普通高校“互聯網+實驗室”建設研究

杜明剛, 張仲伍

(山西師范大學 地理科學學院, 山西 臨汾　041004)

?

普通高校“互聯網+實驗室”建設研究

杜明剛, 張仲伍

(山西師范大學 地理科學學院, 山西 臨汾041004)

高校實驗室教學是高校教學中的一個重要環節,高質量的實驗室是開發學生潛能的重要平臺。普通高校建設高質量的實驗室存在資金和技術障礙,難以滿足師生的教學和科研需求。利用“互聯網+”建設“互聯網+實驗室”,集聚了虛擬實驗室和開放實驗室的優點,具有提高學生實驗效果、擴大實驗室功能、降低實驗成本和提高實驗室人員積極性的優勢。

互聯網+； 開放實驗室； 虛擬實驗室

隨著我國信息技術的成熟與發展,“互聯網+”成為推動社會、經濟、生活、生態和環境發展的重要驅動力[1],國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見則從國家層面上闡釋了互聯網在在國民經濟生活中的重要性,互聯網上升為國家戰略,標志著我國“互聯網+”時代的來臨。馬化騰認為“互聯網+”是以互聯網平臺為基礎,利用信息通信技術與各行業的跨界融合而形成新生態[2]。“互聯網+”成為人類社會發展的新機遇、新引擎[3]。“互聯網+”成為學者研究的熱點領域,對“互聯網+”工業、農業、商業、金融、服務業、旅游業、能源、金融、社會管理以及精準扶貧等進行了探索,取得良好的研究成果[4-6]。高校實驗室通過展示、演示與操作,使得抽象原理生動化和瑣碎知識系統化,是激發學生學習興趣、培養學生自學和動手能力、規范學生科學思維、強化學生科研范式、啟迪創新能力的重要平臺和途徑[7]。近年來,為促進高校實驗室適應我國教育發展的新形勢,眾多學者對實驗室改革進行了研究,從實驗室存在的問題、建設、管理和實驗教師培訓等方面進行了探索,提出科學合理的改革建議[8-10],其中對建設開放實驗室和虛擬實驗室進行了細致的研究,認為開放實驗室和虛擬實驗室是世界一流實驗室普遍做法,可以規避傳統實驗室利用低效、資源浪費、安全隱患等問題,可以解決我國高校實驗器材缺乏帶來的限制等問題,是我國實驗室建設發展方向[11-12]。

近年來,高校開放實驗室和虛擬實驗室的建設取得了良好的效果。但是,開放實驗室難以解決學生對實驗和實驗過程差異性的需求,重復實驗成本高。而虛擬實驗室難以取得“真實操作”的體驗效果,同時虛擬實驗室開放度也不高。本文擬以山西師范大學實驗室為例,運用“互聯網+”,探討開放實驗室與虛擬實驗室相結合的互聯網+實驗室的建設途徑。

1　山西師范大學實驗室存在的問題

山西師范大學創建于1958年,是國家中西部重點建設高校。學校坐落在臨汾市。學校現有全日制本科生15 000余人,研究生3 200余人；設有22個學院,58個本科專業。建有戲劇戲曲、三晉文化、黃河民俗3個博物展館,擁有4個重點研究基地,1個教育部重點實驗室,各學科均建設有專業實驗室。與全國普通高校一樣,山西師范大學實驗室存在以下問題。

(1) 高端先進儀器匱乏,難以滿足學生需求。雖然近年來國家加大了對普通高校實驗室建設支持力度,山西師范大學爭取到國家援建資金和實驗器材,但是歷史欠賬太多,所需資金量太大,許多急需的儀器難以一步到位,另外山西師范大學難以承擔過多和過高的實驗運行成本,實驗室難以實現全面開放。

(2) 實驗室封閉私用,實驗器材閑置。由于實驗室管理理念的落后,山西師范大學實驗室與多數普通高校實驗室一樣,實驗室是以學院為單位的封閉使用,甚至以學科為單位,不對其他學院開放,存在著生命科學學院的植物標本,地理科學學院難以使用,或者地理科學的土壤標本,生命學院不能共享等現象。一方面存在著學院實驗器材的不足導致學生無法完成實驗,另一方面存在著實驗器材閑置。

(3) 實驗內容和實驗時間受到教學大綱限制,實驗項目少,集體演示內容多,學生單獨操作項目少,實驗時間短，難以實現分類指導和差異性教學。學生難以根據自己的需求進行操作實驗,在反復實驗中驗證猜想,發現規律,洞察學科奧秘。

(4) 專職實驗室人員缺乏。由于普通高校重視教學工作,在職稱、獎勵等方面向教學一線人員傾斜,專職實驗人員往往評聘職稱難度增加,獎金等待遇低,導致專職實驗人員缺乏,部分實驗室由在校大學生或者研究生擔任,由于專業知識的限制,導致學生實驗教學效果較差。

2　“互聯網+實驗室”建設設計

2.1“互聯網+實驗室”建設思路

借助互聯網技術,建設虛擬實驗室,對實驗儀器、實驗過程和實驗結果進行虛擬實驗。同時,實現虛擬實驗室面向全體學生和實驗人員的全面開放。讓學生和實驗人員在虛擬實驗室反復進行實驗操作、實驗分析和對實驗結果進行評判。同時,建立開放實驗室,聯合社會和高校,高校之間的實驗室面向全體學生和實驗人員全面開放,學生在虛擬實驗室進行相當的虛擬實驗后,在開放實驗室進行實物操作,體驗實驗操作和實驗過程,在具體的實驗操作中,發現科學問題,開發學生的內在潛能。具體構建見圖1。

圖1　“互聯網+實驗室”構建示意圖

2.2建立聯合開放實驗室

開放實驗室是指以實驗儀器與設備、實驗項目與資料、實驗指導和考核完全開放,學生根據自己的需求,通過預約,在任意時間來實驗室做自己準備好的實驗項目,也可以做自帶的實驗項目[14]。高校聯合開放實驗室分為3個層次,一是學校與社會實驗室的聯合開放,二是高校與高校實驗室的聯合開放,三是學校內各院系實驗室的聯合開放。

建設聯合開放實驗室需要頂層設計,由教育廳、社會實驗室主管部門等共同設計聯合開放實驗室的管理制度,科學高效管理實驗室的各類開放資源及其實施效果,細化實驗室管理規定以及儀器設備配置標準等。

建設適應開放實驗室的專業實驗教師團隊,建設一支責任心強、有奉獻精神的實驗教師隊伍，著力提高設計性、創新性、綜合性實驗的比重的同時,允許學生根據個人興趣、愛好和特長自主設計,增加個性化內容，并結合重大科研課題、創業訓練項目、社會熱點問題等開設實驗,增加前瞻性、應用性、探索性內容[10-11]。

在實驗內容上,打破傳統實驗教學體系中按學科劃分的界限,按照學科群的研究層次和學生的知識階次,將各門課程進行重組,建立由基礎到前沿、由接受知識型到培養綜合能力型，最終到獨立思考、探究創新型的培養模式; 在實驗方式上,根據不同學科專業要求和不同學生實際,采用分類別、分層次、模塊化的個性化實驗教學模式[8]。

2.3建設聯合虛擬實驗室

通過互聯網、物聯網等網絡平臺,采用計算機仿真、虛擬儀器技術,對聯合實驗室進行模擬,建設聯合虛擬實驗室。主要包括建立高新儀器和大型設備的功能、原理、內部結構與操作規程虛擬模塊,建立實驗室常見的儀器設備、實驗常用藥品、實驗流程以及操作、實驗原理虛擬模塊,建設分析儀器的構造和特點以及使用過程中需要注意的問題和事項模塊,建設實驗操作流程模塊。聯合虛擬實驗室與學生的移動手機、電腦等智能設備無縫連接,讓學生隨時隨地獲得實驗室各種信息,包括實驗室儀器設備功能、操作規則、管理制度和實驗器材消耗等情況。

2.4建設實驗室專業人員、任課教師和學生互動平臺

利用互聯網建設實驗室專業人員、任課教師和學生互動平臺,首先,學生可以查詢聯合實驗室的儀器設備分布情況,根據實驗室情況決定申請最合適的實驗室；二是學生利用這個平臺,可以把自己的想法、創意和困惑與實驗室專業人員和教師進行交流,得出最可行的實驗方案；三是實驗室專業人員和任課教師利用這個平臺進行指導和評判學生在真實實驗室和虛擬實驗室的實驗；最后，教師和實驗室專業人員利用這個平臺進行模擬操作實驗,給有需求的學生演示實驗過程和操作注意事項。

3　“互聯網+實驗室”優勢分析

3.1提高了學生實驗效果

“互聯網+實驗室”提供了充足的實驗儀器、實驗項目和實驗資料；以及不受時間、地點限制的實驗環境,學生可以在任選時間和空間進行模擬實驗,極大地擴展了學生的學習時空范圍；提供了與實驗專業人員和教師交流平臺,大大增加了學生通過實驗獲得知識和能力的機會。學生可以根據自己的時間選擇實驗室,進行基本技能訓練、選修實驗和設計實驗,可以及時通過實驗驗證自己的新思想和新思路。通過“互聯網+實驗室”,學生將在單位時間內驗證、領會和掌握到更多的知識,實驗效率大大提高。

3.2擴大了實驗室的功能

“互聯網+實驗室”使得高校與社會、高校與高校以及高校內部各院系之間的實驗室實現聯合和開放。 聯合實驗室打破了學院與社會、校際、院際實驗室之間的封閉,實現了有限資源條件下的效率最大化。學生可以靈活、充分地利用聯合實驗室資源進行科學實驗。實驗室不再是僅僅滿足本學校、本學院學生的實驗需求,而且也滿足了不同學校、不同學院的學生實驗的需求。實驗室功能取得倍增效果。

3.3降低了實驗成本

“互聯網+實驗室”在實驗前通過交流平臺對實驗方案與實驗室專職教師和任課教師進行了充分交流和探討,專職人員和教師可以利用交流平臺進行講解和虛擬演示,學生可以通過虛擬實驗室進行虛擬實驗操作,了解儀器、分析實驗操作過程中存在的問題以及需要注意的關鍵點,也可以首先在虛擬實驗室預實驗自己設計項目。經過虛擬實驗,掌握了實驗技巧和實驗規律,修正了實驗步驟，則在真實的實驗室操作中,大大降低實驗失誤和失敗,從而降低了儀器設備損壞率,節約了資源,降低了實驗成本。

3.4提高了實驗隊員的工作積極性

“互聯網+實驗室”形成了實驗室專職人員、實驗室和學生“三位一體”的共同體,對實驗室專職人員提出了更高的要求,促進了專職人員積極鉆研業務的熱情。同時,也促進了實驗室專業人員與學生一起探索科學知識的氛圍,通過實驗交流活動,激發專職人員的科研興趣,達到培養提高能力效果,成為創新型人才。

4　結語

“互聯網+實驗室”是對傳統實驗室進行管理和技術創新的產物,是實驗室從供給側改革到需求側變革的重要創新嘗試。“互聯網+實驗室”的建設涉及到高校與社會、高校與高校之間及其各個部門實驗資源的整合與信息化,改變了教師、實驗室專職人員和學生之間的單向、被動聯系,取而代之的是三者之間有機、多向的聯系。激發了教師、專職人員和學生的研發興趣和激情,提高了實驗室促進教學質量提升的作用。“互聯網+實驗室”是一項十分復雜的系統工程,需要頂層設計、認真研究和科學規劃。

References)

[1] 姜奇平. “互聯網+”與中國經濟的未來形態[J].學術前沿,2015(10):52-63.

[2] 馬化騰. 互聯網+國家戰略行動路線圖[M]. 北京:中信出版集團,2015.

[3] 阿里研究院.“互聯網+”研究報告[R]. 杭州:阿里研究院,2015.

[4] 李海艦,田躍新,李文杰.互聯網思維與傳統企業再造[J].中國工業經濟,2014(10):135-146.

[5] 楊繼瑞,薛曉,汪銳.“互聯網+”背景下消費模式轉型的思考[J].消費經濟,2015,31(6):3-7.

[6] 林飛,張惠萍. “互聯網+農業”企業生存能力的實證研究[J]. 福建師范大學學報:哲學社會科學版,2016(1):49-55.

[7] 胡金徽,高巖. 鹽池灘羊借“互聯網+”走出低迷[J]. 寧夏畫報:時政版,2016(1):124.

[8] 李振鍵,金軍,鄧慧云,等. 實驗室開放是培養高素質創新人才的有效途徑[J]. 實驗技術與管理,2003,20(2):1-4.

[9] 楊少飛,許為民.我國國家重點實驗室與美國的國家實驗室管理模式比較研究[J].自然辯證法研究,2005,21(5):64-68

[10] 陳群,李建楠,劉玉峰,等.高校實驗教學管理現狀及對策[J].實驗科學與技術,2011,9(1):138-140.

[11] 史天貴,彭紹春,蘭山,等. 高校實驗室綜合改革的思考[J]. 實驗技術與管理,2016,33(2):1-3.

[12] 徐志瑋. 美國國家實驗室的科研評估和啟示:以美國勞倫斯伯克利國家實驗室為例[J]. 實驗技術與管理,2014,31(1):201-206.

Research on construction of “Internet + laboratory” in ordinary colleges and universities

Du Minggang, Zhang Zhongwu

(College of Geography Science,Shanxi Normal University,Linfen 041004,China)

The laboratory teaching is a major part of university education,and a high-level laboratory is a platform for developing students’ latent potential. However,some financial and technique problems exist in the construction of a high-level laboratory for ordinary universities. Using the “Internet+” technology to construct an “Internet+laboratory” contains the advantages of both open laboratory and virtual laboratory,which can improve the students’ experimental effect,expand the laboratory function,reduce the experiment cost and stimulate the laboratory staff initiative.

Internet+; open laboratory; virtual laboratory

10.16791/j.cnki.sjg.2016.09.063

2016-03-27修改日期：2016-05-08

國家自然科學基金項目(30871483)

杜明剛(1965-),男,山西臨汾,實驗師,主要從事實驗室建設與管理.

E-mail：dumg966@163.com

G482

A

1002-4956(2016)9-0239-03