云計算和物聯網技術應用于“實驗動物學”教學模式的探討

文/鮑宇暉+崔德鳳+張永紅

關鍵詞：云計算技術物聯網技術實驗動物學

云計算和物聯網技術

云計算是一種通過互聯網，以服務的方式提供動態可伸縮的虛擬化資源的計算模式，它將計算任務分布在大量依靠網絡連接起來的硬件平臺上，使用戶能夠按需獲取計算能力、存儲空間和信息服務，并實施多種應用。

物聯網是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物體與互聯網相連接，進行信息交換和通信，以實現對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

由此可以看出，云計算和物聯網技術之間擁有著一種緊密聯系、互相促進的關系。一方面，物聯網的發展離不開云計算強大的運算作為技術支撐。從量上看，物聯網將使用數量驚人的傳感器，如RFID、視頻監控等，采集到超大規模的數據。這些數據需要通過各種渠道向某些存儲和處理設施匯聚，而使用云計算技術來完成這些巨量任務，具有十分顯著的計算容量優勢。從質上看，使用云計算設施對這些數據進行分析、處理與轉換，可以更加迅速、準確、智慧地對物理世界進行管理和控制，使人們可以更加及時、精準地管理物質世界，從而達到“智能”的狀態，大幅提高資源利用率。由此可以看出，云計算憑借其強大的處理能力、存儲能力和極高的性價比，自然而然成為物聯網強大的后臺技術支撐平臺。另一方面，物聯網將成為云計算最大的用戶，將為云計算取得更大商業成功奠定基石。

“實驗動物學”教學中存在的問題

1.“實驗動物學“內容多樣，教學手段更新不足

由于“實驗動物學”在我國是一門較新的學科，所以各有關院校“實驗動物學”課程的開設情況存在著諸多問題。例如，教學內容多種多樣、教學手段及方法相對陳舊、學時參差不齊、實驗課內容及質量不盡如人意等，其教學質量的現狀令人擔憂。在這樣的情況下，學生進行有關動物實驗時便會出現實驗動物學的基本知識不足及操作技能欠缺等問題。

2.網絡教學應用程度差，學生對于授課內容不感興趣

隨著粉筆加黑板的老式手寫板書的教學模式逐漸被大屏幕多媒體教學系統所取代，課堂教學可以變得有聲有色。但在互聯網飛速發展的今天，廣大學生對于多媒體的理論教學，更加期待運用先進的方法和技術手段學習到更新、更前沿的知識和更先進的技術。但實際情況是，很多院校在教授“實驗動物學”課程時，只是用演示文稿（PPT等）取代了手寫板書，其主要內容和教學手段并無太大變化。對于這些在書本上就能看到的傳統知識，并不能激發廣大學生的學習熱情，因此這種教學模式顯然是需要改進的。

條件較好一些的院校，會利用自建的校內網絡平臺發布一些課程教學內容，但這些資料外校學生往往無法得到，對于通過互聯網獲取本學科的前沿資料，實時傳輸給學生的教學模式并沒有在相關院校教學活動中得到普及。

3.實踐教學環節比較薄弱，動手能力訓練欠缺

“實驗動物學”是對實踐技能要求較高的一門學科，然而部分院校的實踐教學環節還比較薄弱。其主要原因為：一是場地設備問題。由于標準化的實驗動物設施建設的投入很大，日常運行維護費用較高，還要有專門的管理人員，且單個實驗動物設施很難同時飼養多種實驗動物。這樣使得一些院校寧肯從其他地方購買實驗動物用于相關學科實驗，也不愿意自己建設和使用實驗動物設施開展相關實驗動物的教學實驗活動。這樣，學生很難直觀了解到實驗動物設施的運轉模式，更談不上參與到實驗動物設施的日常工作中。二是實驗材料價格問題。由于標準化的實驗動物及其飼料等價格的不斷上漲，使得實踐教學成本增高，因此“實驗動物學”實驗教學質量和數量大打折扣。三是安全問題。由于操作不規范或使用不標準的實驗動物，學生在操作過程中存在著可能受傷或患病的安全隱患。

云計算和物聯網技術在“實驗動物學”中的應用探討

目前，中國實驗動物學會和北京、廣東、湖北、江蘇、吉林、上海、福建等地都已經建立了各自的實驗動物信息網絡，用于本地區實驗動物行業的信息發布和政策引導等服務，同時多數網絡都設置了教育培訓專欄。這就為更大規模的網絡技術應用于“實驗動物學”課程教學奠定了初步基礎。為了實現資源的最大共享化，我們可以利用云計算技術，把各種信息網資源整合起來，建設一個統一的公用第三方云端平臺，既免去了各單位自身服務器的維護投入和使用的局限性，又能方便第三方操作平臺統一整合運用與保護所有資源，便于管理。這樣，無論是更新客戶端，還是發布新的信息等，由于有了統一的第三方管理平臺，這些設置均可以隨時補充和更新，并能立即生效。包括學習“實驗動物學”課程的學生在內的所有使用實驗動物學資源的用戶，均可以使用自己的用戶名和密碼登入該資源庫，查找自己所需的信息。這樣就達到了資源利用最大共享化的目的。

由于所有資源全部由第三方平臺管理，所以以往需要專業計算機人才維護的服務器等設備可以直接移除。一些沒有計算機專業知識的人依然可以輕松完成復雜數據的處理，因為這些任務已經交由強大的云端幫你完成了。由于云計算技術對終端硬件配置要求不高，只要有網絡的地方，無論是使用手機，還是上網本、臺式機，均可隨時隨地連上云端，發布新的信息資料，使用各種資源，極大程度地方便“實驗動物學”的教學、實訓等活動的開展。

物聯網技術也可以進一步地應用于“實驗動物學”的課程教學活動。例如，利用視頻監控系統，可將實驗動物中心的各個監控探頭納入各自統一的平臺管理系統。這些實時的監控影像資料，可以上傳到云端備份保存，不用再保存在自己的物理硬盤中。這樣，資料可以隨時調取使用，所有線上用戶均可以共享這些資源，用作視頻教學的范例。基于此項優點，我們可以甄選出規范化實驗動物操作技術，借助云計算和物聯網技術推向全國，進而建立起視頻化的實驗動物學實驗操作標準作業程序（SOP）。

物聯網的另一個應用范例便是芯片識別技術。可將每只實驗動物的身上植入微型芯片，這些芯片本身就含有該動物的基本信息。每當想要查找該動物的基本信息時，只需掃描該芯片，基本信息便一目了然。當然，智能芯片的功能不止這一點，它除了具備儲存信息的功能外，也能作為小型傳感器和發射機。即無論動物在哪，我們都可以清楚地定位到它的準確位置；無論動物發生何種異常狀況，我們都可以實時監測到。這樣再通過信息采集系統，就能夠大大節省人力，我們不用再時時刻刻面對面觀察動物。這些信息也可以直接存儲于云端，方便隨時調用，使得學生在學校學習階段就能實際接觸到云計算和物聯網技術在實驗動物領域中的應用，并能切身感受到這些新技術應用于教學所帶給我們的好處。

基于實驗動物設施需要投入較大資金，而“實驗動物學”課程的教學絕對不應該脫離動手能力訓練這一共識。應用云計算和物聯網技術可以在一定程度上解決這一問題。如上所述，利用現代視頻技術，在視覺上已經能直觀地觀察到實驗動物設施以及各種實驗動物狀態。在實際操作中，應用于物聯網技術及遠程遙控技術，我們可以做到相隔千里亦能控制遠方的機械手，使我們在異地完成一系列的實驗操作。這樣的控制系統，在醫學手術中已得到廣泛的嘗試。

利用云計算技術強大的運算能力，在分析大量實驗動物數據時（如培育新近交系動物），我們不再需要配置強大的個人電腦，而是把這些數據上傳到云端，讓其運算這些復雜的數據就可以了。設想運用這樣現代化、立體化的教學模式，最終將“實驗動物學”網絡教學平臺打造成為一個類似于社交網站的運營模式，會更加引起學生對于該課程的濃厚興趣，學到更多有關該學科的知識和技能。

我們面臨著一個網絡服務日臻完善的時代，面臨著一個教育高度信息化的時代，應用更新的技術開展網絡教學是時代的需要，是改革教學模式的必然選擇，是推進教育現代化的基礎和重要條件。我們可以改造和依托現有的校園網絡，努力營造數字化學習的校園環境，充分發揮新型網絡教學的優勢，搭建云計算和物聯網教育技術平臺，以期獲得包括“實驗動物學”在內的廣大學科的最佳教學效果。

[責任編輯：張 雯]