以學生為中心的智慧實驗室的構(gòu)建與思考

陳沙 劉平安 張國民* 劉慧萍 李玲

摘? 要：“智慧實驗室”概念的提出得益于“智慧地球”概念，在新一輪信息技術(shù)在高校普及的熱潮席卷之際，智慧實驗室很有可能會與“5G”網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展相伴行，借用“5G”網(wǎng)絡(luò)的東風助力發(fā)展實驗教學，在基本操作訓練實驗、綜合設(shè)計性及研究創(chuàng)新性實驗方面，發(fā)揮智慧化實驗室的優(yōu)勢，調(diào)動學生對于實驗課的主觀能動性。積極參與實驗設(shè)計，一定程度上減少驗證性實驗課給學生帶來的“水課”的感受，增加實驗教學的趣味性，使學生正視實驗教學的意義，立志培養(yǎng)當今社會需要的具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才。

關(guān)鍵詞：智慧實驗室? “5G”網(wǎng)絡(luò)? 實驗教學? 創(chuàng)新能力

中圖分類號：G647 ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（c）-0192-04

Construction and Practice of a Student-Centered Intelligent Laboratory

CHEN Sha? LIU Ping'an? ZHANG Guomin*? LIU Huiping? LI Ling

（The Experiment Center of Basic Medicine Teaching， Hunan University of Chinese Medicine， Changsha， Hunan Province， 410208 China）

Abstract： Lab "wisdom" of the concept of benefit from the concept of "smarter planet" is put forward， in a new round of information technology in colleges and universities popularization swept， intelligence laboratory will likely be accompanied by "5 g" the development of the network， borrow "5 g network" the east wind power development of experiment teaching， the basic operation training experiment， comprehensive design and research on innovative experiment， giving full play to the advantages of wisdom of the laboratory， arousing subjective initiatives of students for the experiment. The active participation in experimental design， to a certain extent， reduces the students' feelings of "water class" brought by the experimental course of verification， increases the interest of experimental teaching， makes the students face up to the significance of experimental teaching， and determines to cultivate high-quality talents with innovative ability needed by today's society.

Key Words： Smart lab; "5g network"; Experimental teaching; Innovation ability

2018年6月，教育部部長陳寶生在提出要攪動高等教育的這池平靜的水。數(shù)月之后教育部高等教育司司長吳巖在第11屆中國大學教學論壇上發(fā)出了實現(xiàn)“建設(shè)教育強國”的中國夢的號召。對大學生要合理“增負”、把“水課”變成“金課”，這是當前推進教學改革，加快一流本科建設(shè)的發(fā)力點[1]。當下，我國高等院校實驗室信息化發(fā)展速度越來越快，各個高校的實驗教學平臺都按照《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011—2020年）》的原則進行規(guī)劃建設(shè)。文件中指出，“信息技術(shù)對教育發(fā)展具有革命性影響，必須予以高度重視”“推動信息技術(shù)與高等教育深度融合，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式”，再加上計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，云計算、微博、智慧化的校園網(wǎng)絡(luò)覆蓋以及腦科學、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工智能等技術(shù)在高等教學中的融合，使得高校智慧實驗室的構(gòu)建成為可能，在醫(yī)學上，虛擬現(xiàn)實技術(shù)已用于疾病的診斷和預(yù)后判斷[2-4]。虛擬現(xiàn)實技術(shù)也是“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)手段的一種延伸，在實驗教學中，虛擬實驗的加入，極大地解放了醫(yī)學研究生學習的場地限制，對于開放性、綜合性的實驗可以依賴虛擬仿真平臺，積極進行實驗設(shè)計和發(fā)散性思維的開發(fā)。智慧教育已經(jīng)成為高校教育發(fā)展的新方向。

1? 智慧實驗室的構(gòu)建

智慧實驗室是一種集智慧虛擬實驗室、云實驗室以及智慧化的實驗管理平臺于一身的新型實驗室模式，是高校實驗室發(fā)展的必經(jīng)途徑與內(nèi)在要求。啟動智慧實驗室建設(shè)，標志著實驗教學智慧管理時代的到來。5G的商用序幕正如火如荼地開展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)、人工智能的進步都為建設(shè)更安全、高效、節(jié)能的智慧實驗室提供了更好的技術(shù)保障[5]。筆者學校醫(yī)學基礎(chǔ)教學實驗中心立志打造一個以學生為主體的教學實驗研究平臺，已初步構(gòu)建中醫(yī)技能虛擬仿真實驗平臺、大學生創(chuàng)新訓練中心和一體機醫(yī)學虛擬仿真教學實驗平臺，加快由數(shù)字化校園向智慧化校園的升級，更好地服務(wù)教學，提升高校科研教學水平，促進教學相長。智慧實驗室的出現(xiàn)，極大地解放了學習場地的限制，保證了線上教學的開展。時代背景下，智慧實驗室中的線上教學，保證了學生在家進行網(wǎng)絡(luò)學習和教師進行網(wǎng)絡(luò)授課，是停課期間“停課不停學”指示實現(xiàn)的重要手段[6]。

2? 智慧實驗室開展情況淺析

智慧實驗室建設(shè)根據(jù)教學型、科研型、科研教學型、教學科研型、綜合服務(wù)型等不同實驗室[7]的需求，可分為基礎(chǔ)、中端、高端3種類型。智慧實驗室倡導以學生為中心，學生通過排課預(yù)約、選課審批、選課成功、虛實實驗教學、電子考勤、提交實驗報告等方式進行智慧實驗室功能的運用，一切步驟均可在云端完成。學生上課時，只需帶上筆記本和平板，跟校園網(wǎng)連接以后即可連上校園的數(shù)字化終端，實時上網(wǎng)，進行醫(yī)學虛擬仿真學習，從實驗室對疾病機制的基礎(chǔ)研究到深入臨床的應(yīng)用研究，從基礎(chǔ)科研成果到臨床應(yīng)用的快速轉(zhuǎn)化，以提高整體實驗教學水平。因此，在智慧實驗室的構(gòu)建過程中，必須培養(yǎng)既會運用信息技術(shù)進行學習交流的師生，又要有綜合醫(yī)學涵養(yǎng)和實驗技術(shù)能力的帶教人員。為達到這一要求，應(yīng)從包括教學模式、智慧實驗室平臺建設(shè)、實驗教學內(nèi)容等多個方面對學生的科研能力培養(yǎng)做全面的改進。

2.1 教學模式探索

目前的醫(yī)學教學模式主要以獨立的分科式教學為主，而在智慧教學的理念下，應(yīng)重視各學科的整合，包括理論知識積累與實驗研究，醫(yī)學與信息技術(shù)的結(jié)合等，搭建新的多學科交叉的研究教育平臺。同時，強調(diào)學生的自主性及創(chuàng)新性，學生的教學興趣和研究課題不應(yīng)僅僅是導師指定的研究方向。鑒于醫(yī)學的創(chuàng)新性特點，應(yīng)鼓勵學生自己在學習中發(fā)現(xiàn)問題，并利用“以學生為中心，教師為指導”的小組討論式實驗教學模式，改變陳舊的學習方法，充分調(diào)動學生學習的主動性和積極性。教師可以引導學生根據(jù)其興趣申報國家級、省級或校級大學生創(chuàng)新性科研項目，或進行大學生挑戰(zhàn)杯科技大賽等，為今后的科學研究工作培養(yǎng)良好習慣。

2.2 智慧實驗室平臺建設(shè)

2.2.1 中醫(yī)技能虛擬仿真實驗平臺

中醫(yī)技能虛擬仿真實驗教學中心由中央財政支持建設(shè)，包括經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)虛擬仿真、脈象特色臨床教學系統(tǒng)、中醫(yī)四診技能訓練軟件和基礎(chǔ)醫(yī)學虛擬仿真教學實驗平臺四大模塊，通過“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺的構(gòu)建，學生可隨時隨地進行實驗課程的學習。

2.2.2 醫(yī)學虛擬仿真教學實驗平臺

進入虛擬實驗在線課程云資源庫，在平臺使用指南里學習“平臺管理員—平臺教師—平臺學生”的使用操作。進行虛擬操作時，先進行實驗室的安全學習，通過醫(yī)學實驗室使用考核以后才能進行虛擬操作視頻的學習。考核包括4個方面：醫(yī)德素養(yǎng)、規(guī)章制度、基礎(chǔ)醫(yī)學實驗室和基本儀器、器械識別使用。進入虛擬教室進行虛擬實驗操作。

2.2.3 空間課堂線上精品教學資源

由湖南省教育科學院資助建設(shè)，包括省級精品課程、名師講堂、多媒體教學資源，形成微課、視頻、PPT、數(shù)字化教材等教學資源庫，供學生在學習終端查閱學習。

2.2.4 云平臺的實驗教學過程管理系統(tǒng)

智慧實驗室的管理均在云端進行，具有管理權(quán)限的老師可在云的環(huán)境下登陸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，設(shè)置實驗教學任務(wù)，上傳云端PPT、視頻，學生可自行下載，云平臺對學生每一環(huán)節(jié)的學習量進行打分，自動生成實驗成績，提高了教學效率。

2.3 實驗教學內(nèi)容探索

實驗教學內(nèi)容上可分為驗證性實驗、探究性實驗、辯證性實驗、整合實驗以及多人協(xié)作實驗等，進入智慧實驗室后，學生可對經(jīng)典驗證性實驗進行實驗對象、被試因素、實驗效果的預(yù)判等進行修改和資料的查找，獨立完成實驗;對于探究性實驗，則需學生查找大量文獻，對科學問題進行分析和提煉，形成自己的假說，通過智慧實驗室的云盤分析系統(tǒng)，并結(jié)合理論知識，在教師的指導下，完成探究性問題的思考;對于辨證性實驗而言，則可與同學組隊，辯論不同的實驗原理和實驗結(jié)果，老師在終端進行適當?shù)乃悸氛{(diào)整，完成實驗?zāi)繕?對于整合實驗而言，則可運用虛擬實驗教學平臺，進入不同的教學模塊進行學習，比如，人參皂苷對于小鼠呼吸功能的影響，則可通過對“機能學”“顯微形態(tài)學”“中藥學”以及“免疫學”等進行整合，探索實驗效果;對于多人協(xié)作實驗而言，則可在智慧實驗室進行組隊學習實驗技術(shù)，并對人員進行不同的分工，完成實驗要求。通過智慧實驗室平臺的運用，學生可增加對于實驗課的不同實驗?zāi)繕说睦斫猓顚W活用實驗原理，對于涉及倫理道德的實驗，要有一把“達摩克利斯之劍”，不要輕易觸及倫理底線，時刻具備底線意識。

3? 以學生為中心的智慧實驗室實施的三大注重

3.1 注重智慧實驗室平臺的建設(shè)

（1）中醫(yī)技能虛擬仿真實驗平臺的建設(shè)。建立中醫(yī)技能虛擬仿真實驗平臺，并對其使用加以推廣 ，是該校對于中醫(yī)實驗教學的一個創(chuàng)新。平臺里可提供相關(guān)四診、經(jīng)絡(luò)系統(tǒng)虛擬仿真以及脈象特色臨床教學系統(tǒng)的視頻在線學習資料，并在虛擬視頻學習過程中回答相應(yīng)問題和考核，并對教學內(nèi)容進行實時反饋，培養(yǎng)中醫(yī)專業(yè)學生的臨床思維能力，鞏固專業(yè)知識，服務(wù)平臺，進行名醫(yī)之間、專業(yè)之間、師生之間的學習和學術(shù)交流。

（2）醫(yī)學虛擬仿真實驗平臺建設(shè)。以往由于過分強調(diào)中醫(yī)和西醫(yī)的教學區(qū)別，導致這兩個醫(yī)學體系的教學出現(xiàn)脫節(jié)情況，現(xiàn)在任何重大項目的完成都需要多學科、多團隊的合作。因此，我們要以中西醫(yī)結(jié)合的思想來將二者精密結(jié)合。醫(yī)學虛擬仿真實驗平臺則是對中醫(yī)技能虛擬仿真平臺的一個補充，主要實驗教學項目為西醫(yī)專業(yè)的項目。鼓勵師生在虛擬仿真實驗項目設(shè)計上成立學習小組，讓學有余力的學生參與國家級、省級、校級大學生創(chuàng)新性實驗的申報、開展、實施、論文發(fā)表、課題總結(jié)、結(jié)題、成果申報等，同時組織學生參與教師科研項目和組織科研興趣小組，激發(fā)學生的科學研究興趣，引導學生積極探索，發(fā)揮學生的主觀能動性，培養(yǎng)學生科學思維能力和創(chuàng)新設(shè)計能力。

（3）云平臺的實驗教學過程管理系統(tǒng)建設(shè)。建立完善的智慧實驗室使用手冊，并對進入智慧實驗室的學生進行相關(guān)培訓，考試通過的同學頒發(fā)“智慧實驗室準入證”，建立多級的預(yù)約審批制度，對于實驗儀器要求不高的實驗項目，可增加實驗審批量，對于要求更高的實驗項目進行“淘汰制”，需在初級階段實驗完成較好的情況下才能進行實驗升級的申請，有效地防止學生獵奇心理的產(chǎn)生，并對教師和學生的實驗室使用情況進行云端備份，作為學生學習工作量化和教師課時量化的基準。

3.2 注重培養(yǎng)醫(yī)學生利用智慧實驗室解決問題的能力

目前的院校教育，使醫(yī)學生解決問題能力欠佳，獨立能力相對較差，依賴老師。通過加強對臨床理論知識的培養(yǎng)，優(yōu)化實驗課程體系，充實臨床思維的培訓，發(fā)揮中智慧實驗室在教學上的優(yōu)勢，讓其在實踐操作和科研思維強化中學會獨立解決問題，培養(yǎng)其解決問題的能力。

3.3 注重培養(yǎng)醫(yī)學生科研思維轉(zhuǎn)化的能力

目前大規(guī)模的院校教育，要么僅注重實驗室研究，要么僅培養(yǎng)理論知識，忽視培養(yǎng)其科研思維的轉(zhuǎn)化能力，通過該研究，立志培養(yǎng)學生在智慧實驗室平臺下的科研實驗和教學實驗下的思維轉(zhuǎn)變，為醫(yī)學生的學習的深造提供實驗基礎(chǔ)。

4? 結(jié)語

高校的分型發(fā)展，使得應(yīng)用型本科院校更加關(guān)注學生實踐能力的培養(yǎng)，理實一體化的教學模式在計算機課程教學中得到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。高校智慧實驗室的建設(shè)更是“互聯(lián)網(wǎng)+”下的一大教育創(chuàng)舉，學生們提升了對互聯(lián)網(wǎng)的了解以及教育的水平。信息技術(shù)的發(fā)展加之于醫(yī)學教育上，可迫切推動教學模式的改進。如何運用現(xiàn)代日新月異發(fā)展的信息技術(shù)，建立新時代的以學生為中心的金課平臺—智慧實驗室，推動中醫(yī)院校高層次人才培養(yǎng)，造就符合現(xiàn)代社會發(fā)展需求，具備豐富理論知識和實踐創(chuàng)新能力的中醫(yī)學人才，為進一步構(gòu)筑智慧化校園提供基礎(chǔ)，需不斷加強智慧實驗室平臺建設(shè)、凝練實驗教學內(nèi)容，從而提高醫(yī)學生的實驗動手能力和科研思維。

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