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摘要:
为了提高实验室的开放水平、管理的精细化水平和有效利用实验室空间、设备以及支持的能源、网络等资源，提出了采用微信、微博等学生喜闻乐见且使用方便的网络新媒体来实现学生的实验室签到和使用预约;设计了基于智能能耗传感器等物联网设备对计算机系统、空调系统和其他实验室支持环境的能耗进行采集与优化控制的新型监测和管理方式;基于新媒体和物联网技术的新型智能化、精细化的开放平台实验室管理机制使得实验室的开放管理机制更适应双/多校区的教学及科研活动管理，并且实现资源高效利用和节能减排。
关键词:
微信;物联网;精细化管理;双校区;绿色校园
近年来随着高校教学改革的深化，各高校不断地探究新的实验教学方法，高校实验室管理和运作模式从传统的课程教学型实验室逐渐转变成开放型实验室。开放型实验室不仅能满足不同水平和能力的学生需求，而且提供了一个发挥个人潜能的实验环境，从而使学生可以自主地到实验室进行实验研究和探索性学习，这不仅有利于发挥学生做实验的积极性、主动性，也有利于培养学生的个性，激发学生的思维，引发他们创造的欲望，点燃他们创新火花［1］。开放型实验室能更好地适应当前新的实验教学模式，例如课题研究实验教学模式，项目化实验教学模式，竞赛培养实验教学，为学生搭建一个多元化的创新平台，培养了学生的科研精神和团结合作精神，从而提升学生的综合素质［2－4］。开放型实验室建设是一个系统工程，它需要多方面的建设。实验室开放不是时间、空间的简单开放，也不是教学内容和仪器设备的简单开放，实验室开放必须有先进的管理理念和管理制度作保障［5］。在为实验室开放提供必备经费、设备和人员保障的前提下，探索基于新媒体和物联网的开放实验室管理新机制，设计开放实验室管理系统是至关重要的［6］。它可以进一步提高教学资源和设备的利用率，更能够保障高校实验室开放管理的顺利运行，使开放型实验室真正成为培养创新型人才的摇篮。
1当前实验室开放和管理中的突出问题
1．1学生无法及时获得实验室详细的开放信息
目前高校实验室一般采用课程实验预约开放时间，开放自主使用的网上预约管理方式［7］。由于网上系统信息需要及时更新和实时录入，尤其是课程实验时间的临时调整变化无法及时上传，学生无法方便地获得实验室的实时开放状态和具体的空余(设备)资源情况。以天津大学为例，2015年进入双校区运行状态后此问题将会变得更加突出。例如，学生从实验安排表查询，发现某实验室无实验教学课程，当他从卫津路校区到津南校区，需要的设备已经被其他自主使用的同学占用了。这样导致一方面学生白跑冤枉路，另一方面没有预约的其他实验室空间以及设备白白闲置。因此，需要精确的个体化的设备和资源使用情况，以及提前进行预约个体的实验设备的信息管理和服务平台［8］。
1．2管理者无法准确掌握具体使用情况
值班人员和实验室管理人员仅仅能看到学生在或者不在，大致了解学生人数。但是他们缺乏对具体每个学生使用具体设备情况的信息化统计手段，缺乏对于学生的上网、使用实验设备等情况的有效管理和统计。指导教师也无法时时获知在开放时间段内来实验室作实验的学生情况。学院基本上只是按照实验学生人数、经费情况来配置实验室面积、设备数量和支持资源等。统计的实验时数等是实验室人员手工填写的，缺乏客观依据。通过对设备资源使用的监测和信息化统计，将大大提高实验室管理的精细化水平，为实验室规划、投资效益分析等提供客观、翔实的数据基础。
1．3实验室相关资源浪费严重，管理粗放
实验室开放必然会加大实验室的人员、电力、能源和设备开支。但是仅仅是粗放型开放，就会导致成本大量提升，导致资源浪费，而没有取得相应的学生实践能力的培养效果。以当前周一至周日全开放的某大学计算机实验教学中心平台实验室为例，该实验室有2层，使用面积300余平方米，采用了集中空调系统。从近几年的具体使用情况看，周末或者晚上来实验室做实验的学生很少。但是仍然需要实验室同时开启几十个无线网络接入点等网络设备、大量的中央空调和视频监控等辅助设备，并且增加聘用员工，安排实验人员长期值班，这带来了不必要的大量能源消耗和人员经费开支。这样的粗放型实验室资源开放情况对于建设绿色校园、实现节能减排是非常不利的。
2物联网和新媒体的精细化管理新机制
针对以上问题，我们提出精细化管理实验资源，合理配置实验设备，及时对信息收集和的新的开放实验室管理机制［9］。研发基于能耗和其他物联网装置的实验室环境能耗和设备使用管理软件;研发及时实验室精细化使用情况的新媒体交互系统;研发通过微博等新媒体签到来获得实验室实验设备及网络等资源使用许可的认证和管理软件。
2．1学生需求的精细化和实验预约机制
目前的学生需要的信息比较单一化，往往只是简单使用实验室的时间信息，而且没有对学生是否按时来使用实验室资源进行确认和管理。新机制将学生的实验室使用需求细化为:使用时间、使用的设备、使用的实验室支撑资源(网络、空调、其他辅助设备等)、需要指导人员、使用的优先级等。其中使用时间就是计划开始使用实验室的时刻和计划的时间长度;使用的设备是指进行实验的主要设备;支撑资源是为了进行该实验需要的辅助设备和支撑环境;指导人员指是否需要特定的教师指导实验过程;使用的优先级由新机制自动生成。学生使用的优先级主要依据的因素包括:学生的预约信誉(即以往预约的正确性、按时使用实验室的概率);实验室空闲设备的匹配率;实验室支撑资源的利用率等。如果某同学预约信誉高、空闲设备和他的需要匹配，并且对实验室辅助资源的占用少，他的使用优先级就比较高，可以有效预约到实验室开放时间段。反之，预约信誉低、使用的设备不空闲、占用的辅助资源多的预约的优先级低。
2．2实验室使用监测和精细化管理机制
以往实验室只是通过门禁系统来对学生进行基本的是否进入实验室进行管理;通过视频监控系统来粗略地观察实验室是否有学生和是否安全。新机制将精细化管理学生的预约、预约的到位率、设备的具体使用情况，生成设备和实验室的精细化监测信息。将新媒体预约与实验室签到系统和门禁系统结合，实现对学生是否按时使用预约资源的监测和统计，并且为上面的学生信誉机制提供签到数据。将计算机类设备的登录系统增加二维码，学生即可在具体设备上签到，和下面的能耗等传感器配合，可以获得准确的使用状态信息和进行精细化设备使用率、完好率等统计，避免了后期的人工操作，提高了统计监测的实时性。
2．3实验室支撑环境的物联网监测和开放机制
将空调、网络系统、视频监控系统和高耗能的实验设备分别增加具有网络接口的能耗传感器，即可实时获得设备的能耗信息。通过非侵入式负荷分解与识别技术还可以进一步分析设备的工作状况(空闲、低负荷、高负荷)。将实时获得的设备能耗等信息进行分析，并且和学生签到以及设备利用率管理系统配合，就得到了实时的开放效益评价。根据实验室开放规则，依据设备、辅助资源的利用率和能耗等情况，来确定是否接收学生的个性化实验室预约。这样就可以避免为了极少数的学生，实验室大量资源全部开放导致的浪费情况的发生。从而引导学生自主实验预约时间集中，提高实验室运行效率。通过学生实验需求的精细化预约，加上门禁和新媒体签到系统对设备和预约情况的确认与精细化管理，配合实验室支撑环境的监测系统，就形成了灵活、高效的开放实验室基于物联网和新媒体的管理新机制。该机制可以有效地响应学生需求，高效利用实验室资源，减少实验室支撑环境和人力的浪费，促进节能减排，并且提高管理的效率和实时性。
3管理系统设计
为了实现上述管理机制，将计划预约、及时和申请结合的新机制，并且需要考虑设备和实验室环境的能耗、人员开销等，建立及时收集设备、支持环境、学生使用情况的制度、方法;提出优化的开放目标，以学生使用和能耗为综合约束条件，引导学生利用开放实验室平台［10］。我们设计了下面的主要管理系统。
3．1基于微信等新媒体的学生预约和签到系统
分析微信、微博等新媒体的开发平台、进行移动应用的学生签到、信息交互等软件需求分析、模型设计和快速原型开发。考虑到学生的使用习惯，并且针对学生到其他校区不方便使用电脑进行实验预约和签到的实际问题，开发了基于微信等新媒体的实验室预约和签到软件。
3．2基于能耗传感器的设备使用情况监测系统
对于典型设备和支持环境，增加具有网络数据传输功能的能耗传感器。对实验室的电脑、视频监控设备、空调、实验台等进行分类监测统计。通过及时的网络监测和负荷分析模型，可以获取设备使用情况和能耗的关系。得到不同设备的工作状态(正常工作、待机、低功率等状态)。为管理人员判断开放实验室的范围提供基于能耗的设备有效使用率的客观依据。
3．3实验室资源使用授权和设备利用率统计系统
研发基于签到的实验室网络等资源的授权系统，只有通过预约和有效签到的学生才可以在指定时间内使用实验室资源，避免学生滥用和相关人员私自对外开放。综合签到数据、结合分析相关类型的设备能耗数据，可以精细化地对设备的利用率进行及时统计，并且可以对实验室整体开放效益进行及时分析。
4结语
分析了物联网技术和新媒体技术条件下的高校实验室开放管理机制，针对学生预约实验和教师与管理机构管理实验室开放过程中的突出问题，提出了基于新媒体的实验室开放新机制。开放型实验室采用适应双校区的基于新媒体和物联网的开放实验室管理机制是实验室开放建设的需要，更是深化高校教育改革、促进实验教学模式改革的需要。开放实验室管理新机制可以进一步提升实验室的内涵式开放性，使实验室成为创新型人才成长的沃土。
作者：罗咏梅 单位：天津大学计算机科学与技术学院
参考文献(References):
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