面向智慧校园建设的实践教学管理终端及其管理平台的实现

景征骏,胡牛平,谭琛凯

(江苏理工学院，江苏 常州213001)

0 引言

应用型高校和职业院校的教育核心是培养技术技能型人才,以支撑现代产业发展。 随着我国产业结构的调整和升级,应用型高校和职业院校需加快推进培养模式创新,完善实践教学质量评价体系,把实践教学信息管理平台建设作为面向智慧校园的重要抓手[1-2]。 为了实现规范的实践教学管理,提高实践教学质量,实践教学必须按照相应的教学计划安排实验和实训地点,教师完成必要的实践教学备课。 课后,老师也需要评课并填写相应的实验教学记录和实验室使用记录。 实训室内都有大量的高价值实验仪器和设备,需要采用有效的手段（如门禁）对学生或老师身份的有效性进行验证,这种有效性验证主要是判断此身份在该时段能否进入实验室。 同时,为了进行开放式的实验室管理及教学,需要统计实验室的开放率和实验设备的使用率等,实验室的管理人员需要进行大量的手工记录。 此外,各部门领导在督导实践教学检查过程中,也需要对相应的课表进行巡课。 通过研发实践教学管理多功能管理终端,对平时实践教学管理数据进行采集并建立信息管理平台,以构建面向智慧校园的现代化实训中心。

1 研究进展

目前,面向实践教学管理的研究主要包括两个方面：一是研发实验室管理系统。 如徐维远[3]针对实际运用中实验室管理事项烦琐,提供实验室设备的控制与故障诊断、实验设备的使用考勤等功能。 而梁忠[4]也提供类似的管理系统,增加了可根据实验室的功能进行管理配置。 但是此类实验室管理系统是独立的,与学校正常的教学管理是脱离的。 它虽然能为实验室管理提供积极的作用,但从教学管理角度来看,各个实验室仍然是信息孤岛,实验教学任务不能实时地传达到每个具体的实验室。 另外,章诚等[5]设计的智慧实验室管理系统虽然提供了电子门牌、门禁管理、实验室预约和实验排课等功能,但该系统其实是多个独立的管理设备的集成,通过服务器完成数据的转发和管理。 它仍然没有完成实验教学任务的系统性安排,同时还需要多个设备独立部署（电子门牌和门禁器）。 二是研发实验教学系统和实验教学装置。 如张建华[6-7]提供了一种结合云桌面远程访问技术和虚拟机技术的基于云桌面的实验教学系统。 付占敏[8]针对电气自动化专业研发相关的实验教学装置来满足特定课程的实验教学要求。

因此,在面向智慧校园的建设中,提供一种能与学校多个数据平台相融合、能高效便捷地完成全校的实验室管理和多类型课程的实践教学过程管理的系统具有重要的应用价值。

2 方案的设计与实现

针对上述系统的不足,设计一种多功能管理终端及其实践教学管理平台,可与学校多个数据平台进行双向数据通信,实现实验室管理和实践教学过程管理的一体化。

2.1 基于嵌入式技术的实验室管理终端

为了实现上述目的,基于嵌入式技术研发一种针对实践教学管理的多功能实验室管理终端。 硬件系统包括MCU 核心模块、RFID 数据采集模块、ETH 网络通信模块、WLAN 无线通信模块、LCD 显示模块、Audio 声控模块、门禁控制模块和各类传感器数据采集模块及触控模块。

MCU 主控模块采用ARM9 处理器,用于控制所述各类功能模块工作。 通信模块可以在有线方式和无线方式WLAN 模块之间切换,采用TCP/IP 协议与远程服务器进行双向通信,获取校教务平台数据,根据系统设定时间从服务器下载实验室管理终端所对应实训室的实践教学计划和各类信息,如图1 所示。同时,根据不同事件可实时地向服务器上传采集的数据,包括师生考勤、座位分配、实验设备使用情况以及各类统计数据。

图1 多功能管理终端系统架构

2.2 基于多功能实验室管理终端的实践教学管理平台

通过建设基于上述多功能管理终端的实践教学管理平台,可打通学校各个实验室与实践教学管理之间的业务连接,完成数据的双向流通,从而解决实验室管理的孤岛问题,为实验室管理人员提供信息化的实验室管理平台,为教师提供实训教学过程性数据的采集与追溯平台,为实践教学督导提供实时、全面的实训教学管理信息,也为智慧校园建设中实验室管理与实践教学的精细化和规范化管理提供了解决方案。

2.2.1 平台架构

智慧实训管理平台的体系结构如图2 所示,有以下几个部分组成。

图2 基于管理终端的实践教学管理平台的体系架构

（1）用户应用：智慧实训管理平台的交互式UI 界面,为教师、学生、实验室管理员、教务员等各类用户提供相应的应用服务功能,包括移动端、WEB 端用户应用系统。

（2）数据中心：作为整个系统的重要部分,所有系统管理的数据都储存在数据中心,管理员用户可以对系统的数据进行管理,为上层服务提供数据基础。

（3）管理终端：整个系统的最小执行单元,它主要负责数据的采集,并完成与数据中心的信息同步,为实验室的实践教学提供管理。

2.2.2 具体应用功能

（1）基础数据管理：提供与其他数据平台对接,完成系统基础数据的管理,包括用户角色与权限、实验室信息、教师信息、班级信息、学生信息、实验室管理终端设置和系统参数等功能。

（2）实践教学信息管理：按照用户角色分为教务员功能模块、教师功能模块、实验室管理员功能,完成实训课程管理、实训教学任务单、实训教学排课、教学考勤、听/巡课管理、实训调课管理、实训教学课时统计、实验室项目、实验室使用统计与分析等功能。

（3）实践教学移动服务：通过手机移动端的App应用来帮助校领导、教师、实验室管理员提供实践教学信息的多维度实时查询和消息提醒,使得实践教学管理更加便捷和实时。 主要包括个人课表、班级课表、实验室安排、实践教学资源、智慧数据中心、校情看板、底部功能单等功能模块。

（4）基于实训课程的实训设备管理：主要按照用户角色分为教师功能模块、实验室管理员功能模块子系统,包括教学设备/工件申领、实验设备与工件入库、设备与工件的详细维护、设备与工件的报修管理、设备与工件的领用审批等功能。

（5）图文记录与楼宇文化宣传广播系统：图文记录与楼宇文化宣传系统是通过支持用户使用移动端设备完成实验过程与实训场地的情景记录并远程推送至各类型的显示终端中实时播放,有助于实践教学成果的宣传和提升校园文化内容的多样化。

（6）大数据环境下的数据统计与追溯：提供教师课时、部门实践教学工作量、教师教学过程数据分析等,便于教务部门和管理部门进行直观的数据查看和追溯,有助于实践教学管理的规范化（见图3）。

图3 面向智慧校园的实践教学管理系统功能

3 结语

本方案设计的多功能数据管理终端集成多种传感器（温度、湿度）、RFID 信号读取、网络通信、门禁控制等功能,适用于各种类型的实验室管理,便于教学过程性数据的采集和实践教学管理平台的建立。 通过实验室数据管理终端将传统的实验室门禁系统、刷卡考勤和电子门牌等功能结合起来,并研发管理终端内运行的嵌入式软件和App 移动服务与实验室管理、教务管理、教学资源管理、学籍管理、耗材与设备管理等业务平台进行双向数据通信,读取教学计划、备课信息、实验室资源等各种参数信息,并完成身份验证、通知公告、教学考勤、课程教学评价、听课/巡课考勤、教学图文记录、耗材与设备使用记录等信息采集,从而能够得到大量的学校实验教学过程的状态数据,这是以往实验室管理系统提取数据或针对特定课程的实践教学管理系统采集数据所无法比拟的,有利于将数字校园建设成为智慧校园。