以学生为中心的智慧实验室的构建与思考

陈沙 刘平安 张国民* 刘慧萍 李玲

摘  要：“智慧实验室”概念的提出得益于“智慧地球”概念，在新一轮信息技术在高校普及的热潮席卷之际，智慧实验室很有可能会与“5G”网络的发展相伴行，借用“5G”网络的东风助力发展实验教学，在基本操作训练实验、综合设计性及研究创新性实验方面，发挥智慧化实验室的优势，调动学生对于实验课的主观能动性。积极参与实验设计，一定程度上减少验证性实验课给学生带来的“水课”的感受，增加实验教学的趣味性，使学生正视实验教学的意义，立志培养当今社会需要的具有创新能力的高素质人才。

关键词：智慧实验室  “5G”网络  实验教学  创新能力

中图分类号：G647           文献标识码：A 文章编号：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，教育部部長陈宝生在提出要搅动高等教育的这池平静的水。数月之后教育部高等教育司司长吴岩在第11届中国大学教学论坛上发出了实现“建设教育强国”的中国梦的号召。对大学生要合理“增负”、把“水课”变成“金课”，这是当前推进教学改革，加快一流本科建设的发力点[1]。当下，我国高等院校实验室信息化发展速度越来越快，各个高校的实验教学平台都按照《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》和《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》的原则进行规划建设。文件中指出，“信息技术对教育发展具有革命性影响，必须予以高度重视”“推动信息技术与高等教育深度融合，创新人才培养模式”，再加上计算机网络技术的不断发展，云计算、微博、智慧化的校园网络覆盖以及脑科学、神经网络、人工智能等技术在高等教学中的融合，使得高校智慧实验室的构建成为可能，在医学上，虚拟现实技术已用于疾病的诊断和预后判断[2-4]。虚拟现实技术也是“互联网+”技术手段的一种延伸，在实验教学中，虚拟实验的加入，极大地解放了医学研究生学习的场地限制，对于开放性、综合性的实验可以依赖虚拟仿真平台，积极进行实验设计和发散性思维的开发。智慧教育已经成为高校教育发展的新方向。

1  智慧实验室的构建

智慧实验室是一种集智慧虚拟实验室、云实验室以及智慧化的实验管理平台于一身的新型实验室模式，是高校实验室发展的必经途径与内在要求。启动智慧实验室建设，标志着实验教学智慧管理时代的到来。5G的商用序幕正如火如荼地开展，物联网技术、大数据、人工智能的进步都为建设更安全、高效、节能的智慧实验室提供了更好的技术保障[5]。笔者学校医学基础教学实验中心立志打造一个以学生为主体的教学实验研究平台，已初步构建中医技能虚拟仿真实验平台、大学生创新训练中心和一体机医学虚拟仿真教学实验平台，加快由数字化校园向智慧化校园的升级，更好地服务教学，提升高校科研教学水平，促进教学相长。智慧实验室的出现，极大地解放了学习场地的限制，保证了线上教学的开展。时代背景下，智慧实验室中的线上教学，保证了学生在家进行网络学习和教师进行网络授课，是停课期间“停课不停学”指示实现的重要手段[6]。

2  智慧实验室开展情况浅析

智慧实验室建设根据教学型、科研型、科研教学型、教学科研型、综合服务型等不同实验室[7]的需求，可分为基础、中端、高端3种类型。智慧实验室倡导以学生为中心，学生通过排课预约、选课审批、选课成功、虚实实验教学、电子考勤、提交实验报告等方式进行智慧实验室功能的运用，一切步骤均可在云端完成。学生上课时，只需带上笔记本和平板，跟校园网连接以后即可连上校园的数字化终端，实时上网，进行医学虚拟仿真学习，从实验室对疾病机制的基础研究到深入临床的应用研究，从基础科研成果到临床应用的快速转化，以提高整体实验教学水平。因此，在智慧实验室的构建过程中，必须培养既会运用信息技术进行学习交流的师生，又要有综合医学涵养和实验技术能力的带教人员。为达到这一要求，应从包括教学模式、智慧实验室平台建设、实验教学内容等多个方面对学生的科研能力培养做全面的改进。

2.1 教学模式探索

目前的医学教学模式主要以独立的分科式教学为主，而在智慧教学的理念下，应重视各学科的整合，包括理论知识积累与实验研究，医学与信息技术的结合等，搭建新的多学科交叉的研究教育平台。同时，强调学生的自主性及创新性，学生的教学兴趣和研究课题不应仅仅是导师指定的研究方向。鉴于医学的创新性特点，应鼓励学生自己在学习中发现问题，并利用“以学生为中心，教师为指导”的小组讨论式实验教学模式，改变陈旧的学习方法，充分调动学生学习的主动性和积极性。教师可以引导学生根据其兴趣申报国家级、省级或校级大学生创新性科研项目，或进行大学生挑战杯科技大赛等，为今后的科学研究工作培养良好习惯。

2.2 智慧实验室平台建设

2.2.1 中医技能虚拟仿真实验平台

中医技能虚拟仿真实验教学中心由中央财政支持建设，包括经络系统虚拟仿真、脉象特色临床教学系统、中医四诊技能训练软件和基础医学虚拟仿真教学实验平台四大模块，通过“互联网+”平台的构建，学生可随时随地进行实验课程的学习。

2.2.2 医学虚拟仿真教学实验平台

进入虚拟实验在线课程云资源库，在平台使用指南里学习“平台管理员—平台教师—平台学生”的使用操作。进行虚拟操作时，先进行实验室的安全学习，通过医学实验室使用考核以后才能进行虚拟操作视频的学习。考核包括4个方面：医德素养、规章制度、基础医学实验室和基本仪器、器械识别使用。进入虚拟教室进行虚拟实验操作。

2.2.3 空间课堂线上精品教学资源

由湖南省教育科学院资助建设，包括省级精品课程、名师讲堂、多媒体教学资源，形成微课、视频、PPT、数字化教材等教学资源库，供学生在学习终端查阅学习。

2.2.4 云平台的实验教学过程管理系统

智慧实验室的管理均在云端进行，具有管理权限的老师可在云的环境下登陆网络系统，设置实验教学任务，上传云端PPT、视频，学生可自行下载，云平台对学生每一环节的学习量进行打分，自动生成实验成绩，提高了教学效率。

2.3 实验教学内容探索

实验教学内容上可分为验证性实验、探究性实验、辩证性实验、整合实验以及多人协作实验等，进入智慧实验室后，学生可对经典验证性实验进行实验对象、被试因素、实验效果的预判等进行修改和资料的查找，独立完成实验;对于探究性实验，则需学生查找大量文献，对科学问题进行分析和提炼，形成自己的假说，通过智慧实验室的云盘分析系统，并结合理论知识，在教师的指导下，完成探究性问题的思考;对于辨证性实验而言，则可与同学组队，辩论不同的实验原理和实验结果，老师在终端进行適当的思路调整，完成实验目标;对于整合实验而言，则可运用虚拟实验教学平台，进入不同的教学模块进行学习，比如，人参皂苷对于小鼠呼吸功能的影响，则可通过对“机能学”“显微形态学”“中药学”以及“免疫学”等进行整合，探索实验效果;对于多人协作实验而言，则可在智慧实验室进行组队学习实验技术，并对人员进行不同的分工，完成实验要求。通过智慧实验室平台的运用，学生可增加对于实验课的不同实验目标的理解，活学活用实验原理，对于涉及伦理道德的实验，要有一把“达摩克利斯之剑”，不要轻易触及伦理底线，时刻具备底线意识。

3  以学生为中心的智慧实验室实施的三大注重

3.1 注重智慧实验室平台的建设

（1）中医技能虚拟仿真实验平台的建设。建立中医技能虚拟仿真实验平台，并对其使用加以推广 ，是该校对于中医实验教学的一个创新。平台里可提供相关四诊、经络系统虚拟仿真以及脉象特色临床教学系统的视频在线学习资料，并在虚拟视频学习过程中回答相应问题和考核，并对教学内容进行实时反馈，培养中医专业学生的临床思维能力，巩固专业知识，服务平台，进行名医之间、专业之间、师生之间的学习和学术交流。

（2）医学虚拟仿真实验平台建设。以往由于过分强调中医和西医的教学区别，导致这两个医学体系的教学出现脱节情况，现在任何重大项目的完成都需要多学科、多团队的合作。因此，我们要以中西医结合的思想来将二者精密结合。医学虚拟仿真实验平台则是对中医技能虚拟仿真平台的一个补充，主要实验教学项目为西医专业的项目。鼓励师生在虚拟仿真实验项目设计上成立学习小组，让学有余力的学生参与国家级、省级、校级大学生创新性实验的申报、开展、实施、论文发表、课题总结、结题、成果申报等，同时组织学生参与教师科研项目和组织科研兴趣小组，激发学生的科学研究兴趣，引导学生积极探索，发挥学生的主观能动性，培养学生科学思维能力和创新设计能力。

（3）云平台的实验教学过程管理系统建设。建立完善的智慧实验室使用手册，并对进入智慧实验室的学生进行相关培训，考试通过的同学颁发“智慧实验室准入证”，建立多级的预约审批制度，对于实验仪器要求不高的实验项目，可增加实验审批量，对于要求更高的实验项目进行“淘汰制”，需在初级阶段实验完成较好的情况下才能进行实验升级的申请，有效地防止学生猎奇心理的产生，并对教师和学生的实验室使用情况进行云端备份，作为学生学习工作量化和教师课时量化的基准。

3.2 注重培养医学生利用智慧实验室解决问题的能力

目前的院校教育，使医学生解决问题能力欠佳，独立能力相对较差，依赖老师。通过加强对临床理论知识的培养，优化实验课程体系，充实临床思维的培训，发挥中智慧实验室在教学上的优势，让其在实践操作和科研思维强化中学会独立解决问题，培养其解决问题的能力。

3.3 注重培养医学生科研思维转化的能力

目前大规模的院校教育，要么仅注重实验室研究，要么仅培养理论知识，忽视培养其科研思维的转化能力，通过该研究，立志培养学生在智慧实验室平台下的科研实验和教学实验下的思维转变，为医学生的学习的深造提供实验基础。

4  结语

高校的分型发展，使得应用型本科院校更加关注学生实践能力的培养，理实一体化的教学模式在计算机课程教学中得到广泛的关注和应用。高校智慧实验室的建设更是“互联网+”下的一大教育创举，学生们提升了对互联网的了解以及教育的水平。信息技术的发展加之于医学教育上，可迫切推動教学模式的改进。如何运用现代日新月异发展的信息技术，建立新时代的以学生为中心的金课平台—智慧实验室，推动中医院校高层次人才培养，造就符合现代社会发展需求，具备丰富理论知识和实践创新能力的中医学人才，为进一步构筑智慧化校园提供基础，需不断加强智慧实验室平台建设、凝练实验教学内容，从而提高医学生的实验动手能力和科研思维。

参考文献

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