羅艷玲 楊守騰 張霽延 郝媛媛

（1.武漢工商學(xué)院，湖北 武漢 430065；2.咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北 咸寧 437100）

1 引言

隨著“培養(yǎng)應(yīng)用型技術(shù)人才”的興起，越來越多的高校在人才培養(yǎng)方案上都提高了實踐教學(xué)比例，這就對辦學(xué)條件尤其是實驗室設(shè)備和資源提出了很高的要求。對于有些專業(yè)來說，實驗設(shè)備非常昂貴，也需要極大的空間來放置，受到資金、場地、實驗人員的配備和培訓(xùn)等多方面原因的制約，并不是所有學(xué)校都有能力自建相應(yīng)的實驗室，因此，“共享實驗室”便應(yīng)運而生。

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)迅速發(fā)展，通過因特網(wǎng)共享實驗室資源成為一種趨勢。學(xué)生不需要進入現(xiàn)實的實驗室，而是通過網(wǎng)絡(luò)訪問相關(guān)服務(wù)器，獲取操作實驗的控制界面，然后通過這些人機交互界面控制并操作現(xiàn)實實驗室里的各種儀器，從而完成實驗。這種方式經(jīng)濟、高效而且可行，實現(xiàn)了實驗資源的遠程共享，不僅豐富了學(xué)生的實驗資源，更是大大減輕了學(xué)校的實驗經(jīng)費負擔(dān)。

因此，1998年就開始研究共享實驗室的MIT公布了iLab體系結(jié)構(gòu)，鼓勵更多的大學(xué)和研究機構(gòu)建設(shè)更多的遠程共享實驗室站點，可以方便的獲取來自MIT和其他高校的高質(zhì)量實驗，讓學(xué)生得到更多的實踐鍛煉。

2 發(fā)展背景

1998年，MIT的電子工程學(xué)教授熱蘇斯·德爾·阿拉莫（Jesúsdel Alamo）在講授晶體管物理學(xué)這門課時，由于價格昂貴，80多位學(xué)生不得不排隊共用唯一的一臺半導(dǎo)體參數(shù)分析儀來分析實驗數(shù)據(jù)。為了解決這個問題，阿拉莫讓學(xué)生幫他把儀器連接到了網(wǎng)絡(luò)上，并在分析儀的系統(tǒng)中增加“開關(guān)矩陣”，使得一套儀器可以同時掛接8臺設(shè)備。10年后，當(dāng)時那個相對簡易的聯(lián)網(wǎng)實驗已經(jīng)擴展成為由MIT計算機教育創(chuàng)新計劃中心（CECI）運行的一個名為iLab的項目。該項目尋求讓麻省理工學(xué)院外的其他人也能夠使用MIT的實驗設(shè)備，還為其他大學(xué)提供實驗工具，使它們能夠創(chuàng)建自己的網(wǎng)絡(luò)實驗。iLab讓學(xué)生能夠不限次數(shù)的重復(fù)進行實驗，直到完全理解實驗原理為止，沒有老師在旁批評也沒有后面排隊學(xué)生的催促。

2005年，大連理工大學(xué)成為國內(nèi)首家接入MIT遠程實驗系統(tǒng)（iLab）的高校，在校園內(nèi)就可以遠程操作MIT實驗室設(shè)備，實現(xiàn)了跨國際的優(yōu)質(zhì)實驗資源的共享。2017年7月29日，國家級眾創(chuàng)空間大公坊與中國智能硬件行業(yè)協(xié)會聯(lián)合打造的國內(nèi)首個“共享硬件實驗室SHLab（Share Hardware Lab）”在深圳寶博會航城分會場揭牌，為全球硬件創(chuàng)客團隊提供專業(yè)的供應(yīng)鏈管理解決方案。

3 國內(nèi)實驗室共享的困境

對國內(nèi)高校而言，實驗室資源共享還存在諸多問題：

1）共享的思想觀念傳統(tǒng)落后。受到傳統(tǒng)思想觀念的影響，高校當(dāng)中各個實驗室之間相對獨立，較為封閉。負責(zé)人將實驗室的設(shè)備、軟件、師資等資源視為己有，寧可浪費也不愿拿出與他人共享。另外，與其他高校實驗室之間的交流較少，很少以發(fā)展的眼光看待問題，總認(rèn)為自己掌握的資源最為全面、權(quán)威，而忽視了他人的資源，導(dǎo)致不愿接受其他高校實驗室共享的資源。此外，許多實驗室為了維護自己獨特的優(yōu)勢地位，占據(jù)資源高地，不愿將自己的成果拱手相讓，從根本上抵觸資源共享。即使被要求共享，提供的資源也僅為邊緣性的無用資源，而非真正的核心資源?？傮w而言，問題在于現(xiàn)有高校實驗室管理人員與操作人員資源共享意識淡薄，全局觀念缺失，導(dǎo)致設(shè)備資源使用效益低，閑置率高，實驗室資源利用率普遍偏低。

2）資源共享體制機制不完善。實驗室的建設(shè)已經(jīng)逐步成為各大高校關(guān)注的重點，一路走來，建設(shè)及運行機制已日趨完善，尤其是在人才培養(yǎng)、教育教學(xué)、科學(xué)研究等方面，都已相對成熟。而對于實驗室資源共享的有關(guān)體制機制，還沒有形成體系。對于共享資源的內(nèi)容、共享的形式、共享的范圍、共享雙方的權(quán)利與義務(wù)、衍生責(zé)任的認(rèn)定等方面都沒有較為完備的機制約定，是造成實驗室資源共享不能順暢進行的主要矛盾點所在。另外，由于部分實驗室資源是在一定程度內(nèi)公開使用的，部分還涉及付費取用的問題，關(guān)于資源共享成本的約定亦是一大問題。在實驗室資源共享中各項基礎(chǔ)成本的計算與成本分?jǐn)偙壤目刂剖欠衲鼙还蚕黼p方或多方所采納接受等問題仍需要深入考慮，這是涉及資源共享積極性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3）技術(shù)手段有限。科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展為現(xiàn)代教育事業(yè)帶來了極大的便利與進步，在資源共享領(lǐng)域，相應(yīng)的技術(shù)手段也已達到一定水平。網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用大大降低了人們獲取資源、使用資源、分享資源的成本。但是，目前在資源共享領(lǐng)域，大多使用的仍然是簡單的網(wǎng)絡(luò)共享形式。出于資源的性質(zhì)與容量考慮，這樣的形式無法在全網(wǎng)范圍內(nèi)得到應(yīng)用，大多只能限制于局域網(wǎng)絡(luò)。高校實驗室資源的建設(shè)初衷是為本校師生提供服務(wù)，故在資源架構(gòu)、安全性及保密性方面都做了特定的設(shè)計。如后期需要進行資源共享，則需要通過網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)做特殊處理，以滿足共享的不同需求。而參與共享的高校之間，由于基礎(chǔ)設(shè)備、技術(shù)手段、數(shù)據(jù)統(tǒng)一性、兼容性等方面的不平衡，將大大增加資源共享的難度。

4 iLab三層架構(gòu)介紹

iLab系統(tǒng)的當(dāng)前版本包含三個組成部分。其一，實驗室所在校園內(nèi)需要設(shè)置服務(wù)器，用于控制實驗設(shè)備。其二，用戶界面，安裝在學(xué)生端計算機上、用于操作實驗設(shè)備的軟件，學(xué)生在客戶端能夠遠程設(shè)置實驗參數(shù)，編寫運行腳本及代碼，上傳至系統(tǒng)，下發(fā)到設(shè)備上，觀察到實驗室設(shè)備的響應(yīng)情況，然后由實驗設(shè)備返回運行結(jié)果至學(xué)生端。其三，服務(wù)代理，介于實驗室服務(wù)器和用戶界面之間，包括一個中間層服務(wù)器和與之交互的數(shù)據(jù)庫。

圖1 iLab三層架構(gòu)

其中中間層是系統(tǒng)的核心，它負責(zé)與實驗室服務(wù)器通信，完成用戶身份識別、不同角色授權(quán)、從客戶端獲得對實驗參數(shù)的詳細設(shè)定、等待并從實驗室服務(wù)器上獲取數(shù)據(jù)等工作。學(xué)生機上的客戶端應(yīng)用程序負責(zé)把用戶對實驗操作的各種數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)包，并通過網(wǎng)絡(luò)放到中間層服務(wù)器上，當(dāng)中間層服務(wù)器收到這些數(shù)據(jù)包的時候，就會通過網(wǎng)絡(luò)傳給實驗室服務(wù)器。數(shù)據(jù)包里的實驗參數(shù)和命令在實驗室服務(wù)器及其相連的實驗設(shè)備上得到執(zhí)行，并返回結(jié)果，用戶再一次訪問中間層服務(wù)器的時候就可以獲取實驗結(jié)果了。

5 結(jié)論

該實驗室共享平臺充分緩解了科研教學(xué)儀器閑置問題，實現(xiàn)了資源的充分利用，對校內(nèi)來說，教師可以方便的遠程進行課前準(zhǔn)備和課后實驗驗證，學(xué)生可以在任何實驗室以外有網(wǎng)絡(luò)的地方進行實驗操作和結(jié)果論證，提高設(shè)備利用率的同時，也極大的增加了學(xué)生自學(xué)和進行科學(xué)研究的時間和機會。對學(xué)校之間來說，實現(xiàn)了實驗室資源的共享及最大化利用，減少重復(fù)購置，節(jié)約了辦學(xué)成本。

總之，隨著現(xiàn)代教育水平的不斷發(fā)展，資源共享將逐步成為主流趨勢，如何合理規(guī)劃高校實驗室資源，利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)手段加快實現(xiàn)實驗室之間、校際之間的資源共享，使資源的利用率達到合理的水平，將成為研究人員及管理人員需要著力解決的重點問題。共享經(jīng)濟的大浪潮下，“共享”與“實驗室”結(jié)合，這一創(chuàng)新共享模式會帶來意想不到的驚喜，而且目前國內(nèi)高校實驗室共享方面都處于探索和起步階段，尚有很多的研究和發(fā)展空間。