張建華 肖中正

摘要：高校實驗室建設(shè)對實驗教學(xué)的開展、人才培養(yǎng)有著重要意義?！督逃畔⒒?.0行動計劃》提出了實驗教學(xué)資源的開放共享，強調(diào)學(xué)生個性化發(fā)展，這對高校實驗室提出了更高的建設(shè)要求。通過分析高校實驗室在建設(shè)和管理方面的現(xiàn)狀，提出了智慧實驗室建設(shè)的思路。并對核心要素智慧實驗教學(xué)平臺進行了架構(gòu)分析，為高校實驗室建設(shè)提供決策。

關(guān)鍵詞：教育信息化2.0;開放共享;智慧實驗室;智慧實驗教學(xué)平臺

中圖分類號：G642? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）15-0160-02

高校實驗室是進行實驗教學(xué)、人才培養(yǎng)的重要平臺，對學(xué)生的價值塑造、能力培養(yǎng)、知識傳授具有重要意義。隨著大數(shù)據(jù)、人工智能和5G技術(shù)的快速發(fā)展，教育大數(shù)據(jù)已逐漸形成，實驗教學(xué)方式和手段也發(fā)生了深刻變革：未來實驗教學(xué)更注重學(xué)生個性化發(fā)展、實驗資源共享和資源整合。教育部制定的《教育信息化2.0行動計劃》[1]明確提出：整合各類教學(xué)、科研資源，實施教學(xué)資源共享計劃;建設(shè)智能實驗室，加快高校智能學(xué)習(xí)體系建設(shè)，形成智能化的學(xué)習(xí)體系。

為推動高校優(yōu)質(zhì)實驗教學(xué)資源開放共享，擴大實驗資源受眾面，迫切需要加快新形勢下的高校智慧實驗室建設(shè)。本文通過分析目前高校實驗室建設(shè)中存在的基本問題，探析教育信息化2.0背景下高校智慧實驗室建設(shè)的基本思路。

1 高校實驗室建設(shè)與管理現(xiàn)狀

高校實驗室建設(shè)發(fā)展迅速，數(shù)量大幅度上漲。然而，高校實驗室在建設(shè)和管理過程中仍存在很多問題，很難滿足新形勢下實驗教學(xué)變革的需要。

1.1 資源開放共享不足

實驗室開放共享是發(fā)揮對教學(xué)科研支撐作用、提高其資源使用效益的重要手段。目前很多實驗室在資源開放共享方面還存在一些問題：實驗課程課時有限，學(xué)生難以在有限的課時內(nèi)提高實踐能力[2];教學(xué)資源分散，不同院系間資源分配不協(xié)調(diào)，存在“信息孤島”的現(xiàn)象[3];受時間、地點的限制，師生無法隨時隨地利用實驗室資源進行學(xué)習(xí);基于實驗室開展的各類實驗項目、獲得的科研成果以及服務(wù)社會的數(shù)目遠遠不足。

1.2 實驗室管理模式落后

很多高校對實驗室的管理還停留在半人工管理階段，出現(xiàn)的主要問題有：安全監(jiān)測不到位，對實驗室的水電管理、設(shè)備運行維護等依賴于手工監(jiān)測，安全隱患多;實驗設(shè)備閑置浪費嚴重，管理人員對設(shè)備狀態(tài)不清楚;各類報表上報不及時，教師每年需要向?qū)W校提交實驗項目表、實驗室基本狀況表等，目前這些都需要教師手工采集數(shù)據(jù)，延誤了上報時間。

1.3 師資隊伍建設(shè)不足

在實驗室建設(shè)管理中，存在實驗教學(xué)脫節(jié)的現(xiàn)象，專業(yè)教學(xué)人員未參與實驗室的規(guī)劃建設(shè)中，導(dǎo)致實驗室建設(shè)與學(xué)科內(nèi)容相關(guān)性小。管理人員職稱、學(xué)歷等結(jié)構(gòu)單一，信息技術(shù)能力不足，不能對先進的實驗設(shè)備進行管理和使用指導(dǎo)。

1.4 機制創(chuàng)新不足

實驗室的機制建設(shè)主要問題有：缺乏明確的中長期建設(shè)規(guī)劃，實驗室的人才培養(yǎng)定位、社會效用定位不明確;缺乏深層次需求分析和調(diào)研，建設(shè)內(nèi)容依舊以采購傳統(tǒng)計算機和教學(xué)軟件為主;缺乏相關(guān)規(guī)章制度，實驗室責(zé)任分工不明確、設(shè)備管理混亂;缺乏有效的效果評價機制，以實驗室建設(shè)數(shù)量和經(jīng)費使用情況作為部門績效考核目標(biāo)，建設(shè)效果評價單一，導(dǎo)致建設(shè)部門重采購、重數(shù)量、重任務(wù)、輕內(nèi)容、輕使用。

2 智慧實驗室建設(shè)體系分析

智慧化實驗室是實現(xiàn)教育信息化2.0的重要路徑，它通過構(gòu)建智慧化的教學(xué)和管理環(huán)境，引領(lǐng)和促進實驗教學(xué)的智能化發(fā)展。賈維丁[4]認為智慧實驗室以信息技術(shù)應(yīng)用為主線，借助物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，通過感知、物聯(lián)等方式，將實驗室中的基礎(chǔ)設(shè)施連接起來，達到智能化管理和監(jiān)控。鐘麗強[5]認為智慧實驗室是利用大數(shù)據(jù)、智能化控制等技術(shù)，將實驗室管理和教學(xué)過程有機融合。這些研究工作忽略了與智能化模塊配套運行的人員、體制等要素。從完整的實驗室建設(shè)體系考慮，本文認為高校智慧實驗室建設(shè)體系應(yīng)當(dāng)包含四大要素：

2.1 智慧實驗教學(xué)平臺建設(shè)

智慧實驗教學(xué)平臺是集教學(xué)資源采集、智能化實驗、設(shè)備和安全管理、智能化實驗過程記錄等為一體的實現(xiàn)校內(nèi)、外開放共享機制的實驗教學(xué)平臺。它是高校實驗室建設(shè)的核心內(nèi)容，它以學(xué)生發(fā)展為中心，圍繞“智能化、數(shù)據(jù)化、共享化”主題進行建設(shè)，以解決傳統(tǒng)實驗室在資源共享、資源整合、師資隊伍管理、實驗室管理等方面的問題。

2.2 師資隊伍建設(shè)

師資隊伍建設(shè)應(yīng)包含學(xué)科帶頭人、專業(yè)教師、管理人員、校外學(xué)者等。校外人員的參與加大了實驗室開放共享力度，增加實驗室的社會服務(wù)數(shù);同時可以整合更多的教學(xué)資源，促進實驗教學(xué)內(nèi)容不斷更新。學(xué)校應(yīng)重視實驗教師隊伍的地位，給予普通教師同等外出培訓(xùn)的機會;加強職稱、學(xué)歷等方面的結(jié)構(gòu)調(diào)整;豐富績效考核制度。

2.3 文化環(huán)境建設(shè)

文化環(huán)境建設(shè)應(yīng)充分結(jié)合實驗室學(xué)科發(fā)展的特點，在教學(xué)桌椅的色彩和布局、墻面設(shè)計、采光照明等方面協(xié)調(diào)一致。良好的文化環(huán)境有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、創(chuàng)新意識，給學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗，提升實驗教學(xué)效果。

2.4 機制體系建設(shè)

方堃等[6]認為實驗室建設(shè)與管理體制通過機構(gòu)設(shè)置明確高校內(nèi)部各管理系統(tǒng)的管理范圍、權(quán)限職責(zé)、利益及其相互關(guān)系。王斌男等[7]認為在實驗室建設(shè)中重視機制創(chuàng)新，制定支持實驗室建設(shè)的長期規(guī)劃，出臺相關(guān)政策和規(guī)章制度推進實驗室建設(shè)工作。因此，在實驗室建設(shè)和管理過程中，為保證實驗室建設(shè)的時效性、開放性、可持續(xù)發(fā)展等，必須加強實驗室建設(shè)和管理的頂層設(shè)計，建立統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、多級部門聯(lián)動的分層管理模式。

3 智慧實驗教學(xué)平臺建設(shè)架構(gòu)體系

作為智慧實驗室的建設(shè)的核心部分，本文對智慧實驗室教學(xué)平臺進行架構(gòu)分析。

3.1 智能硬件層

智能硬件是實現(xiàn)實驗室智能化的基礎(chǔ)支撐。智能硬件由兩個層次組成：傳感器設(shè)備和設(shè)備控制層?；A(chǔ)的智能設(shè)備有：門、多媒體設(shè)備、實驗設(shè)備、照明系統(tǒng)、電源開關(guān)、空調(diào)、計算機設(shè)備等。這些設(shè)備支持通過相應(yīng)的控制器，實現(xiàn)指令操控，進而接入資源管控系統(tǒng)，實現(xiàn)信息系統(tǒng)自動化控制。

3.2 資源管控系統(tǒng)

在部署完畢大量的智能硬件設(shè)備后，必須讓設(shè)備可管理、可運維、可監(jiān)控。資源管控系統(tǒng)基于智能設(shè)備提供的感知能力，將所有智能設(shè)備管理起來，對設(shè)備進行統(tǒng)一的監(jiān)控。資源管控系統(tǒng)是上層應(yīng)用系統(tǒng)訪問智能硬件的唯一入口，所有智能硬件的指令都有資源管控系統(tǒng)授權(quán)通過后，發(fā)送到指定設(shè)備執(zhí)行。

3.3 私有云存儲

整個智慧實驗室體系會產(chǎn)生大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和監(jiān)控數(shù)據(jù)。因此該體系能必須有一套可靠的云存儲服務(wù)，實現(xiàn)上層各種不斷增加的實驗數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)。統(tǒng)一的存儲管理對于上層應(yīng)用的不斷優(yōu)化擴展，起到支撐作用：上層業(yè)務(wù)系統(tǒng)可以輕松共享數(shù)據(jù)，而避免數(shù)據(jù)孤島。

3.4 共享資源

共享資源是對可對外部用戶開放的資源的抽象。共享資源可以是硬件資源也可以是實驗相關(guān)的信息服務(wù)。只要該資源可以按照資源共享協(xié)議，實現(xiàn)對外部用戶進行授權(quán)獲取、使用或訪問，皆可注冊到系統(tǒng)中，定義為共享資源?？梢?，共享資源是靈活可配置的，其核心是滿足可共享性，即實現(xiàn)共享協(xié)議。

3.5 實驗管理系統(tǒng)

實驗管理系統(tǒng)是智慧實驗室的核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，內(nèi)部參與者包括系統(tǒng)管理員、資源管理員、教師、學(xué)生以及統(tǒng)一資源注冊中心。實驗管理系統(tǒng)直接管理了所有的共享資源和內(nèi)部人員，實現(xiàn)課程、教學(xué)、數(shù)據(jù)、人員、成績、實驗報告管理等一系列實驗相關(guān)的業(yè)務(wù)功能。為了與外部機構(gòu)進行實驗資源共享，實驗管理系統(tǒng)還必須實現(xiàn)資源共享相關(guān)的協(xié)議，接入到統(tǒng)一資源注冊中心。因此，統(tǒng)一資源注冊中心也是實驗管理系統(tǒng)的重要參與者。

3.6 統(tǒng)一資源注冊中心

統(tǒng)一資源注冊中心是多機構(gòu)之間能夠進行資源共享的橋梁，是實現(xiàn)共享資源注冊協(xié)議、統(tǒng)一賬戶、統(tǒng)一認證以及資源的治理協(xié)議。只要共享資源機構(gòu)遵循這些協(xié)議，即可加入資源共享的聯(lián)盟中，為其他機構(gòu)提供豐富的共享實驗資源，也可以獲取其他機構(gòu)提供的共享實驗資源。資源共享的實現(xiàn)方式是通過資源共享協(xié)議完成。共享資源機構(gòu)在注冊中心完成注冊之后，必須提供資源狀態(tài)檢測接口給注冊中心監(jiān)控;若注冊中心檢測到資源不可用了，則通知最終用戶并停止申請通道。注冊中心提供資源的查詢和申請功能給最終用戶，允許查看所有可訪問的共享資源。

3.7 環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)

安全監(jiān)測是建設(shè)智慧共享實驗室的重大前提。在無人值守的環(huán)境下，大量的智能硬件的狀態(tài)、實驗室的安全等問題必須在可監(jiān)控的范圍內(nèi)運行。同時共享資源開放對外部訪問，網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全也將面臨重大挑戰(zhàn)。因此，必須建設(shè)環(huán)境安全監(jiān)測系統(tǒng)對環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)進行監(jiān)控和預(yù)警。

4 結(jié)束語

在智慧實驗室的建設(shè)管理思路中，不僅要考慮智慧實驗教學(xué)平臺的建設(shè)，更要考慮與之配套的軟文化環(huán)境和機制體系的建設(shè)。智慧實驗室建設(shè)是一項長期復(fù)雜的工程，學(xué)校一定要建立詳細的建設(shè)規(guī)劃和管理制度，明確責(zé)任分工，使得實驗室的資源真正能為實驗教學(xué)服務(wù)，提高實驗室的成果產(chǎn)出率，確保實驗室價值的最大化。

參考文獻：

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