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        教學(xué)實驗室泛在化管理推進(jìn)一流本科教育建設(shè)

        2022-03-16 23:44:37高鈴鈴厲旭云梅汝煥
        科教導(dǎo)刊·電子版 2022年16期
        關(guān)鍵詞:智能化實驗室實驗

        高鈴鈴,厲旭云,梅汝煥,鄭 燕

        (浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院,浙江 杭州 310058)

        2019年2月,中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《中國教育現(xiàn)代化2035》,提出建設(shè)智能化校園,統(tǒng)籌建設(shè)一體化智能化教學(xué)、管理與服務(wù)平臺,加快信息化時代教育變革。學(xué)?!笆奈濉币?guī)劃提出加大信息化建設(shè)投入,打造一流教學(xué)支撐條件,推進(jìn)信息化、數(shù)字化賦能本科教育更高質(zhì)量發(fā)展,引領(lǐng)中國特色世界一流大學(xué)建設(shè)新征程。

        教學(xué)實驗室是學(xué)校實踐教學(xué)的重要支撐場所,實驗室智能化必將實踐教學(xué)發(fā)展帶入一個嶄新的時代。泛在化管理利用信息、數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等泛在計算技術(shù)打造泛在化實驗室環(huán)境[1]。實驗室管理不外乎對人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素的支配[2],實現(xiàn)泛在化管理將成為可行方案?,F(xiàn)結(jié)合實驗室實際情況,主要圍繞機(jī)、料、環(huán),以人本為內(nèi)涵發(fā)展要求,提出智能化建設(shè)設(shè)想,既建成外觀驚艷、功能齊全的“實體實驗室”,又要建成智慧示范、服務(wù)長期的“數(shù)字實驗室”,從而推動學(xué)校一流本科教育建設(shè)。

        1 教學(xué)實驗室管理現(xiàn)狀

        筆者曾撰文提出傳統(tǒng)實驗室管理存在的問題,如存在一定程度的資源浪費、學(xué)校重視度和財政投入不足、信息化建設(shè)緩慢等。五年過去,筆者發(fā)現(xiàn),學(xué)校切實加大了對教學(xué)實驗室的財政投入,也給予了實驗技術(shù)隊伍更多的關(guān)注與鼓勵。

        目前,教學(xué)實驗室綜合建設(shè)不及實驗公共平臺先進(jìn),大部分教學(xué)實驗室已服務(wù)十多年,在硬件運維管理等方面基本能滿足教育實踐,而在信息化建設(shè)方面,與一流標(biāo)準(zhǔn)相比,仍有一些差距[3]。

        下面以筆者所在實驗室現(xiàn)狀為例,本教學(xué)實驗室為2006年設(shè)計裝修,硬件陳舊;每年為近700名學(xué)生開設(shè)實驗課程,課時數(shù)量大,師生流動性大;學(xué)校人事制度改革,編制配比將縮減,人均工作量增加。

        1.1 儀器設(shè)備無法實現(xiàn)共建共享

        教學(xué)實驗室儀器設(shè)備在使用的過程中涉及預(yù)約登記、操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)傳輸、儀器維護(hù)等方面。傳統(tǒng)做法包括紙質(zhì)版預(yù)約登記、操作規(guī)程上墻、打印或拷貝數(shù)據(jù)結(jié)果。在多年實踐的過程中,暴露出以下缺點:紙質(zhì)版預(yù)約登記無法及時反饋,操作規(guī)程上墻后無法修改,數(shù)據(jù)打印或拷貝無法滿足高效的學(xué)習(xí)要求,儀器故障偶發(fā)性影響實驗進(jìn)度。此外,教學(xué)實驗室儀器共享至學(xué)校學(xué)院層面較少,間接導(dǎo)致資源浪費。

        1.2 庫房物資無法實現(xiàn)高效管理

        教學(xué)實驗室涉及實驗耗材、試劑藥品、辦公用品等。傳統(tǒng)做法:領(lǐng)取人紙質(zhì)版登記領(lǐng)取物品,管理者周期性核對清點庫存,采購。缺點:無法及時反饋短缺物品,對于管理者來講,要求高,工作量大,效率低;對于領(lǐng)用人來講,領(lǐng)用過程較煩瑣,效率低。

        1.3 實驗環(huán)境無法滿足人本需求

        教學(xué)實驗室包括強電、弱電及水。電涉及門禁、照明、電腦、空調(diào)、通風(fēng)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等,水涉及水槽、循環(huán)水設(shè)備等的進(jìn)水出水。就本實驗室而言,開設(shè)創(chuàng)新實驗部分,學(xué)生一般晚上或者周末開展實驗,實驗員需時刻陪同,保障安全,導(dǎo)致實驗員面對實驗室開放的積極性不高。

        此外,在特殊時期,線上實驗課需求加大。目前虛擬仿真實驗只建立物理對象的數(shù)字化模型,對通過物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字線程獲得設(shè)備當(dāng)前狀態(tài),未對物理對象的未來狀態(tài)以一定的規(guī)律和機(jī)理進(jìn)行計算、分析和預(yù)測[4],因此線上實驗環(huán)節(jié),與線下實驗體驗差距較大,無法滿足人本需求。

        2 教學(xué)實驗室管理智能化建設(shè)的設(shè)想

        就上述現(xiàn)狀,結(jié)合學(xué)?!笆奈濉币?guī)劃,圍繞教學(xué)實驗室人力、設(shè)備、環(huán)境等方面實際情況,將泛在計算技術(shù)與傳統(tǒng)實驗室融合,提出如下智能化建設(shè)設(shè)想,實現(xiàn)教學(xué)實驗室泛在化管理。

        2.1 將“機(jī)”聯(lián)網(wǎng),實現(xiàn)無紙化管理

        現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸、3D情景在線、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù),能夠更為真實、深入反映實驗過程與實驗關(guān)鍵環(huán)節(jié),管理員可從數(shù)據(jù)中提煉出有價值的決策信息[5]。因此實現(xiàn)設(shè)備儀器的聯(lián)網(wǎng)管理,非常有必要。

        設(shè)想:開發(fā)“教學(xué)實驗室儀器設(shè)備共享平臺”小程序或者APP,將實驗室常用儀器設(shè)備通過設(shè)定的程序加入此平臺,平臺功能包含實驗室各儀器設(shè)備的預(yù)約、使用授權(quán)、使用幫助、數(shù)據(jù)發(fā)送、故障報告、智能建議。

        針對使用者:(1)預(yù)約:手機(jī)登錄此平臺,點擊預(yù)約使用—選擇儀器及時間—收取預(yù)約成功信息(含使用時段密碼);(2)使用:打開計算機(jī)平臺界面,輸入時段密碼或者掃二維碼進(jìn)入并開始實驗;(3)使用幫助:點擊使用幫助,搜索常見的問題,若無法解決,可在線聯(lián)系管理員;此外,結(jié)合傳感器及智能語音技術(shù),使用者進(jìn)入儀器特定區(qū)域,投影自動亮起操作規(guī)程,智能語音提示是否播放操作視頻;(4)數(shù)據(jù)發(fā)送:點擊數(shù)據(jù)發(fā)送,提示掃二維碼結(jié)束實驗,執(zhí)行并跳轉(zhuǎn)至數(shù)據(jù)發(fā)送確認(rèn)界面選擇需要的數(shù)據(jù),使用者手機(jī)端收到實驗數(shù)據(jù)。

        針對管理員:(1)預(yù)約:后臺跳出預(yù)約記錄,需審核通過;并與預(yù)約時段前提醒管理員是否在線打開儀器預(yù)熱;(2)使用幫助:使用者在線聯(lián)系時,管理員會接到求助電話;(3)故障報告:開機(jī)后儀器非正常運行,或過程中出現(xiàn)問題,管理員界面會接到故障報警,報告故障類型,提醒管理員及時檢修。

        針對實驗數(shù)據(jù):通過智慧學(xué)習(xí),給予使用者及管理者智能建議。

        通過將儀器設(shè)備聯(lián)網(wǎng),解決實驗過程中檢測人員流動性大,實驗員分身乏術(shù)困境;實現(xiàn)儀器設(shè)備預(yù)約、使用、數(shù)據(jù)發(fā)送一站式服務(wù),實現(xiàn)無紙化管理,提升管理效率。

        2.2 將“料”入庫,實現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理

        提出建設(shè)電子版庫房管理系統(tǒng),方便庫房管理,提高管理效率。庫房管理系統(tǒng)能幫助庫房管理員對庫房進(jìn)行全面的智能管理,包括物品出入庫、物品查詢功能、庫房物品庫存數(shù)量、安全庫存上限報警功能、領(lǐng)用統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。

        設(shè)想:開發(fā)“庫房管理系統(tǒng)”小程序或者APP,涉及物品發(fā)放、入庫、領(lǐng)用、庫存、盤點、統(tǒng)計等功能。鑒于物品分散于幾個房間,為便于管理統(tǒng)計,筆者將每種物品設(shè)置唯一的9位數(shù)編碼,編碼規(guī)律為:存放地點+柜號+編號;將物品按類別或者實驗項目進(jìn)行分類,便于批量領(lǐng)??;顯示庫存不足物品提醒;庫房管理者界面顯示待辦事項,可對發(fā)起領(lǐng)用人的申請進(jìn)行駁回或者確認(rèn)操作等。

        本實驗室目前使用“好奇管家”免費使用庫房管理系統(tǒng)(簡單版),庫房管理高效。若能自行建設(shè)庫房管理系統(tǒng),實現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理,將能發(fā)揮更持久的作用。

        2.3 將“環(huán)”云控,實現(xiàn)高效化管理

        教學(xué)實驗室的綜合環(huán)境可以歸結(jié)為照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)、教學(xué)軟件系統(tǒng)等,將這些系統(tǒng)通過智慧系統(tǒng)加以整合,實現(xiàn)高效的智能化系統(tǒng)化管理和運行。

        設(shè)想:在實驗室布設(shè)各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器,以多種方式捕捉環(huán)境信息,如室內(nèi)外溫度、空氣質(zhì)量、光照度、地面清潔度,自動調(diào)節(jié)空調(diào)溫度、開關(guān)通風(fēng)設(shè)備、開關(guān)遮陽簾及照明系統(tǒng)、清潔地面。結(jié)合智慧云控程序,管理員可在手機(jī)端操控照明系統(tǒng)、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、水源等的開關(guān)。結(jié)合智能化視頻監(jiān)控,利用計算機(jī)建模,自動影像捕捉識別及跟蹤目標(biāo)體,遇異常行為報警[6]。此外,結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù),集成更多的傳感器去獲取物理世界的真實信息,將環(huán)境和設(shè)備的實時信息采集到數(shù)字化的孿生體中,傳統(tǒng)的實驗環(huán)境將從作為支持個體學(xué)習(xí)的工具場所,向支持泛在學(xué)習(xí)、自由探究、交流協(xié)作的智慧化學(xué)習(xí)空間演進(jìn)[6],滿足特殊情況下對線上教學(xué)的需求。

        3 結(jié)語

        未來必將是萬物互聯(lián)的時代,在公共衛(wèi)生事件的助推下,教學(xué)實驗室也必將向著聯(lián)動的、系統(tǒng)的、整體的、數(shù)據(jù)有效管理的智慧化變革。通過實現(xiàn)實驗室“機(jī)、料、環(huán)”智能化,助推學(xué)校一流本科教學(xué)建設(shè),進(jìn)一步促進(jìn)世界一流大學(xué)建設(shè)。

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