随着互联网技术的不断渗透，高等教育领域中的课程建设、课堂改革、教学评价、教育研究等方面的运行方式发生了前所未有的改变。在信息化建设与教育行业不断融合的时代背景下，高校实验室的信息化程度也得到了显著提高。作为每年承担全国超过90%的本科教育人才培养任务的地方本科院校，实验教学质量直接影响本科人才培养质量。但同时，也因其普遍存在信息化管理和教学模式单一、办学资源有限且缺乏合理利用和分配等问题而受到广泛关注。依托物联网技术构建智慧实验室可以有效地整合现有实验仪器设备资源并提高使用效率，通过感知终端采集信息以降低人工成本，共享优势教学资源扩大学生收益面，进而全面提升校园智慧化建设水平。

一、地方院校实验室信息化建设现状

第一，信息管理分散化。教学和科研仪器设备物理位置分布相对分散，管理和维护难度相对较大。部分进口大型仪器如德州仪器等设置有独立的仪器管理系统，与学校统一的实验室管理系统往往不兼容，仪器设备信息采集主要靠管理人员的人工录入，难以实现及时、准确的设备信息采集，“数据孤岛”普遍存在，维护和管理难度大。

第二，数据使用价值低。现有的实验室管理系统采集的主要是实验室内仪器设备的存有情况信息，即型号、单价、数量、存放地点、购置日期等，上述信息主要用于国有资产的核查和统计，对仪器的使用频率、完好程度、使用方法、使用人的情况采集较少，在新仪器采购、仪器使用和损坏追责等方面很少能提供有价值的信息数据，造成国有资源浪费和损失，对于办学投入有限的地方高校，不利于有效的整合教育教学资源。

第三，仪器管理和辅助教学不统一。教学和科研实验室的仪器设备往往存在仪器设备管理和辅助教学归属于两套信息系统的问题，而两套管理系统的管理部门或人员往往不统一。造成同一台仪器设备针对不同的管理需求多次采集信息，造成人员上的浪费。

第四，与实践教学的配合度低。实验室信息化系统在实验仪器设备的使用方法介绍上主要采用产品说明书配合个别厂商的短期面授使用培训，受益面较小。大多数学生和研究人员的学习和操作往往通过产品说明书或其他可熟练操作仪器设备的实验师面授，学习的时间和空间受限程度大，与本科教学的配合度低。

第五，人工化管理依然普遍。在实验室仪器设备管理过程中，人工管理仍然普遍存在，实验室管理员的主观因素起了决定性作用，由于需要人工职守，这在一定程度上限制了实验室资源的使用时间，影响了仪器设备等资源的高效利用。

二、智慧实验室概述

智慧实验室在本研究中主要指利用物联网技术和现代化信息感知设备，为师生提供全面的智能感知环境和综合信息服务平台，通过设备互联、信息互联实现教学、管理一体化，优质资源共享化。智慧实验室将现有实验室仪器设备通过基于物联网技术的信息化智能设备进行采集并整合数据信息，纳入智能化综合服务平台，实现管理、教学、使用数据信息有机融合，从而实现实时数据采集、优质资源共享和高效数据分析和服务。智慧实验室通过物联网信息化设备自动采集数据，大数据云平台存储和分析数据，实现减少人工干预、教学全过程记录，达到降低实践教学人力成本，实现实践教学过程全程可追溯，动态监控仪器设备状态，数据有效支撑师资绩效考核和仪器设备采购预算制定的目的。

三、地方院校智慧实验室建设

当前国内大多数高校除个别涉密场所外均已实现了完善的校园网络覆盖，各类科研、教学实验室等教学实验场所也均实现了网络互联，相当部分高校还拥有自主定制开发的智慧校园平台，部署智慧实验室的硬件条件已基本具备。通过部署部分感知信息采集设备终端，搭载匹配的智慧实验室云平台即可实现仪器设备终端与互联网网络的互联互通。

（1）智慧实验室模型的构建

由于本研究中智慧实验室主要采用物联网技术为核心，智慧实验室架构也基于物联网的技术架构，主要分为感知层、网络层和应用层。

1. 感知层。通过在实验场所内和仪器设备上部署大量感知终端设备，采集并向网络层传送各类数据信息。这些设备包括RFID识别终端、声音传感器、摄像头、智能移动电话、烟雾传感器、压力传感器、其他物联网终端设备等。在感知层的构建过程中，RFID和其他一些能实现身份唯一性的终端设备（如SIM模块等）由于具有较强的指代性，具有可以代表特定的仪器设备和使用人身份的功能，常常被作为感知层的构建核心。摄像头、红外传感器、烟雾传感器、压力传感器等感知设备作为辅助感知设备，在智慧实验室中用于监测实验室环境、人员情况和仪器设备工作状态。

2. 网络层。网络层在智慧实验室构建中的主要作用在于借助互联网、局域网、无线网、专用网（例如校园网）接入、传输和运营。由于网络层涉及专用网和通用网络的融合，也是优质教育教学资源和仪器设备资源是否能够实现互联共享的硬件基础，是各类不同感知层终端采集数据信息能否有效汇聚并为应用层的数据分析和辅助教学、管理提供数据支持的重要保障。

3. 应用层。应用层通过构建一个多元数据汇聚的综合服务平台，实现实验资源管理、实验教学管理、实验信息管理、实验环境监控的智慧融合。打破教学、管理不相融合的“数据孤岛”，用精准的仪器使用数据为学校仪器设备采购预算提供数据支持，以智能终端采集数据代替人工采集，用电子教案、电子试卷和自动采集实验结果代替传统纸质教学过程和教学结果记录方式，用网上预约和自助借还实验器材实现24小时无人值守全天候开放试验场所。除以数据为基础，以定制化的应用为平台，解决现有的实验室教学和管理中存在的问题外，应用层应承担探索智慧实验室发展前景和未来实验教学改革路径的任务。通过利用物联网技术和信息技术终端输出设备，不断优化实验室教学体验和管理体验，更好地服务于实验教学和管理。

（2）智慧实验室的主要功能

1. 实现实验仪器设备数据的自动采集。通过自动采集实验仪器设备的使用数据、功能数据、位置数据等，有效地实现在用仪器设备的互联互通，为学校仪器设备采购预算编制提供使用数据支持，为科研人员、学生使用仪器提供在线预约功能，为仪器维护人员提供自动的故障申报，极大的简化实验室管理人员的常规工作量，进而为学校节余重复采购成本和人力资源成本。

2. 实现实验教学优质资源的共享。通过开放的应用平台，录制优质实验教学课程，使每一个学生都可以接受优质的实验教学指导，扩大优质实验教学资源的受益面，实验指导师也可将更多的时间和精力用于改进教学方法，提升教学质量。通过开放的应用平台，录制仪器使用指导视频，可以极大地减轻现有实验室管理人员和实验指导师的工作量，降低仪器设备错误操作造成的损坏率。

3. 实现教学过程全记录。通过摄像头RFID终端和数据感知终端可以识别实验操作人员的身份和状态，自动上传仪器输出数据，无须纸质记录实验数据，自动实验报告，减轻了学生的实验负担，优化了实验体验，也为教学过程追溯，实验教学教师绩效评价和教学争议的解决提供了记录依据。同时，门禁、摄像头和RFID等终端的广泛应用，使24小时无人值守开放型实验室成为可能，也为实验室资源高效利用和设备损坏的追责提供了可靠数据支持。

四、智慧实验室运行保障机制的完善措施

智慧实验室的构建为本科院校高效的仪器设备管理、实验教学实施、实验教学管理、实验环境管理提供了技术支持，同时它的作用得以最大程度发挥，仍需要完善的智慧实验室运行机制作为保障。首先，需要规范的实验室运作制度，智慧实验室得以发挥作用，必须以数据的可靠采集作为支撑，数据的可靠采集有赖于感知终端的正常运作。实验室的规范化管理和运作，设备故障的及时排除，以及在智慧实验室运行过程中突发状况的应急处理，都必须以规范的实验室运作制度的执行作为保障。其次，需要学校层面的政策扶持，智慧实验室在使用初期，特别是优质教学资源在建设的初期，需要实验教师投入大量的时间和精力进行信息化课程建设，这不仅需要实验教师对智慧实验室建设方案的认可和极高的教学改革热情，更需要来自学校层面的政策性扶持和绩效评价的导向性分配。

总之，地方院校智慧实验室建设关乎高校科研工作的有序推进，是一项复杂的系统工程。地方院校要结合学校的实际需求，提供良好的实验室信息化支持环境，把控好智慧实验室建设过程中的每一个细节，这样才能保证智慧实验室顺利运行，促使其发挥最大的作用。

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