摘 要：
数字化转型是当前教育管理信息化的大势所趋，校内的实验实践教学资源管理也是需要推进转型的一项重要工作。而作为一项将“物”与“网”结合的重要技术，物联网技术在推进校内实验实践教学资源管理的数字化转型方面具有非常重要的意义。该研究选取一批开放式实验教学场所资源，在保证其他条件一致的情况下，通过有无物联网技术支撑这一单一条件变化，选取前后两个30天作为数据提取范围，对管理人员和学生使用开放式实验教学场所的行为数据进行提取、挖掘并深入分析。经研究发现，物联网技术的应用可提升教学资源的利用率，但伴随着使用需求和资源不足之间的矛盾加剧，管理人员和学生行为的不可控性也进一步加重。在利用物联网技术时，除了关注其对管理效率的提升外，还应当注意技术外壳下的人文关怀，对教学资源的利用可考虑进行柔性调配，以满足教育需要。
关键词：
管理数字化转型；物联网技术；教学资源利用；实验室；数据分析
中图分类号：
G434
文献标志码：
A
文章编号：
1673-8454(2024)04-0100-07
作者简介：唐翔
，吉利学院汽车工程实验教学中心副主任，助理研究员，博士(四川成都 641423);
孙璐
，电子科技大学成都学院计算机学院副教授(四川成都
611731);
倪雨
，吉利学院汽车工程实验教学中心主任，教授，博士(四川成都 641423);
杜欣芮、张劲
，吉利学院汽车工程实验教学中心实验员(四川成都
641423)
一、引言
随着信息技术与教育的不断深入融合，智慧校园的建设也从传统的信息系统软件平台建设转向全方位智慧环境多元化的方向发展
[1]
。在教育信息化2.0的时代背景下，以云计算、大数据、物联网等新兴技术为引领的技术浪潮，也将教育数字化转型推向了又一个新的高潮。新网络、新平台、新资源、新校园、新应用、新安全等议题被放在越来越重要的位置
[2]
。以现代信息技术为支撑的在线教育是数字资源应用的典型代表。国内的数字教学资源已呈现出教师队伍专业化、学习资源产品化、教学模式多样化、学习评价智能化、组织体系标准化的趋势
[3]
。
在线教学资源不断发展的今天，本地化教学资源的建设与数字化转型也如火如荼地进行着。以物联网技术为基础的智慧教室
[4]
、智慧化一卡通
[5]
等系统建设工作取得了较好的成绩。近年来，物联网技术对教学环境和实践资源的利用也开始产生显性的作用
[6]
。
除了智慧教室和设施设备外，实验室也是一类非常重要的教学资源，是师生进行课程实验、专业实践、科学研究等活动的重要场所，是培养应用型人才、实现与社会岗位对接的基本保障
[7]
。随着高校实验条件的进一步提升，高校实验室硬件条件建设得到快速发展，传统的实验室管理运行模式与逐年增长的实验实践教学需求之间的矛盾日渐凸显，实验室运行过程中出现的各种问题也亟待解决。部分设备先进的学校对实验室类教学资源的管理仍停留在填写申请表分配实验室阶段;也有学校配备了实验室管理系统，但只是将线下的一些操作流程搬到了线上;还有的实验室具备门禁系统，但门禁系统权限无法按需开放，实验教学资源无法得到最大化利用
[8]
。
近年来，一些学校自行开发物联网系统，将实验设施设备的利用与管理软件平台相互连接，实现了实验教学资源的自动化运维管理，提升了教学资源的开放利用率
[9]
。但目前这类研究大多集中于对物联网的应用或技术方案探索方面
[10]
，在具体实践过程中，应用物联网后对教学资源利用率的提升水平、存在的问题等却鲜有报道。
本研究从物联网的实践应用中提取真实运行数据，通过对应用物联网技术开展相关教学资源管理的前后各30天时间段内的实际数据进行对比分析，从学生、管理者两个层面出发，分析物联网技术对教学资源利用情况的影响，为高校教学资源管理的物联网应用和研究提供了参考。
二、研究设计
(一)技术方案
本研究基于BS架构，采用Java语言自行开发了一套用于实验室开放预约的信息管理系统。按照集中部署、分布使用的思路，前端采用Vue框架实现，支持多种主流浏览器;后端采用SpringBoot技术构建，采用MySQL数据库来实现数据管理。学校师生通过管理平台预约相关实验室和实验教学资源，预约信息经实验室管理人员审核通过后，使用人凭审核结果到现场请工作人员开门后便可以利用相关资源。
按照数字化转型的工作目标，为提升工作效率，在开放预约系统运行一段时间后，又通过对接物联网芯片，将实验室的门禁/门锁进行了智能化升级。在选用芯片时，针对市场上的主流方案进行调研。目前主流的物联网通信方案有三种，分别是基于无线网关的通信网络、基于5G/4G的无线通信网络、基于电子时钟的随机密码加蓝牙终端通信。
在实际应用环境中，基于无线网关的通信方式受网络影响较大，虽然学校实现了无线网络全覆盖，但遇到课间人群聚集较多时，无线路由设备会出现连不上的情况，可能会造成关键时刻无法开门的情况，停电也会导致无法通信开不了门的情况。采用5G/4G网络虽然对停电场景支持度较高，但也会存在网络拥堵问题，而且还会受运营商费用限制。经测试和综合考虑后，本研究最终采用电子时钟和蓝牙通信并行的方案。该方案不依靠无线网络通信，可以保证在各类特殊情况下(含停电和网络拥堵)顺利开门。虽然使用之后需要靠门锁和管理人员的手机进行间断型蓝牙通信，但其所传输的是开门记录数据，主要用于检查使用情况，对时效性要求不高，可以在管理上通过安排定期巡检的方式解决。
在该方案的支持下，师生在线预约相关资源，经管理员审核同意后，开放预约系统经鉴权接口访问物联网管理平台，将审核记录的时间参数传输给物联网系统，物联网系统经鉴权后将限时密码返回到开放预约系统，师生用户在审核通过的记录中可以查询到该限时密码，在预约时间段内自行打开门锁/门禁。管理员在巡检时，物联网设备又将开门记录信息通过管理系统App上传到物联网管理平台，预约系统定期从物联网平台读取开锁记录，就可以对教学资源的实际使用情况进行校验，具体运行逻辑如图1所示。
图1 基于物联网的教学资源开放系统运行逻辑图
(二)研究对象选取
由于开放预约系统与物联网系统上线时间不一致，在物联网设备还未启用时，采用在线预约审核通过后人工开门的方式进行了一段时间的管理。这段时间的管理有预约数据可循，正好与物联网设备上线应用后的应用数据形成对比，为本研究提供了宝贵的实践数据，即在几乎相同的外部条件下，仅针对物联网设备使用前和使用后的利用数据展开对比研究，分析物联网技术对相关资源利用的作用。
为保证除有无物联网外的其他环境尽量一致，本研究选取除上课时间外开放给学生自主预约使用的12间琴房和舞蹈房。这类通识性开放教学场所的设备情况相对单一，使用用户对象也比较单一(校内在读的艺术、表演、教育专业学生)。在无物联网设备和有物联网设备的条件下，各选取30天作为数据提取范围。该研究条件下，学生对象相同、场所及包含设备相同、使用的预约系统相同、开放时间相同(每天8:00—22:00)。除外部社会环境因素影响外，唯一的变量只有是否通过物联网设备获得利用权限。
三、结果与讨论
(一)学生预约情况分析
从表1中的数据变化情况可以看出，在相同时间段内，应用物联网与否对使用数据影响非常大，下面主要从三个方面对学生预约行为进行分析。
表1 应用物联网前后各30天内学生预约情况对比
1.物联网技术提升教学资源利用率
在使用物联网设备前，学生对资源的使用总数不多，每个场地的日均使用数不到1次;使用物联网设备后，每个场地的使用量达到日均4次，按每次使用时长约2小时计算，每个场所的日均使用时长高达8小时。从该数据可知，物联网应用后学生使用量大大提升，并近乎饱和。由于本研究中未使用物联网技术的时间段是疫情期间，学生的行为受到一定的限制，但在确保环境和人员安全的情况下，教学场所仍然正常开放，虽然会对个别数据有所影响，但对应用数量极速上升这一总体变化趋势的分析仍是相对准确的。
2.学生预约成功率下降
使用物联网设备后，学生预约的数量虽然极速上升，但是预约成功率下降了12.5%，预约失败率相应上升了9.3%。究其原因是需求量的极速上涨导致同一时间内的需求冲突变多，冲突校验导致预约失败率变高。此外，也可能与疫情的影响有关，使用物联网设备的时间段内，除了正常的课程安排，还有部分上一学期的补课也在这些场所内进行，导致学生的预约更不易成功。
3.物联网技术应用导致用户随意性增强
使用物联网设备后，学生预约的撤销率提升了6.2%，呈现明显上升趋势。由于学生撤销行为是自主行为，与是否预约成功的关系不大，结合实际应用情况分析可知，当物联网设备应用将人工监管排除后，学生行为的随意性有所提升，学生不再担心因随意取消而导致管理教师责备。但撤销率的提升却意味着相对紧张的资源可能会在部分时间闲置，不利于资源的有效利用。针对这一情况，学校可在管理上考虑对撤回率较高的部分学生采取警告性限制预约措施，以规范学生行为，不再随意预约。
(二)教学资源管理情况分析
1.物联网技术促进管理工作的数字化转型
从表2可知，使用物联网设备后，管理人员的审核工作量随着学生的预约量快速上升，但同意率却不升反降，造成这一现象的原因固然与上述使用冲突有很大关系，但也和管理机制未随技术手段的变化而变化有一定关系。在应用物联网之前，学生预约有很多是到场后现约现用，管理机制上未考虑到因教学冲突带来的审核拒绝行为。随着物联网的应用，学生预约数量不断上升，这类“预约上却被拒绝”的审核其实可通过管理机制的转变来避免，如在预约系统中直接把课程情况排入作为冲突校验，限制学生预约。一方面节约了管理工作量，另一方面提升了用户的使用体验。
表2 应用物联网前后各30天内学校管理情况对比
2.物联网技术促进管理工作效率提升
使用物联网设备之前，场所的开关门工作由人工进行，有部分预约了的学生存在既不到场，也不撤销的情况。由于管理员主要是以学生到场开门作为审核标准，因此存在始终“未审核”的情况，这不仅对资源利用造成浪费，也对数据统计造成了干扰。采用物联网后，将这一行为改为检查制的非必然行为，使数据更加集中，管理效率得到提升。当然对于预约后不到场的学生，仍应保留监管限制的规范化手段。
(三)教学资源使用行为分析
1.学生对软件平台的使用时间应作一定限制
为研究学生在30天内的预约行为情况，将所有学生每一天每一个时间点的一次预约作为一个点，横坐标为天数，纵坐标为时间，可以得到学生预约行为散点分布图。在有无物联网的两种条件下，学生预约行为的时间散点分布情况如图2所示，从中可以看到在使用物联网设备前后，学生在线预约行为呈现明显的变化。
图2 学生预约时间散点分布图
在使用物联网设备之前，学生预约时间基本在08:00—22:00，这与实验室开放时间一致。在未启用智能化管理期间，因为有管理人员全程开门，学生较少有提前预约的习惯，在到达后经教师提醒才进行预约，学生预约的时间段大部分集中在白天，使用时间段就是预约时间段。而使用物联网相关设备后，学生预约行为和时间分布面大大增加，部分学生甚至会在凌晨时段进行预约。对此，学校可以考虑在凌晨时段暂时关闭预约功能，同时在有条件的前提下适当增加教学资源，以保障学生的生活健康。
2.管理者应对教学资源开放时间柔性调配
用分析学生预约行为类似的方式，对学生使用情况进行分析，将学生预约的开始时间点作散点分布图，在两种情况下学生使用行为的时间分布情况如图3所示。
图3 学生使用时间散点分布图
从中可以看出，在没有物联网设备时，学生使用时间大量集中在14时、18时至19时左右，其中又以18时最为集中，几乎覆盖了30天中的每一天，说明该时间段是学生使用的高峰期，这一时间正好也与学生上课时间错开，表明学生在课余时间对开放性教学资源的强烈需求。
由于在使用物联网技术后，学生行为散点分布密度较大，较难进行数据化分析，为了研究学生在每一天各个时间点上的行为状况，针对学生在使用物联网技术以后的预约和使用两种行为，对数据再次进行聚合。首先，将学生预约行为和使用行为的时间点归整到其最接近的整点上;其次，将30天内在同一整点上所有学生的行为频次叠加，只统计该时间点上所有的行为发生频次，最终得到学生预约和使用时间点—频次分布如图4所示。
图4 使用物联网技术后学生预约和使用时间点—频次分布图（30天）
从中可以看出，使用物联网设备后，从7时到21时均有学生使用，18时至19时是学生使用的一个高峰，而14时也是一个高峰，上午的使用频次不算太高，只有高峰时的一半左右。
针对这一情况，最有效的解决方案是增加教学资源，但在教学资源有限的情况下，可以考虑采取一些柔性措施，如在使用率较高，排课却几乎不占用的13时至14时、18时至19时，适当多开放一些原用于上课的资源，让教学资源物尽其用。
四、结论
通过对同一环境下是否使用物联网技术的数据对比分析发现，物联网对教学资源，特别是通识性教学场所资源的利用具有非常巨大的提升作用。但物联网设备的使用，也可能带来少量管理依赖和用户滥用行为的发生。作为教学资源管理部门，应当在确保系统可靠的情况下适当放权，将更多重复性劳动交给智能化设备，将更多精力聚焦于合理、有效地提升教学资源使用率这一问题上。
本研究仅以学生对通识性实验室的利用为例，研究的重点对象集中在学生的行为分析上，对于类似的学生自主预约类教学资源(如自习室、电子阅览室、通识性实验室等)的利用情况具有较好的参考作用。物联网技术还可用于以下诸多场景：专业性实验室的开放使用;将物联网芯片用于开关实现重要设备的物联利用;将芯片用于相关传感器实现设备的检修与维护等。总而言之，在本地化教学资源的利用过程中，应不断研究开发物联网技术在各种场景中的应用，促进教学资源管理工作的数字化转型。
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Research on the Promotion of Teaching Resources Utilization
by Internet of Things Technology
Xiang TANG
1
, Lu SUN
2
, Yu NI
1
, Xinru DU
1
, Jin ZHANG
1
(1.Automotive Engineering Experimental Teaching Center, Geely University of
China, Chengdu 641423, Sichuan;
2.College of Computer Science, Chengdu College of University of Electronic
Science and Technology of China, Chengdu 611731, Sichuan)
Abstract:
Digital transformation is the general trend of education
management informatization, and the practical teaching resources is also an
important part. As an important technology combining “things” and “networks”,
the Internet of Things Technology can help to promote the digital
transformation. A batch of open teaching resources was selected in the research
to find out the effect of the Internet of things on it. The behavioral data
within different two consecutive thirty days of time were extracted, mined and
analyzed. Conclusions indicated that application of Internet of things
technology could improve the utilization rate of teaching resources. However, it
would also be accompanied by the intensification of the contradiction between
the use demand and the lack of resources, and the uncontrollability of the
people. In addition to paying attention to the improvement of management
efficiency, humanistic care should also be considered. Meanwhile, flexible
deployment was encouraged during the process of using teaching resources.
Keywords:
Digital transformation; Internet of things technology;
Utilization of teaching resources; Laboratory; Data analysis
编辑：李晓萍 校对：王天鹏
