| 标题 | 教育信息化2.0背景下高校智慧实验室建设思路探析 |
| 范文 | 张建华 肖中正 摘要：高校实验室建设对实验教学的开展、人才培养有着重要意义。《教育信息化2.0行动计划》提出了实验教学资源的开放共享，强调学生个性化发展，这对高校实验室提出了更高的建设要求。通过分析高校实验室在建设和管理方面的现状，提出了智慧实验室建设的思路。并对核心要素智慧实验教学平台进行了架构分析，为高校实验室建设提供决策。 关键词：教育信息化2.0;开放共享;智慧实验室;智慧实验教学平台 中图分类号：G642? ? ? 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2021）15-0160-02 高校实验室是进行实验教学、人才培养的重要平台，对学生的价值塑造、能力培养、知识传授具有重要意义。随着大数据、人工智能和5G技术的快速发展，教育大数据已逐渐形成，实验教学方式和手段也发生了深刻变革：未来实验教学更注重学生个性化发展、实验资源共享和资源整合。教育部制定的《教育信息化2.0行动计划》[1]明确提出：整合各类教学、科研资源，实施教学资源共享计划;建设智能实验室，加快高校智能学习体系建设，形成智能化的学习体系。 为推动高校优质实验教学资源开放共享，扩大实验资源受众面，迫切需要加快新形势下的高校智慧实验室建设。本文通过分析目前高校实验室建设中存在的基本问题，探析教育信息化2.0背景下高校智慧实验室建设的基本思路。 1 高校实验室建设与管理现状 高校实验室建设发展迅速，数量大幅度上涨。然而，高校实验室在建设和管理过程中仍存在很多问题，很难满足新形势下实验教学变革的需要。 1.1 资源开放共享不足 实验室开放共享是发挥对教学科研支撑作用、提高其资源使用效益的重要手段。目前很多实验室在资源开放共享方面还存在一些问题：实验课程课时有限，学生难以在有限的课时内提高实践能力[2];教学资源分散，不同院系间资源分配不协调，存在“信息孤岛”的现象[3];受时间、地点的限制，师生无法随时随地利用实验室资源进行学习;基于实验室开展的各类实验项目、获得的科研成果以及服务社会的数目远远不足。 1.2 实验室管理模式落后 很多高校对实验室的管理还停留在半人工管理阶段，出现的主要问题有：安全监测不到位，对实验室的水电管理、设备运行维护等依赖于手工监测，安全隐患多;实验设备闲置浪费严重，管理人员对设备状态不清楚;各类报表上报不及时，教师每年需要向学校提交实验项目表、实验室基本状况表等，目前这些都需要教师手工采集数据，延误了上报时间。 1.3 师资队伍建设不足 在实验室建设管理中，存在实验教学脱节的现象，专业教学人员未参与实验室的规划建设中，导致实验室建设与学科内容相关性小。管理人员职称、学历等结构单一，信息技术能力不足，不能对先进的实验设备进行管理和使用指导。 1.4 机制创新不足 实验室的机制建设主要问题有：缺乏明确的中长期建设规划，实验室的人才培养定位、社会效用定位不明确;缺乏深层次需求分析和调研，建设内容依旧以采购传统计算机和教学软件为主;缺乏相关规章制度，实验室责任分工不明确、设备管理混乱;缺乏有效的效果评价机制，以实验室建设数量和经费使用情况作为部门绩效考核目标，建设效果评价单一，导致建设部门重采购、重数量、重任务、轻内容、轻使用。 2 智慧实验室建设体系分析 智慧化实验室是实现教育信息化2.0的重要路径，它通过构建智慧化的教学和管理环境，引领和促进实验教学的智能化发展。贾维丁[4]认为智慧实验室以信息技术应用为主线，借助物联网、云计算等技术，通过感知、物联等方式，将实验室中的基础设施连接起来，达到智能化管理和监控。钟丽强[5]认为智慧实验室是利用大数据、智能化控制等技术，将实验室管理和教学过程有机融合。这些研究工作忽略了与智能化模块配套运行的人员、体制等要素。从完整的实验室建设体系考虑，本文认为高校智慧实验室建设体系应当包含四大要素： 2.1 智慧实验教学平台建设 智慧实验教学平台是集教学资源采集、智能化实验、设备和安全管理、智能化实验过程记录等为一体的实现校内、外开放共享机制的实验教学平台。它是高校实验室建设的核心内容，它以学生发展为中心，围绕“智能化、数据化、共享化”主题进行建设，以解决传统实验室在资源共享、资源整合、师资队伍管理、实验室管理等方面的问题。 2.2 师资队伍建设 师资队伍建设应包含学科带头人、专业教师、管理人員、校外学者等。校外人员的参与加大了实验室开放共享力度，增加实验室的社会服务数;同时可以整合更多的教学资源，促进实验教学内容不断更新。学校应重视实验教师队伍的地位，给予普通教师同等外出培训的机会;加强职称、学历等方面的结构调整;丰富绩效考核制度。 2.3 文化环境建设 文化环境建设应充分结合实验室学科发展的特点，在教学桌椅的色彩和布局、墙面设计、采光照明等方面协调一致。良好的文化环境有利于激发学生学习兴趣、创新意识，给学生提供沉浸式的学习体验，提升实验教学效果。 2.4 机制体系建设 方堃等[6]认为实验室建设与管理体制通过机构设置明确高校内部各管理系统的管理范围、权限职责、利益及其相互关系。王斌男等[7]认为在实验室建设中重视机制创新，制定支持实验室建设的长期规划，出台相关政策和规章制度推进实验室建设工作。因此，在实验室建设和管理过程中，为保证实验室建设的时效性、开放性、可持续发展等，必须加强实验室建设和管理的顶层设计，建立统一领导、多级部门联动的分层管理模式。 3 智慧实验教学平台建设架构体系 作为智慧实验室的建设的核心部分，本文对智慧实验室教学平台进行架构分析。 3.1 智能硬件层 智能硬件是实现实验室智能化的基础支撑。智能硬件由两个层次组成：传感器设备和设备控制层。基础的智能设备有：门、多媒体设备、实验设备、照明系统、电源开关、空调、计算机设备等。这些设备支持通过相应的控制器，实现指令操控，进而接入资源管控系统，实现信息系统自动化控制。 3.2 资源管控系统 在部署完毕大量的智能硬件设备后，必须让设备可管理、可运维、可监控。资源管控系统基于智能设备提供的感知能力，将所有智能设备管理起来，对设备进行统一的监控。资源管控系统是上层应用系统访问智能硬件的唯一入口，所有智能硬件的指令都有资源管控系统授权通过后，发送到指定设备执行。 3.3 私有云存储 整个智慧实验室体系会产生大量的业务数据和监控数据。因此该体系能必须有一套可靠的云存储服务，实现上层各种不断增加的实验数据、用户数据以及其他数据。统一的存储管理对于上层应用的不断优化扩展，起到支撑作用：上层业务系统可以轻松共享数据，而避免数据孤岛。 3.4 共享资源 共享资源是对可对外部用户开放的资源的抽象。共享资源可以是硬件资源也可以是实验相关的信息服务。只要该资源可以按照资源共享协议，实现对外部用户进行授权获取、使用或访问，皆可注册到系统中，定义为共享资源。可见，共享资源是灵活可配置的，其核心是满足可共享性，即实现共享协议。 3.5 实验管理系统 实验管理系统是智慧实验室的核心业务管理系统，内部参与者包括系统管理员、资源管理员、教师、学生以及统一资源注册中心。实验管理系统直接管理了所有的共享资源和内部人员，实现课程、教学、数据、人员、成绩、实验报告管理等一系列实验相关的业务功能。为了与外部机构进行实验资源共享，实验管理系统还必须实现资源共享相关的协议，接入到统一资源注册中心。因此，统一资源注册中心也是实验管理系统的重要参与者。 3.6 统一资源注册中心 统一资源注册中心是多机构之间能够进行资源共享的桥梁，是实现共享资源注册协议、统一账户、统一认证以及资源的治理协议。只要共享资源机构遵循这些协议，即可加入资源共享的联盟中，为其他机构提供丰富的共享实验资源，也可以获取其他机构提供的共享实验资源。资源共享的实现方式是通过资源共享协议完成。共享资源机构在注册中心完成注册之后，必须提供资源状态检测接口给注册中心监控;若注册中心检测到资源不可用了，则通知最终用户并停止申请通道。注册中心提供资源的查询和申请功能给最终用户，允许查看所有可访问的共享资源。 3.7 环境安全监测系统 安全监测是建设智慧共享实验室的重大前提。在无人值守的环境下，大量的智能硬件的状态、实验室的安全等问题必须在可监控的范围内运行。同时共享资源开放对外部访问，网络安全和数据安全也将面临重大挑战。因此，必须建设环境安全监测系统对环境、网络和数据进行监控和预警。 4 结束语 在智慧实验室的建设管理思路中，不仅要考虑智慧实验教学平台的建设，更要考虑与之配套的软文化环境和机制体系的建设。智慧实验室建设是一项长期复杂的工程，学校一定要建立详细的建设规划和管理制度，明确责任分工，使得实验室的资源真正能为实验教学服务，提高实验室的成果产出率，确保实验室价值的最大化。 参考文献： [1] 教技[2018]6号文件.教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[Z]. [2] 王文成，侯崇升，吴小进，等.實验室开放管理的新工科人才培养探索[J].实验室研究与探索，2019，38（6）：231-234. [3] 张凯，宋慧宁，杨再明.高校智慧实验室的构建路径研究[J].数字教育，2019，5（6）：30-35. [4] 贾维丁.物联网技术在高校智慧实验室构建中的应用[J].电子技术与软件工程，2017（5）：32-33. [5] 钟丽强，杨芷，苏淑贤.护理专业智慧实验室建设与实践[J].实验室研究与探索，2020，39（9）：286-289. [6] 方堃，雷敬炎，朱娟蓉，等.高校实验室建设与管理体制、机制的研究与思考[J].实验室研究与探索，2019，38（12）：270-273，287. [7] 王斌楠，黄晓瑞，杜銮燕，等.面向学生创新创业能力需求的高校实验室建设研究[J].教育评论，2019（2）：77-82. 【通联编辑：代影】 |
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