云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”教學(xué)模式的探討

文/鮑宇暉+崔德鳳+張永紅

關(guān)鍵詞：云計(jì)算技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)

云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

云計(jì)算是一種通過互聯(lián)網(wǎng)，以服務(wù)的方式提供動(dòng)態(tài)可伸縮的虛擬化資源的計(jì)算模式，它將計(jì)算任務(wù)分布在大量依靠網(wǎng)絡(luò)連接起來的硬件平臺(tái)上，使用戶能夠按需獲取計(jì)算能力、存儲(chǔ)空間和信息服務(wù)，并實(shí)施多種應(yīng)用。

物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物體與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

由此可以看出，云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之間擁有著一種緊密聯(lián)系、互相促進(jìn)的關(guān)系。一方面，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開云計(jì)算強(qiáng)大的運(yùn)算作為技術(shù)支撐。從量上看，物聯(lián)網(wǎng)將使用數(shù)量驚人的傳感器，如RFID、視頻監(jiān)控等，采集到超大規(guī)模的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)需要通過各種渠道向某些存儲(chǔ)和處理設(shè)施匯聚，而使用云計(jì)算技術(shù)來完成這些巨量任務(wù)，具有十分顯著的計(jì)算容量?jī)?yōu)勢(shì)。從質(zhì)上看，使用云計(jì)算設(shè)施對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理與轉(zhuǎn)換，可以更加迅速、準(zhǔn)確、智慧地對(duì)物理世界進(jìn)行管理和控制，使人們可以更加及時(shí)、精準(zhǔn)地管理物質(zhì)世界，從而達(dá)到“智能”的狀態(tài)，大幅提高資源利用率。由此可以看出，云計(jì)算憑借其強(qiáng)大的處理能力、存儲(chǔ)能力和極高的性價(jià)比，自然而然成為物聯(lián)網(wǎng)強(qiáng)大的后臺(tái)技術(shù)支撐平臺(tái)。另一方面，物聯(lián)網(wǎng)將成為云計(jì)算最大的用戶，將為云計(jì)算取得更大商業(yè)成功奠定基石。

“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”教學(xué)中存在的問題

1.“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)“內(nèi)容多樣，教學(xué)手段更新不足

由于“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”在我國(guó)是一門較新的學(xué)科，所以各有關(guān)院?！皩?shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”課程的開設(shè)情況存在著諸多問題。例如，教學(xué)內(nèi)容多種多樣、教學(xué)手段及方法相對(duì)陳舊、學(xué)時(shí)參差不齊、實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容及質(zhì)量不盡如人意等，其教學(xué)質(zhì)量的現(xiàn)狀令人擔(dān)憂。在這樣的情況下，學(xué)生進(jìn)行有關(guān)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)時(shí)便會(huì)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)的基本知識(shí)不足及操作技能欠缺等問題。

2.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)應(yīng)用程度差，學(xué)生對(duì)于授課內(nèi)容不感興趣

隨著粉筆加黑板的老式手寫板書的教學(xué)模式逐漸被大屏幕多媒體教學(xué)系統(tǒng)所取代，課堂教學(xué)可以變得有聲有色。但在互聯(lián)網(wǎng)飛速發(fā)展的今天，廣大學(xué)生對(duì)于多媒體的理論教學(xué)，更加期待運(yùn)用先進(jìn)的方法和技術(shù)手段學(xué)習(xí)到更新、更前沿的知識(shí)和更先進(jìn)的技術(shù)。但實(shí)際情況是，很多院校在教授“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”課程時(shí)，只是用演示文稿（PPT等）取代了手寫板書，其主要內(nèi)容和教學(xué)手段并無太大變化。對(duì)于這些在書本上就能看到的傳統(tǒng)知識(shí)，并不能激發(fā)廣大學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，因此這種教學(xué)模式顯然是需要改進(jìn)的。

條件較好一些的院校，會(huì)利用自建的校內(nèi)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)發(fā)布一些課程教學(xué)內(nèi)容，但這些資料外校學(xué)生往往無法得到，對(duì)于通過互聯(lián)網(wǎng)獲取本學(xué)科的前沿資料，實(shí)時(shí)傳輸給學(xué)生的教學(xué)模式并沒有在相關(guān)院校教學(xué)活動(dòng)中得到普及。

3.實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)比較薄弱，動(dòng)手能力訓(xùn)練欠缺

“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”是對(duì)實(shí)踐技能要求較高的一門學(xué)科，然而部分院校的實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)還比較薄弱。其主要原因?yàn)椋阂皇菆?chǎng)地設(shè)備問題。由于標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建設(shè)的投入很大，日常運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用較高，還要有專門的管理人員，且單個(gè)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施很難同時(shí)飼養(yǎng)多種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。這樣使得一些院校寧肯從其他地方購(gòu)買實(shí)驗(yàn)動(dòng)物用于相關(guān)學(xué)科實(shí)驗(yàn)，也不愿意自己建設(shè)和使用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的教學(xué)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。這樣，學(xué)生很難直觀了解到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的運(yùn)轉(zhuǎn)模式，更談不上參與到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的日常工作中。二是實(shí)驗(yàn)材料價(jià)格問題。由于標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物及其飼料等價(jià)格的不斷上漲，使得實(shí)踐教學(xué)成本增高，因此“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和數(shù)量大打折扣。三是安全問題。由于操作不規(guī)范或使用不標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，學(xué)生在操作過程中存在著可能受傷或患病的安全隱患。

云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”中的應(yīng)用探討

目前，中國(guó)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)會(huì)和北京、廣東、湖北、江蘇、吉林、上海、福建等地都已經(jīng)建立了各自的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物信息網(wǎng)絡(luò)，用于本地區(qū)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行業(yè)的信息發(fā)布和政策引導(dǎo)等服務(wù)，同時(shí)多數(shù)網(wǎng)絡(luò)都設(shè)置了教育培訓(xùn)專欄。這就為更大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”課程教學(xué)奠定了初步基礎(chǔ)。為了實(shí)現(xiàn)資源的最大共享化，我們可以利用云計(jì)算技術(shù)，把各種信息網(wǎng)資源整合起來，建設(shè)一個(gè)統(tǒng)一的公用第三方云端平臺(tái)，既免去了各單位自身服務(wù)器的維護(hù)投入和使用的局限性，又能方便第三方操作平臺(tái)統(tǒng)一整合運(yùn)用與保護(hù)所有資源，便于管理。這樣，無論是更新客戶端，還是發(fā)布新的信息等，由于有了統(tǒng)一的第三方管理平臺(tái)，這些設(shè)置均可以隨時(shí)補(bǔ)充和更新，并能立即生效。包括學(xué)習(xí)“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”課程的學(xué)生在內(nèi)的所有使用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)資源的用戶，均可以使用自己的用戶名和密碼登入該資源庫(kù)，查找自己所需的信息。這樣就達(dá)到了資源利用最大共享化的目的。

由于所有資源全部由第三方平臺(tái)管理，所以以往需要專業(yè)計(jì)算機(jī)人才維護(hù)的服務(wù)器等設(shè)備可以直接移除。一些沒有計(jì)算機(jī)專業(yè)知識(shí)的人依然可以輕松完成復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理，因?yàn)檫@些任務(wù)已經(jīng)交由強(qiáng)大的云端幫你完成了。由于云計(jì)算技術(shù)對(duì)終端硬件配置要求不高，只要有網(wǎng)絡(luò)的地方，無論是使用手機(jī)，還是上網(wǎng)本、臺(tái)式機(jī)，均可隨時(shí)隨地連上云端，發(fā)布新的信息資料，使用各種資源，極大程度地方便“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”的教學(xué)、實(shí)訓(xùn)等活動(dòng)的開展。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也可以進(jìn)一步地應(yīng)用于“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”的課程教學(xué)活動(dòng)。例如，利用視頻監(jiān)控系統(tǒng)，可將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心的各個(gè)監(jiān)控探頭納入各自統(tǒng)一的平臺(tái)管理系統(tǒng)。這些實(shí)時(shí)的監(jiān)控影像資料，可以上傳到云端備份保存，不用再保存在自己的物理硬盤中。這樣，資料可以隨時(shí)調(diào)取使用，所有線上用戶均可以共享這些資源，用作視頻教學(xué)的范例?；诖隧?xiàng)優(yōu)點(diǎn)，我們可以甄選出規(guī)范化實(shí)驗(yàn)動(dòng)物操作技術(shù)，借助云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推向全國(guó)，進(jìn)而建立起視頻化的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)操作標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序（SOP）。

物聯(lián)網(wǎng)的另一個(gè)應(yīng)用范例便是芯片識(shí)別技術(shù)?？蓪⒚恐粚?shí)驗(yàn)動(dòng)物的身上植入微型芯片，這些芯片本身就含有該動(dòng)物的基本信息。每當(dāng)想要查找該動(dòng)物的基本信息時(shí)，只需掃描該芯片，基本信息便一目了然。當(dāng)然，智能芯片的功能不止這一點(diǎn)，它除了具備儲(chǔ)存信息的功能外，也能作為小型傳感器和發(fā)射機(jī)。即無論動(dòng)物在哪，我們都可以清楚地定位到它的準(zhǔn)確位置；無論動(dòng)物發(fā)生何種異常狀況，我們都可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到。這樣再通過信息采集系統(tǒng)，就能夠大大節(jié)省人力，我們不用再時(shí)時(shí)刻刻面對(duì)面觀察動(dòng)物。這些信息也可以直接存儲(chǔ)于云端，方便隨時(shí)調(diào)用，使得學(xué)生在學(xué)校學(xué)習(xí)階段就能實(shí)際接觸到云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物領(lǐng)域中的應(yīng)用，并能切身感受到這些新技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)所帶給我們的好處。

基于實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施需要投入較大資金，而“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”課程的教學(xué)絕對(duì)不應(yīng)該脫離動(dòng)手能力訓(xùn)練這一共識(shí)。應(yīng)用云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以在一定程度上解決這一問題。如上所述，利用現(xiàn)代視頻技術(shù)，在視覺上已經(jīng)能直觀地觀察到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施以及各種實(shí)驗(yàn)動(dòng)物狀態(tài)。在實(shí)際操作中，應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，我們可以做到相隔千里亦能控制遠(yuǎn)方的機(jī)械手，使我們?cè)诋惖赝瓿梢幌盗械膶?shí)驗(yàn)操作。這樣的控制系統(tǒng)，在醫(yī)學(xué)手術(shù)中已得到廣泛的嘗試。

利用云計(jì)算技術(shù)強(qiáng)大的運(yùn)算能力，在分析大量實(shí)驗(yàn)動(dòng)物數(shù)據(jù)時(shí)（如培育新近交系動(dòng)物），我們不再需要配置強(qiáng)大的個(gè)人電腦，而是把這些數(shù)據(jù)上傳到云端，讓其運(yùn)算這些復(fù)雜的數(shù)據(jù)就可以了。設(shè)想運(yùn)用這樣現(xiàn)代化、立體化的教學(xué)模式，最終將“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)打造成為一個(gè)類似于社交網(wǎng)站的運(yùn)營(yíng)模式，會(huì)更加引起學(xué)生對(duì)于該課程的濃厚興趣，學(xué)到更多有關(guān)該學(xué)科的知識(shí)和技能。

我們面臨著一個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)日臻完善的時(shí)代，面臨著一個(gè)教育高度信息化的時(shí)代，應(yīng)用更新的技術(shù)開展網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是時(shí)代的需要，是改革教學(xué)模式的必然選擇，是推進(jìn)教育現(xiàn)代化的基礎(chǔ)和重要條件。我們可以改造和依托現(xiàn)有的校園網(wǎng)絡(luò)，努力營(yíng)造數(shù)字化學(xué)習(xí)的校園環(huán)境，充分發(fā)揮新型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)，搭建云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)教育技術(shù)平臺(tái)，以期獲得包括“實(shí)驗(yàn)動(dòng)物學(xué)”在內(nèi)的廣大學(xué)科的最佳教學(xué)效果。

[責(zé)任編輯：張 雯]