一、建设目标

构建“以学生为中心”的实验教学环境，满足新时期全面振兴本科教育目标的需要，帮助学生积极地、广泛地、有远见地追寻有意义的实践经历。同时，适应防疫常态化的新形势和新要求。

实验教学及管理智能化。智慧实验室以实验教学管理系统为软件平台，以智能硬件及物联网为硬件平台，对实验教学全流程、全要素进行数字化，为实验教学质量提升提供数据支撑和分析工具。管理系统可满足实验教学模式混合化、多样化的需要。

实验室管理智能化。智慧实验室通过物联网智能硬件终端，实时监控实验室环境和设备使用状况，实现有痕迹可追溯、有准入可防控，实验室安全获得极大保障。

二、具体功能

Ø 课前：协助教师完成琐碎事务，监管浅层次知识学习，推进课堂深度学习。

系统可协助教师排课，学生可按照各个实验项目的要求选课（班级统一选课or学生个人自由选课）。选课完成即进入在线预习阶段，学生可查阅实验指导书及课堂实验评价量表，查看实验台等设备的使用说明书及操作视频、教学慕课视频，自助完成预习考核并提交预习报告。系统自动监管学生学习行为，并进行预习有效性判断，根据实验项目要求仅允许通过预习考核的学生进入课堂实验。

Ø 课堂：支持实验教学方式混合化、多样化，提升实践教学质量。

现场实验：学生在选课的时段，到实验室自助刷卡签到、根据课堂实验评价量表完成实验、通过实验台电脑或微信上传实验过程中记录的实验数据及截图等，教师根据课堂实验评价量表对学生课堂实验进行课堂表现评分，并导出考勤报表。

远程实验：学生在选课的时段，通过个人电脑远程连接到实验室中的设备，按照课堂实验评价量表的要求完成远程实验，并上传实验过程中记录的实验数据及截图等。

虚拟实验：通过个人电脑通过系统进入第三方实验平台/软件，按照实验评价量表的要求自助完成实验，并上传实验过程中记录的实验数据及截图等。

口袋实验：学生预约实验套件，并在预约时段内到实验室，自助刷卡，领取自助借还柜中的仪器、设备、耗材。在实验室或实验室外，按照实验评价量表的要求自助完成实验，并上传实验过程中记录的实验数据及截图、照片等。

Ø 课后：系统量化学习评价，形成有效反馈。

学生按照实验报告模板以及实验报告各小节的评价量表要求，调用课堂上传的素材，在线编辑提交实验报告。

教师/助教依据实验报告各小节的评价量表，在线评阅和批注实验报告，系统根据评分结果自动生成实验报告反馈、能力技能指标达成度、汇总实验项目成绩。

Ø 课外：系统自动监管实验室环境及设备状态，保障实验安全。

学生自助完成实验室/实验设备的安全考核后，提交预约申请并经实验室教师批准后，到实验室自助在触摸一体机上签署确认安全协议（远程实验无此步骤），然后自助刷卡进出实验室、开关实验台、借还仪器耗材，进行课外实践。系统自动监管设备状态、学生使用行为，并对违规行为进行扣分、拉黑。

三、系统配置

智慧实验室系统包括软件管理系统以及物联网智能硬件配置。

3.1软件系统

3.1.1教学管理：

Ø 实验安排模块

实验课程或实验项目的管理教师，通过该模块完成实验项目开课时间、任课教师、上课对象等三个维度的设置，为后续进行的排课、选课操作，提供约束数据。模块内容：指定实验教师、课堂教师、教师助教等；设置计划开课周次、节次，以及实验室开课信息。

Ø 选课排课模块

在实验安排模块已完成的相关设置数据的基础上，管理教师通过该模块对实验课进行排课，并对学生的选课进行约束管理；学生通过该模块完成班级统一选课或者个人独立选课。系统随后生成教师课表、学生课表。模块内容：设置班级实验范围、要求;班长等代替班级或个人各自选课、退选;教师排课、调课；教师学生课表。

Ø 预习学习模块

通过预习学习模块，学生按照要求完成相关内容的学习，管理教师对相关学习资源进行添加维护，以及查看相关的记录及统计数据。模块内容：实验项目的预习资源，实验项目的课外拓展学习资源，实验室规章制度及安全学习资源、设备使用资料等。模块内容：添加实验指导书及课外学习资源；自学，及过程监督及有效判定;自助考核;了解课堂及报告评分细则。

Ø 课堂实验模块

学生通过该模块了解实验要求和评分细则，并按要求将实验过程和数据记录拍照上传，以便编辑实验报告时调用和教师审核；教师通过该模块对学生的课堂表现进行评价打分。模块内容：按照管理员设置的课堂考勤和扣分规则，利用配套的刷卡器、门禁等，实现自动考勤并将考勤汇总报表、记录明细等提供给教师。包括，设置课堂考勤规则，刷卡签到;生成推送考勤记录及报表;远程实验、上传及审核实验结果数据照片。

Ø 实验报告模块

管理教师通过该模块一次性完成实验报告的内容模板、要求、分值、评分方式等的设置，设置可持续使用。学生通过实验报告模块，在教师设置的实验报告模板基础上，完成实验报告的编辑提交，以及查看评阅后的实验报告及批注。系统自动监管记录学生的编辑行为数据。模块内容：教师设计实验报告模板，添加设置报告各个小节；学生按模板要求，调用课堂照片，编辑实验报告。

Ø 批改评分模块

模块内容：教师设计评分细则，供教师助教对课堂、报告进行批注式评分；直接录分；实验报告抽查、驳回。

Ø 实验项目模块

管理教师通过该模块对实验课程、实验项目相关的基本信息、模式等进行添加、选择与维护，并对与实验项目相关的关联数据、要求等进行选择、设置。模块内容：课内实验项目基本信息录入、开课模式设置、开课停课;指定实验项目报告模板、预习试卷等。

Ø 成绩管理模块

管理教师通过该模块设置各个实验项目的成绩组成部分。系统自动汇总实验项目成绩、实验课程成绩，供师生查看，并生成可下载的成绩统计报表、分析报表。模块内容：设置实验项目成绩组成部分及占比;汇总、查看实验课总成绩及明细;查看、下载已评阅的实验报告。

Ø 通知消息模块

系统按照管理人员预设的消息推送规则，通过通知消息模块自动向管理人员、学生等推送相关消息；管理人员发布通知，学生等查看通知。模块内容：各类通知的编辑、发布、查阅；各类系统、设备消息推送模式及参数的设置。

Ø 报表管理模块

报表管理模块，作为其它各个模块的辅助功能模块，针对实验教学各个环节，以及各个模块的使用和管理等，自动生成各种统计汇总数据、统计图，以及可下载的统计报表。管理员、教师可从各个维度了解实验室、实验室设备以及学生学习的情况，以便进行跟踪和管理。

3.1.2安全管理：

Ø 预约授权模块

用户通过手机微信或电脑Web浏览器等方式，使用该模块中的预约功能申请实验室及实验室特定设备的使用权限；管理员通过审批功能管理用户的申请，也可通过授权功能直接授予用户使用权限，并对获取使用权限的模式、过程、已放出的权限等进行设置和管理。模块内容：设置允许预约时间及模式；预约申请及系统、管理员按预设方式审批；设备权限的授权、撤销等。

Ø 安全考核模块

管理教师录入试题、答案、解析，设置各类试卷;学生进入实验室前，通过该模块进行实验室及实验设备的安全使用准入考核。

Ø 设备使用模块

实验室管理人员、用户通过Web方式，远程打开、关闭设备，查看设备使用情况。

Ø 使用行为管理模块

管理人员设置用户行为监管规则，系统实现自动监管;设置评价规则，学生使用前针对上一用户进行评价，实现用户积分、黑白名单管理。

Ø 设备管理模块

设置设备的定时自动打开、关闭、启用、禁用；故障上报及处理；查看导出设备工作记录。

Ø 人员管理模块

人员管理模块是其它功能模块正常运行的基础，该模块主要实现对人员组织结构、人员信息、人员类型及角色权限的添加与维护，以及用户维护个人信息。

3.1.3系统管理：

Ø 物联网云平台模块

物联网云平台实现各类物联网智能硬件终端的接入、监测和控制，同时设置硬件终端的工作参数、管理模式以及设备之间的关系。该功能模块是支撑物联网智能硬件正常运行的基础模块。

Ø 后台管理模块

后台管理模块，实现软件系统基本信息的配置、各个功能模块的启用以及系统数据的管理和备份恢复等，是其它所有功能模块正常运行的基础。

Ø 对接第三方系统

与学校的各个信息平台、智慧校园平台进行无缝接入，实现基本数据共享，方便教师管理，方便学生使用。

3.2硬件终端

智慧实验室的安全、有序、可控等目标，主要包括对人员出入的管理，对仪器、设备、工具、耗材等使用过程的管理，以及实验室基本环境的管理等。这些需要对应的物联网智能硬件终端，包括电源管理类、门禁管理类、物品管理类、环境管理类等设备才能实现；通过操作展示类设备，方便学生、教师掌握各类硬件终端使用情况；通过入网通信类设备实现硬件终端接入软件系统。

3.2.1电源管理类：

Ø 智能断路器（含单相和三相）

对房间总电源、实验台总电、大功率设备电源等进行管理，加装配套刷卡器可刷卡开关电。

3.2.2门禁管理类：

Ø 防盗门电子锁

实验室房门出入管理。

3.2.3物品管理类：

Ø 触摸操作一体机

用于操作各类物联网终端设备开关/展示实验室信息、通知、设备状态等

Ø 自助借还柜

用于自助借还设备、工具，及领用耗材。

3.2.4环境管理类：

Ø 人体感应器

监测是否有人，联动控制其它终端。

Ø 智能空调遥控器

用于控制柜式空调、吸顶空调，可调温度、风速、模式等。搭配电源管理类硬件，可限制时段、限制温度使用。

Ø 烟雾报警器

光电式传感器，烟雾浓度监测报警

3.2.5操作展示类：

Ø 数据大屏

显示各类汇总数据、设备状态、通知消息、最新使用记录、当日预约计划等。

自动轮播，部署于大厅、主要入口。

3.2.6入网通信类：

Ø 智能网关

实现各类智能终端设备的入网及离线管理：向下与智能终端设备通信，向上与软件系统通信。并存储备份数据，离线时管理智能终端设备正常运行。

四、费用估算

软件模块全套共17个，硬件终端按照40套/教室设计。具体如下表：

（特别说明：用户可以根据实际情况，选择全部的或部分的软件模块、硬件终端。）