教學(xué)實(shí)驗(yàn)室泛在化管理推進(jìn)一流本科教育建設(shè)

高鈴鈴，厲旭云，梅汝煥，鄭 燕

（浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院，浙江 杭州 310058）

2019年2月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)了《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》，提出建設(shè)智能化校園，統(tǒng)籌建設(shè)一體化智能化教學(xué)、管理與服務(wù)平臺(tái)，加快信息化時(shí)代教育變革。學(xué)校“十四五”規(guī)劃提出加大信息化建設(shè)投入，打造一流教學(xué)支撐條件，推進(jìn)信息化、數(shù)字化賦能本科教育更高質(zhì)量發(fā)展，引領(lǐng)中國(guó)特色世界一流大學(xué)建設(shè)新征程。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)室是學(xué)校實(shí)踐教學(xué)的重要支撐場(chǎng)所，實(shí)驗(yàn)室智能化必將實(shí)踐教學(xué)發(fā)展帶入一個(gè)嶄新的時(shí)代。泛在化管理利用信息、數(shù)據(jù)庫(kù)、互聯(lián)網(wǎng)、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)等泛在計(jì)算技術(shù)打造泛在化實(shí)驗(yàn)室環(huán)境[1]。實(shí)驗(yàn)室管理不外乎對(duì)人、機(jī)、料、法、環(huán)等要素的支配[2]，實(shí)現(xiàn)泛在化管理將成為可行方案。現(xiàn)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況，主要圍繞機(jī)、料、環(huán)，以人本為內(nèi)涵發(fā)展要求，提出智能化建設(shè)設(shè)想，既建成外觀驚艷、功能齊全的“實(shí)體實(shí)驗(yàn)室”，又要建成智慧示范、服務(wù)長(zhǎng)期的“數(shù)字實(shí)驗(yàn)室”，從而推動(dòng)學(xué)校一流本科教育建設(shè)。

1 教學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理現(xiàn)狀

筆者曾撰文提出傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室管理存在的問(wèn)題，如存在一定程度的資源浪費(fèi)、學(xué)校重視度和財(cái)政投入不足、信息化建設(shè)緩慢等。五年過(guò)去，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)校切實(shí)加大了對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的財(cái)政投入，也給予了實(shí)驗(yàn)技術(shù)隊(duì)伍更多的關(guān)注與鼓勵(lì)。

目前，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室綜合建設(shè)不及實(shí)驗(yàn)公共平臺(tái)先進(jìn)，大部分教學(xué)實(shí)驗(yàn)室已服務(wù)十多年，在硬件運(yùn)維管理等方面基本能滿足教育實(shí)踐，而在信息化建設(shè)方面，與一流標(biāo)準(zhǔn)相比，仍有一些差距[3]。

下面以筆者所在實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)狀為例，本教學(xué)實(shí)驗(yàn)室為2006年設(shè)計(jì)裝修，硬件陳舊；每年為近700名學(xué)生開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)課程，課時(shí)數(shù)量大，師生流動(dòng)性大；學(xué)校人事制度改革，編制配比將縮減，人均工作量增加。

1.1 儀器設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)共建共享

教學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備在使用的過(guò)程中涉及預(yù)約登記、操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)傳輸、儀器維護(hù)等方面。傳統(tǒng)做法包括紙質(zhì)版預(yù)約登記、操作規(guī)程上墻、打印或拷貝數(shù)據(jù)結(jié)果。在多年實(shí)踐的過(guò)程中，暴露出以下缺點(diǎn)：紙質(zhì)版預(yù)約登記無(wú)法及時(shí)反饋，操作規(guī)程上墻后無(wú)法修改，數(shù)據(jù)打印或拷貝無(wú)法滿足高效的學(xué)習(xí)要求，儀器故障偶發(fā)性影響實(shí)驗(yàn)進(jìn)度。此外，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器共享至學(xué)校學(xué)院層面較少，間接導(dǎo)致資源浪費(fèi)。

1.2 庫(kù)房物資無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效管理

教學(xué)實(shí)驗(yàn)室涉及實(shí)驗(yàn)耗材、試劑藥品、辦公用品等。傳統(tǒng)做法：領(lǐng)取人紙質(zhì)版登記領(lǐng)取物品，管理者周期性核對(duì)清點(diǎn)庫(kù)存，采購(gòu)。缺點(diǎn)：無(wú)法及時(shí)反饋短缺物品，對(duì)于管理者來(lái)講，要求高，工作量大，效率低；對(duì)于領(lǐng)用人來(lái)講，領(lǐng)用過(guò)程較煩瑣，效率低。

1.3 實(shí)驗(yàn)環(huán)境無(wú)法滿足人本需求

教學(xué)實(shí)驗(yàn)室包括強(qiáng)電、弱電及水。電涉及門(mén)禁、照明、電腦、空調(diào)、通風(fēng)、多媒體、網(wǎng)絡(luò)等，水涉及水槽、循環(huán)水設(shè)備等的進(jìn)水出水。就本實(shí)驗(yàn)室而言，開(kāi)設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)部分，學(xué)生一般晚上或者周末開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)員需時(shí)刻陪同，保障安全，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)員面對(duì)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的積極性不高。

此外，在特殊時(shí)期，線上實(shí)驗(yàn)課需求加大。目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)只建立物理對(duì)象的數(shù)字化模型，對(duì)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字線程獲得設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，未對(duì)物理對(duì)象的未來(lái)狀態(tài)以一定的規(guī)律和機(jī)理進(jìn)行計(jì)算、分析和預(yù)測(cè)[4]，因此線上實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，與線下實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)差距較大，無(wú)法滿足人本需求。

2 教學(xué)實(shí)驗(yàn)室管理智能化建設(shè)的設(shè)想

就上述現(xiàn)狀，結(jié)合學(xué)校“十四五”規(guī)劃，圍繞教學(xué)實(shí)驗(yàn)室人力、設(shè)備、環(huán)境等方面實(shí)際情況，將泛在計(jì)算技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室融合，提出如下智能化建設(shè)設(shè)想，實(shí)現(xiàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室泛在化管理。

2.1 將“機(jī)”聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化管理

現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸、3D情景在線、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，能夠更為真實(shí)、深入反映實(shí)驗(yàn)過(guò)程與實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，管理員可從數(shù)據(jù)中提煉出有價(jià)值的決策信息[5]。因此實(shí)現(xiàn)設(shè)備儀器的聯(lián)網(wǎng)管理，非常有必要。

設(shè)想：開(kāi)發(fā)“教學(xué)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備共享平臺(tái)”小程序或者APP，將實(shí)驗(yàn)室常用儀器設(shè)備通過(guò)設(shè)定的程序加入此平臺(tái)，平臺(tái)功能包含實(shí)驗(yàn)室各儀器設(shè)備的預(yù)約、使用授權(quán)、使用幫助、數(shù)據(jù)發(fā)送、故障報(bào)告、智能建議。

針對(duì)使用者：（1）預(yù)約：手機(jī)登錄此平臺(tái)，點(diǎn)擊預(yù)約使用—選擇儀器及時(shí)間—收取預(yù)約成功信息（含使用時(shí)段密碼）；（2）使用：打開(kāi)計(jì)算機(jī)平臺(tái)界面，輸入時(shí)段密碼或者掃二維碼進(jìn)入并開(kāi)始實(shí)驗(yàn)；（3）使用幫助：點(diǎn)擊使用幫助，搜索常見(jiàn)的問(wèn)題，若無(wú)法解決，可在線聯(lián)系管理員；此外，結(jié)合傳感器及智能語(yǔ)音技術(shù)，使用者進(jìn)入儀器特定區(qū)域，投影自動(dòng)亮起操作規(guī)程，智能語(yǔ)音提示是否播放操作視頻；（4）數(shù)據(jù)發(fā)送：點(diǎn)擊數(shù)據(jù)發(fā)送，提示掃二維碼結(jié)束實(shí)驗(yàn)，執(zhí)行并跳轉(zhuǎn)至數(shù)據(jù)發(fā)送確認(rèn)界面選擇需要的數(shù)據(jù)，使用者手機(jī)端收到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

針對(duì)管理員：（1）預(yù)約：后臺(tái)跳出預(yù)約記錄，需審核通過(guò)；并與預(yù)約時(shí)段前提醒管理員是否在線打開(kāi)儀器預(yù)熱；（2）使用幫助：使用者在線聯(lián)系時(shí)，管理員會(huì)接到求助電話；（3）故障報(bào)告：開(kāi)機(jī)后儀器非正常運(yùn)行，或過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，管理員界面會(huì)接到故障報(bào)警，報(bào)告故障類型，提醒管理員及時(shí)檢修。

針對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：通過(guò)智慧學(xué)習(xí)，給予使用者及管理者智能建議。

通過(guò)將儀器設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，解決實(shí)驗(yàn)過(guò)程中檢測(cè)人員流動(dòng)性大，實(shí)驗(yàn)員分身乏術(shù)困境；實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備預(yù)約、使用、數(shù)據(jù)發(fā)送一站式服務(wù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化管理，提升管理效率。

2.2 將“料”入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理

提出建設(shè)電子版庫(kù)房管理系統(tǒng)，方便庫(kù)房管理，提高管理效率。庫(kù)房管理系統(tǒng)能幫助庫(kù)房管理員對(duì)庫(kù)房進(jìn)行全面的智能管理，包括物品出入庫(kù)、物品查詢功能、庫(kù)房物品庫(kù)存數(shù)量、安全庫(kù)存上限報(bào)警功能、領(lǐng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等。

設(shè)想：開(kāi)發(fā)“庫(kù)房管理系統(tǒng)”小程序或者APP，涉及物品發(fā)放、入庫(kù)、領(lǐng)用、庫(kù)存、盤(pán)點(diǎn)、統(tǒng)計(jì)等功能。鑒于物品分散于幾個(gè)房間，為便于管理統(tǒng)計(jì)，筆者將每種物品設(shè)置唯一的9位數(shù)編碼，編碼規(guī)律為：存放地點(diǎn)+柜號(hào)+編號(hào)；將物品按類別或者實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行分類，便于批量領(lǐng)取；顯示庫(kù)存不足物品提醒；庫(kù)房管理者界面顯示待辦事項(xiàng)，可對(duì)發(fā)起領(lǐng)用人的申請(qǐng)進(jìn)行駁回或者確認(rèn)操作等。

本實(shí)驗(yàn)室目前使用“好奇管家”免費(fèi)使用庫(kù)房管理系統(tǒng)（簡(jiǎn)單版），庫(kù)房管理高效。若能自行建設(shè)庫(kù)房管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理，將能發(fā)揮更持久的作用。

2.3 將“環(huán)”云控，實(shí)現(xiàn)高效化管理

教學(xué)實(shí)驗(yàn)室的綜合環(huán)境可以歸結(jié)為照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、教學(xué)軟件系統(tǒng)等，將這些系統(tǒng)通過(guò)智慧系統(tǒng)加以整合，實(shí)現(xiàn)高效的智能化系統(tǒng)化管理和運(yùn)行。

設(shè)想：在實(shí)驗(yàn)室布設(shè)各類物聯(lián)網(wǎng)傳感器，以多種方式捕捉環(huán)境信息，如室內(nèi)外溫度、空氣質(zhì)量、光照度、地面清潔度，自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)溫度、開(kāi)關(guān)通風(fēng)設(shè)備、開(kāi)關(guān)遮陽(yáng)簾及照明系統(tǒng)、清潔地面。結(jié)合智慧云控程序，管理員可在手機(jī)端操控照明系統(tǒng)、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)、門(mén)禁系統(tǒng)、水源等的開(kāi)關(guān)。結(jié)合智能化視頻監(jiān)控，利用計(jì)算機(jī)建模，自動(dòng)影像捕捉識(shí)別及跟蹤目標(biāo)體，遇異常行為報(bào)警[6]。此外，結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)，集成更多的傳感器去獲取物理世界的真實(shí)信息，將環(huán)境和設(shè)備的實(shí)時(shí)信息采集到數(shù)字化的孿生體中，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境將從作為支持個(gè)體學(xué)習(xí)的工具場(chǎng)所，向支持泛在學(xué)習(xí)、自由探究、交流協(xié)作的智慧化學(xué)習(xí)空間演進(jìn)[6]，滿足特殊情況下對(duì)線上教學(xué)的需求。

3 結(jié)語(yǔ)

未來(lái)必將是萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，在公共衛(wèi)生事件的助推下，教學(xué)實(shí)驗(yàn)室也必將向著聯(lián)動(dòng)的、系統(tǒng)的、整體的、數(shù)據(jù)有效管理的智慧化變革。通過(guò)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室“機(jī)、料、環(huán)”智能化，助推學(xué)校一流本科教學(xué)建設(shè)，進(jìn)一步促進(jìn)世界一流大學(xué)建設(shè)。