信息化助力高校实验室创新发展

董先达　金萌　韦君

摘 要：本文基于信息化背景下，从机遇与挑战到融合与创新，探讨如何利用信息化手段助力高校实验室的创新发展。

关键词：信息化 云计算；物联网；互联网+ 虚拟仿真

一、背景与聚焦

2016年教育部办公厅发布关于印发《国家级实验教学示范中心管理办法》的通知，其中第三条为：示范中心主要任务是坚持立德树人，聚焦国家人才战略和社会发展需求，紧扣高等学校人才培养目标，开展实验教学研究，创新实验室管理机制，探索引领实验教学改革方向，共享优质实验教学资源，以高水平实验教学支撑高质量人才培养工作。该文件以实验教学水平和实验室管理水平的提高为目标，围绕学生实践能力和创新精神的培养为核心。

二、机遇与挑战

近年来的人才培养模式已经从以教为主面向以学为主发生着深刻变革。MOOC的兴起给高等教育带来巨大冲击。从信息化技术融入课堂的发展趋势来看，未来1-2年，学生们将自带设备进行翻转课堂，带来混合式学习的广泛应用和学习空间的重构。2-3年内将实现创客空间和可穿戴技术。4-5年，自适应技术和物联网普及，与此同时，人们将持续关注量化学习，开放教育资源激增。未来5年以上，日益增进的跨校合作推动文化变革和创新。

除了教育模式的转变，人才培养需求也在发生着深刻变革，第三次工业革命需要创新型人才。新时期人才变革的显著趋势是从知识型、技能型人到创新型人才。信息化使规模化与个性化的和谐统一成为可能，这是信息技术支撑下第三次教育变革的核心特征。

校园信息化建设呈现智能化、应用多样化发展趋势，多种技术和应用交叉渗透至校园生活的各个方面，全面的智慧校园时代已经到来。物联网技术专家突出智慧校园的智能感知功能，教育技术学专家侧重智慧学习环境与智慧课堂等教育教学环境，信息化建设专家则强化智慧校园的信息化应用和服务。

三、融合与创新

（一）新ICT技术与高校实验室发展创新

云计算、大数据、物联网、移动互联网、智能化、社交网络等，对实验室的发展产生了深远影响。

云计算在实验室建设和管理方面的应用体现在以下三个方面：1.充分利用现有基础设施组建实验室的私有云，提高计算能力，减少建设和使用成本。2.利用公有云服务提供商的基础设施或软件资源，免去维护、更新、升级之繁琐，使用更为便捷。3.在校级甚至校际层面、社会组建公有云、私有云和混合云，实现资源使用上的负载均衡，提升资源使用效益。云计算在实验教学方面的应用体现在以下三个方面：1.优化实验教学环境，通过应用虚拟化和分布式存储，构建实验教学资源云平台。2.充分发挥云计算辅助教学的优势，深化实验教学改革，广泛应用探究型、协作型教学模式。

物联网和智能化可以实现实验室的智慧管理，利用物联网的RFID的技术可以解决仪器设备分散数据采集的瓶颈问题，有效提升仪器设备日常管理和清查效率，显著改善仪器设备全生命周期状态监控。基于物联网可以实现实验室及大型仪器设备开放共享管理，各级实验室管理人员可以远程、移动的查看、管理实验室的基础信息、数据、以及实验室业务情况，根据当前实验室的实时状态进行远程智能化管理。如设定温度传感器阈值，控制空调开关及温度调节，根据光线传感器调节窗帘开关和室内灯光等。

社交网络可以实现教师、学生、管理人员、技术人员的互动空间。利用社交平台和应用进行实验室管理和实验教学信息的实时推送。发挥师生主动参与意识，丰富实验教学资源，加强信息交互和资源共享和开展。构建网络泛在式实验教学环境，提升学生自主学习能力和协作创新意识。

“互联网+”思维可以实现跨界融合。所谓“互联网+”是“互联网+各个传统行业”，+就是跨界和重塑融合。“互联网+实验室”着眼的不是点、不是面，而是整个系统，是以信息化的技术手段、理念方法、运行模式推进实验室管理创新和实验教学改革的整体解决方案。是一个突破传统实验室资源时空、建构实验室资源和职能拓展性、开放性、动态性、可量化、关联性的生态系统。“互联网+实验室”有三个方面内涵：实验室资源信息化创新、实验室相关信息全面互联与应用整合、实验室管理流程和实验教学模式信息化重构。

“互联网+实验室”的生态特征在于消除了边界的人与人、人与物，物与物的连接。在这一生态体系当中，實验室资源利用率大大提高，实验室的管理者直接面向最基层的实际需求，实验室的使用者可以找到个性化的定制服务。另一方面，“互联网+实验室”生态的构建不仅在于高校内部，高校、科研院所、行业企业，乃至社会在整个生态体系中都扮演不同的角色，在这一生态体系构建的过程中，一切信息不对称和中间环节统统被打破，许多传统、惯有、根深蒂固的思维模式、管理流程被重构。

关于高校实验室大数据行动研究主要面向“规模化教育中的个性化学习” 和“以数据驱动科学学习决策和管理服务变革”两大核心议题，推动大数据在实验教学与实验室管理服务中的深度应用，支撑学习大数据发展，促进教育变革。其突破在于，大规模多源异构实验室数据的采集与建模；数字化学习资源的整合、推送与评价；数字化课堂绩效评估模型及方法；学生发展数字全模型；大规模在线教育适应性学习理论与系统研发。聚焦在于围绕实验室主题数据和关联数据的采集与生产—存储、管理与处理—分析与挖掘 —呈现与可视化，形成完备和可持续发展的实验室大数据中心建设体系。

（二）、虚拟仿真技术与高校实验室发展创新

虚拟仿真技术是在多媒体、虚拟现实、人机交互、网络、通信等技术不断发展的基础上，将仿真技术与虚拟现实等技术相结合而产生的更高层次的仿真技术，具有沉浸性、交互性、虚幻性、逼真性四个基本特性

虚拟仿真实验教学管理信息系统建设要全面推进以学生为中心，以学为主、以问题为导向、以任务为驱动的研究型教学方式与学习方式，强调把时间还给学生，把方法教给学生；支持各院系不断上线各类虚拟仿真实验教学资源，着力培养学生的自主学习能力和意识。虚拟仿真实验教学管理信息系统的性能要求实现不同类型实验软件统一接入和学生在平台下进行统一实验的目的，实现系统间的无缝连接；提供全方位的虚拟实验教学辅助功能；高效管理实验教学资源，满足校内各院系建设、发布、管理、使用虚拟实验教学资源的需求；实现跨学科专业、跨校、跨区域的虚拟仿真实验教学资源的开放共享。

（作者单位：陆军装甲兵学院士官学校）