應(yīng)用型大學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)研究

史先紅，蔡子亮

(許昌學(xué)院 實驗室與設(shè)備管理中心，河南 許昌 461000)

信息技術(shù)的飛速發(fā)展，使人類快速步入了信息時代.在數(shù)字化學(xué)習(xí)日益普及的情況下，為學(xué)生提供數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境已成為目前高校信息化建設(shè)的重要內(nèi)容.隨著智慧教室、虛擬仿真實驗室的出現(xiàn)，愈來愈多的高校尤其是應(yīng)用型大學(xué)，開始建設(shè)數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室.但是這些數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的管理和使用現(xiàn)狀如何？是否真正發(fā)揮了科學(xué)創(chuàng)新的作用？應(yīng)用型大學(xué)究竟該如何建設(shè)數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室以保證學(xué)生實踐、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)？這些都是值得我們研究的問題.

1 應(yīng)用型大學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的特點與現(xiàn)狀

1.1 應(yīng)用型大學(xué)對實驗室建設(shè)的要求

應(yīng)用型大學(xué)的主要目標是培養(yǎng)能夠服務(wù)地域經(jīng)濟發(fā)展的創(chuàng)新型實用人才，實踐教學(xué)是大學(xué)課程的重要組成部分.這就要求應(yīng)用型大學(xué)在實驗室建設(shè)時要轉(zhuǎn)變思路，以服務(wù)應(yīng)用型人才培養(yǎng)為主要目標.因此以提高學(xué)生創(chuàng)新和實踐能力的數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)也成為此類大學(xué)實驗室建設(shè)的方向.

教育信息化2.0行動計劃提出:把網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境作為學(xué)校辦學(xué)條件的建設(shè)標準，加強高等學(xué)校虛擬仿真實訓(xùn)教學(xué)環(huán)境建設(shè)；同時在智慧教育創(chuàng)新發(fā)展行動中明確指出，加快建設(shè)在線智慧教室、智慧實驗室等智能學(xué)習(xí)空間，構(gòu)建智慧學(xué)習(xí)支持環(huán)境[1].這一系列政策的推出給我們釋放了一個信號：數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)是信息時代實驗室建設(shè)的重要目標和方向.

1.2 數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的內(nèi)涵及特點

數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境是信息時代的產(chǎn)物，在信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，提供數(shù)字化、多媒體化的學(xué)習(xí)資源，實現(xiàn)數(shù)字化的信息傳播和管理，是一種促進學(xué)習(xí)者主動建構(gòu)知識的新型學(xué)習(xí)環(huán)境[2].數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境是開展信息化教學(xué)的基本前提，是實現(xiàn)教育創(chuàng)新發(fā)展、優(yōu)質(zhì)發(fā)展、均衡發(fā)展的基本保障.

數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室即依托現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，運用數(shù)字化技術(shù)搭建實驗室環(huán)境，使學(xué)生在實驗與實踐、交互與協(xié)作中掌握專業(yè)知識，培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新能力的實驗場所.從常規(guī)的多媒體教室、智慧教室、網(wǎng)絡(luò)機房、數(shù)字化語音室、數(shù)字化書法室到依托人工智能技術(shù)的虛擬仿真實驗室均為數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室.

數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室突出學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的中心地位,強調(diào)學(xué)習(xí)過程中的交互性與協(xié)作性,激勵學(xué)生主動構(gòu)建新知識.數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室還有一個重要的特點就是體驗感和沉浸感，使學(xué)生仿佛置身于真實的場景中去.比較簡單的有微格教室和演播廳，讓學(xué)生真實體驗教師、主播的感覺.科技含量更高的是虛擬仿真實驗室，其實質(zhì)利用計算機生成一種虛擬現(xiàn)實環(huán)境，由多源信息融合的、交互式的三維動態(tài)視景和實體行為組成的系統(tǒng)仿真，使參與者可以沉浸其中，增加學(xué)生的體驗感和沉浸感[3].

1.3 應(yīng)用型大學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)調(diào)查

為了解應(yīng)用型大學(xué)數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)現(xiàn)狀，我們專門對河南省許昌市的應(yīng)用型大學(xué)進行了調(diào)查，以許昌學(xué)院為例開展了調(diào)研工作.通過查閱資料、現(xiàn)場查看和實地走訪等不同形式，從數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的環(huán)境布置、設(shè)備配置、軟件操作性、實驗室管理等幾個方面設(shè)計訪談、調(diào)查問題，了解許昌學(xué)院數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的建設(shè)和使用現(xiàn)狀.調(diào)研發(fā)現(xiàn)許昌學(xué)院數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室在建設(shè)過程中存在資金投入缺口較多，實驗室設(shè)備配置及技術(shù)管理落后、實驗室文化建設(shè)匱乏、實驗室資源分布不均衡等方面的問題.

2 影響數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室使用效果的原因分析

2.1 數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和信息交流

數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的建設(shè)，院系往往僅從自身學(xué)科建設(shè)需要出發(fā)考慮，缺乏與相近學(xué)科、實驗室的信息交流，造成實驗室的重復(fù)建設(shè).如虛擬仿真實驗室，其原理是借助計算機軟件營造虛擬的實驗環(huán)境，若能做到統(tǒng)一規(guī)劃，協(xié)調(diào)使用，則可以很大程度地節(jié)約人力、物力、財力，同時能提高設(shè)備的利用率.

2.2 數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室缺乏專業(yè)的實驗教師團隊

許昌學(xué)院的數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室主要是由專任授課教師進行教學(xué)活動，少部分實驗室配置有實驗老師.數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室大都是依靠計算機軟件營造實驗環(huán)境，歸屬各院系管理的實驗室基本是由院系任課教師監(jiān)管，他們并非計算機專業(yè)教師，未經(jīng)過信息化管理培訓(xùn)，缺乏相應(yīng)的專業(yè)知識和應(yīng)急處理能力，相應(yīng)就很難保證實驗室設(shè)備完好率，同時也會影響實驗室使用效果.

2.3 數(shù)字化學(xué)習(xí)資源單一

僅有先進的實驗室設(shè)備和有限的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，造成了實驗數(shù)據(jù)和實驗效果的固定性和單一性，沒有體現(xiàn)出數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的創(chuàng)新性和先進性，不能充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，導(dǎo)致設(shè)備使用率低下，學(xué)習(xí)效果欠佳.

3 數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)策略

3.1 細化前期規(guī)劃

數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室由于運用了大量現(xiàn)代信息技術(shù)，其更新速度很快，新型儀器設(shè)備層出不窮，必須與時俱進，確保實驗室建成后能夠跟上現(xiàn)代化實驗教學(xué)的需求，避免出現(xiàn)“建好即落后”的現(xiàn)象.因此，縝密而細致的前期規(guī)劃是數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)的關(guān)鍵.

實驗室建設(shè)是實踐教學(xué)的保障和根基，除了相關(guān)專業(yè)人員之外，項目建設(shè)離不開教學(xué)管理、實驗室管理部門的協(xié)調(diào).實驗室建設(shè)項目管理人員隊伍要有職能部門、專業(yè)教師、技術(shù)以及其他輔助人員組成，確保職責(zé)清晰、分工明確，保障項目的穩(wěn)步推進.

推進信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學(xué)全過程是當(dāng)前教育信息化的重要工作.而高度依托現(xiàn)代信息技術(shù)的數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室是學(xué)校信息化建設(shè)的重要內(nèi)容，因此學(xué)校的信息化建設(shè)規(guī)劃中應(yīng)該納入數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的建設(shè)規(guī)劃.

實驗室使用部門從學(xué)科建設(shè)和教學(xué)實踐需求方面統(tǒng)籌考慮，提出合理化的建設(shè)建議，包括實驗室位置、面積、經(jīng)費預(yù)算規(guī)劃和實驗室環(huán)境建設(shè)規(guī)劃.

精準的用戶需求是項目管理的基本原則.在對項目建設(shè)的需求分析梳理和把關(guān)的基礎(chǔ)上，實驗室建設(shè)管理部門根據(jù)實驗室使用單位提出的建設(shè)規(guī)劃，結(jié)合學(xué)校信息化和實驗室建設(shè)目標，以及近年來實驗室建設(shè)情況做出綜合考慮，確定最終建設(shè)計劃.

3.2 規(guī)范項目論證立項

數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室項目與一般實驗室建設(shè)項目的區(qū)別在于：對信息化專業(yè)知識程度的需求和目標的可具體化、可考核性程度不同，因此在項目論證立項時需要多角度、多方面進行全面考慮.

除了實驗室建設(shè)部門專家之外，還要有教育信息化領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c評估，同時邀請多學(xué)科、一線使用教師代表參與論證會，充分全面論證數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的建設(shè)方案及使用范圍，提高實驗室設(shè)備的易用性和使用率.

建設(shè)必要性論證是避免重復(fù)建設(shè)和不必要的投資，實現(xiàn)投資效益最大化.論證實驗室是否符合學(xué)校總體規(guī)劃和發(fā)展需求,擬形成的能力和突破的技術(shù)方向是否處于行業(yè)前沿,成果轉(zhuǎn)化前景如何,人才培養(yǎng)能力如何等[4]，確保數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室能夠提高學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力.

可行性論證主要是從技術(shù)、設(shè)備、環(huán)境、信息化管理人員配置等方面進行論證，如方法、技術(shù)是否可行，配套設(shè)備設(shè)施配置是否完善,經(jīng)費保障能力,實驗室節(jié)能環(huán)保分析等[5].確保數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)的可實施性和持續(xù)性.

一對一數(shù)字化實驗場所的建設(shè)不能僅僅為了信息化的門面，或者有某項特殊要求的時候盲目建設(shè)，而是要經(jīng)過充分的論證和分析，本著資源共享、提高設(shè)備利用率的原則，將屬于公共領(lǐng)域的實驗室進行統(tǒng)一規(guī)劃和建設(shè)，統(tǒng)一分配使用和管理.

3.3 優(yōu)化設(shè)計建設(shè)方案

數(shù)字化的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境發(fā)展會跟隨互聯(lián)網(wǎng)等科學(xué)技術(shù)的發(fā)展腳步與時俱進，因此建設(shè)實驗室時要跟上信息時代的發(fā)展節(jié)奏，開創(chuàng)“學(xué)”與“習(xí)”的數(shù)字化學(xué)習(xí)空間，滿足人們智慧學(xué)習(xí)發(fā)展的需求.

3.3.1 根據(jù)師生需求，建設(shè)合理化“學(xué)”的空間

對于面向全校群體的數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室(如多媒體教室、網(wǎng)絡(luò)機房)可以在調(diào)研的基礎(chǔ)上，充分征求任課教師的意見，提出合理化的設(shè)計方案，營造適合學(xué)生“學(xué)”的空間.多媒體教室和網(wǎng)絡(luò)機房技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，任課教師使用起來已不再陌生，稍有不同的就是操作面板界面，在建設(shè)過程中可以根據(jù)教師日常使用習(xí)慣，自行設(shè)計一款通俗易懂、方便易用的操作界面，同時可以定制部分個性化的教室環(huán)境，如與眾不同的桌椅顏色和環(huán)境布局方案，提供給廠家或供應(yīng)商.

3.3.2 突出專業(yè)特點，設(shè)計個性化“習(xí)”得場所

美國北卡羅來納州立大學(xué)本科學(xué)生中心化活動項目(SCALE-UP)認為，優(yōu)化學(xué)習(xí)環(huán)境能夠改變學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度，提高學(xué)生的課堂參與率，提升學(xué)生解決問題的技能[5].因此，如何更加合理地布局實驗室環(huán)境，提升師生的體驗感是數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室建設(shè)需要解決的問題.

一對一數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室一般為專業(yè)性實驗室，做好調(diào)研的基礎(chǔ)上，在設(shè)計方案中既要考慮信息化特點，又要考慮專業(yè)性特點，建設(shè)個性化的“習(xí)”得場所.

實驗室的環(huán)境布局不僅僅是簡單的物理空間的布局問題，需要與一定的教育理念和教學(xué)法聯(lián)系起來，是學(xué)習(xí)理論在空間、實體上的映射.我們要考慮的是學(xué)習(xí)環(huán)境的主體和實驗室的焦點是誰？大家的目光、注意力聚焦時間最長的地方是哪里？

一對一數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室中學(xué)生是主體，實驗室的環(huán)境布局要從突出學(xué)生主體地位、提升學(xué)生信息化學(xué)習(xí)體驗出發(fā)，全面考慮大學(xué)生的心理特征和學(xué)習(xí)需求，不僅要有高科技智能化的實驗室設(shè)備，實驗室的桌椅布局還要打破傳統(tǒng)實驗室的布局特征，充分體現(xiàn)出人性化、個性化，全面展示數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室專業(yè)信息化、設(shè)計個性化的特征.

3.4 加強實驗室的數(shù)字化學(xué)習(xí)文化建設(shè)

明尼蘇達大學(xué)的“主動學(xué)習(xí)教室”項目提出：學(xué)習(xí)空間能夠塑造教師行為、學(xué)生行為和教室活動，教師行為和教室活動能夠塑造學(xué)生的任務(wù)行為[6].可見數(shù)字化學(xué)習(xí)空間的氛圍營造對學(xué)生學(xué)習(xí)活動和學(xué)習(xí)效果起著重要的推動作用.實驗室文化是學(xué)習(xí)空間氛圍營造不可缺少的內(nèi)容，數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室信息化文化氛圍的營造會增加實驗室的體驗感和沉浸感.

作為當(dāng)前受教育主體，新一代的“數(shù)字原住民”，是在互聯(lián)網(wǎng)的環(huán)境中成長起來的一代，他們一出生便體驗到了信息技術(shù)的便利性，其信息獲取習(xí)慣和認知習(xí)慣都帶有數(shù)字化的烙印.因此在文化建設(shè)中要創(chuàng)新方法，從媒介、內(nèi)容、表現(xiàn)形式等多個維度入手，可以通過具有親和力的多媒體方式展示實驗室文化信息：比如電子班牌顯示課程信息和天氣信息，液晶顯示屏展示學(xué)生作品和專業(yè)知識等.同時在實驗室建設(shè)過程的環(huán)境布局方面，要考慮到任課教師和學(xué)生的使用需求和特點，充分吸收基層師生的建議，讓他們成為實驗室文化的建設(shè)者和受益者，同時主動成為實驗室文化的傳播者.

3.5 拓展思路，充實數(shù)字化學(xué)習(xí)資源內(nèi)容

優(yōu)良的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源是開展數(shù)字化學(xué)習(xí)的必備條件.豐富的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源可以給學(xué)生提供更加真實的數(shù)字化學(xué)習(xí)生活體驗，讓學(xué)生感受到信息化教學(xué)的魅力.可以通過集成優(yōu)質(zhì)數(shù)字化資源和師生共建數(shù)字化學(xué)習(xí)資源的途徑豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，使學(xué)生在共建資源庫的過程中學(xué)會主動學(xué)習(xí)，增加實驗創(chuàng)新的靈感和機會.

3.6 提高實驗室隊伍信息化專業(yè)技術(shù)能力

目前，人工智能、大數(shù)據(jù)與云計算等技術(shù)加速應(yīng)用的背景下，數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室愈來愈呈現(xiàn)信息化、系統(tǒng)集成度高的特點，更需要一流的信息技術(shù)人才.因此提升實驗技術(shù)人員的信息技術(shù)專業(yè)化水平和能力素質(zhì)則顯得更為重要.

3.6.1 提高數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室實驗教師的專業(yè)資格準入標準

在日益重視實踐和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的信息時代，學(xué)校應(yīng)把實驗教師引進與專任教師同等對待.從實驗教師的專業(yè)資格、專業(yè)化程度等方面提高引進標準；同時從提高實驗教師待遇、完善良好的職業(yè)發(fā)展規(guī)劃方面，吸引更多高學(xué)歷、高素質(zhì)人才加入實驗教師隊伍.

3.6.2 提升在職實驗教師的信息技術(shù)應(yīng)用水平

建立在職實驗教師的信息技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)體系，實現(xiàn)在職實驗教師的系統(tǒng)性培養(yǎng).采用請進來、走出去、建立校內(nèi)學(xué)習(xí)共同體的方式對在職實驗教師開展信息技術(shù)應(yīng)用培訓(xùn)，提高他們的信息技術(shù)應(yīng)用能力和實驗室管理水平.

4 結(jié)語

總而言之，數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室不僅是先進的數(shù)字化實驗設(shè)備的集合，更是一個信息化學(xué)習(xí)環(huán)境、數(shù)字化學(xué)習(xí)氛圍和先進的教育、學(xué)習(xí)理念的集合.數(shù)字化學(xué)習(xí)型實驗室的建設(shè)是糅合了實驗設(shè)備、實驗環(huán)境、學(xué)習(xí)資源(人力資源和信息資源)、學(xué)習(xí)文化和學(xué)習(xí)理念為一體的全方位學(xué)習(xí)環(huán)境的建設(shè).