信息技术支持的高校实验室开放管理研究

杨 阳

（广州大学，广东广州，510006 ）

实验室是高校教育教学中不可缺少的部分，是培养学生知识应用能力、创设问题能力、实践动手能力以及培育创新创业精神的重要平台，是人才培养的重要基地。国家质量工程和中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020）中，将强化实践教学环节作为主要任务之一，《国务院办公厅关于深化高等学校创新创业教育改革的实施意见》中也要求“各地区、各高校科技创新资源原则上向全体在校学生开放，开放情况纳入各类研究基地、重点实验室等的评估标准。”随着教学实践需求的不断发展，高校实验室的封闭式管理模式渐渐无法满足实验室使用需求，在一定程度上限制了高校实践教学的效果和创新型人才的培养。[1]为了更好的服务于实验教学和人才培养，对于高校实验室开放管理的探索也得到越来越多的关注和重视。

一、高校实验室开放现状及存在问题

高校实验室的开放不仅仅是指实验室本身时间与空间的开放，同时也体现在实验室具体内容的开放性，转变传统的管理理念，利用开放式思维来激发学生参与实验学习和实践教学的主观能动性，最终能够通过实验室来完成创新性人才和技能型人才的培养。[2]实验室开放是创新实验教学方式的重要途径，不同专业实验室的开放打破了实验室的封闭状态，实现了实验室资源共享，包括实验空间、仪器设备、技术人员等，为学生、教师或者社会人员进行实验操作、发明创作等提供多方面支持。许多高校对实验室的开放与管理进行不断改革与探索，但仍然在开放时间与内容、实验过程指导、仪器设备管理等方面存在问题，主要在如下几个方面：[3][4][5]

（一）实验室开放管理效率有待提升

传统的实验室开放管理主要依赖人工进行管理，包括实验室开放、仪器设备使用登记等都是通过人工完成。实验室的开放管理局限于人工操作，不仅费时费力，收效甚微，还可能会造成很多问题。实验室开放的时间、空间自由度较高，仪器设备种类繁复，仅仅依靠人工管理容易出现错漏误差，也给教学管理带来了诸多不可预测的问题。

（二）学生积极性不高，前期准备不充分

目前大多数实验室开放的内容和形式较单一，传统实验教学模式中实验课程学时少，内容却繁多复杂，所以实验室开放大多为了完成教学任务和课程作业，或者是在已有实验基础上，开展与课程有关的验证性实验，学生参与的积极性不高，而且在开展实验前，学生前期准备不够充分，容易造成实验时间、实验材料、仪器设备的浪费。

（三）开放实验过程教师指导不足

实验室开放后，由于参与实验的学生增加、实验项目增加、实验内容扩展, 教师和实验室工作人员的工作量也随之大幅度增加。高校实验专职人员较少，且常规教学任务也牵制了实验室专职人员和教师的时间，因此学生在实验过程中缺乏教师的有效指导，实验结果难免会不尽如人意。

（四）实验室开放效益普遍较低

目前多数高校实验室开放范围较窄，开放的层次不够、人时数不足、实验内容偏窄，学生的参与面较小、参与度较低。另外，由于实验室建设过程中仪器设备重复建设、实验教学组织不够科学等许多原因，导致实验室的开放效益偏低。

二、信息技术在高校实验室开放中的作用

随着信息技术的快速发展，计算机、智能移动终端、互联网等现代信息技术在高校实验室的开放与管理中具有重要作用。信息技术为高校实验教学营造了更加良好的实验环境，拓展了更加丰富的实验教学内容，提供了更加多样化的实验教学手段，为培养高素质人才提供了有利的支撑。

（一）信息技术支持智能化精细化开放管理

使用网站、微信、APP 等信息交流平台，以手机、计算机、平板等多终端为应用载体，以虚实融合学习为核心，运用计算机软件技术、网络技术、射频识别技术等构建智能实验室管理系统，基本涵盖了实验室开放管理、仪器设备借用、实验过程管理、数据采集分析等模块，[6][7]能够实现对实验室开放的全过程管理。

1.实现实验室、仪器设备的智能化预约和借用

学生能够在管理平台上查看实验室或仪器设备的空闲状态，提出申请申并预约使用时间或者预约排队站位，避免造成实验资源浪费或者产生冲突。教师审批同意后，学生可以使用一卡通、身份证等自主进入实验室或借出设备；同样，在离开实验室或归还设备时，教师能够通过摄像头、定位器等进行检查，确保实验室安全、设备完好后允许学生离开实验室或归还设备。

2.实现开放实验项目的任务发布与组织管理

教师能够在管理平台上发布与教学内容或者科研项目相关的实验项目，组织学生参与实验并进行跟踪管理，及时为学生准备实验素材、学习资源等，鼓励引导学生积极参加，提高学生的积极性。

3.实现实验室开放数据自动化采集、统计与分析

通过智能化管理平台能够实时统计实验室开放次数与开放时长、仪器设备的使用次数与频率等数据，为实验教学调整以及实验室建设等方面提供有力依据。

（二）信息技术促进开放实验教学改革与创新

1.实验内容创新

传统的实验内容多为验证性，学生在课外大部分是为了完成课堂教学中未完成的实验任务。在信息技术环境下，学生能够通过虚拟仿真等工具进行开放性探究实验或者设计性实验，或者进行项目式综合实验，能够充分提升实践能力和创新能力，有助于实现创新型人才培养。

2.实验操作手段创新

信息技术为开放性实验教学提供了新的思路，利用多媒体、网络教学平台，虚拟现实等模拟实验设备和实验环境，可以使学生通过网络平台进行远程实验模拟操作，从而达到实验目的。这种在线的虚拟实验突破了时间和空间的限制，学生随时都可以操作练习，实现真正意义的开放。此外，虚拟实验还可以用于解决远程教学中的实验教学问题。

3.实验指导方式创新

开放的实验平台有利于激发学生自发设计、思考、解决问题的能力，但在开放实验中教师有效合理的指导也十分重要。首先，教师应该主要采用启发和诱导式的指导，发挥学生的主体地位。其次，在开放性实验中每个学生可以根据自己的学习步调进行实验，指导教师或者专职实验人员不可能随时到场，因此可以充分利用现有的信息技术，例如将传统的书面纸质实验指导教材制作成微视频放在网络平台中，学生可以根据需要随时、反复观看，也可以通过移动终端与指导教师视频直播，进行远程指导等。应充分挖掘信息技术的潜力，研究多样化的指导方法，能够更好的实现开放性实验教学目标。

4.实验评价方式创新

信息技术环境下，学生在开放实验中的学习过程数据能够被实验教学平台或者智能实验档案管理系统记录，例如使用实验室或实验设备的时间、实验过程报告、观看实验指导视频时长、提出问题个数、与教师交流次数等数据，从这些数据中能够对学生进行全面准确的评价。此外，还可以建立积分制度，对学生是否按时归还设备、是够爱护实验器材、是否按照规章制度进行实验操作等进行评分，有助于培养学生良好的实验操作习惯。

（三）信息技术促进实验资源共建共享

信息技术对于促进跨区域跨校际的实验教学资源共建共享、发挥优质学校的辐射作用、促进教育均衡发展具有重要影响。

1.云计算

云计算除了具备传统计算机技术和网络技术可实现的网络分布式、并行、效用等计算外，还具有网络存储、虚拟化、负载均衡等功能，并能够整合众多计算机实体通过集群进而形成强大的计算能力，是传统计算机技术和网络技术相融合的产物。[8]基于云计算将各个高校的实验教学资源进行整合，不仅解决了存储空间、数据安全、投入成本等问题，也打破了学习的时空界限，支持学生在开放实验中使用智能手机、平板电脑等移动终端设备随时获取实验教学资源，与专家或者教师进行交流互动。

2.虚拟仿真技术

随着实时三维计算机图形技术、立体显示技术、跟踪技术等技术的不断发展和成熟，越来越多的高校开展虚拟仿真实验教学中心建设，采用虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，根据实验教学需求设计出用于实验的虚拟实验场景、虚拟环境、虚拟仪器设备、判别实验效果的判别标准等。[9]虚拟仿真资源共建共享能更好地实现教育资源的平衡和公平分配，促进高校教育整体水平的共同进步和发展。[10]推进信息技术与实验教学深度融合，促进虚拟仿真优质实验教学资源共享，已经成为当前高校实验室建设工作中的一项重要任务。

三、信息技术环境下的高校实验室开放策略

（一）以人为本，建立完善的实验室开放管理制度与运行机制

实验室开放的意义在于强化学生的基本技能和动手能力，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，促进学生创新意识，因此实验室开放管理也应体现以人为本的理念，包括“以学生为本”和“以教师为本” 。[11]进一步完善现有的实验室管理制度和运行机制，充分发挥信息技术的优势，尽可能满足学生对实验室开放的需求，解决在实验中遇到的问题；同时又能充分体现出指导教师的工作量、报酬等，建立有效的激励机制。

（二）实现多主体、多层次、多渠道、多形式的开放模式

单个学校的实验教学资源有限，通过开放共享减少实验室硬件和软件资源重复建设，教育部也制定“高等学校创新能力提升计划”并提出“充分利用高等学校已有的基础，汇聚社会多方资源，大力推进高等学校与高等学校、科研院所、行业企业、地方政府以及国际社会的深度融合，探索建立适应于不同需求、形式多样的协同创新模式”。[12]实验室在完成计划内的教学任务之外，向学生、教师和社会全面开放；支持基础实验、综合实验、创新实验等不同难度不同层次的实验内容；积极与其他高校、企业、研究所等合作相互开放共享，促进成果转化和社会服务；采用讲座、创新竞赛、学生研究项目等方式，主动吸引学生到实验教学中心开展课外实验活动。

（三）促进信息技术与实验教学不断融合与创新

实验教学应当摆脱以往信息技术与教育整合的惯性思维，聚焦在能真正发挥学生主体性、以探究和创新为核心的实验实践能力方面。例如学生使用智能终端观看实验指导视频，而教师主要为学生开展自主性学习提供辅助，促进学生对知识的深度理解和应用；利用虚拟仿真、虚拟现实和增强现实、物联网等技术，营造虚实结合的、更具真实性和沉浸感的学习环境，帮助学生开展探究实验；引入人工智能、大数据、学习分析等技术记录学生实验过程数据，诊断和预测学生学习问题，提供个性化、差异化的指导等。

（四）建立全面的开放式实验教学评价体系

实验室开放为学生创造了一个自我完善、自我发展的实践环境，改变了传统实验中学生被动接受知识与技能的局面，使学生能够自由地选择实验时间、确定实验课题、设计实验方案、拟定实验步骤、处理实验结果、分析实验数据等。因此传统的只根据实验结果对学生进行评价的方式已经不再适用，而是应该建立全方位的实验教学评价体系，坚持自评与他评相结合，表现性评价与发展性评价、过程性评价相结合，从而客观全面的对学生实验实践进行评价。

四、结语

实验室开放是现代高校培育实践与创新型人才的一种重要模式，是具有旺盛生命力的新生事物，它展现的是高校培育创新型人才的实力与水平。[13]因此，高校必须打破传统的实验室开放模式，解决管理运行上存在的问题，共建共享实验资源，培养学生的实践能力和创新能力，提高学校的教学和科研水平。充分发挥信息技术的优势与作用，不仅能够解决在实验室开放管理中的诸多问题与挑战，更有助于高素质创新人才的培养。随着技术的快速发展与应用的不断深入，相信未来我国高校实验室开放越来越能真正发挥其价值。