教学实验室泛在化管理推进一流本科教育建设

2022-03-16高铃铃厉旭云梅汝焕

科教导刊·电子版 2022年16期

高铃铃，厉旭云，梅汝焕，郑燕

（浙江大学医学院，浙江杭州 310058）

2019年2月，中共中央、国务院印发了《中国教育现代化2035》，提出建设智能化校园，统筹建设一体化智能化教学、管理与服务平台，加快信息化时代教育变革。学校“十四五”规划提出加大信息化建设投入，打造一流教学支撑条件，推进信息化、数字化赋能本科教育更高质量发展，引领中国特色世界一流大学建设新征程。

教学实验室是学校实践教学的重要支撑场所，实验室智能化必将实践教学发展带入一个崭新的时代。泛在化管理利用信息、数据库、互联网、传感器、物联网、大数据、机器学习等泛在计算技术打造泛在化实验室环境[1]。实验室管理不外乎对人、机、料、法、环等要素的支配[2]，实现泛在化管理将成为可行方案。现结合实验室实际情况，主要围绕机、料、环，以人本为内涵发展要求，提出智能化建设设想，既建成外观惊艳、功能齐全的“实体实验室”，又要建成智慧示范、服务长期的“数字实验室”，从而推动学校一流本科教育建设。

1 教学实验室管理现状

笔者曾撰文提出传统实验室管理存在的问题，如存在一定程度的资源浪费、学校重视度和财政投入不足、信息化建设缓慢等。五年过去，笔者发现，学校切实加大了对教学实验室的财政投入，也给予了实验技术队伍更多的关注与鼓励。

目前，教学实验室综合建设不及实验公共平台先进，大部分教学实验室已服务十多年，在硬件运维管理等方面基本能满足教育实践，而在信息化建设方面，与一流标准相比，仍有一些差距[3]。

下面以笔者所在实验室现状为例，本教学实验室为2006年设计装修，硬件陈旧；每年为近700名学生开设实验课程，课时数量大，师生流动性大；学校人事制度改革，编制配比将缩减，人均工作量增加。

1.1 仪器设备无法实现共建共享

教学实验室仪器设备在使用的过程中涉及预约登记、操作指导、数据传输、仪器维护等方面。传统做法包括纸质版预约登记、操作规程上墙、打印或拷贝数据结果。在多年实践的过程中，暴露出以下缺点：纸质版预约登记无法及时反馈，操作规程上墙后无法修改，数据打印或拷贝无法满足高效的学习要求，仪器故障偶发性影响实验进度。此外，教学实验室仪器共享至学校学院层面较少，间接导致资源浪费。

1.2 库房物资无法实现高效管理

教学实验室涉及实验耗材、试剂药品、办公用品等。传统做法：领取人纸质版登记领取物品，管理者周期性核对清点库存，采购。缺点：无法及时反馈短缺物品，对于管理者来讲，要求高，工作量大，效率低；对于领用人来讲，领用过程较烦琐，效率低。

1.3 实验环境无法满足人本需求

教学实验室包括强电、弱电及水。电涉及门禁、照明、电脑、空调、通风、多媒体、网络等，水涉及水槽、循环水设备等的进水出水。就本实验室而言，开设创新实验部分，学生一般晚上或者周末开展实验，实验员需时刻陪同，保障安全，导致实验员面对实验室开放的积极性不高。

此外，在特殊时期，线上实验课需求加大。目前虚拟仿真实验只建立物理对象的数字化模型，对通过物联网和数字线程获得设备当前状态，未对物理对象的未来状态以一定的规律和机理进行计算、分析和预测[4]，因此线上实验环节，与线下实验体验差距较大，无法满足人本需求。

2 教学实验室管理智能化建设的设想

就上述现状，结合学校“十四五”规划，围绕教学实验室人力、设备、环境等方面实际情况，将泛在计算技术与传统实验室融合，提出如下智能化建设设想，实现教学实验室泛在化管理。

2.1 将“机”联网，实现无纸化管理

现代数据传输、3D情景在线、大数据分析等技术，能够更为真实、深入反映实验过程与实验关键环节，管理员可从数据中提炼出有价值的决策信息[5]。因此实现设备仪器的联网管理，非常有必要。

设想：开发“教学实验室仪器设备共享平台”小程序或者APP，将实验室常用仪器设备通过设定的程序加入此平台，平台功能包含实验室各仪器设备的预约、使用授权、使用帮助、数据发送、故障报告、智能建议。

针对使用者：（1）预约：手机登录此平台，点击预约使用—选择仪器及时间—收取预约成功信息（含使用时段密码）；（2）使用：打开计算机平台界面，输入时段密码或者扫二维码进入并开始实验；（3）使用帮助：点击使用帮助，搜索常见的问题，若无法解决，可在线联系管理员；此外，结合传感器及智能语音技术，使用者进入仪器特定区域，投影自动亮起操作规程，智能语音提示是否播放操作视频；（4）数据发送：点击数据发送，提示扫二维码结束实验，执行并跳转至数据发送确认界面选择需要的数据，使用者手机端收到实验数据。

针对管理员：（1）预约：后台跳出预约记录，需审核通过；并与预约时段前提醒管理员是否在线打开仪器预热；（2）使用帮助：使用者在线联系时，管理员会接到求助电话；（3）故障报告：开机后仪器非正常运行，或过程中出现问题，管理员界面会接到故障报警，报告故障类型，提醒管理员及时检修。

针对实验数据：通过智慧学习，给予使用者及管理者智能建议。

通过将仪器设备联网，解决实验过程中检测人员流动性大，实验员分身乏术困境；实现仪器设备预约、使用、数据发送一站式服务，实现无纸化管理，提升管理效率。

2.2 将“料”入库，实现数据化管理

提出建设电子版库房管理系统，方便库房管理，提高管理效率。库房管理系统能帮助库房管理员对库房进行全面的智能管理，包括物品出入库、物品查询功能、库房物品库存数量、安全库存上限报警功能、领用统计数据等。

设想：开发“库房管理系统”小程序或者APP，涉及物品发放、入库、领用、库存、盘点、统计等功能。鉴于物品分散于几个房间，为便于管理统计，笔者将每种物品设置唯一的9位数编码，编码规律为：存放地点+柜号+编号；将物品按类别或者实验项目进行分类，便于批量领取；显示库存不足物品提醒；库房管理者界面显示待办事项，可对发起领用人的申请进行驳回或者确认操作等。

本实验室目前使用“好奇管家”免费使用库房管理系统（简单版），库房管理高效。若能自行建设库房管理系统，实现数据化管理，将能发挥更持久的作用。

2.3 将“环”云控，实现高效化管理

教学实验室的综合环境可以归结为照明系统、监控系统、通风与空调系统、门禁系统、火灾报警系统、教学软件系统等，将这些系统通过智慧系统加以整合，实现高效的智能化系统化管理和运行。

设想：在实验室布设各类物联网传感器，以多种方式捕捉环境信息，如室内外温度、空气质量、光照度、地面清洁度，自动调节空调温度、开关通风设备、开关遮阳帘及照明系统、清洁地面。结合智慧云控程序，管理员可在手机端操控照明系统、通风与空调系统、门禁系统、水源等的开关。结合智能化视频监控，利用计算机建模，自动影像捕捉识别及跟踪目标体，遇异常行为报警[6]。此外，结合数字孪生技术，集成更多的传感器去获取物理世界的真实信息，将环境和设备的实时信息采集到数字化的孪生体中，传统的实验环境将从作为支持个体学习的工具场所，向支持泛在学习、自由探究、交流协作的智慧化学习空间演进[6]，满足特殊情况下对线上教学的需求。