信息化助力高校實驗室創新發展

董先達　金萌　韋君

摘 要：本文基于信息化背景下，從機遇與挑戰到融合與創新，探討如何利用信息化手段助力高校實驗室的創新發展。

關鍵詞：信息化 云計算；物聯網；互聯網+ 虛擬仿真

一、背景與聚焦

2016年教育部辦公廳發布關于印發《國家級實驗教學示范中心管理辦法》的通知，其中第三條為：示范中心主要任務是堅持立德樹人，聚焦國家人才戰略和社會發展需求，緊扣高等學校人才培養目標，開展實驗教學研究，創新實驗室管理機制，探索引領實驗教學改革方向，共享優質實驗教學資源，以高水平實驗教學支撐高質量人才培養工作。該文件以實驗教學水平和實驗室管理水平的提高為目標，圍繞學生實踐能力和創新精神的培養為核心。

二、機遇與挑戰

近年來的人才培養模式已經從以教為主面向以學為主發生著深刻變革。MOOC的興起給高等教育帶來巨大沖擊。從信息化技術融入課堂的發展趨勢來看，未來1-2年，學生們將自帶設備進行翻轉課堂，帶來混合式學習的廣泛應用和學習空間的重構。2-3年內將實現創客空間和可穿戴技術。4-5年，自適應技術和物聯網普及，與此同時，人們將持續關注量化學習，開放教育資源激增。未來5年以上，日益增進的跨校合作推動文化變革和創新。

除了教育模式的轉變，人才培養需求也在發生著深刻變革，第三次工業革命需要創新型人才。新時期人才變革的顯著趨勢是從知識型、技能型人到創新型人才。信息化使規模化與個性化的和諧統一成為可能，這是信息技術支撐下第三次教育變革的核心特征。

校園信息化建設呈現智能化、應用多樣化發展趨勢，多種技術和應用交叉滲透至校園生活的各個方面，全面的智慧校園時代已經到來。物聯網技術專家突出智慧校園的智能感知功能，教育技術學專家側重智慧學習環境與智慧課堂等教育教學環境，信息化建設專家則強化智慧校園的信息化應用和服務。

三、融合與創新

（一）新ICT技術與高校實驗室發展創新

云計算、大數據、物聯網、移動互聯網、智能化、社交網絡等，對實驗室的發展產生了深遠影響。

云計算在實驗室建設和管理方面的應用體現在以下三個方面：1.充分利用現有基礎設施組建實驗室的私有云，提高計算能力，減少建設和使用成本。2.利用公有云服務提供商的基礎設施或軟件資源，免去維護、更新、升級之繁瑣，使用更為便捷。3.在校級甚至校際層面、社會組建公有云、私有云和混合云，實現資源使用上的負載均衡，提升資源使用效益。云計算在實驗教學方面的應用體現在以下三個方面：1.優化實驗教學環境，通過應用虛擬化和分布式存儲，構建實驗教學資源云平臺。2.充分發揮云計算輔助教學的優勢，深化實驗教學改革，廣泛應用探究型、協作型教學模式。

物聯網和智能化可以實現實驗室的智慧管理，利用物聯網的RFID的技術可以解決儀器設備分散數據采集的瓶頸問題，有效提升儀器設備日常管理和清查效率，顯著改善儀器設備全生命周期狀態監控。基于物聯網可以實現實驗室及大型儀器設備開放共享管理，各級實驗室管理人員可以遠程、移動的查看、管理實驗室的基礎信息、數據、以及實驗室業務情況，根據當前實驗室的實時狀態進行遠程智能化管理。如設定溫度傳感器閾值，控制空調開關及溫度調節，根據光線傳感器調節窗簾開關和室內燈光等。

社交網絡可以實現教師、學生、管理人員、技術人員的互動空間。利用社交平臺和應用進行實驗室管理和實驗教學信息的實時推送。發揮師生主動參與意識，豐富實驗教學資源，加強信息交互和資源共享和開展。構建網絡泛在式實驗教學環境，提升學生自主學習能力和協作創新意識。

“互聯網+”思維可以實現跨界融合。所謂“互聯網+”是“互聯網+各個傳統行業”，+就是跨界和重塑融合。“互聯網+實驗室”著眼的不是點、不是面，而是整個系統，是以信息化的技術手段、理念方法、運行模式推進實驗室管理創新和實驗教學改革的整體解決方案。是一個突破傳統實驗室資源時空、建構實驗室資源和職能拓展性、開放性、動態性、可量化、關聯性的生態系統。“互聯網+實驗室”有三個方面內涵：實驗室資源信息化創新、實驗室相關信息全面互聯與應用整合、實驗室管理流程和實驗教學模式信息化重構。

“互聯網+實驗室”的生態特征在于消除了邊界的人與人、人與物，物與物的連接。在這一生態體系當中，實驗室資源利用率大大提高，實驗室的管理者直接面向最基層的實際需求，實驗室的使用者可以找到個性化的定制服務。另一方面，“互聯網+實驗室”生態的構建不僅在于高校內部，高校、科研院所、行業企業，乃至社會在整個生態體系中都扮演不同的角色，在這一生態體系構建的過程中，一切信息不對稱和中間環節統統被打破，許多傳統、慣有、根深蒂固的思維模式、管理流程被重構。

關于高校實驗室大數據行動研究主要面向“規模化教育中的個性化學習” 和“以數據驅動科學學習決策和管理服務變革”兩大核心議題，推動大數據在實驗教學與實驗室管理服務中的深度應用，支撐學習大數據發展，促進教育變革。其突破在于，大規模多源異構實驗室數據的采集與建模；數字化學習資源的整合、推送與評價；數字化課堂績效評估模型及方法；學生發展數字全模型；大規模在線教育適應性學習理論與系統研發。聚焦在于圍繞實驗室主題數據和關聯數據的采集與生產—存儲、管理與處理—分析與挖掘 —呈現與可視化，形成完備和可持續發展的實驗室大數據中心建設體系。

（二）、虛擬仿真技術與高校實驗室發展創新

虛擬仿真技術是在多媒體、虛擬現實、人機交互、網絡、通信等技術不斷發展的基礎上，將仿真技術與虛擬現實等技術相結合而產生的更高層次的仿真技術，具有沉浸性、交互性、虛幻性、逼真性四個基本特性

虛擬仿真實驗教學管理信息系統建設要全面推進以學生為中心，以學為主、以問題為導向、以任務為驅動的研究型教學方式與學習方式，強調把時間還給學生，把方法教給學生；支持各院系不斷上線各類虛擬仿真實驗教學資源，著力培養學生的自主學習能力和意識。虛擬仿真實驗教學管理信息系統的性能要求實現不同類型實驗軟件統一接入和學生在平臺下進行統一實驗的目的，實現系統間的無縫連接；提供全方位的虛擬實驗教學輔助功能；高效管理實驗教學資源，滿足校內各院系建設、發布、管理、使用虛擬實驗教學資源的需求；實現跨學科專業、跨校、跨區域的虛擬仿真實驗教學資源的開放共享。

（作者單位：陸軍裝甲兵學院士官學校）