基金項(xiàng)目：2022年度江蘇省高校實(shí)驗(yàn)室研究會(huì)立項(xiàng)資助研究課題“面向PLM的飛行人因工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究”（課題編號(hào)：GS2022YB23）；2022年度南京航空航天大學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略與政策研究基金項(xiàng)目“大學(xué)多校區(qū)辦學(xué)布局與管理模式創(chuàng)新研究”（項(xiàng)目編號(hào)：ZY2022G006）；2021年度南京航空航天大學(xué)教改研究項(xiàng)目“多學(xué)科交叉研究生拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式研究——以結(jié)構(gòu)風(fēng)工程為例”（項(xiàng)目編號(hào)：2021YJXGG20）。

作者簡(jiǎn)介：楊杰（1976—），男，博士，南京航空航天大學(xué)基建處處長(zhǎng)，副教授，研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室安全與建設(shè)；任賀賀（1990—），男，博士，南京航空航天大學(xué)土木與機(jī)場(chǎng)工程系副教授，研究方向?yàn)轱L(fēng)工程與結(jié)構(gòu)抗風(fēng)；龐悅（1992—），男，博士，南京航空航天大學(xué)基建處工程師，研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)室安全與建設(shè)。

摘" 要：為探討“新基建”背景下高校智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)改革的可行性與前瞻性，文章系統(tǒng)剖析了高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作面臨的問題，討論了傳統(tǒng)基建弊端與“新基建”實(shí)驗(yàn)室建設(shè)趨勢(shì)。在此基礎(chǔ)上，依托南京航空航天大學(xué)將軍路校區(qū)新建工程，其創(chuàng)新建設(shè)了實(shí)驗(yàn)室開放預(yù)約和安全管理系統(tǒng)、信息一體化實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)平臺(tái)和虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)一體化嵌套的高校智慧實(shí)驗(yàn)室，提出了“新舊基建結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)改革方案，為高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)提供了案例參考。

關(guān)鍵詞：新基建；高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；智慧實(shí)驗(yàn)室

中圖分類號(hào)：G482" " 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " 文章編號(hào)：1673-7164（2024）13-0010-04

實(shí)驗(yàn)室承載著廣大師生的科研夢(mèng)想，是科研報(bào)國(guó)的良好平臺(tái)，是高?？萍假Y源的堅(jiān)實(shí)支撐，也是高校教學(xué)的基本要求。目前大多數(shù)高校的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)均以標(biāo)準(zhǔn)化、程序化為目標(biāo)，教學(xué)內(nèi)容統(tǒng)一，時(shí)間安排緊湊，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式呈“流水線”型發(fā)展。隨著中國(guó)教育進(jìn)入新發(fā)展階段，數(shù)字化、自動(dòng)化、信息化成為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的新標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)性、系統(tǒng)性、合理性、可持續(xù)性成為高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要發(fā)展方向。依據(jù)教育部等六部門《關(guān)于推進(jìn)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的指導(dǎo)意見》要求（以下簡(jiǎn)稱《意見》），“新基建”已成為高校實(shí)驗(yàn)室高質(zhì)量建設(shè)的必要手段。

不同于以鋼筋混凝土為主的傳統(tǒng)基建，“新基建”主要包括5G基站建設(shè)、大數(shù)據(jù)中心、人工智能等領(lǐng)域。［1］侯振華等對(duì)“新基建”背景下做好高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的路徑進(jìn)行了探討，提出了做好高校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的具體方法。［2］張海峰探討了“雙一流”背景下一流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要作用，從管理體制機(jī)制、條件建設(shè)和隊(duì)伍建設(shè)三個(gè)方面重點(diǎn)闡述了一流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)要點(diǎn)。［3］徐彬依托當(dāng)前高?！靶禄ā睂?shí)驗(yàn)室項(xiàng)目特點(diǎn)，提出科學(xué)化管理模式，確保高校實(shí)驗(yàn)室基建工作按章、按時(shí)、按需進(jìn)行，并實(shí)現(xiàn)效益最大化。［4］綜上，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)應(yīng)面向“新基建”這一趨勢(shì)轉(zhuǎn)型，加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化，積極響應(yīng)國(guó)家教育強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略。

基于此，依托南京航空航天大學(xué)基建特點(diǎn)，分析傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室存在的隱患，探究“新基建”背景下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)，結(jié)合南京航空航天大學(xué)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)共享平臺(tái)，協(xié)同互聯(lián)網(wǎng)教育大平臺(tái)，提出“新基建”背景下實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案，為高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作的發(fā)展提供重要的理論研究基礎(chǔ)。

一、高校實(shí)驗(yàn)室 “新基建” 改革必要性

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室最近一次實(shí)驗(yàn)室改造與建設(shè)距今已經(jīng)超過10年，大部分實(shí)驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)超過正常使用年限，通風(fēng)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)家具也經(jīng)過多次維修，［5］實(shí)驗(yàn)室改革亟須進(jìn)行。

（一）信息基礎(chǔ)建設(shè)改革

信息網(wǎng)絡(luò)新基建以提供暢通、高速、便捷、綠色、安全的教育網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)教育專網(wǎng)建設(shè)、校園網(wǎng)絡(luò)升級(jí)。高校是人群密集區(qū)域，在這個(gè)數(shù)字信息化發(fā)展的時(shí)代，信息化數(shù)據(jù)能保證師生實(shí)際的實(shí)驗(yàn)互動(dòng)需求、預(yù)防實(shí)驗(yàn)室內(nèi)公共安全事件的發(fā)生，這就要求對(duì)教育信息化做出重大改革。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和翻新往往依賴若干個(gè)有明顯優(yōu)勢(shì)的學(xué)科與專業(yè)，伴隨學(xué)科建設(shè)與專業(yè)建設(shè)，實(shí)驗(yàn)室配備科研設(shè)備和教學(xué)平臺(tái)，其建設(shè)又支撐學(xué)科與專業(yè)的發(fā)展。［6］但如今，在實(shí)驗(yàn)室安全管理方面，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室存在實(shí)驗(yàn)室人員不確定、實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)間不規(guī)律等問題。［7］監(jiān)管難度大，缺乏科學(xué)化的流動(dòng)人員管理機(jī)制。需要兼顧效率與安全時(shí)，有的實(shí)驗(yàn)人員會(huì)優(yōu)先選擇實(shí)驗(yàn)效率。圖1為2019年清華大學(xué)統(tǒng)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室安全管治發(fā)展路線的核心問題。［4］2019年全國(guó)高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室安全工作會(huì)議公布的數(shù)據(jù)顯示，近十年，全國(guó)高校共發(fā)生各類實(shí)驗(yàn)室安全事故14543起，死亡29人。［8］在新冠肺炎疫情期間，實(shí)驗(yàn)室管理和教學(xué)的壓力劇增，在此期間只有極少實(shí)驗(yàn)室正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

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圖1" 教育部對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室安全檢查情況

6個(gè)主要問題大類統(tǒng)計(jì)圖

依托于以“新基建”為建設(shè)方針的新型實(shí)驗(yàn)室采用線上線下混合式教學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，可以突破時(shí)空限制，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量和效率。這項(xiàng)模式已經(jīng)在當(dāng)下得到了充分的運(yùn)用，它可避免所有的非必要接觸，學(xué)生通過智慧實(shí)驗(yàn)室可以有針對(duì)性地開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、模擬、復(fù)習(xí)，且這些環(huán)節(jié)不受時(shí)空的限制。因此，新型智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)迫在眉睫。

（二）融合基礎(chǔ)建設(shè)改革

信息技術(shù)賦能下的“融合基礎(chǔ)設(shè)施”建設(shè)，既為“新基建”的發(fā)展提供巨大應(yīng)用市場(chǎng)，又為傳統(tǒng)基建高質(zhì)量高效發(fā)展提供了強(qiáng)大技術(shù)支撐?；趥鹘y(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施與新一代信息技術(shù)深度融合形成的“融基建”是“新基建”的重要部分，也是基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域的發(fā)展方向。交叉融合已成為學(xué)科與學(xué)科之間提及最多的詞匯，高校的學(xué)科設(shè)置往往也傾向這一原則。在知識(shí)越來越互通的背景下，綜合利用多學(xué)科的理論和方法，是有效解決科研中問題的新方法。

我國(guó)高校的學(xué)科門類越來越齊全，高校實(shí)驗(yàn)室研究課題覆蓋面廣、數(shù)量多，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)習(xí)慣于過度依賴上級(jí)制度，照搬照抄建設(shè)實(shí)施方案所提出的實(shí)驗(yàn)室安全管理需求，提前布局不足。［9］高校信息基礎(chǔ)環(huán)境或多或少存在云網(wǎng)分離、設(shè)備陳舊、安全薄弱等信息化問題，致使學(xué)校的日常維護(hù)和治理整合壓力巨大；我國(guó)產(chǎn)教融合正處于蓬勃發(fā)展的新階段，但也受到諸多外界因素的限制。

二、高等實(shí)驗(yàn)室 “新基建” 建設(shè)趨勢(shì)

新基建是基于新科技的，例如基于5G網(wǎng)絡(luò)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、新能源等智慧基建。實(shí)驗(yàn)室“新基建”強(qiáng)調(diào)的是夯實(shí)高質(zhì)量教育體系的“數(shù)字底座”，為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)創(chuàng)新變革和其高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)大的物質(zhì)技術(shù)基礎(chǔ)和應(yīng)用環(huán)境。［10］新型智慧實(shí)驗(yàn)室，將擁有更智能化的新型實(shí)驗(yàn)室生態(tài)、更優(yōu)化的新型實(shí)驗(yàn)室資源供給模式，以及更加開放靈活的實(shí)驗(yàn)室教育體系。在“新基建”背景下，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面。

（一）更智能化的新型生態(tài)

“新基建”正推動(dòng)學(xué)習(xí)資源朝著信息化、一體化、虛實(shí)融合的方向發(fā)展，智慧實(shí)驗(yàn)室成功構(gòu)建與運(yùn)用，能夠簡(jiǎn)化煩瑣的申請(qǐng)流程、細(xì)化實(shí)驗(yàn)信息管理、及時(shí)采集和保存學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果，能為學(xué)生構(gòu)建更具真實(shí)性、更強(qiáng)體驗(yàn)性、更深交互性的學(xué)習(xí)資源環(huán)境，能為教師的工作帶來更多經(jīng)驗(yàn)支撐，同時(shí)留出更多時(shí)間針對(duì)每個(gè)學(xué)生提供個(gè)性化教學(xué)，更好地教授理論知識(shí)和實(shí)踐能力。

（二）更優(yōu)化的新型資源供給模式

以南京航空航天大學(xué)虛擬仿真共享平臺(tái)為例，隨著高校實(shí)驗(yàn)室“新基建”的推進(jìn)，學(xué)?；I劃了以智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)為導(dǎo)向，涵蓋信息發(fā)布、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、設(shè)備管理以及安全管理等功能，以“互聯(lián)網(wǎng)＋實(shí)驗(yàn)教學(xué)”“互聯(lián)網(wǎng)＋實(shí)驗(yàn)室管理”為突出特色的校、院、系三級(jí)實(shí)驗(yàn)室綜合管理體系。［11］以南京航空航天大學(xué)鹽城某研究生聯(lián)合培養(yǎng)基地為例，因場(chǎng)地和交通限制，學(xué)生難以全部同時(shí)到場(chǎng)參觀學(xué)習(xí)，產(chǎn)教融合教學(xué)遇到困難。智慧實(shí)驗(yàn)室將能夠在知識(shí)環(huán)境下以真實(shí)或虛擬的形象為學(xué)生提供授課，通過線上虛擬化實(shí)驗(yàn)，滿足學(xué)生的實(shí)踐要求，有效緩解教師的授課壓力、降低實(shí)驗(yàn)成本、提高實(shí)驗(yàn)安全性。完成實(shí)驗(yàn)后，學(xué)生還能瀏覽自己的實(shí)驗(yàn)過程，從中汲取經(jīng)驗(yàn)，全社會(huì)共同承擔(dān)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的新型高校實(shí)驗(yàn)室資源供給模式正在形成。

（三）更個(gè)性化和持續(xù)的學(xué)習(xí)服務(wù)

智慧實(shí)驗(yàn)室的使用能突破時(shí)間空間限制，這意味著實(shí)驗(yàn)課不用局限于狹小的空間、少量的設(shè)備和輪班的實(shí)驗(yàn)時(shí)間，學(xué)生能夠隨時(shí)隨地獲得真實(shí)學(xué)習(xí)環(huán)境、參與實(shí)驗(yàn)。導(dǎo)學(xué)系統(tǒng)能夠根據(jù)學(xué)生特征提供適應(yīng)性的學(xué)習(xí)資源與服務(wù)。這一實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建，能將實(shí)驗(yàn)課堂的重心完全放在學(xué)生身上，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣與特長(zhǎng)，主動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、參與教學(xué)工作、及時(shí)交流實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，共享解決方案，而教師僅需提供幫助。這一流程完美落實(shí)將理論融入實(shí)踐，再從實(shí)踐作用理論的正向反饋機(jī)制，學(xué)生不僅能學(xué)得分析問題、解決問題的辦法，同時(shí)也培養(yǎng)了發(fā)現(xiàn)問題的能力。

三、高校實(shí)驗(yàn)室“新基建”實(shí)踐方案

（一）“新舊基建結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式

在落實(shí)“新舊基建結(jié)合”教學(xué)模式時(shí)，需要克服的難點(diǎn)是如何高質(zhì)量實(shí)現(xiàn)信息科技與傳統(tǒng)設(shè)備的有效結(jié)合，如何將傳統(tǒng)知識(shí)應(yīng)用于新型線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。以此確保在教師和學(xué)生的實(shí)際操作中，師生都能充分體驗(yàn)到“新基建”帶來的益處。

（二）實(shí)驗(yàn)室開放預(yù)約

“互聯(lián)網(wǎng)＋實(shí)驗(yàn)室管理”模式下的實(shí)驗(yàn)室可實(shí)現(xiàn)開放預(yù)約流程。管理員可以通過管理平臺(tái)或手機(jī)APP對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開放設(shè)置，發(fā)布場(chǎng)地預(yù)約、課程預(yù)約、免預(yù)約等多種預(yù)約方式。當(dāng)學(xué)生在網(wǎng)上申請(qǐng)預(yù)約實(shí)驗(yàn)室后，管理員會(huì)通過管理平臺(tái)對(duì)學(xué)生信用進(jìn)行評(píng)估：“智慧實(shí)驗(yàn)室”會(huì)為用戶建立信用積分體系，設(shè)立相應(yīng)的扣分規(guī)則（如爽約、違規(guī)操作、破壞設(shè)備、造成安全事故等），超出設(shè)定的安全積分后，用戶將失去預(yù)約的權(quán)限。新型實(shí)驗(yàn)室開放預(yù)約制度的實(shí)行可有效避免實(shí)驗(yàn)室人員不確定性、實(shí)驗(yàn)室工作時(shí)間不規(guī)律等問題，將人員流動(dòng)帶來的威脅降到最低。

（三）建設(shè)物理空間和網(wǎng)絡(luò)空間相融合的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)平臺(tái)

受條件限制，大部分理論性強(qiáng)、概念抽象、實(shí)驗(yàn)成本高的實(shí)驗(yàn)很少在高校教學(xué)中實(shí)際開展。以土木工程專業(yè)的結(jié)構(gòu)類實(shí)驗(yàn)為例，在實(shí)際教學(xué)中往往以有限元數(shù)值模擬或縮尺實(shí)驗(yàn)代替原實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)對(duì)象往往是高度簡(jiǎn)化的結(jié)構(gòu)模型和試件，與實(shí)際結(jié)構(gòu)相去甚遠(yuǎn)，也缺少對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境、步驟的模擬。

以南京航空航天大學(xué)結(jié)構(gòu)風(fēng)工程“線上資源—虛擬仿真”實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為例（圖2），教師能利用線上虛擬仿真試驗(yàn)，打造軟硬相融、虛實(shí)結(jié)合的創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)教學(xué)模式，全面打通課堂研討、工程項(xiàng)目、學(xué)科競(jìng)賽、工程實(shí)踐這四個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，學(xué)生會(huì)根據(jù)操作提示，操作控制臺(tái)按鈕，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)，有些步驟在實(shí)際物理風(fēng)洞試驗(yàn)中存在一定的危險(xiǎn)性，極易造成初期參與風(fēng)洞試驗(yàn)的學(xué)生受傷，應(yīng)用虛擬化的仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)能有效地避免這一情況。在“測(cè)壓實(shí)驗(yàn)”項(xiàng)目中，學(xué)生需按實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)順序完成實(shí)驗(yàn)說明、模型制作、測(cè)點(diǎn)布置、工況布置、參數(shù)設(shè)置、風(fēng)洞測(cè)量、結(jié)果分析等七個(gè)步驟，實(shí)驗(yàn)結(jié)果需包含建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布云圖，設(shè)計(jì)風(fēng)荷載取值和結(jié)構(gòu)測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)，對(duì)各結(jié)果進(jìn)行分析，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中給出結(jié)論，這與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)操作無異。

“新機(jī)建”下的智慧實(shí)驗(yàn)室用現(xiàn)代信息化技術(shù)構(gòu)建高真實(shí)感的虛擬實(shí)驗(yàn)設(shè)備以及真實(shí)物理風(fēng)洞的教學(xué)環(huán)境，建立一個(gè)全方位、多層次的大型建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)洞仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目，將真實(shí)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景展示在學(xué)生面前，使學(xué)生能更為直觀地深入觀察風(fēng)洞試驗(yàn)流程、理解結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理念、熟悉大型建筑風(fēng)洞試驗(yàn)基本測(cè)量?jī)x器及對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)原理，最大程度還原現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的體驗(yàn)感和操作感。同時(shí)幫助學(xué)生建立流體力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)體系，啟發(fā)創(chuàng)新性思維，對(duì)風(fēng)洞試驗(yàn)中最重要的理論基礎(chǔ)“流動(dòng)相似準(zhǔn)則”形成立體認(rèn)知。此外，更好地節(jié)約物理風(fēng)洞資源，充分發(fā)揮虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用，方便南京航空航天大學(xué)土木工程和力學(xué)等國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科資源的整合和調(diào)配，擴(kuò)大資源共享和促進(jìn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的發(fā)展，這一教學(xué)模式恰好與教育信息化的建設(shè)目標(biāo)相契合。

四、結(jié)語

當(dāng)前，我國(guó)已進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段，“新基建”為高質(zhì)量發(fā)展注入新動(dòng)能，構(gòu)筑了數(shù)字時(shí)代的新結(jié)構(gòu)性力量。在國(guó)家積極推動(dòng)教育新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系的背景下，本研究從實(shí)驗(yàn)室建設(shè)視角探討了“新基建”的優(yōu)勢(shì)和必要性。通過分析高校基建工作面臨的各種問題，對(duì)傳統(tǒng)基建弊端進(jìn)行了討論分析，提出了“新基建”背景下的信息基礎(chǔ)設(shè)施改革和融合基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)驗(yàn)室改革要求。在此要求的基礎(chǔ)上，提出建立“新舊基建結(jié)合”的實(shí)驗(yàn)室教學(xué)模式，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)室開放預(yù)約和安全管理系統(tǒng)，建設(shè)信息一體化實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)平臺(tái)等建設(shè)方案，為高校實(shí)驗(yàn)室良性、長(zhǎng)久、可持續(xù)健康發(fā)展建設(shè)提供實(shí)踐參考。

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（責(zé)任編輯：楊毅恒）