祝永衛(wèi)　劉淑珍　張 宇　陳永寶　訾學(xué)紅　李 釩　王 湛

1.北京工業(yè)大學(xué)國(guó)有資產(chǎn)管理處　北京　100124 2.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院　北京　100124

CAI實(shí)驗(yàn)室在高校教學(xué)科研中的實(shí)踐與管理

祝永衛(wèi)1劉淑珍2張 宇1陳永寶2訾學(xué)紅2李 釩2王 湛2

1.北京工業(yè)大學(xué)國(guó)有資產(chǎn)管理處北京100124 2.北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院北京100124

隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，高校非計(jì)算機(jī)專業(yè)的CAI實(shí)驗(yàn)室是否還應(yīng)保留，成為大學(xué)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)和國(guó)有資產(chǎn)管理研究的重要問(wèn)題。以我校環(huán)境與能源工程學(xué)院的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的CAI實(shí)驗(yàn)室為例，闡述了在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)普及的時(shí)代，CAI實(shí)驗(yàn)室在實(shí)踐教學(xué)、高年級(jí)本科與研究生科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)室安全、數(shù)據(jù)交換的管理工作中起著重要作用，已成為培訓(xùn)、管理與資源共享平臺(tái)。從實(shí)踐結(jié)果來(lái)看，CAI實(shí)驗(yàn)室功能需要不斷升級(jí)。

CAI；教學(xué)；科研；管理

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)，即Computer Aided Instruction，簡(jiǎn)稱CAI，是在計(jì)算機(jī)輔助下進(jìn)行的各種教學(xué)活動(dòng)。自20世紀(jì)90年代起，高校的各個(gè)院系開始逐步建立CAI實(shí)驗(yàn)室（機(jī)房）。而20世紀(jì)90年代中后期的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)進(jìn)一步使得CAI實(shí)驗(yàn)室以及公共計(jì)算機(jī)使用率大大提高，且供需矛盾日益激化。由于計(jì)算機(jī)價(jià)格不菲，且互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)并不廣泛，只是單位內(nèi)部具有互聯(lián)網(wǎng)接口，所以互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)幾乎只能依賴公共機(jī)房。各個(gè)院系也在這一時(shí)期紛紛建立不同歸屬關(guān)系的公共CAI實(shí)驗(yàn)室，這一階段是CAI實(shí)驗(yàn)室的黃金時(shí)期。

進(jìn)入21世紀(jì)后，隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高速發(fā)展，筆記本電腦、3G乃至4G智能手機(jī)、iPad等智能平板電腦在大學(xué)生中廣泛應(yīng)用，傳統(tǒng)意義上的公共機(jī)房功能已經(jīng)完全被取代。機(jī)房已由原來(lái)的門庭若市變得門可羅雀。非專業(yè)計(jì)算的CAI實(shí)驗(yàn)室的存廢問(wèn)題已經(jīng)是擺在了各個(gè)高校管理部門乃至各個(gè)公共計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室面前的棘手問(wèn)題，如同“雞肋”，食之無(wú)味棄之可惜。

筆者以環(huán)境與能源工程學(xué)院的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的CAI實(shí)驗(yàn)室為例，分析了在新時(shí)期大型機(jī)房在網(wǎng)絡(luò)與多媒體教學(xué)實(shí)踐，對(duì)科研共享與虛擬訓(xùn)練平臺(tái)的支持，在實(shí)驗(yàn)室安全管理與數(shù)據(jù)安全交換方面的一些發(fā)展，認(rèn)為非專業(yè)的CAI實(shí)驗(yàn)室在目前和未來(lái)的教育與學(xué)科發(fā)展中不僅不能弱化，反而更應(yīng)積極改進(jìn)升級(jí)功能以適應(yīng)學(xué)科與技術(shù)發(fā)展的要求。

1　高校CAI實(shí)驗(yàn)室在實(shí)踐教學(xué)中的現(xiàn)狀及發(fā)展

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，大型計(jì)算機(jī)服務(wù)器的建設(shè)購(gòu)買并沒(méi)有減少，主要向兩個(gè)方向發(fā)展：服務(wù)器功能，對(duì)網(wǎng)絡(luò)包括有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)提供支撐服務(wù)；專業(yè)化的大型計(jì)算功能，支持科研尤其與計(jì)算相關(guān)的科研領(lǐng)域。其中，一個(gè)是公眾服務(wù)與信息系統(tǒng)安全的管理，另一個(gè)是更專業(yè)化的科研服務(wù)。而傳統(tǒng)意義的一臺(tái)大型主機(jī)服務(wù)器接幾十個(gè)終端的傳統(tǒng)機(jī)房何去何從？以下將從教學(xué)，本科生與研究生科研，以及實(shí)驗(yàn)室管理三方面闡述高校CAI實(shí)驗(yàn)室在實(shí)踐教學(xué)中的現(xiàn)狀及發(fā)展。

從我校環(huán)境與能源工程學(xué)院的CAI實(shí)驗(yàn)室使用情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析，課堂教學(xué)與評(píng)測(cè)考試占主要預(yù)約的70%～75%，而學(xué)術(shù)交流與應(yīng)用軟件使用交流占25%～30%，除此之外，進(jìn)行課題研究的本科生和研究生使用CAI實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)的資料查詢工作和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理，其利用效率還是非常高。CAI實(shí)驗(yàn)室還承擔(dān)了本科生入學(xué)和研究生升學(xué)的網(wǎng)上心理測(cè)試和學(xué)生網(wǎng)上評(píng)教工作，部分的周六日還有工程碩士的教學(xué)預(yù)約。

1.1在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用

從現(xiàn)有的環(huán)境與能源學(xué)院基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的機(jī)房使用來(lái)看，機(jī)房的使用率較高，且涉及多個(gè)專業(yè)多個(gè)課程。通過(guò)與國(guó)外合作的遠(yuǎn)程英文教學(xué)以及中英文雙語(yǔ)教學(xué)，可以看出全球網(wǎng)絡(luò)教學(xué)對(duì)目前的公共教學(xué)機(jī)房需求會(huì)進(jìn)一步提高。

1.1.1文獻(xiàn)聯(lián)機(jī)檢索類課程

文獻(xiàn)聯(lián)機(jī)檢索類課程占預(yù)約課程的25%～30%，其中包括化學(xué)化工文獻(xiàn)檢索，環(huán)境保護(hù)法規(guī)與文獻(xiàn)使用等專門的文獻(xiàn)檢索類課程的上機(jī)實(shí)踐，還有物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)方法，近代物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能等包括文獻(xiàn)檢索以及查詢數(shù)據(jù)庫(kù)檢索類內(nèi)容，研究生的文獻(xiàn)選讀類的課程也多數(shù)使用公共計(jì)算機(jī)房。

1.1.2利用軟件進(jìn)行虛擬操作和互動(dòng)教學(xué)類的課程

此類課程的比例占到60%以上，其中包括儀器設(shè)備分析、化工原理、化學(xué)反應(yīng)工程學(xué)、傳遞物理課程等，此類課程有一個(gè)重要的環(huán)節(jié)是互動(dòng)學(xué)習(xí)功能，采用人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行專題討論學(xué)習(xí)。在與任課教師的溝通中發(fā)現(xiàn)，一般的多媒體教室只有一個(gè)大屏幕，針對(duì)某一細(xì)節(jié)的反復(fù)播放達(dá)不到良好的效果，而利用公共機(jī)房的主機(jī)廣播功能，每名學(xué)生針對(duì)一個(gè)小屏幕，細(xì)節(jié)課題很容易的突出顯示，教學(xué)效果好。

1.1.3網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的課程

如今網(wǎng)絡(luò)教學(xué)已經(jīng)成為非常流行的名詞?！澳秸n”已經(jīng)成為當(dāng)今自主學(xué)習(xí)的重要方式之一。教育部及各大高校都在紛紛推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)課程公開化，尤其精品課程的網(wǎng)上公開教學(xué)在推動(dòng)中。以著名的Chemistry in Context-Applying Chemistry to Society（中譯《化學(xué)與社會(huì)》）為例，這是一門針對(duì)非化學(xué)專業(yè)的普通化學(xué)課程教材，主要針對(duì)英語(yǔ)為母語(yǔ)的高中生和大一、大二的學(xué)生。我們讓大三、大四學(xué)生和研究生對(duì)照中、英2個(gè)版本通過(guò)Mcgraw-Hill出版社的在線學(xué)習(xí)中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)中國(guó)學(xué)生最大的問(wèn)題還是語(yǔ)言的障礙，尤其在脫離開教材的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)過(guò)程。目前以大多數(shù)中國(guó)學(xué)生的英語(yǔ)水平，需要借助教師輔助開展網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。除了課堂講述外，應(yīng)該至少按照講授課時(shí)1:1配比網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)課時(shí)，若廣泛開設(shè)此公開課對(duì)機(jī)房使用的需求還會(huì)持續(xù)增加。

另外，我校與美國(guó)德克薩斯農(nóng)工大學(xué)化學(xué)系合作共同開設(shè)材料化學(xué)與生物化學(xué)2門英語(yǔ)和中英雙語(yǔ)教學(xué)課程目前正處于教師互訪和共同開課的階段。其中德克薩斯農(nóng)工大學(xué)提出共同分享網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)教學(xué)。除視頻音頻交互之外，還需要網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)。目前除了兩地時(shí)差問(wèn)題，只能早晨和晚上同步開課外，網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議與CAI機(jī)房的支持正是目前所商討的問(wèn)題。

1.2在學(xué)生科研學(xué)習(xí)實(shí)踐中的應(yīng)用

目前各高校大型儀器設(shè)備的數(shù)量有限，需要分析測(cè)試和使用此類儀器設(shè)備的學(xué)生越來(lái)越多。如何解決這一供需矛盾，CAI實(shí)驗(yàn)室可以在這方面發(fā)揮一定的作用。

首先，將小程序在CAI實(shí)驗(yàn)室的平臺(tái)上共享，可以利用此資源進(jìn)行學(xué)生的入門培訓(xùn)。目前專業(yè)機(jī)群集中在專業(yè)實(shí)驗(yàn)室并且資源緊缺。如果完全將教學(xué)和科研使用放置在一個(gè)機(jī)群上面，勢(shì)必造成計(jì)算資源的進(jìn)一步緊張，系統(tǒng)維護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)增加，尤其利用網(wǎng)絡(luò)對(duì)教學(xué)資源開放過(guò)程會(huì)造成因網(wǎng)絡(luò)安全漏洞造成的其他各種風(fēng)險(xiǎn)。而采用相對(duì)封閉的CAI實(shí)驗(yàn)室機(jī)群服務(wù)可以有效地避免外網(wǎng)的安全風(fēng)險(xiǎn)，也不用向軟件公司支付高額的公共使用權(quán)限的購(gòu)買費(fèi)用。

其次，承擔(dān)大型儀器設(shè)備非實(shí)際操作類培訓(xùn)提高大型儀器的利用率。通常價(jià)值十萬(wàn)元以上的儀器設(shè)備稱為大型儀器設(shè)備，當(dāng)然價(jià)值跨度很大（有些設(shè)備近千萬(wàn)），這類設(shè)備通常需要專人維護(hù)和操作。通常這類儀器在高校中同時(shí)承擔(dān)科研和教學(xué)雙重任務(wù)，機(jī)時(shí)非常緊張，運(yùn)用仿真操作軟件可以更直觀地訓(xùn)練學(xué)生而不占用大型儀器設(shè)備。結(jié)果的數(shù)據(jù)處理與分析是每個(gè)使用者最關(guān)心的，將x射線衍射的數(shù)據(jù)處理軟件及數(shù)據(jù)庫(kù)演示版本放置在CAI實(shí)驗(yàn)室機(jī)群平臺(tái)上，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以離線進(jìn)行分析，大大降低占用機(jī)時(shí)，提高衍射儀的工作效率。

從當(dāng)前的CAI實(shí)驗(yàn)室的機(jī)群輔助科研效果來(lái)看，其中流體計(jì)算、量子化學(xué)、分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)等計(jì)算軟件放置在CAI實(shí)驗(yàn)室機(jī)群上，可以達(dá)到更高的使用效率，在小的范圍內(nèi)服務(wù)需要使用的人員，同時(shí)又避免了放置在大公共計(jì)算平臺(tái)需要支付高昂的版權(quán)使用費(fèi)用，也不用擔(dān)心大型開放平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全的維護(hù)問(wèn)題。而將數(shù)據(jù)分析與處理軟件在公共機(jī)房的機(jī)群共享，可以大大提高大型儀器設(shè)備的使用效率，無(wú)論在實(shí)驗(yàn)操作培訓(xùn)，還是在數(shù)據(jù)離線分析上都能大量緩解專業(yè)儀器機(jī)時(shí)緊張的矛盾。前文統(tǒng)計(jì)中長(zhǎng)時(shí)間使用機(jī)房的研究生和高年級(jí)本科生就是利用機(jī)房機(jī)群處理他們的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1.3在實(shí)驗(yàn)室管理中的應(yīng)用

化學(xué)、化工、環(huán)境以及材料類實(shí)驗(yàn)室因?yàn)樯婕按罅康幕瘜W(xué)試劑，包括有毒有害、易制毒等化學(xué)試劑都需要嚴(yán)格管理，而所用的反應(yīng)設(shè)備又涉及高溫高壓等專業(yè)儀器設(shè)備。學(xué)校的特點(diǎn)是人員流動(dòng)性強(qiáng)，不斷有學(xué)生畢業(yè)和新生加入。管理的制度建設(shè)和與制度相配套的管理措施和相應(yīng)的儀器設(shè)備成為關(guān)鍵。

過(guò)去安全教育一直是課堂講授和書面考核，而書面考核不夠全面，且實(shí)驗(yàn)室的鑰匙管理總會(huì)有疏漏。現(xiàn)在實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室的電子門鎖，與學(xué)校的一卡通相關(guān)聯(lián)，徹底實(shí)現(xiàn)了一人一卡和初步實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室門禁實(shí)時(shí)監(jiān)控和全員管理。所有人員信息都通過(guò)機(jī)房機(jī)群納入實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)的局域網(wǎng)管理。每個(gè)電子門鎖都聯(lián)網(wǎng)。門禁的開放，首先要通過(guò)計(jì)算機(jī)群的安全管理?xiàng)l例的學(xué)習(xí)和考核。通過(guò)全面的學(xué)習(xí)和考核后才能有權(quán)使用門禁系統(tǒng)。針對(duì)不同的安全級(jí)別，不同的實(shí)驗(yàn)室專業(yè)職能，根據(jù)不同人的需要開啟不同實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)入許可。人刷卡進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時(shí)，系統(tǒng)會(huì)有記錄。與實(shí)驗(yàn)室內(nèi)外的監(jiān)控?cái)z像配合，可以掌握所有實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)出現(xiàn)場(chǎng)。這為實(shí)驗(yàn)室安全人員值守管理轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，對(duì)于事故隱患的預(yù)警和事故責(zé)任認(rèn)定都有重要幫助。

實(shí)驗(yàn)室另一管理問(wèn)題是數(shù)據(jù)與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全問(wèn)題。如何做到重要系統(tǒng)的病毒隔離和數(shù)據(jù)的安全傳輸一直是實(shí)驗(yàn)室管理的重點(diǎn)。尤其是專用計(jì)算機(jī)，諸如運(yùn)算機(jī)群，專業(yè)設(shè)備配備的計(jì)算機(jī)等。限制使用一直是過(guò)去傳統(tǒng)的處理方案。專人使用這些專用計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)輸出拷貝只能刻錄光盤。光盤的一次性使用也是一種資源的浪費(fèi)。在公共機(jī)群的平臺(tái)上采用有權(quán)限的FTP協(xié)議傳輸結(jié)果數(shù)據(jù)，或者采用特定賬戶權(quán)限管理單向向用戶傳輸數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果報(bào)告。這個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的交互平臺(tái)，可以為全面管理大型儀器設(shè)備，分析任務(wù)的分配與分析結(jié)果匯總提供良好的服務(wù)。

在現(xiàn)代化學(xué)化工類實(shí)驗(yàn)室中，安全培訓(xùn)與管理和數(shù)據(jù)高效安全的處理與傳輸是重要的問(wèn)題，而目前基于局域網(wǎng)絡(luò)的公共機(jī)房機(jī)群系統(tǒng)在支持這兩方面功能中扮演重要角色。

2　結(jié)束語(yǔ)

在當(dāng)今計(jì)算機(jī)高速發(fā)展，巨型計(jì)算如“云計(jì)算”系統(tǒng)飛速發(fā)展，而網(wǎng)絡(luò)智能手機(jī)、平板電腦技術(shù)日新月異時(shí)代。處于中間狀態(tài)的CAI實(shí)驗(yàn)室機(jī)群平臺(tái)與實(shí)驗(yàn)室何去何從？從校環(huán)境與能源工程學(xué)院的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心的CAI實(shí)驗(yàn)室的應(yīng)用實(shí)踐中可以看到無(wú)論在實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，科研的輔助環(huán)節(jié)還是實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)代管理環(huán)節(jié)都扮演重要角色。如何擺脫現(xiàn)在專業(yè)教學(xué)機(jī)房利用率不高的尷尬局面，需要使用者和管理者從更深層的角度考慮。從上述的實(shí)踐可以看出這類多功能化的教學(xué)機(jī)房不僅不能淘汰可能更需進(jìn)一步發(fā)展，更需要投入人力和物力將這個(gè)公共平臺(tái)的功能不斷延伸，為教學(xué)、科研和管理更好的服務(wù)。

［1］加李澤.淺談?dòng)?jì)算機(jī)機(jī)房的管理與維護(hù)［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010，4（8）:184-186.

［2］袁繼鋒.大力開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)課件，加快高校教育教學(xué)現(xiàn)代化的步伐［J］.紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，2（21）:124-126.

［2］ 唐西西.高校計(jì)算機(jī)機(jī)房管理探討［J］.中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011（3）:70-72.

［4］ 郭桂銀，呂忠林，陳智，查珍.計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的幾點(diǎn)實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2001，5（18）:110-113.

［5］ 肖陶，張京英，張彤.開放型計(jì)算機(jī)機(jī)房的系統(tǒng)維護(hù)［J］.實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2007，2（24）:81-83.

Practice and Management of CAI Laboratory for Teaching and Scientific Research in University

Zhu Yongwei， Liu Shuzhen， Zhang Yu， Chen Yongbao， Zi Xuehong， Li Fan， Wang Zhan
Beijing University of Technology， Beijing， 100124， China

It is becoming an important issue practice teaching and state-owned assets management research that non-computer professional CAI Laboratory should be retained or not in college， With the popularity of computer and network technology. The CAI Laboratory of the basic chemistry experiment laboratory center belongs to college of environmental and energy engineering in our university as one example，present paper elaborated that CAI laboratory plays an important role in practice teaching， senior undergraduate and graduate research，laboratory safety training and management， during the popularity of computer network technology era. Now the CAI Laboratory has become the data exchange， training， management and resource sharing platform. From a practical viewpoint， CAI experimental feature requires continuous upgrade.

CAI； teaching； scientific research； management

2014-04-09

祝永衛(wèi)，碩士，工程師。

北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究項(xiàng)目資助：物理化學(xué)創(chuàng)新性實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的研究與構(gòu)建（編號(hào)：ER2013C18）。