云计算在智慧实验室信息化平台中应用

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摘要：为了顺应教育教学信息化水平要求，提高高校实验教学资源优化配置，提升实验室信息化建设和管理水平，利用信息化手段构建一个智慧化、智能化的信息化平台是十分必要的。本文基于广西财经学院实验室信息化建设和管理现状，提出了一个云计算信息化平台架构，对智慧实验室建设进行整体规划和设计，在实验数据共享、实验室使用审验和实验室运行维护管理等方面提出了具体的功能要求。实践结果表明，采用云计算技术建设的智慧实验室信息化平台能够很好地满足使用者实际开放共享的需要。

关键词：云计算；智慧实验室；信息化平台；开放共享

1引言

为了顺应教育教学信息化水平要求，提高高校实验教学资源优化配置，提升实验室信息化建设和管理水平，需大力推动互联网、大数据和云计算等现代技术在实验室管理中的应用，推动高校智慧实验室建设[1]。智慧实验室是集实验室管理、环境安全检测、分布式存储、智能实验管理、实验过程管理等功能于一体的实验室。高校实验室主要承担实验教学活动和软硬件资源优化整合的任务。传统实验室主要依靠人工管理和记录教学过程。随着新技术的发展和教育教学信息化水平要求，亟需提升实验室信息化建设和管理水平。本文运用云计算技术构建实验室信息化管理平台，有效辅助实验室管理人员提高工作效率和管理水平。

2实验室信息化建设现状

随着高科技的蓬勃发展，信息化管理方式已经渗透到各个行业中。高校实验室管理只有满足当前和未来的信息化发展需求，才能实现智慧化和智能化开放式管理[2]。目前高校对教育教学信息化建设投入加大，为实验室管理信息化建设提供有力推手。但目前实验室仍以传统的人工管理模式为主，大大增加了学校的人工成本开支，影响学校实验室治理现代化进程。主要表现在：（1）管理模式分级不合理。实验室门禁管理方式沿用人工管理模式，人力消耗大，且无法实现管理员、教师和学生的分级身份认证。随着设备逐年增添，管理工作日益繁琐。（2）教学数据储存难。在传统管理模式下，实验数据管理和教学管理等情况主要依靠管理员和任课教师手动记录，不便于长期数据积累和统计汇总。（3）场地效用发挥不够。高校学生规模逐年扩招，实验室场地有限，目前无法通过信息化手段透明实验室资源，场地利用率高低不一。（4）设备维护繁琐。设备逐年老化，型号多种多样，线路复杂，在人员有限的条件下，隐患难以及时彻底排除。（5）安全措施不足。目前实验室主要出现乱开设备电源、设备忘关浪费资源、防火防盗措施不够等，缺少实时性的信息化预警方式。上述现状易造成实验教学、实验室管理和设备维护等业务脱节。

3信息化管理平台功能

实验室信息化管理平台将实验室管理、数据储存、安全管理等网络化，管理人员需要在多台客户端进行操作管理的工作量大大减少，工作效率明显提高。主要实现的功能有：（1）支持系统管理员、实验室管理员、教师、学生等相关人员的实际使用需要；（2）应用云技术，平台获取的实验数据均保存在服务器，定期自动备份，避免数据丢失；（3）突破地域限制，真正实现广域网通讯，支持不同的资源终端的应用虚拟接入；（4）通过数据分析，智能调节设备和环境，检测设备开闭情况，对突发事件及时反应和处理，保证设备及人员安全；（5）平台提供简单的操作界面，便捷的操作方法，在使用过程中，用户更好的关注具体的业务功能，提现平台的应用价值。

4基于云计算的平台设计

4.1云计算技术

云计算技术架构体系主要由三个部分组成，自下而上分别为基础层、平台层、应用层[3-4]。其中基础层主要负责为平台层或用户准备所需的计算和存储等资源，如服务器虚拟化和分布式存储等。平台层主要负责提供系统开发的相关软硬件资源，如数据库缓存和并行处理等。应用层主要负责为多种用户提供应用程序，并使用平台层的服务。架构体系如图1所示。

4.2平台云架构设计

架构是实验室信息化管理平台运行的基础。基于云计算架构的特点和实际平台建设需求，实验室信息化管理平台云架构分为四层，如图2所示。感知层：主要设备是信息采集和控制节点，管理员通过软件对感知层设置，设备可以自动采集实验室的信息，例如：环境温湿度、防火、防盗检测、设备清点等信息。通过控制类的节点实现照明控制、窗帘控制、门禁控制、电源控制、上电授权控制等控制。网络层：网络层是传输控制指令的通道。该部分可通过校园网传输通道来完成，由交换机、路由器、网线组成。系统层：系统层是整个系统的数据服务中心，完成感知层采集的数据分析、处理、存储和远程服务功能。硬件设备包含有服务器、存储器及系统服务软件。应用层：应用层是人机交互的界面，即软件系统，用户通过软件进行对系统智能化控制的设置。软件系统可实现手机，平板和电脑等多终端信息推送显示。

4.3平台整体架构设计

搭建一个覆盖实验室相关事务的网上办公和业务流程处理的系统平台，加强业务流程的过程监管和科学评价，承载更优秀的管理实现和理念，使实验室管理人员不再为多个系统之间的数据共享、事务审验和业务办理而发愁，让平台真正成为实验室管理工作的得力助手。通过实验设备与实验室相关岗位的工作联系起来，方便获取实验过程产生的数据，以提高实验室的整体管理水平。4.3.1实验室门禁系统。实现使用刷脸、校园卡开门，对系统管理员、实验室管理员、教师、学生等相关人员进行角色分配和授权；实现相关人员考勤数据的查询、统计和导出；且可需求自主选择门禁联动。4.3.2电源控制系统。实现实验室设备和照明电源有效控制，并能实现远程控制，且与门禁系统实现开门通电功能。同时对各个实验室使用电量数据统计和分析，生成报表，对超量使用的实验室作出提醒，对异常情况进行警报提醒。4.3.3视频监控系统。实现视频直播和环境监控功能，包括远程教学功能、智能跟踪、数字音频视频处理。具备统一的设备认证授权，对接入平台的设备进行统一编码，数据安全加密等。4.3.4环境安全监管系统。环境安全监管应具备对实验室环境、仪器设备及人员进行安全监控能力。实现温湿度数据实时回传、门禁系统与智能实验管理系统联动授权管理、视频实时监控与回放等，对突发事件能作出及时报警，并保存数据。4.3.5实验管理系统。具备实验课程管理、教学管理、数据管理、资源开放管理、成绩统计管理等多种实验教学管理功能。它可多维度实时呈现统计数据，为管理员提供准确的数据分析报表。4.3.6实验室开放管理系统。与教务系统课表对接，自动呈现空闲实验室，教师和学生可以自主预约实验室和时间。预约审批通过，申请人可按申请地点和时间使用实验室。通过软硬件结合，实现数据集中管理共享，凸显信息化、模块化、便捷化的教学管理优势。4.3.7分布式储存服务系统。实现实验室数据与校级中心服务器多次操作数据融合更新、双向同步传输的存储服务系统。具备以实验室为单位进行数据高效存取与处理、断电续航、软关机功能及远程同步策略控制。4.3.8其他管理子系统。除上述智慧实验室必备的信息化管理平台外，二期规划建设教学行为过程管理系统、座位预约系统、设备开放共享系统和教学互动系统等子系统，进一步满足实验教学信息化需求，完善平台建设。

4.4网络模式

平台由B/S架构而成。B/S可以在任何地方进行操作而不用安装软件[5-6]。对于学校日常管理来说，多校区多实验场所的管理人员需要在多台客户端进行操作管理，效率和工作量繁多，B/S架构的平台可以有效解决多客户端同时访问问题，实现远程维护，如图4所示。

5结束语

本文创新性地利用云计算技术，结合实验室管理平台的功能需求，搭建了平台整体架构，实现多个用户对该平台架构的应用。实验室管理人员只需要通过信息化平台即可实现对实验教学软、硬件资源的集中管控。后续将逐步建立和丰富实验视频和案例教学网络资源库等实验教学资源，为虚拟仿真实验教学一流本科课程建设提供基础保障。

参考文献

[1]关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的实施意见桂教规范[2019]1号

[2]刘芳,罗应机,张建华.高校实验室建设和规范化管理探究.教育理论与实践,2016,36(30):15-16

[3]吴旭,陈仁安,魏德志.基于云计算的实验室综合管理系统的设计和应用.实验室研究与探索,2015,34(10):226-229

[4]衡军,王新宁,衡辉.浅析基于云计算的实验室管理信息系统设计.自动化与仪器仪表,2017(5):65-66,69

[5]张倩,李攀.基于云计算的实验室管理信息系统设计.信息与电脑,2018(1):57-58

[6]胡国强,杨彦荣.智慧教育背景下高校智慧实验室的构建与研究.实验技术与管理,2021,38(3):283-287

作者:刘芳 麦涛 王刚 单位:广西财经学院实验教学中心 经济与管理国家级实验教学示范中心