信息技術支持的高校實驗室開放管理研究

楊 陽

（廣州大學，廣東廣州，510006 ）

實驗室是高校教育教學中不可缺少的部分，是培養學生知識應用能力、創設問題能力、實踐動手能力以及培育創新創業精神的重要平臺，是人才培養的重要基地。國家質量工程和中長期教育改革和發展規劃綱要（2010-2020）中，將強化實踐教學環節作為主要任務之一，《國務院辦公廳關于深化高等學校創新創業教育改革的實施意見》中也要求“各地區、各高校科技創新資源原則上向全體在校學生開放，開放情況納入各類研究基地、重點實驗室等的評估標準。”隨著教學實踐需求的不斷發展，高校實驗室的封閉式管理模式漸漸無法滿足實驗室使用需求，在一定程度上限制了高校實踐教學的效果和創新型人才的培養。[1]為了更好的服務于實驗教學和人才培養，對于高校實驗室開放管理的探索也得到越來越多的關注和重視。

一、高校實驗室開放現狀及存在問題

高校實驗室的開放不僅僅是指實驗室本身時間與空間的開放，同時也體現在實驗室具體內容的開放性，轉變傳統的管理理念，利用開放式思維來激發學生參與實驗學習和實踐教學的主觀能動性，最終能夠通過實驗室來完成創新性人才和技能型人才的培養。[2]實驗室開放是創新實驗教學方式的重要途徑，不同專業實驗室的開放打破了實驗室的封閉狀態，實現了實驗室資源共享，包括實驗空間、儀器設備、技術人員等，為學生、教師或者社會人員進行實驗操作、發明創作等提供多方面支持。許多高校對實驗室的開放與管理進行不斷改革與探索，但仍然在開放時間與內容、實驗過程指導、儀器設備管理等方面存在問題，主要在如下幾個方面：[3][4][5]

（一）實驗室開放管理效率有待提升

傳統的實驗室開放管理主要依賴人工進行管理，包括實驗室開放、儀器設備使用登記等都是通過人工完成。實驗室的開放管理局限于人工操作，不僅費時費力，收效甚微，還可能會造成很多問題。實驗室開放的時間、空間自由度較高，儀器設備種類繁復，僅僅依靠人工管理容易出現錯漏誤差，也給教學管理帶來了諸多不可預測的問題。

（二）學生積極性不高，前期準備不充分

目前大多數實驗室開放的內容和形式較單一，傳統實驗教學模式中實驗課程學時少，內容卻繁多復雜，所以實驗室開放大多為了完成教學任務和課程作業，或者是在已有實驗基礎上，開展與課程有關的驗證性實驗，學生參與的積極性不高，而且在開展實驗前，學生前期準備不夠充分，容易造成實驗時間、實驗材料、儀器設備的浪費。

（三）開放實驗過程教師指導不足

實驗室開放后，由于參與實驗的學生增加、實驗項目增加、實驗內容擴展, 教師和實驗室工作人員的工作量也隨之大幅度增加。高校實驗專職人員較少，且常規教學任務也牽制了實驗室專職人員和教師的時間，因此學生在實驗過程中缺乏教師的有效指導，實驗結果難免會不盡如人意。

（四）實驗室開放效益普遍較低

目前多數高校實驗室開放范圍較窄，開放的層次不夠、人時數不足、實驗內容偏窄，學生的參與面較小、參與度較低。另外，由于實驗室建設過程中儀器設備重復建設、實驗教學組織不夠科學等許多原因，導致實驗室的開放效益偏低。

二、信息技術在高校實驗室開放中的作用

隨著信息技術的快速發展，計算機、智能移動終端、互聯網等現代信息技術在高校實驗室的開放與管理中具有重要作用。信息技術為高校實驗教學營造了更加良好的實驗環境，拓展了更加豐富的實驗教學內容，提供了更加多樣化的實驗教學手段，為培養高素質人才提供了有利的支撐。

（一）信息技術支持智能化精細化開放管理

使用網站、微信、APP 等信息交流平臺，以手機、計算機、平板等多終端為應用載體，以虛實融合學習為核心，運用計算機軟件技術、網絡技術、射頻識別技術等構建智能實驗室管理系統，基本涵蓋了實驗室開放管理、儀器設備借用、實驗過程管理、數據采集分析等模塊，[6][7]能夠實現對實驗室開放的全過程管理。

1.實現實驗室、儀器設備的智能化預約和借用

學生能夠在管理平臺上查看實驗室或儀器設備的空閑狀態，提出申請申并預約使用時間或者預約排隊站位，避免造成實驗資源浪費或者產生沖突。教師審批同意后，學生可以使用一卡通、身份證等自主進入實驗室或借出設備；同樣，在離開實驗室或歸還設備時，教師能夠通過攝像頭、定位器等進行檢查，確保實驗室安全、設備完好后允許學生離開實驗室或歸還設備。

2.實現開放實驗項目的任務發布與組織管理

教師能夠在管理平臺上發布與教學內容或者科研項目相關的實驗項目，組織學生參與實驗并進行跟蹤管理，及時為學生準備實驗素材、學習資源等，鼓勵引導學生積極參加，提高學生的積極性。

3.實現實驗室開放數據自動化采集、統計與分析

通過智能化管理平臺能夠實時統計實驗室開放次數與開放時長、儀器設備的使用次數與頻率等數據，為實驗教學調整以及實驗室建設等方面提供有力依據。

（二）信息技術促進開放實驗教學改革與創新

1.實驗內容創新

傳統的實驗內容多為驗證性，學生在課外大部分是為了完成課堂教學中未完成的實驗任務。在信息技術環境下，學生能夠通過虛擬仿真等工具進行開放性探究實驗或者設計性實驗，或者進行項目式綜合實驗，能夠充分提升實踐能力和創新能力，有助于實現創新型人才培養。

2.實驗操作手段創新

信息技術為開放性實驗教學提供了新的思路，利用多媒體、網絡教學平臺，虛擬現實等模擬實驗設備和實驗環境，可以使學生通過網絡平臺進行遠程實驗模擬操作，從而達到實驗目的。這種在線的虛擬實驗突破了時間和空間的限制，學生隨時都可以操作練習，實現真正意義的開放。此外，虛擬實驗還可以用于解決遠程教學中的實驗教學問題。

3.實驗指導方式創新

開放的實驗平臺有利于激發學生自發設計、思考、解決問題的能力，但在開放實驗中教師有效合理的指導也十分重要。首先，教師應該主要采用啟發和誘導式的指導，發揮學生的主體地位。其次，在開放性實驗中每個學生可以根據自己的學習步調進行實驗，指導教師或者專職實驗人員不可能隨時到場，因此可以充分利用現有的信息技術，例如將傳統的書面紙質實驗指導教材制作成微視頻放在網絡平臺中，學生可以根據需要隨時、反復觀看，也可以通過移動終端與指導教師視頻直播，進行遠程指導等。應充分挖掘信息技術的潛力，研究多樣化的指導方法，能夠更好的實現開放性實驗教學目標。

4.實驗評價方式創新

信息技術環境下，學生在開放實驗中的學習過程數據能夠被實驗教學平臺或者智能實驗檔案管理系統記錄，例如使用實驗室或實驗設備的時間、實驗過程報告、觀看實驗指導視頻時長、提出問題個數、與教師交流次數等數據，從這些數據中能夠對學生進行全面準確的評價。此外，還可以建立積分制度，對學生是否按時歸還設備、是夠愛護實驗器材、是否按照規章制度進行實驗操作等進行評分，有助于培養學生良好的實驗操作習慣。

（三）信息技術促進實驗資源共建共享

信息技術對于促進跨區域跨校際的實驗教學資源共建共享、發揮優質學校的輻射作用、促進教育均衡發展具有重要影響。

1.云計算

云計算除了具備傳統計算機技術和網絡技術可實現的網絡分布式、并行、效用等計算外，還具有網絡存儲、虛擬化、負載均衡等功能，并能夠整合眾多計算機實體通過集群進而形成強大的計算能力，是傳統計算機技術和網絡技術相融合的產物。[8]基于云計算將各個高校的實驗教學資源進行整合，不僅解決了存儲空間、數據安全、投入成本等問題，也打破了學習的時空界限，支持學生在開放實驗中使用智能手機、平板電腦等移動終端設備隨時獲取實驗教學資源，與專家或者教師進行交流互動。

2.虛擬仿真技術

隨著實時三維計算機圖形技術、立體顯示技術、跟蹤技術等技術的不斷發展和成熟，越來越多的高校開展虛擬仿真實驗教學中心建設，采用虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，根據實驗教學需求設計出用于實驗的虛擬實驗場景、虛擬環境、虛擬儀器設備、判別實驗效果的判別標準等。[9]虛擬仿真資源共建共享能更好地實現教育資源的平衡和公平分配，促進高校教育整體水平的共同進步和發展。[10]推進信息技術與實驗教學深度融合，促進虛擬仿真優質實驗教學資源共享，已經成為當前高校實驗室建設工作中的一項重要任務。

三、信息技術環境下的高校實驗室開放策略

（一）以人為本，建立完善的實驗室開放管理制度與運行機制

實驗室開放的意義在于強化學生的基本技能和動手能力，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，促進學生創新意識，因此實驗室開放管理也應體現以人為本的理念，包括“以學生為本”和“以教師為本” 。[11]進一步完善現有的實驗室管理制度和運行機制，充分發揮信息技術的優勢，盡可能滿足學生對實驗室開放的需求，解決在實驗中遇到的問題；同時又能充分體現出指導教師的工作量、報酬等，建立有效的激勵機制。

（二）實現多主體、多層次、多渠道、多形式的開放模式

單個學校的實驗教學資源有限，通過開放共享減少實驗室硬件和軟件資源重復建設，教育部也制定“高等學校創新能力提升計劃”并提出“充分利用高等學校已有的基礎，匯聚社會多方資源，大力推進高等學校與高等學校、科研院所、行業企業、地方政府以及國際社會的深度融合，探索建立適應于不同需求、形式多樣的協同創新模式”。[12]實驗室在完成計劃內的教學任務之外，向學生、教師和社會全面開放；支持基礎實驗、綜合實驗、創新實驗等不同難度不同層次的實驗內容；積極與其他高校、企業、研究所等合作相互開放共享，促進成果轉化和社會服務；采用講座、創新競賽、學生研究項目等方式，主動吸引學生到實驗教學中心開展課外實驗活動。

（三）促進信息技術與實驗教學不斷融合與創新

實驗教學應當擺脫以往信息技術與教育整合的慣性思維，聚焦在能真正發揮學生主體性、以探究和創新為核心的實驗實踐能力方面。例如學生使用智能終端觀看實驗指導視頻，而教師主要為學生開展自主性學習提供輔助，促進學生對知識的深度理解和應用；利用虛擬仿真、虛擬現實和增強現實、物聯網等技術，營造虛實結合的、更具真實性和沉浸感的學習環境，幫助學生開展探究實驗；引入人工智能、大數據、學習分析等技術記錄學生實驗過程數據，診斷和預測學生學習問題，提供個性化、差異化的指導等。

（四）建立全面的開放式實驗教學評價體系

實驗室開放為學生創造了一個自我完善、自我發展的實踐環境，改變了傳統實驗中學生被動接受知識與技能的局面，使學生能夠自由地選擇實驗時間、確定實驗課題、設計實驗方案、擬定實驗步驟、處理實驗結果、分析實驗數據等。因此傳統的只根據實驗結果對學生進行評價的方式已經不再適用，而是應該建立全方位的實驗教學評價體系，堅持自評與他評相結合，表現性評價與發展性評價、過程性評價相結合，從而客觀全面的對學生實驗實踐進行評價。

四、結語

實驗室開放是現代高校培育實踐與創新型人才的一種重要模式，是具有旺盛生命力的新生事物，它展現的是高校培育創新型人才的實力與水平。[13]因此，高校必須打破傳統的實驗室開放模式，解決管理運行上存在的問題，共建共享實驗資源，培養學生的實踐能力和創新能力，提高學校的教學和科研水平。充分發揮信息技術的優勢與作用，不僅能夠解決在實驗室開放管理中的諸多問題與挑戰，更有助于高素質創新人才的培養。隨著技術的快速發展與應用的不斷深入，相信未來我國高校實驗室開放越來越能真正發揮其價值。