充分保证了实验室安全。多个不同实验室的实训室间相互打通，有利于科研设备的共享，科研人员的交流等。

（2）安全性。实训室具备良好的防火和防盗设施，各种传感器能够在出现险情时及时的报警，保障实训室设备安全及实训人员安全。

（3）高度信息化。实训室作为教育和科学研究的场所，具有高度的信息化。能够实现便捷的学术交流和广泛的信息资源共享。

4 物联网技术

在1999年人们提出了物联网这样一个概念，人们希望通过物品上的射频信息识别传感器和互联网有效结合在一起，实现物品的智能化管理，在我国物联网也被称为传感网技术。物联网由以下几种核心技术组成。

（1）传感器技术。它是物联网技术中的核心技术，由于计算机主要处理的是二进制的数字信号，所以我们需要传感器进行数模转换工作，将模拟信号转换为数字信号，这样才能让计算机理解并完成处理工作。

（2）RFID标签。它是传感器技术当中的一种，射频识别技术主要由无线射频技术和嵌入式技术结合而成，射频识别技术在主要用于物品的存放管理、识别。

（3）嵌入式系统。嵌入式系统是由Semiconductor Technolo-gy和Electronics Technology以及其他技术相结合后的产物，它具备了高度的可发展性。

5 实训室智能化建设需求分析

（1）实训室开放性需求。我院是计算机与电子信息工程学院，实训课程专业性更强，学生在专业学习中更加需要实训环境的支持。而我院实训室开放性不够高，只是在正常教学时间内开放，实训室利用率偏低，所以实训室智能化建设中需解决开放性问题。我们需要通过物联网中的各种传感器及视频监控系统来监控实训设备的工作状况，避免设备工作中出现安全隐患，保证实训人员及设备安全问题。同时通过智能管理平台的身份授权系统和智能门禁系统来全天对学生开放，提升实训室设备利用率。

（2）实训教学管理需求。通过开发实训教学管理模块来实现实验室常规实验管理。该模块由软件及硬件部分组成，硬件部分包含服务器、传感器、监控系统、门禁系统及班排系统，软件部分包含了实训管理模块、实训教学模块、实训考核模块等部分。教师通过管理平台提交实训申请，实训管理中心进行审核，完成实训前期准备。学生通过管理平台授权后查看实训室班排信息，选择进入相应实训室完成实训，最后提交实训报告，由实训管理平台进行成绩评估。

（3）智能化的电源管理需求。用电安全是实训室必须具备的基本条件，实训室对学生进行无人值守开放时需通过电源管理模块来解决远程电源开关等安全问题。

（4）实训室财产管理需求。我院实训室众多，设备类型繁杂，给实训室资产管理带来了很大的难度，现需通过开发财产管理模块来实现设备财产及耗材的智能化管理，降低设备损耗率。

6 项目实施

6.1 改造开发流程图

6.2 硬件平台搭建

（1）服务器。服务器是实验室智能化管理中心的信息运算处理节点，必须具备强大的运算能力和稳定性。结合我院的需求，服务器采用Dell r530系列。

（2）門禁系统。主要由控制器、磁力锁、读卡器、摄像头、网络接口、连接线缆等设备组成，结合射频技术及人脸识别技术来进行相关人员的身份鉴别及开放。

（3）基础网络。采用千兆以太网技术来保证数据低延时的高速传输。

（4）传感器。为了保证实训室人员及设备安全，实验室管理人员需对设备工作状态进行实时监控，而传感器就是智能化管理系统的眼睛，非常关键。基于需求实训室需安装温湿度传感器、烟感传感器以及传感器控制系统及视频监控系统来实现智能化监控及管理。

（5）班排系统。通过智能班排系统能够实现实训室相关信息展示、实验管理、实训开放、信息通知等功能，是和学生进行交流和互动的重要平台。该系统主要硬件为平板显示设备，处理器往往采用Arm架构，操作系统往往采用安卓，输入设备往往使用电容触摸屏。平板显示设备通过连接到服务器上的管理系统来实现相应功能。

6.3 实训室智能化平台开发流程

（1）整体框架。智能管理平台采用主流的B/S架构，服务上系统软件采用Windows Sever，数据库采用soL。

（2）基于实训管理需求平台进行模块化开发。划分实训控制中心模块、实训管理模块、门禁安全模块、电源管理模块、财产管理模块。

（3）项目开发及测试。通过测试发现问题，进行调整，最终解决问题。

7 整体效果评估

我院413大数据实训室从2018年九月起开始对学生进行完全开放，该实训室共有高性能计算机40台、华为大数据服务器两组、DCN路由交换和信息安全设备两组，主要用于网络技术专业学生的实训教学工作。该实训室在开放期间基本上无教师值守，我院多个专业的学生在此自主实训。计应专业和计网专业的部分学生在该实训室成立了工作室，并取得了不错的成绩。其中计网专业的学生在2019年的全国高职技能大赛大数据赛项上获得了全国二等奖，计应专业的学生开发的无人机预警系统和森林防火系统获得了国外用户的青睐，其他部分学生的专业课成绩也得到了提高。实训室进行智能化管理和开放对高职院校教学及科研有着非常明显的推动作用，值得推广。

8 结束语

21世纪，中国智造需要高素质技能人才，对高职院校的实训教学提出了更高的要求，传统的实训室管理模式已经不能满足教学与日常的需求。通过物联网技术和计算机技术对实训室进行智能化建设可以提升实训室管理水平，提高实训设备利用率，提升学生的实际技能水平。

参考文献：

[1]李赫贺.高校实训室建设与管理的问题分析及对策研究[J].科教文汇，2019（26）：15-16.

[2]范山岗，沈建华.基于物联网技术的高校实验室管理系统应用研究[J].科教导刊（电子版），2017（32）：53-54.

【通联编辑：代影】

基金项目：武汉城市职业学院骨干教师课题——基于物联网技术的实训室智能化建设研究（编号2018whcvcG12）

作者简介：韩明（1977-），男，湖北武汉人，武汉城市职业学院计算机與电子信息工程学院，实验师，本科，研究方向：计算机网络技术、计算机硬件技术。