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谌 颃，张袖斌，钟 贵，吴晓霞
（广州科技贸易职业学院 广东 广州 511442）
为进一步助力我国教育行业向信息化方向发展，为社会培育出更多具备创新思维和创新能力的新型建设性人才，国家教育部门联合其他部门颁布了一连串的政策及产业扶持政策性文件，对于学生，更为严格要求其动手实践能力，因此各大高校，都在不断加强实训室建设。智慧化实训室建设方案的提出为我国各大高校实现智能化教学管理奠定扎实的条件基础。
随着网络信息技术的应用普及，原始的实训室设备配置已经无法满足当前教学需要，尤其在学生实训方面达不到理想的管理效果。建立智慧实训室是运用射频识别（radio frequency identification，RFID）技术来实现高校实训室的智能化管理，其具体管理的内容包含设备管理、视频监控、用电管理、物联网综合体验系统管理等，其借助物联网平台灵活统一化的数据服务器，达到远程式授权访问、线上交流学习及远程点播等。首先凭借智慧实训室多元的网络设备，可以使相同实训项目在不同设备上完成。另外，由于原始的实训室设备功能单一，其软件又受限的缘故，往往不能达到学生实训要求，而智慧实训室的建构能够创建出多元的实训环境，满足学生的实训需求。其次陈旧的实训室设备无法实时监控学生的实训情况，但智慧实训室兼备的监控功能却可以将此类问题成功解决。最后在原始的实训室也不能进行远程访问，因而无法保证对教育资源的充分利用，但智慧实训室却恰恰相反[1]。
2.1 智慧实训室的功能
（1）实训室管理：在所有管理权限中权利最高，它可以实现实训设备的管理，且需要获取管理权限。在实训管理中，也可以分配相应的实训实验；
（2）实训过程的实时监管：教师可借此获取到学生的实时实训进度及学生行为信息；
（3）业余学习管理：因学生上机时间有限的缘故，他们可以利用课余时间登录实训系统。
2.2 智慧实训室的构建原则
（1）兼容性：首先可持续对原始实训设备的使用权限，且维持原始框架不发生变化；
其次实现实操界面的图形化管理，可直接用浏览器登录系统；
（2）易管理性：不同组别之间不产生任何影响，且同时维持设备相对独立，教师也可实时登录系统指导学生；
（3）可扩展性：要求实训室设备需具备可扩展性，系统需要跟随技术优化进行升级，预留新设备的接入接口[2]。
3.1 设备感知层
以物联网及智能感应技术为基础，使用IC 卡及射频标签，并结合应用各种传感器标识或二维码、摄像机实时获取监测信息，同时完成各类实验信息的感知和识别采集，用采集到的信息通过智能途径提前预测其发展规律。实训室感知层主要包括多媒体设备、二维码、空调与新风系统、门禁系统、照明系统RFID 标签、各种类型的传感器（CO2浓度及水浸传感器、设备盘点与统计、温湿度及有害气体浓度传感器）等。比如用摄像头或智能录像设备实现刷卡或感知考勤，也可以借助各种传感器来采集实验教学全过程视频以及全过程监控实训室动态安全等。
3.2 智能控制层
于智控单元而言，其功能兼备智能信息处理和反馈、智能控制决策及精准控制等，此作为实训室的核心系统，也可以借助物联网实训系统与互联网协同建构形成智能控制终端系统，主要负责各类管理指令。智控层包含智能电源控制系统和多媒体智能控制系统及实训室智能中控系统三类设备[3]。
3.3 网络层
网络层主要作用是将实训室内的硬件设施和软件平台，以及一些必备的基础设施设备互相联通起来，便于人与人、人与机、机与机之间的信息传输，也可以为信息传输的过程提供优质网络环境、持续服务会话、感知接入和传输数据等。其主要关联网络包括无线网络、物联网以及有线网络等，用于协调各种网络之间的关系，保证信息与物理空间的无缝对接与全面联通。
3.4 服务层
应用云计算技术发掘一系列数据资源的同时可以建构起统一化的、共享的、标准的数据之间相互融合性质的服务平台，以避免各学院及应用系统间出现“信息孤岛”问题。基础服务流程具体包含了身份认证、集中统一数据库服务平台、虚拟桌面、云计算和云存储、服务器集群、发数据挖掘等、直播和录播等。
3.5 业务应用层与用户层
该环节是建立起一个能够综合实现智能化教学管理、智能化资源管理、智能化实验教学与智能化环境监控的集成化开放式实训室管理系统，同时完成实训室评估建设工作及实训室教学质量数据监管工作。按照学校实际需求基于“业务支撑平台”灵活拓展应用模块，尽量满足包括实验中心、学校及师生等各方之间的使用和管理要求，减少资源浪费。
3.6 智慧实训室运作机制
实训室相关信息安全管理标准及管理机制于智慧实训室层级架构中发挥着重要作用。实训室安全管理体系涉及实训室实体安全和运行安全及信息安全等各方面。而实训室实操中需要在原有的技术规范基础上，建立健全统一化、标准化的工作管理体系，理论与实践的相互统一，更有益于智慧实训室管理[4]。
4.1 实训室综合管理系统
实训室综合管理系统于实训室规范化建设和信息化运行过程中，肩负了包括实训室开放式管理、低值品及耗材管理、项目采购管理、实训室教学管理在内的所有软件模块数据信息的管理。
4.1.1 实训室教学管理
实训室教学管理涉及实训室的课程排课、人员考勤、课时统计、实验成绩等。管理人员可借助智慧化排课系统结合实际需求合理安排实训室的课程轮班时间，并制作相应的实训室课程表，派发到各任课教师及实训室管理员与学生手里。另外可结合教育管理及门禁管理系统，借校园一卡通读取对应学生信息，职能划分，批次分组安排及开展考勤签到，实时跟踪实训室的上课过程并对相应信息进行统计汇总等。
4.1.2 实训室开放管理
以学生为实训室资源使用主体，开放师生使用实训室的时间和空间，师生可自主选择授课时间，以便于打破传统集中化实验教学模式，奠定良好的实验教学条件。
所谓开放实训室针对的开放对象包括一些实训室内的大型仪器设备、实训项目或是自主训练模式等，操作流程包括预约前期的管理、培训过程中的管理、实验中的管理及实验后的管理。全面启动安全准入、培训管理及信誉积分等三项核心保障体制，保证实训室有序运行。
实践操作过程需具体包含实训室资源公示、信息预约、约定开放时间及制度条例、培训学习考核、安全准入等。需要在预约前先进行安全准入及培训检测，完成后再予以提交当次预约。遵循先约先用的原则进行预约管理，预约之前需要先通过审批，最后公开实训室的预约状态。管理实训室的过程中要对人员的身份信息确认，在采集信息之后保证每一位出入人员都得到授权。此外，管理人员能够及时获取到实训室预约人员的实时信息及实际使用人的具体信息监测情况，并且实时监控仪器电源及视频动态。结束实训后按照管理人员的使用情况给予使用人相应的信誉积分，实训室管理人员可灵活查询仪器的使用情况及实训室监控信息。
4.1.3 仪器设备管理
设备设施的管理信息内容需包含设备图片的型号规格、编号及名称、厂家、经费来源、价值及数量信息等，借助RFID物联网软硬件集成系统对全周期包括维管使用、资产入库、盘点领用、清理调拨在内的各流程实施精细化管理。监控信息会在综合性监管平台上实时显示出来，比如显示“实验中”“空闲中”“维护中”“未启用”“故障中”等。在后台将自仪器购买之日起的所有使用信息全部详细记录下来，更利于为后期提供相应的实训室建设及设备采购参数，并且充分发挥大数据技术的作用，提供真实有效的设备申购、更新及维护决策数据依据。
4.1.4 项目与采购管理
以往的项目申报与设备采购纸质资料较多，且流程复杂，除了会影响项目落成效率，还会使项目执行难度系数增加，同时，学校在监管上也很难做到位。此环节需要借助云计算及大数据或电商技术，建立起一个一站式的项目申报与设备采购平台，平台实操流程应该包含实训室及实训内容项目的预约申请、立项、采购及采购受理申请及项目采购动态及后期建账报销、外贸合同执行等流程内容，旨在能够有效提升实训室的实际管理水平，帮助教师加快以往申请、申购、建账或程序报销的环节[5]。
4.2 高清视频示教系统
受实操现场条件限制，一些学生在实训中往往看不清实操过程。高清视频实训系统利用高配置摄像机将整个实训过程记录下来，保证每个学生都能看清楚实操过程。系统可自动完成实训室登记及整个实操过程的精细化记录工作，其功能包括同步直播、视频录制示范、自主学习等。应用示范视频录制功能，可由多视角或通过多路视频（特写、课件、全景视频）对教师的示范性动作进行录像，然后把教学过程的记录视频传输至资源平台上。此外，系统可以在平台上通过各种路径同步直播高清画面，局域网用户及因特网用户均能够收看视频信息。实训室通常会配置触控一体机，此时可借此回播实录实验过程，以便于学生展开自主学习或是借此将高清实训室的实验示范演示同步直播出来。在开房实验中对本地画面进行实时直播，并将实操过程记录下来，可回放或进行自我诊断。学生可以自行拍摄实训视频并将其上传至平台，之后由教师予以评价或由学生推荐。
学生实验、见习、实习和实训都是借交互系统来实现的，同时又能保证低成本、高效率并且高频次地完成教学活动。本项目环节分为主讲端与互动端两个部分。主讲端负责的是示范演讲和远端画面，互动端则主要负责通过远程途径进行现场讲解或播放全景画面，以便能够通过声像互动实现双向视频互动。针对示范室与交互室的任意教学流程而言，他们都是在场景采集软件的实录条件下发布至智慧实训平台来展开高质量的教学实验演示[6]。
4.3 实训室硬件管理平台
4.3.1 多媒体演示系统
在现代化智慧实训室建设工作中，多媒体演示系统属于一种必备实验教学工具手段，包括中央控制系统、投影设备、计算机、数字视频展示台、触控一体机、影音设备、投影幕、投影设备等。于中控系统而言，其可以借助TCP/IP 之间的协议来实现多媒体设备终端的集中控制，且同时也可以运用配套的网络监管平台从外部连接多媒体设备以实现远程控制，另外它的核心功能包括一键开启和关闭、设备远程监控（包括灯泡使用状态监控、状态监控、被盗报警监控和异常提醒监控等）、升降幕布及投影机信号输入切换等，它可以监控多媒体设备的实时应用状态，也可以及时发觉设备故障问题，以确保实现对设备的动态化、智能化监管，助力设备系统维管。
4.3.2 智能电源控制系统
借助实时管理平台，智能电源控制系统可以做到电源的集中化管控。在时序电源开启状态下，可以避免因多设备一同开启导致的短时间大电流供电带来的冲击，即时对各个电路的实时电源和电流及电压通断状态进行监测，以便于灵活掌握设备的实时用电环境和用电状态，确保设备安全运行；
主辅双电源模块运行，只要电源模块有故障出现，系统就会自动切换至电源模块，杜绝因前端终端间断设备供电的情况出现，保障设备安全运行；
可通过电路能耗对各路设备的实际耗电状况进行实时分析，以实现节电的目标[7]。
4.3.3 实验设备中央控制系统
运用通用且专用的实验设备中央控制系统及其对应的实验设备、网络交换机、服务器等实现全系统化网络连接，完成数据的接收及控制策略的下发，对相应信息进行储存，同时将设备运行过程中关联到的包括开关时间、使用人或者所在院系等信息实时记录下来，此外将本地实操记录信息或与之相匹配的实验数据信息准确记录下来，最后传输至服务器，再交给个人存储空间进行储存，形成一体化的数据管控系统。
4.3.4 实训室综合物联网管理系统
凭借传感技术、智能技术、消防系统、各种传感器系统、安全监控、门禁系统、射频识别技术等，实训室综合物联网管理系统能实现开放式预约管理、身份识别及出入安全管理，对所有人的出入情况进行详细记录[8]。匹配实训室各视频采集设备，建立安全有效的实训室监管体系，提高实训室安全系数。IP 对讲系统能够划分不同通道进行广播对讲，且能够实时收听实训室内的声音，与视频协调进行全面监控。通过对讲设备和身在实训室里的教师进行对话，同时也可以发出请求指导或援助信息。可通过传感器对实训室内的温湿度、照明、水油疏漏情况、消防系统及空调、新风机或空气质量等信息进行实时监测，由中控系统例行发出实时报警命令，包括语音报警、Email 报警和短信报警，且可以借助实训室内配置的各类开关避开所有安全隐患。
综上所述，实训是高校教学过程中的一部分重要内容，也是当今社会高素质人才输出的必备环节。高校智慧实训室的提出和建立，进一步为高校实验教学奠定了扎实的基础性条件，不仅如此，它也为教师和学生搭建起了一个可以共同互动交流的平台，更有助于提高后续高校实验教学的质量和教学效率。
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