信息化助力高校實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)新發(fā)展

董先達(dá)　金萌　韋君

摘 要：本文基于信息化背景下，從機(jī)遇與挑戰(zhàn)到融合與創(chuàng)新，探討如何利用信息化手段助力高校實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)新發(fā)展。

關(guān)鍵詞：信息化 云計(jì)算；物聯(lián)網(wǎng)；互聯(lián)網(wǎng)+ 虛擬仿真

一、背景與聚焦

2016年教育部辦公廳發(fā)布關(guān)于印發(fā)《國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心管理辦法》的通知，其中第三條為：示范中心主要任務(wù)是堅(jiān)持立德樹(shù)人，聚焦國(guó)家人才戰(zhàn)略和社會(huì)發(fā)展需求，緊扣高等學(xué)校人才培養(yǎng)目標(biāo)，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室管理機(jī)制，探索引領(lǐng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方向，共享優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，以高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)支撐高質(zhì)量人才培養(yǎng)工作。該文件以實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平和實(shí)驗(yàn)室管理水平的提高為目標(biāo)，圍繞學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)為核心。

二、機(jī)遇與挑戰(zhàn)

近年來(lái)的人才培養(yǎng)模式已經(jīng)從以教為主面向以學(xué)為主發(fā)生著深刻變革。MOOC的興起給高等教育帶來(lái)巨大沖擊。從信息化技術(shù)融入課堂的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)1-2年，學(xué)生們將自帶設(shè)備進(jìn)行翻轉(zhuǎn)課堂，帶來(lái)混合式學(xué)習(xí)的廣泛應(yīng)用和學(xué)習(xí)空間的重構(gòu)。2-3年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)創(chuàng)客空間和可穿戴技術(shù)。4-5年，自適應(yīng)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)普及，與此同時(shí)，人們將持續(xù)關(guān)注量化學(xué)習(xí)，開(kāi)放教育資源激增。未來(lái)5年以上，日益增進(jìn)的跨校合作推動(dòng)文化變革和創(chuàng)新。

除了教育模式的轉(zhuǎn)變，人才培養(yǎng)需求也在發(fā)生著深刻變革，第三次工業(yè)革命需要?jiǎng)?chuàng)新型人才。新時(shí)期人才變革的顯著趨勢(shì)是從知識(shí)型、技能型人到創(chuàng)新型人才。信息化使規(guī)?；c個(gè)性化的和諧統(tǒng)一成為可能，這是信息技術(shù)支撐下第三次教育變革的核心特征。

校園信息化建設(shè)呈現(xiàn)智能化、應(yīng)用多樣化發(fā)展趨勢(shì)，多種技術(shù)和應(yīng)用交叉滲透至校園生活的各個(gè)方面，全面的智慧校園時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)專(zhuān)家突出智慧校園的智能感知功能，教育技術(shù)學(xué)專(zhuān)家側(cè)重智慧學(xué)習(xí)環(huán)境與智慧課堂等教育教學(xué)環(huán)境，信息化建設(shè)專(zhuān)家則強(qiáng)化智慧校園的信息化應(yīng)用和服務(wù)。

三、融合與創(chuàng)新

（一）新ICT技術(shù)與高校實(shí)驗(yàn)室發(fā)展創(chuàng)新

云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智能化、社交網(wǎng)絡(luò)等，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。

云計(jì)算在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理方面的應(yīng)用體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1.充分利用現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施組建實(shí)驗(yàn)室的私有云，提高計(jì)算能力，減少建設(shè)和使用成本。2.利用公有云服務(wù)提供商的基礎(chǔ)設(shè)施或軟件資源，免去維護(hù)、更新、升級(jí)之繁瑣，使用更為便捷。3.在校級(jí)甚至校際層面、社會(huì)組建公有云、私有云和混合云，實(shí)現(xiàn)資源使用上的負(fù)載均衡，提升資源使用效益。云計(jì)算在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的應(yīng)用體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1.優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，通過(guò)應(yīng)用虛擬化和分布式存儲(chǔ)，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源云平臺(tái)。2.充分發(fā)揮云計(jì)算輔助教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，深化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，廣泛應(yīng)用探究型、協(xié)作型教學(xué)模式。

物聯(lián)網(wǎng)和智能化可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的智慧管理，利用物聯(lián)網(wǎng)的RFID的技術(shù)可以解決儀器設(shè)備分散數(shù)據(jù)采集的瓶頸問(wèn)題，有效提升儀器設(shè)備日常管理和清查效率，顯著改善儀器設(shè)備全生命周期狀態(tài)監(jiān)控?；谖锫?lián)網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室及大型儀器設(shè)備開(kāi)放共享管理，各級(jí)實(shí)驗(yàn)室管理人員可以遠(yuǎn)程、移動(dòng)的查看、管理實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)信息、數(shù)據(jù)、以及實(shí)驗(yàn)室業(yè)務(wù)情況，根據(jù)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化管理。如設(shè)定溫度傳感器閾值，控制空調(diào)開(kāi)關(guān)及溫度調(diào)節(jié)，根據(jù)光線傳感器調(diào)節(jié)窗簾開(kāi)關(guān)和室內(nèi)燈光等。

社交網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)教師、學(xué)生、管理人員、技術(shù)人員的互動(dòng)空間。利用社交平臺(tái)和應(yīng)用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室管理和實(shí)驗(yàn)教學(xué)信息的實(shí)時(shí)推送。發(fā)揮師生主動(dòng)參與意識(shí)，豐富實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，加強(qiáng)信息交互和資源共享和開(kāi)展。構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)泛在式實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境，提升學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和協(xié)作創(chuàng)新意識(shí)。

“互聯(lián)網(wǎng)+”思維可以實(shí)現(xiàn)跨界融合。所謂“互聯(lián)網(wǎng)+”是“互聯(lián)網(wǎng)+各個(gè)傳統(tǒng)行業(yè)”，+就是跨界和重塑融合。“互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)室”著眼的不是點(diǎn)、不是面，而是整個(gè)系統(tǒng)，是以信息化的技術(shù)手段、理念方法、運(yùn)行模式推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理創(chuàng)新和實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的整體解決方案。是一個(gè)突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室資源時(shí)空、建構(gòu)實(shí)驗(yàn)室資源和職能拓展性、開(kāi)放性、動(dòng)態(tài)性、可量化、關(guān)聯(lián)性的生態(tài)系統(tǒng)?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)室”有三個(gè)方面內(nèi)涵：實(shí)驗(yàn)室資源信息化創(chuàng)新、實(shí)驗(yàn)室相關(guān)信息全面互聯(lián)與應(yīng)用整合、實(shí)驗(yàn)室管理流程和實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式信息化重構(gòu)。

“互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)室”的生態(tài)特征在于消除了邊界的人與人、人與物，物與物的連接。在這一生態(tài)體系當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)室資源利用率大大提高，實(shí)驗(yàn)室的管理者直接面向最基層的實(shí)際需求，實(shí)驗(yàn)室的使用者可以找到個(gè)性化的定制服務(wù)。另一方面，“互聯(lián)網(wǎng)+實(shí)驗(yàn)室”生態(tài)的構(gòu)建不僅在于高校內(nèi)部，高校、科研院所、行業(yè)企業(yè)，乃至社會(huì)在整個(gè)生態(tài)體系中都扮演不同的角色，在這一生態(tài)體系構(gòu)建的過(guò)程中，一切信息不對(duì)稱(chēng)和中間環(huán)節(jié)統(tǒng)統(tǒng)被打破，許多傳統(tǒng)、慣有、根深蒂固的思維模式、管理流程被重構(gòu)。

關(guān)于高校實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)行動(dòng)研究主要面向“規(guī)模化教育中的個(gè)性化學(xué)習(xí)” 和“以數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)科學(xué)學(xué)習(xí)決策和管理服務(wù)變革”兩大核心議題，推動(dòng)大數(shù)據(jù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)室管理服務(wù)中的深度應(yīng)用，支撐學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)發(fā)展，促進(jìn)教育變革。其突破在于，大規(guī)模多源異構(gòu)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的采集與建模；數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的整合、推送與評(píng)價(jià)；數(shù)字化課堂績(jī)效評(píng)估模型及方法；學(xué)生發(fā)展數(shù)字全模型；大規(guī)模在線教育適應(yīng)性學(xué)習(xí)理論與系統(tǒng)研發(fā)。聚焦在于圍繞實(shí)驗(yàn)室主題數(shù)據(jù)和關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的采集與生產(chǎn)—存儲(chǔ)、管理與處理—分析與挖掘 —呈現(xiàn)與可視化，形成完備和可持續(xù)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)室大數(shù)據(jù)中心建設(shè)體系。

（二）、虛擬仿真技術(shù)與高校實(shí)驗(yàn)室發(fā)展創(chuàng)新

虛擬仿真技術(shù)是在多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互、網(wǎng)絡(luò)、通信等技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，將仿真技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的更高層次的仿真技術(shù)，具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性四個(gè)基本特性

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息系統(tǒng)建設(shè)要全面推進(jìn)以學(xué)生為中心，以學(xué)為主、以問(wèn)題為導(dǎo)向、以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的研究型教學(xué)方式與學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)把時(shí)間還給學(xué)生，把方法教給學(xué)生；支持各院系不斷上線各類(lèi)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，著力培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和意識(shí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)管理信息系統(tǒng)的性能要求實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型實(shí)驗(yàn)軟件統(tǒng)一接入和學(xué)生在平臺(tái)下進(jìn)行統(tǒng)一實(shí)驗(yàn)的目的，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的無(wú)縫連接；提供全方位的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)輔助功能；高效管理實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源，滿(mǎn)足校內(nèi)各院系建設(shè)、發(fā)布、管理、使用虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的需求；實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科專(zhuān)業(yè)、跨校、跨區(qū)域的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開(kāi)放共享。

（作者單位：陸軍裝甲兵學(xué)院士官學(xué)校）