張建華 肖中正

摘要：高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展、人才培養(yǎng)有著重要意義?！督逃畔⒒?.0行動(dòng)計(jì)劃》提出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的開放共享，強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)性化發(fā)展，這對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室提出了更高的建設(shè)要求。通過分析高校實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)和管理方面的現(xiàn)狀，提出了智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的思路。并對(duì)核心要素智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了架構(gòu)分析，為高校實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室;智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：G642? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2021）15-0160-02

高校實(shí)驗(yàn)室是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)、人才培養(yǎng)的重要平臺(tái)，對(duì)學(xué)生的價(jià)值塑造、能力培養(yǎng)、知識(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)方式和手段也發(fā)生了深刻變革：未來實(shí)驗(yàn)教學(xué)更注重學(xué)生個(gè)性化發(fā)展、實(shí)驗(yàn)資源共享和資源整合。教育部制定的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》[1]明確提出：整合各類教學(xué)、科研資源，實(shí)施教學(xué)資源共享計(jì)劃;建設(shè)智能實(shí)驗(yàn)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(dòng)高校優(yōu)質(zhì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源開放共享，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)資源受眾面，迫切需要加快新形勢(shì)下的高校智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)。本文通過分析目前高校實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室建設(shè)的基本思路。

1 高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理現(xiàn)狀

高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展迅速，數(shù)量大幅度上漲。然而，高校實(shí)驗(yàn)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(shì)下實(shí)驗(yàn)教學(xué)變革的需要。

1.1 資源開放共享不足

實(shí)驗(yàn)室開放共享是發(fā)揮對(duì)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(shí)驗(yàn)室在資源開放共享方面還存在一些問題：實(shí)驗(yàn)課程課時(shí)有限，學(xué)生難以在有限的課時(shí)內(nèi)提高實(shí)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(shí)間、地點(diǎn)的限制，師生無法隨時(shí)隨地利用實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行學(xué)習(xí);基于實(shí)驗(yàn)室開展的各類實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、獲得的科研成果以及服務(wù)社會(huì)的數(shù)目遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

1.2 實(shí)驗(yàn)室管理模式落后

很多高校對(duì)實(shí)驗(yàn)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(cè)不到位，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的水電管理、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)等依賴于手工監(jiān)測(cè)，安全隱患多;實(shí)驗(yàn)設(shè)備閑置浪費(fèi)嚴(yán)重，管理人員對(duì)設(shè)備狀態(tài)不清楚;各類報(bào)表上報(bào)不及時(shí)，教師每年需要向?qū)W校提交實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目表、實(shí)驗(yàn)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(bào)時(shí)間。

1.3 師資隊(duì)伍建設(shè)不足

在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)管理中，存在實(shí)驗(yàn)教學(xué)脫節(jié)的現(xiàn)象，專業(yè)教學(xué)人員未參與實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃建設(shè)中，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)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(duì)先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行管理和使用指導(dǎo)。

1.4 機(jī)制創(chuàng)新不足

實(shí)驗(yàn)室的機(jī)制建設(shè)主要問題有：缺乏明確的中長期建設(shè)規(guī)劃，實(shí)驗(yàn)室的人才培養(yǎng)定位、社會(huì)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(jì)算機(jī)和教學(xué)軟件為主;缺乏相關(guān)規(guī)章制度，實(shí)驗(yàn)室責(zé)任分工不明確、設(shè)備管理混亂;缺乏有效的效果評(píng)價(jià)機(jī)制，以實(shí)驗(yàn)室建設(shè)數(shù)量和經(jīng)費(fèi)使用情況作為部門績效考核目標(biāo)，建設(shè)效果評(píng)價(jià)單一，導(dǎo)致建設(shè)部門重采購、重?cái)?shù)量、重任務(wù)、輕內(nèi)容、輕使用。

2 智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)體系分析

智慧化實(shí)驗(yàn)室是實(shí)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(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的智能化發(fā)展。賈維丁[4]認(rèn)為智慧實(shí)驗(yàn)室以信息技術(shù)應(yīng)用為主線，借助物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，通過感知、物聯(lián)等方式，將實(shí)驗(yàn)室中的基礎(chǔ)設(shè)施連接起來，達(dá)到智能化管理和監(jiān)控。鐘麗強(qiáng)[5]認(rèn)為智慧實(shí)驗(yàn)室是利用大數(shù)據(jù)、智能化控制等技術(shù)，將實(shí)驗(yàn)室管理和教學(xué)過程有機(jī)融合。這些研究工作忽略了與智能化模塊配套運(yùn)行的人員、體制等要素。從完整的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)體系考慮，本文認(rèn)為高校智慧實(shí)驗(yàn)室建設(shè)體系應(yīng)當(dāng)包含四大要素：

2.1 智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)

智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)是集教學(xué)資源采集、智能化實(shí)驗(yàn)、設(shè)備和安全管理、智能化實(shí)驗(yàn)過程記錄等為一體的實(shí)現(xiàn)校內(nèi)、外開放共享機(jī)制的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。它是高校實(shí)驗(yàn)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(jìn)行建設(shè)，以解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室在資源共享、資源整合、師資隊(duì)伍管理、實(shí)驗(yàn)室管理等方面的問題。

2.2 師資隊(duì)伍建設(shè)

師資隊(duì)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(shí)驗(yàn)室開放共享力度，增加實(shí)驗(yàn)室的社會(huì)服務(wù)數(shù);同時(shí)可以整合更多的教學(xué)資源，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容不斷更新。學(xué)校應(yīng)重視實(shí)驗(yàn)教師隊(duì)伍的地位，給予普通教師同等外出培訓(xùn)的機(jī)會(huì);加強(qiáng)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(shí)驗(yàn)室學(xué)科發(fā)展的特點(diǎn)，在教學(xué)桌椅的色彩和布局、墻面設(shè)計(jì)、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(shí)，給學(xué)生提供沉浸式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

2.4 機(jī)制體系建設(shè)

方堃等[6]認(rèn)為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理體制通過機(jī)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(rèn)為在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)中重視機(jī)制創(chuàng)新，制定支持實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的長期規(guī)劃，出臺(tái)相關(guān)政策和規(guī)章制度推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)工作。因此，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理過程中，為保證實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的時(shí)效性、開放性、可持續(xù)發(fā)展等，必須加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和管理的頂層設(shè)計(jì)，建立統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、多級(jí)部門聯(lián)動(dòng)的分層管理模式。

3 智慧實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)架構(gòu)體系

作為智慧實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)的核心部分，本文對(duì)智慧實(shí)驗(yàn)室教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行架構(gòu)分析。

3.1 智能硬件層

智能硬件是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室智能化的基礎(chǔ)支撐。智能硬件由兩個(gè)層次組成：傳感器設(shè)備和設(shè)備控制層。基礎(chǔ)的智能設(shè)備有：門、多媒體設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、照明系統(tǒng)、電源開關(guān)、空調(diào)、計(jì)算機(jī)設(shè)備等。這些設(shè)備支持通過相應(yīng)的控制器，實(shí)現(xiàn)指令操控，進(jìn)而接入資源管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息系統(tǒng)自動(dòng)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(yùn)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(duì)設(shè)備進(jìn)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(chǔ)

整個(gè)智慧實(shí)驗(yàn)室體系會(huì)產(chǎn)生大量的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。因此該體系能必須有一套可靠的云存儲(chǔ)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)上層各種不斷增加的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、用戶數(shù)據(jù)以及其他數(shù)據(jù)。統(tǒng)一的存儲(chǔ)管理對(duì)于上層應(yīng)用的不斷優(yōu)化擴(kuò)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(duì)可對(duì)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(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)對(duì)外部用戶進(jìn)行授權(quán)獲取、使用或訪問，皆可注冊(cè)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(shí)現(xiàn)共享協(xié)議。

3.5 實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)是智慧實(shí)驗(yàn)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(cè)中心。實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)直接管理了所有的共享資源和內(nèi)部人員，實(shí)現(xiàn)課程、教學(xué)、數(shù)據(jù)、人員、成績、實(shí)驗(yàn)報(bào)告管理等一系列實(shí)驗(yàn)相關(guān)的業(yè)務(wù)功能。為了與外部機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)資源共享，實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)還必須實(shí)現(xiàn)資源共享相關(guān)的協(xié)議，接入到統(tǒng)一資源注冊(cè)中心。因此，統(tǒng)一資源注冊(cè)中心也是實(shí)驗(yàn)管理系統(tǒng)的重要參與者。

3.6 統(tǒng)一資源注冊(cè)中心

統(tǒng)一資源注冊(cè)中心是多機(jī)構(gòu)之間能夠進(jìn)行資源共享的橋梁，是實(shí)現(xiàn)共享資源注冊(cè)協(xié)議、統(tǒng)一賬戶、統(tǒng)一認(rèn)證以及資源的治理協(xié)議。只要共享資源機(jī)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(jī)構(gòu)提供豐富的共享實(shí)驗(yàn)資源，也可以獲取其他機(jī)構(gòu)提供的共享實(shí)驗(yàn)資源。資源共享的實(shí)現(xiàn)方式是通過資源共享協(xié)議完成。共享資源機(jī)構(gòu)在注冊(cè)中心完成注冊(cè)之后，必須提供資源狀態(tài)檢測(cè)接口給注冊(cè)中心監(jiān)控;若注冊(cè)中心檢測(cè)到資源不可用了，則通知最終用戶并停止申請(qǐng)通道。注冊(cè)中心提供資源的查詢和申請(qǐng)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(cè)系統(tǒng)

安全監(jiān)測(cè)是建設(shè)智慧共享實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的安全等問題必須在可監(jiān)控的范圍內(nèi)運(yùn)行。同時(shí)共享資源開放對(duì)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(cè)系統(tǒng)對(duì)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和預(yù)警。

4 結(jié)束語

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

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