开放型工科实训室智慧化管理系统研究

付锐

摘要：随着高职教育产教融合的不断深化，工科实训室在培养学生动手能力、创新思维等方面的作用日益凸显。针对高职院校工科实训室管理模式与繁杂的现代教育需求不相适应的问题，文章设计了一种应用于开放式工科实训室的智能化管理系统。该系统包括智能门禁系统、安防系统、在线预约系统、视频监控系统、数据统计系统和设备异常报告系统。该系统能够高效精准地管理实训室，对推动工科实训室智慧化管理水平具有重要的理论价值和实践意义。

关键词：开放型；工科实训室；智慧化管理

中图分类号： TP391.1  文献标志码： A

0 引言

开放型工科实训室在高等职业教育中发挥着至关重要的作用，尤其在培养学生实践能力和创新思维能力方面扮演着举足轻重的角色。然而，传统的实训室管理模式存在诸多问题，如设备管理混乱、人员管理松散、环境管理失当等，严重影响实训室的使用效果和学员的学习效果。为解决这些问题，本文引入了智慧管理的概念，利用先进的技术手段对实训室进行高效、精准的管理。智慧化管理指的是利用物联网、大数据、人工智能等技术的深度融合［1］，对管理目标进行实时感知、评估、预测和优化的一种先进管理模式。在教育领域，应用智慧化管理系统可以提高教育资源的利用效率，提升学生的学习体验，降低管理成本，受到了广泛的关注。在工科实训室引入智慧化管理理念，可以有效提升实训室的管理效率、设备使用效率以及学习环境的舒适度和安全性。同时，实训室智慧化管理还有助于促进学生差异化学习和综合能力培养，这对于提高整体教学质量和培养优秀工程技术人才具有深远的意义。

1 开放型工科实训室的现状

随着科技的快速发展，开放型工科实训室的管理已逐渐成为备受关注的研究领域。近年来，众多高校和企业纷纷采用信息化和智能化技术，以实现实训室的智慧化管理。例如，徐志刚［2］提出了一个针对电工电子实训室的开放管理方案，由学校进行统一管理，安排实训老师进行指导，并选择品学兼优的学生参与协助。周忠友等［3］针对高职院校工科实训室的管理和建设，提出了“五位一体”的实训管理体系，包括门禁管理、实时监控、远程控制、信息交互以及感应预警等多个方面，并结合“四维协同”实训运行机制，构建了“三层递进”的实训室。此外，李满［4］以武汉交通职业学院为例研究了通过实训室的数据采集来建立信息化系统的必要性。郭俊亮等［5］设计了基于大数据技术的实训室预约管理系统，并对实训室管理中用到的关键技术进行了深入探讨，包括 RFID 技术、Web 技术、大数据技术以及无线视频监控技术等。黄丽芬等［6］结合组网技术、云计算技术，以共享、协同的理念，全面阐述了智慧实训室管理中心构建和管理的总体思路和战略。这一创新性的结合，为实训室管理提供了新的视角和解决方案。张宏瑞等［7］通过使用单片机，设计了一个独特的门禁系统。这个系统能够有效地对进出实训室的人员进行监控和管理，通过程序设定提高其安全性和管理效率。施立群［8］探讨了实训室管理系统App的研究和设计，该App主要用于辅助教学，帮助学生管理实训室，同时也能帮助教师监控和指导学生学习。就如何利用物联网技术，形成完善的信息化管理系统，打造实训室管理平台等问题，季敏霞等［9］进行了深入探讨，阐述了物联网技术如何提高设备利用率和教学质量，讨论了物联网技术如何改善实验过程中的人机交互，从而保证实验的顺利进行以及实验结果的有效性。

以上关于实训室管理技术和方案的讨论，大多是为了解决信息化的问题，即通过这些信息获取学生的信息、设备的使用情况、监控录像等，从而优化实训室的管理，但有些问题还没有很好的解决方案，例如：如何确保学生的安全；如何管理存在操作隐患的设备；在设备出现问题时如何立即处理等。

2 开放型工科实训室智慧化管理系统研究的必要性

开放型工科实训室智慧化管理的发展前景广阔，但由于工科实训室的实训设备大都是强电设施，相较于文科、理科实训室，其实践教学环境更加复杂多样，需要实训室管理人员投入更多的精力时刻关注实训室安全问题。由于工科实训室资源、设备和环境等信息数量庞大且不断更新，需要管理人员实时、准确和有效地进行信息管理，无形中增加了实训管理人员的工作量。开放型实训室具有人员流动性大的特点，只有通过智能化管理，才能有效提升效率。由于实践教学活动的多因素特性，使得有效的协调和管理成为一种挑战。

该系统的研究应用一方面能够有效提高实训设施的利用率，给学生提供更多实践机会，培养创新能力和实际应用能力，从而提升教学效果；另一方面可以为教师管理提供全面的信息，降低工作负担。最重要的是，实时监控学生的实训操作，为学生提供了一个安全的实训环境，这极大提升了开放型实训室的智慧化管理水平。

3 開放型工科实训室智慧化管理系统的设计

针对传统实训室管理模式的局限性，本文设计了一种新型的开放型工科实训室智慧化管理系统。整个系统由 7 个子系统组成，分别是智能门禁系统、预约系统、视频监控系统、数据统计分析系统、安全保障系统、环境监控系统、异常上报系统。本系统主要采用 MySQL数据库，利用WebService技术，通过云平台获取环境数据，并根据环境数据做出相应的处理策略，以此实现实训室智慧化管理。系统框架如图1所示。

（1）智能门禁系统。智能门禁系统是一种管理人员进出门的智能化管理系统，能够实现通道进出权限高效管理，在开放型实训室智慧化管理过程中发挥着重要作用。本系统设计的门禁系统主要通过RFID技术，对需要进入实训室的人员进行身份识别，只有授权通过的师生才能进入。

（2）网上预约系统。实训室的使用要通过实训室管理平台进行预约。为了保证安全，首次预约实训室的师生必须通过安全保障系统中的安全测试，获得预约资格后才能够使用实训室。

（3）安全保障系统。安全知识考试是智慧化实训室安全管理的最重要一步。需要教务处提前设计安全方面的题库，并能随机生成测试试卷，让学生参与答题。同时，实训室要配置一名熟悉实训设备的学生，负责讲解安全注意事项，并对重要设备的操作进行示范，避免师生在操作设备过程中出现安全问题，损坏设备，危及人身安全。

（4）視频监控系统。视屏监控系统能够实时监控实训室的画面，并记录相应的视频信息，在学生进入和离开实训室时会做出相应提示，便于实训室管理人员及时了解状况。同时，实训管理人员可以通过视频监控，远程观察学生实训操作，及时提醒，防范违规操作行为的发生，也可以对实训设备进行安全监管和实训室卫生监督。

（5）数据统计分析系统。数据统计分析系统对实训室设备的使用情况和学生使用实训室的信息进行统计汇总，以图表的形式展示出来，逐步优化管理。同时，对于一些安全隐患，注意事项也通过大屏幕展示出来，让学生积极参与的同时也注意安全问题，减少安全隐患。

（6）环境监测系统。环境监测系统实时采集实训室的烟雾、红外、温湿度、水浸和电压监测等数据，通过RS485总线，将数据上传到云平台。如果环境有异常，比如实验室进水或者着火等，系统立即自动断电，随后进行报警，后续由实训指导老师跟踪处理。

（7）设备异常上报系统。学生在使用设备的过程中，一旦发现设备异常，及时通过系统进行上报，第一时间反馈情况给实训管理人员。实训管理人员根据上报情况，查看视频或者去现场，找到设备出问题的原因，并安排人员进行维修，提高应急处理和快速响应能力。

根据物联网的体系架构和开放型实训室智慧化管理的实际需要，整个系统可以分为3层，分别为数据层、网络层及应用层。最底层的数据层，主要用于数据采集，通过采集烟雾、温湿度、水浸、红外、门禁、电压监测模块等数据，获取实训室的环境数据。中间层的网络层，主要通过智能监控单元把数据层采集的数据信息上传到云平台。最顶层为应用层，实现对采集数据的分析、汇总、显示以及融合其他子系统，最终实现实训室智慧化管理系统的构建。整个系统的结构拓扑如图2所示。

上述各子系统的功能运用在实训室中，获得了一些显著的成果。（1）实训室管理效率明显提升。通过该系统，管理人员可以实时了解实训室的使用情况。设备故障和安全隐患得以迅速处理。这大大节省了管理时间，提高了管理效率。（2）设备使用效率得到了有效提升。网络预约系统和视频监控系统的使用，使设备的使用更加科学合理，从而有效避免了设备的闲置和浪费。（3）师生的学习环境也变得更加舒适。安全保障系统和设备异常上报系统为师生打造了一个更加安全、适宜的教学环境，降低了安全事故发生的概率。通过智慧化管理系统，教师可以根据每名学生的学习情况和需求，提供个性化的学习资源和学习路径，有助于每名学生都能够在自身已有的基础上得到全面的发展，同时也能满足个性化需求。（4）智慧化管理系统在开放型工科实训室中的运用，实现实训室的实时监测、突发事件的快速处理、科学管理和个性化学习等多方面的目标，为提高实训室的管理效率和设备使用效率、增强学习环境舒适性和安全性、促进学生的全面发展与个性化学习提供了重要保障。

4 结语

本文所设计的开放型工科实训室智慧化管理系统不仅适用于各高校工科实训室，也适用于相关科研机构。该系统的应用能够显著提升实训设施的利用率，并从多方面提高教学效果。学校提供实践机会，可以增强学生的实际动手能力，激发他们的创新能力，促进团队合作，并进一步推动学科间的交叉融合。此外，该系统可以为管理型教师提供全面的信息，降低工作负担，提升开放型实训室的管理水平。通过智慧型开放式实训管理系统，学生获得更加实用、全面的学习环境，从而培养实际操作能力和创新精神，以更好地适应未来的职业发展。然而，尽管该系统具有诸多优势，但开放型工科智慧化实训室仍面临着诸多挑战和机遇。为了推动智慧实验室的健康发展和应用推广，需要高校、技术厂商、专业教师和学生等各方的共同努力和探索，充分挖掘智慧化实训室的潜力，使教学质量和教学效益得到明显提高。

参考文献

［1］钟强.物联网下的实训室的智能管理发展［J］.农家参谋，2020（7）：280.

［2］徐志刚.对高职院校电工电子开放型实训室管理模式的探讨［J］.亚太教育，2015（17）：57.

［3］周忠友，吴树平.高职工科实训室管理与建设探索［J］.湖州职业技术学院学报，2020（1）：51-53.

［4］李满.高职院校实训室管理信息化建设实践——以武汉交通职业学院为例［J］.石家庄职业技术学院学报，2021（6）：52-54.

［5］郭俊亮，张洪川.基于大数据技术的实训室预约管理系统的研究与设计［J］.科技创新与应用，2020（14）：195-196.

［6］黄丽芬，刘道敬.基于物联网的高职智慧实训室管理中心建设［J］.顺德职业技术学院学报，2016（1）：40-44.

［7］张宏瑞，李秉玉.基于物联网技术的实训室智能门系统设计［J］.信息与电脑（理论版），2021（1）：150-153.

［8］施立群.实训室管理系统App的研究与设计［J］.电大理工，2019（3）：12-14.

［9］季敏霞，王梅.物联网技术在实训室管理中的应用研究［J］.电脑知识与技术（学术版），2020（29）：223-224.

（编辑 王永超编辑）

Research on the intelligent management system of open engineering training room

Fu  Rui

（Zhejiang Technical Institute of Economics， Hangzhou 310018， China）

Abstract：  With the deepening of the integration of industry and education in higher vocational education， the engineering training room plays an increasingly prominent role in cultivating students practical ability and innovative thinking. This article mainly targets at the management mode of engineering training room in higher vocational colleges that does not adapt to the complex modern education needs. The paper designs an intelligent management system applied to the open engineering training rooms，which includes intelligent access control systems， security assurance systems， online appointment systems， video surveillance systems， data statistics systems and equipment anomaly reporting systems. Through the use of the system， the training room can be managed efficiently， accurately and efficiently， which has important theoretical value and practical significance for promoting the intelligent management level of the engineering training room.

Key words： open type; engineering training room; intelligent management