应用型大学数字化学习型实验室建设研究

2022-04-08史先红蔡子亮

许昌学院学报 2022年5期

史先红，蔡子亮

(许昌学院实验室与设备管理中心，河南许昌 461000)

信息技术的飞速发展，使人类快速步入了信息时代.在数字化学习日益普及的情况下，为学生提供数字化学习环境已成为目前高校信息化建设的重要内容.随着智慧教室、虚拟仿真实验室的出现，愈来愈多的高校尤其是应用型大学，开始建设数字化学习型实验室.但是这些数字化学习型实验室的管理和使用现状如何？是否真正发挥了科学创新的作用？应用型大学究竟该如何建设数字化学习型实验室以保证学生实践、创新能力的培养？这些都是值得我们研究的问题.

1 应用型大学数字化学习型实验室的特点与现状

1.1 应用型大学对实验室建设的要求

应用型大学的主要目标是培养能够服务地域经济发展的创新型实用人才，实践教学是大学课程的重要组成部分.这就要求应用型大学在实验室建设时要转变思路，以服务应用型人才培养为主要目标.因此以提高学生创新和实践能力的数字化学习型实验室建设也成为此类大学实验室建设的方向.

教育信息化2.0行动计划提出:把网络教学环境作为学校办学条件的建设标准，加强高等学校虚拟仿真实训教学环境建设；同时在智慧教育创新发展行动中明确指出，加快建设在线智慧教室、智慧实验室等智能学习空间，构建智慧学习支持环境[1].这一系列政策的推出给我们释放了一个信号：数字化学习型实验室建设是信息时代实验室建设的重要目标和方向.

1.2 数字化学习型实验室的内涵及特点

数字化学习环境是信息时代的产物，在信息技术和网络技术的支持下，提供数字化、多媒体化的学习资源，实现数字化的信息传播和管理，是一种促进学习者主动建构知识的新型学习环境[2].数字化学习环境是开展信息化教学的基本前提，是实现教育创新发展、优质发展、均衡发展的基本保障.

数字化学习型实验室即依托现代信息技术和网络通信技术，运用数字化技术搭建实验室环境，使学生在实验与实践、交互与协作中掌握专业知识，培养和提高学生的创新能力的实验场所.从常规的多媒体教室、智慧教室、网络机房、数字化语音室、数字化书法室到依托人工智能技术的虚拟仿真实验室均为数字化学习型实验室.

数字化学习型实验室突出学生在学习过程中的中心地位,强调学习过程中的交互性与协作性,激励学生主动构建新知识.数字化学习型实验室还有一个重要的特点就是体验感和沉浸感，使学生仿佛置身于真实的场景中去.比较简单的有微格教室和演播厅，让学生真实体验教师、主播的感觉.科技含量更高的是虚拟仿真实验室，其实质利用计算机生成一种虚拟现实环境，由多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为组成的系统仿真，使参与者可以沉浸其中，增加学生的体验感和沉浸感[3].

1.3 应用型大学数字化学习型实验室建设调查

为了解应用型大学数字化学习型实验室建设现状，我们专门对河南省许昌市的应用型大学进行了调查，以许昌学院为例开展了调研工作.通过查阅资料、现场查看和实地走访等不同形式，从数字化学习型实验室的环境布置、设备配置、软件操作性、实验室管理等几个方面设计访谈、调查问题，了解许昌学院数字化学习型实验室的建设和使用现状.调研发现许昌学院数字化学习型实验室在建设过程中存在资金投入缺口较多，实验室设备配置及技术管理落后、实验室文化建设匮乏、实验室资源分布不均衡等方面的问题.

2 影响数字化学习型实验室使用效果的原因分析

2.1 数字化学习型实验室建设缺乏统一规划和信息交流

数字化学习型实验室的建设，院系往往仅从自身学科建设需要出发考虑，缺乏与相近学科、实验室的信息交流，造成实验室的重复建设.如虚拟仿真实验室，其原理是借助计算机软件营造虚拟的实验环境，若能做到统一规划，协调使用，则可以很大程度地节约人力、物力、财力，同时能提高设备的利用率.

2.2 数字化学习型实验室缺乏专业的实验教师团队

许昌学院的数字化学习型实验室主要是由专任授课教师进行教学活动，少部分实验室配置有实验老师.数字化学习型实验室大都是依靠计算机软件营造实验环境，归属各院系管理的实验室基本是由院系任课教师监管，他们并非计算机专业教师，未经过信息化管理培训，缺乏相应的专业知识和应急处理能力，相应就很难保证实验室设备完好率，同时也会影响实验室使用效果.

2.3 数字化学习资源单一

仅有先进的实验室设备和有限的数字化学习资源，造成了实验数据和实验效果的固定性和单一性，没有体现出数字化学习型实验室的创新性和先进性，不能充分调动学生的学习兴趣，导致设备使用率低下，学习效果欠佳.

3 数字化学习型实验室建设策略

3.1 细化前期规划

数字化学习型实验室由于运用了大量现代信息技术，其更新速度很快，新型仪器设备层出不穷，必须与时俱进，确保实验室建成后能够跟上现代化实验教学的需求，避免出现“建好即落后”的现象.因此，缜密而细致的前期规划是数字化学习型实验室建设的关键.

实验室建设是实践教学的保障和根基，除了相关专业人员之外，项目建设离不开教学管理、实验室管理部门的协调.实验室建设项目管理人员队伍要有职能部门、专业教师、技术以及其他辅助人员组成，确保职责清晰、分工明确，保障项目的稳步推进.

推进信息技术和智能技术深度融入教育教学全过程是当前教育信息化的重要工作.而高度依托现代信息技术的数字化学习型实验室是学校信息化建设的重要内容，因此学校的信息化建设规划中应该纳入数字化学习型实验室的建设规划.

实验室使用部门从学科建设和教学实践需求方面统筹考虑，提出合理化的建设建议，包括实验室位置、面积、经费预算规划和实验室环境建设规划.

精准的用户需求是项目管理的基本原则.在对项目建设的需求分析梳理和把关的基础上，实验室建设管理部门根据实验室使用单位提出的建设规划，结合学校信息化和实验室建设目标，以及近年来实验室建设情况做出综合考虑，确定最终建设计划.

3.2 规范项目论证立项

数字化学习型实验室项目与一般实验室建设项目的区别在于：对信息化专业知识程度的需求和目标的可具体化、可考核性程度不同，因此在项目论证立项时需要多角度、多方面进行全面考虑.

除了实验室建设部门专家之外，还要有教育信息化领域专家参与评估，同时邀请多学科、一线使用教师代表参与论证会，充分全面论证数字化学习型实验室的建设方案及使用范围，提高实验室设备的易用性和使用率.

建设必要性论证是避免重复建设和不必要的投资，实现投资效益最大化.论证实验室是否符合学校总体规划和发展需求,拟形成的能力和突破的技术方向是否处于行业前沿,成果转化前景如何,人才培养能力如何等[4]，确保数字化学习型实验室能够提高学生的信息素养和创新能力.

可行性论证主要是从技术、设备、环境、信息化管理人员配置等方面进行论证，如方法、技术是否可行，配套设备设施配置是否完善,经费保障能力,实验室节能环保分析等[5].确保数字化学习型实验室建设的可实施性和持续性.

一对一数字化实验场所的建设不能仅仅为了信息化的门面，或者有某项特殊要求的时候盲目建设，而是要经过充分的论证和分析，本着资源共享、提高设备利用率的原则，将属于公共领域的实验室进行统一规划和建设，统一分配使用和管理.

3.3 优化设计建设方案

数字化的智慧学习环境发展会跟随互联网等科学技术的发展脚步与时俱进，因此建设实验室时要跟上信息时代的发展节奏，开创“学”与“习”的数字化学习空间，满足人们智慧学习发展的需求.

3.3.1 根据师生需求，建设合理化“学”的空间

对于面向全校群体的数字化学习型实验室(如多媒体教室、网络机房)可以在调研的基础上，充分征求任课教师的意见，提出合理化的设计方案，营造适合学生“学”的空间.多媒体教室和网络机房技术已经相当成熟，任课教师使用起来已不再陌生，稍有不同的就是操作面板界面，在建设过程中可以根据教师日常使用习惯，自行设计一款通俗易懂、方便易用的操作界面，同时可以定制部分个性化的教室环境，如与众不同的桌椅颜色和环境布局方案，提供给厂家或供应商.

3.3.2 突出专业特点，设计个性化“习”得场所

美国北卡罗来纳州立大学本科学生中心化活动项目(SCALE-UP)认为，优化学习环境能够改变学生的学习态度，提高学生的课堂参与率，提升学生解决问题的技能[5].因此，如何更加合理地布局实验室环境，提升师生的体验感是数字化学习型实验室建设需要解决的问题.

一对一数字化学习型实验室一般为专业性实验室，做好调研的基础上，在设计方案中既要考虑信息化特点，又要考虑专业性特点，建设个性化的“习”得场所.

实验室的环境布局不仅仅是简单的物理空间的布局问题，需要与一定的教育理念和教学法联系起来，是学习理论在空间、实体上的映射.我们要考虑的是学习环境的主体和实验室的焦点是谁？大家的目光、注意力聚焦时间最长的地方是哪里？

一对一数字化学习型实验室中学生是主体，实验室的环境布局要从突出学生主体地位、提升学生信息化学习体验出发，全面考虑大学生的心理特征和学习需求，不仅要有高科技智能化的实验室设备，实验室的桌椅布局还要打破传统实验室的布局特征，充分体现出人性化、个性化，全面展示数字化学习型实验室专业信息化、设计个性化的特征.

3.4 加强实验室的数字化学习文化建设

明尼苏达大学的“主动学习教室”项目提出：学习空间能够塑造教师行为、学生行为和教室活动，教师行为和教室活动能够塑造学生的任务行为[6].可见数字化学习空间的氛围营造对学生学习活动和学习效果起着重要的推动作用.实验室文化是学习空间氛围营造不可缺少的内容，数字化学习型实验室信息化文化氛围的营造会增加实验室的体验感和沉浸感.

作为当前受教育主体，新一代的“数字原住民”，是在互联网的环境中成长起来的一代，他们一出生便体验到了信息技术的便利性，其信息获取习惯和认知习惯都带有数字化的烙印.因此在文化建设中要创新方法，从媒介、内容、表现形式等多个维度入手，可以通过具有亲和力的多媒体方式展示实验室文化信息：比如电子班牌显示课程信息和天气信息，液晶显示屏展示学生作品和专业知识等.同时在实验室建设过程的环境布局方面，要考虑到任课教师和学生的使用需求和特点，充分吸收基层师生的建议，让他们成为实验室文化的建设者和受益者，同时主动成为实验室文化的传播者.