教學實驗室泛在化管理推進一流本科教育建設

高鈴鈴，厲旭云，梅汝煥，鄭 燕

（浙江大學醫(yī)學院，浙江 杭州 310058）

2019年2月，中共中央、國務院印發(fā)了《中國教育現(xiàn)代化2035》，提出建設智能化校園，統(tǒng)籌建設一體化智能化教學、管理與服務平臺，加快信息化時代教育變革。學?！笆奈濉币?guī)劃提出加大信息化建設投入，打造一流教學支撐條件，推進信息化、數(shù)字化賦能本科教育更高質量發(fā)展，引領中國特色世界一流大學建設新征程。

教學實驗室是學校實踐教學的重要支撐場所，實驗室智能化必將實踐教學發(fā)展帶入一個嶄新的時代。泛在化管理利用信息、數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網、傳感器、物聯(lián)網、大數(shù)據(jù)、機器學習等泛在計算技術打造泛在化實驗室環(huán)境[1]。實驗室管理不外乎對人、機、料、法、環(huán)等要素的支配[2]，實現(xiàn)泛在化管理將成為可行方案。現(xiàn)結合實驗室實際情況，主要圍繞機、料、環(huán)，以人本為內涵發(fā)展要求，提出智能化建設設想，既建成外觀驚艷、功能齊全的“實體實驗室”，又要建成智慧示范、服務長期的“數(shù)字實驗室”，從而推動學校一流本科教育建設。

1 教學實驗室管理現(xiàn)狀

筆者曾撰文提出傳統(tǒng)實驗室管理存在的問題，如存在一定程度的資源浪費、學校重視度和財政投入不足、信息化建設緩慢等。五年過去，筆者發(fā)現(xiàn)，學校切實加大了對教學實驗室的財政投入，也給予了實驗技術隊伍更多的關注與鼓勵。

目前，教學實驗室綜合建設不及實驗公共平臺先進，大部分教學實驗室已服務十多年，在硬件運維管理等方面基本能滿足教育實踐，而在信息化建設方面，與一流標準相比，仍有一些差距[3]。

下面以筆者所在實驗室現(xiàn)狀為例，本教學實驗室為2006年設計裝修，硬件陳舊；每年為近700名學生開設實驗課程，課時數(shù)量大，師生流動性大；學校人事制度改革，編制配比將縮減，人均工作量增加。

1.1 儀器設備無法實現(xiàn)共建共享

教學實驗室儀器設備在使用的過程中涉及預約登記、操作指導、數(shù)據(jù)傳輸、儀器維護等方面。傳統(tǒng)做法包括紙質版預約登記、操作規(guī)程上墻、打印或拷貝數(shù)據(jù)結果。在多年實踐的過程中，暴露出以下缺點：紙質版預約登記無法及時反饋，操作規(guī)程上墻后無法修改，數(shù)據(jù)打印或拷貝無法滿足高效的學習要求，儀器故障偶發(fā)性影響實驗進度。此外，教學實驗室儀器共享至學校學院層面較少，間接導致資源浪費。

1.2 庫房物資無法實現(xiàn)高效管理

教學實驗室涉及實驗耗材、試劑藥品、辦公用品等。傳統(tǒng)做法：領取人紙質版登記領取物品，管理者周期性核對清點庫存，采購。缺點：無法及時反饋短缺物品，對于管理者來講，要求高，工作量大，效率低；對于領用人來講，領用過程較煩瑣，效率低。

1.3 實驗環(huán)境無法滿足人本需求

教學實驗室包括強電、弱電及水。電涉及門禁、照明、電腦、空調、通風、多媒體、網絡等，水涉及水槽、循環(huán)水設備等的進水出水。就本實驗室而言，開設創(chuàng)新實驗部分，學生一般晚上或者周末開展實驗，實驗員需時刻陪同，保障安全，導致實驗員面對實驗室開放的積極性不高。

此外，在特殊時期，線上實驗課需求加大。目前虛擬仿真實驗只建立物理對象的數(shù)字化模型，對通過物聯(lián)網和數(shù)字線程獲得設備當前狀態(tài)，未對物理對象的未來狀態(tài)以一定的規(guī)律和機理進行計算、分析和預測[4]，因此線上實驗環(huán)節(jié)，與線下實驗體驗差距較大，無法滿足人本需求。

2 教學實驗室管理智能化建設的設想

就上述現(xiàn)狀，結合學?！笆奈濉币?guī)劃，圍繞教學實驗室人力、設備、環(huán)境等方面實際情況，將泛在計算技術與傳統(tǒng)實驗室融合，提出如下智能化建設設想，實現(xiàn)教學實驗室泛在化管理。

2.1 將“機”聯(lián)網，實現(xiàn)無紙化管理

現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸、3D情景在線、大數(shù)據(jù)分析等技術，能夠更為真實、深入反映實驗過程與實驗關鍵環(huán)節(jié)，管理員可從數(shù)據(jù)中提煉出有價值的決策信息[5]。因此實現(xiàn)設備儀器的聯(lián)網管理，非常有必要。

設想：開發(fā)“教學實驗室儀器設備共享平臺”小程序或者APP，將實驗室常用儀器設備通過設定的程序加入此平臺，平臺功能包含實驗室各儀器設備的預約、使用授權、使用幫助、數(shù)據(jù)發(fā)送、故障報告、智能建議。

針對使用者：（1）預約：手機登錄此平臺，點擊預約使用—選擇儀器及時間—收取預約成功信息（含使用時段密碼）；（2）使用：打開計算機平臺界面，輸入時段密碼或者掃二維碼進入并開始實驗；（3）使用幫助：點擊使用幫助，搜索常見的問題，若無法解決，可在線聯(lián)系管理員；此外，結合傳感器及智能語音技術，使用者進入儀器特定區(qū)域，投影自動亮起操作規(guī)程，智能語音提示是否播放操作視頻；（4）數(shù)據(jù)發(fā)送：點擊數(shù)據(jù)發(fā)送，提示掃二維碼結束實驗，執(zhí)行并跳轉至數(shù)據(jù)發(fā)送確認界面選擇需要的數(shù)據(jù)，使用者手機端收到實驗數(shù)據(jù)。

針對管理員：（1）預約：后臺跳出預約記錄，需審核通過；并與預約時段前提醒管理員是否在線打開儀器預熱；（2）使用幫助：使用者在線聯(lián)系時，管理員會接到求助電話；（3）故障報告：開機后儀器非正常運行，或過程中出現(xiàn)問題，管理員界面會接到故障報警，報告故障類型，提醒管理員及時檢修。

針對實驗數(shù)據(jù)：通過智慧學習，給予使用者及管理者智能建議。

通過將儀器設備聯(lián)網，解決實驗過程中檢測人員流動性大，實驗員分身乏術困境；實現(xiàn)儀器設備預約、使用、數(shù)據(jù)發(fā)送一站式服務，實現(xiàn)無紙化管理，提升管理效率。

2.2 將“料”入庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理

提出建設電子版庫房管理系統(tǒng)，方便庫房管理，提高管理效率。庫房管理系統(tǒng)能幫助庫房管理員對庫房進行全面的智能管理，包括物品出入庫、物品查詢功能、庫房物品庫存數(shù)量、安全庫存上限報警功能、領用統(tǒng)計數(shù)據(jù)等。

設想：開發(fā)“庫房管理系統(tǒng)”小程序或者APP，涉及物品發(fā)放、入庫、領用、庫存、盤點、統(tǒng)計等功能。鑒于物品分散于幾個房間，為便于管理統(tǒng)計，筆者將每種物品設置唯一的9位數(shù)編碼，編碼規(guī)律為：存放地點+柜號+編號；將物品按類別或者實驗項目進行分類，便于批量領取；顯示庫存不足物品提醒；庫房管理者界面顯示待辦事項，可對發(fā)起領用人的申請進行駁回或者確認操作等。

本實驗室目前使用“好奇管家”免費使用庫房管理系統(tǒng)（簡單版），庫房管理高效。若能自行建設庫房管理系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理，將能發(fā)揮更持久的作用。

2.3 將“環(huán)”云控，實現(xiàn)高效化管理

教學實驗室的綜合環(huán)境可以歸結為照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通風與空調系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、火災報警系統(tǒng)、教學軟件系統(tǒng)等，將這些系統(tǒng)通過智慧系統(tǒng)加以整合，實現(xiàn)高效的智能化系統(tǒng)化管理和運行。

設想：在實驗室布設各類物聯(lián)網傳感器，以多種方式捕捉環(huán)境信息，如室內外溫度、空氣質量、光照度、地面清潔度，自動調節(jié)空調溫度、開關通風設備、開關遮陽簾及照明系統(tǒng)、清潔地面。結合智慧云控程序，管理員可在手機端操控照明系統(tǒng)、通風與空調系統(tǒng)、門禁系統(tǒng)、水源等的開關。結合智能化視頻監(jiān)控，利用計算機建模，自動影像捕捉識別及跟蹤目標體，遇異常行為報警[6]。此外，結合數(shù)字孿生技術，集成更多的傳感器去獲取物理世界的真實信息，將環(huán)境和設備的實時信息采集到數(shù)字化的孿生體中，傳統(tǒng)的實驗環(huán)境將從作為支持個體學習的工具場所，向支持泛在學習、自由探究、交流協(xié)作的智慧化學習空間演進[6]，滿足特殊情況下對線上教學的需求。

3 結語

未來必將是萬物互聯(lián)的時代，在公共衛(wèi)生事件的助推下，教學實驗室也必將向著聯(lián)動的、系統(tǒng)的、整體的、數(shù)據(jù)有效管理的智慧化變革。通過實現(xiàn)實驗室“機、料、環(huán)”智能化，助推學校一流本科教學建設，進一步促進世界一流大學建設。