新文科背景下經(jīng)管類智慧實驗室建設(shè)研究

張夢琪 史新和

（金陵科技學(xué)院商學(xué)院，江蘇 南京 211169）

0 引言

在數(shù)字經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展時代，高校經(jīng)管類專業(yè)正經(jīng)歷著“新文科”范式轉(zhuǎn)變。 社會需要熟悉現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)學(xué)原理和方法，同時具備新工科能力的高素質(zhì)人才。 作為高校人才培養(yǎng)的重要基地， 實驗室是開展課程實驗、集中實踐、創(chuàng)新項目、學(xué)科競賽及工程實訓(xùn)的重要載體。 相關(guān)研究表明，通過整合實驗室軟件、硬件和實踐教學(xué)資源，構(gòu)建智能化、綜合性、跨專業(yè)、虛實一體的智慧實驗室， 能夠?qū)鹘y(tǒng)經(jīng)濟(jì)類專業(yè)多媒體實驗室、開放式實驗室、 實驗教學(xué)中心、O2O 實驗教學(xué)體系及管理模式優(yōu)化提升，更好為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)和成果培育提供保障和支撐。

本文針對金陵科技學(xué)院一流學(xué)科及專業(yè)人才培養(yǎng)創(chuàng)新模式發(fā)展需要，從商學(xué)院實驗室建設(shè)工作實際出發(fā)，依循“新文科”建設(shè)內(nèi)涵，提出依托物聯(lián)網(wǎng)、結(jié)合云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，集成軟—硬設(shè)備、建設(shè)數(shù)字資源庫，設(shè)計自動運行控制系統(tǒng)、構(gòu)建虛—實一體的智能管理平臺，增強(qiáng)科教融通、打造專業(yè)—產(chǎn)業(yè)協(xié)同的實驗教學(xué)體系， 建設(shè)契合新經(jīng)濟(jì)業(yè)態(tài)發(fā)展人才培養(yǎng)需要的智慧實驗室。

1 智慧實驗室建設(shè)背景及意義

伴隨新經(jīng)濟(jì)環(huán)境中信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，信息化實驗室已成為高校實驗室建設(shè)的主流趨勢。 但仍存在設(shè)備共用率低、資源共享弱、維護(hù)成本高、管理難度大等諸多問題。 硬件孤立分散、軟件種類繁雜，軟件單機(jī)安裝、保護(hù)卡人工還原及運行日志紙質(zhì)存儲等傳統(tǒng)管理方式使得實驗室在高素質(zhì)人才培養(yǎng)中的作用難以發(fā)揮出來。 為了讓理論與實踐在新經(jīng)濟(jì)人才培養(yǎng)中更好的相輔相成，必須引入新技術(shù)對現(xiàn)有實驗室進(jìn)行重構(gòu)與革新。 研究表明，遵照“互聯(lián)網(wǎng)+教育”模式，通過商—工結(jié)合、教—管協(xié)同，建立能夠自洽循環(huán)、可自迭代升級、 具有上升生命周期的智慧型實驗室，不僅能夠提高教科研資源、 資料共享及實驗室利用率，還是實踐教學(xué)的項目決策、設(shè)備運行、質(zhì)量控制以及管理科學(xué)等方面的提升基礎(chǔ)，就長遠(yuǎn)意義而言，也更有助于經(jīng)濟(jì)類學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、操作能力、開放性思維的培養(yǎng)。

2 智慧實驗室的建設(shè)思路與基本架構(gòu)

目前金陵科技學(xué)院商學(xué)院建有1 個省級重點實驗室、1 個市級人才培養(yǎng)示范基地、1 個省級知識產(chǎn)權(quán)戰(zhàn)略研究中心，實驗室面積5 600 平方米，設(shè)備3 000多萬，計算機(jī)500 臺，涉及近100 個軟件，承擔(dān)9 個本科專業(yè)的實踐教學(xué)任務(wù)，是經(jīng)濟(jì)管理類省級重點學(xué)科的科技創(chuàng)新基地。 從數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代社會發(fā)展、人才培養(yǎng)、科技創(chuàng)新等角度出發(fā)，商學(xué)院智慧實驗室建設(shè)思路是以“互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)”為主要媒介，結(jié)合智能控制、環(huán)境傳感技術(shù)，打造“開放式、多維度、數(shù)字化”的智慧空間，構(gòu)建“資源共享化、功能模塊化、管理智能化”的主體架構(gòu)。 智慧實驗室建設(shè)思路如圖1 所示。

圖1 智慧實驗室建設(shè)思路

“智慧+實驗室”主體平臺包含四個模塊，具有存儲數(shù)字化、運行智能化和管理信息化等智慧功能。 實驗室智慧系統(tǒng)主體框架如圖2 所示。

圖2 實驗室智慧系統(tǒng)主體框架示意圖

2.1 信息化管理模塊

運用Java 語言建立基于Web 平臺的高校實驗室在線預(yù)約管理系統(tǒng)（2020SR1242309）。 師生可通過在線預(yù)約系統(tǒng)查看實驗室安排表， 自主開展課程設(shè)計。分散放置的儀器設(shè)備納入智能化統(tǒng)一監(jiān)管后，實驗員可實時根據(jù)云端共享信息，方便師生了解與實驗相關(guān)的軟、硬件配備狀態(tài)，靈活地調(diào)整項目安排。

設(shè)置多鏡像存儲系統(tǒng)，利用云桌面技術(shù)將多種軟件環(huán)境和數(shù)據(jù)存儲集中化管理。 師生可通過網(wǎng)絡(luò)方便訪問服務(wù)器上的特定桌面操作系統(tǒng)；實驗管理員則通過后臺輕松管理授課桌面環(huán)境， 快速升級各類軟件，降低系統(tǒng)的病毒感染率； 定時進(jìn)行云桌面自動恢復(fù)，可提高網(wǎng)絡(luò)虛擬空間利用率。 在服務(wù)器上安裝多系統(tǒng)鏡像，還可方便轉(zhuǎn)換不同操作系統(tǒng)，增加了實驗室開放過程中各課程項目運行各自對應(yīng)軟件的靈活性、系統(tǒng)性。

2.2 智能化環(huán)境模塊

借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能感測技術(shù)，構(gòu)建實驗室物理空間的智能環(huán)境。 將傳感器與終端控制技術(shù)結(jié)合，實行實驗室的斷電控制、遠(yuǎn)程喚醒、幕布控制等；將各實驗室按儀器配置和操作分類，以“線下+線下”混接、“串聯(lián)+并聯(lián)”混搭的方式，統(tǒng)籌各實驗室軟硬件在不同課程及項目中集約化使用。 運行自動化及管理智能化的智慧實驗室最大優(yōu)勢在于可根據(jù)教學(xué)計劃盡可能多地安排課程及項目，節(jié)約有限空間的運行成本、提高物理空間利用率。

2.3 數(shù)字化存儲模塊

構(gòu)建新形態(tài)教學(xué)資源是信息技術(shù)與教學(xué)深度融合的重要任務(wù)之一。 依托“智慧+實驗室”建設(shè)，將人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、區(qū)塊鏈等現(xiàn)代信息技術(shù)與專業(yè)融合，構(gòu)建“在線課程群”，開展基于在線課程的“翻轉(zhuǎn)”教學(xué)、線上線下混合式教學(xué)和研究性教學(xué)等；秉持以“學(xué)”為中心，利用互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建會計學(xué)、國際貿(mào)易、電子商務(wù)等專業(yè)課程群的“網(wǎng)絡(luò)實踐平臺”，探索在線教學(xué)與真實教學(xué)協(xié)同互補(bǔ)的“互聯(lián)網(wǎng)＋”實驗教學(xué)新模式；設(shè)計開發(fā)“商業(yè)銀行小微企業(yè)信貸供給虛擬仿真實驗”等虛擬仿真教學(xué)項目，建設(shè)基于遠(yuǎn)程控制技術(shù)的“虛擬實驗室”，進(jìn)行“沉浸式”網(wǎng)上實驗；以數(shù)字化技術(shù)為手段，完善教學(xué)科研、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實驗資源，開發(fā)科教融合資源，強(qiáng)化案例教學(xué)、構(gòu)建學(xué)生科研、創(chuàng)新訓(xùn)練等富媒體、數(shù)字化的“實踐案例資料庫”；根據(jù)電子商務(wù)、現(xiàn)代物流、區(qū)塊鏈等具有鮮明“新文科”特點的實驗實訓(xùn)要求，專業(yè)技能嵌入行業(yè)崗位，融入智慧交通、物流運輸、交易數(shù)據(jù)、貿(mào)易決策、商務(wù)分析等領(lǐng)域，形成由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、多媒體、沙盤庫、數(shù)據(jù)庫、軟件庫等組成的數(shù)字化實驗教學(xué)云。

2.4 質(zhì)量分析模塊

基于“互聯(lián)網(wǎng)+”信息分析系統(tǒng)，形成智慧空間信息化管理閉環(huán)。 通過數(shù)據(jù)采集、計算機(jī)技術(shù)、信號處理能夠快速準(zhǔn)確地對課程實操、項目實訓(xùn)、集中實踐、仿真模擬、創(chuàng)新競賽等活動中的軟硬件運行效率和管理成本進(jìn)行分析、形成質(zhì)量報告，為分析決策提供精細(xì)化支撐等；智慧實驗室的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化優(yōu)勢在于，作為自主、自動、自洽的智慧平臺功能，實踐教學(xué)“持續(xù)改進(jìn)”教育教學(xué)理念，通過智能分析系統(tǒng)可以在實踐教學(xué)過程中更加注重過程的實施、評價、考核、反饋、優(yōu)化。 即時發(fā)現(xiàn)，智慧實驗室課程項目開展情況、處理操作過程中出現(xiàn)的問題，實施實驗過程性評估、及時整理，在共享和交換實驗數(shù)據(jù)、信息等數(shù)字資源。 智慧空間管理閉環(huán)的形成，為實驗室信息技術(shù)迭代升級及環(huán)境硬件持續(xù)建設(shè)提供質(zhì)量分析依據(jù)。

3 基于智慧實驗室的探索與實踐

根據(jù)數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代人才培養(yǎng)的平臺要求，依托信息技術(shù)發(fā)展，運用計算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)等技術(shù)，構(gòu)建“虛—實一體、商—工融通”實驗平臺，探索實踐育人、實踐教學(xué)模式改革；通過集成、交互、智能的“資源數(shù)字化、運行智能化及管理信息化”實踐載體搭建，為“新文科“實踐教育信息化發(fā)展探索解決方案。 其探索實踐如圖3 所示。

圖3 基于智慧實驗室建設(shè)的探索實踐

3.1 開發(fā)智慧云平臺，開展以“學(xué)生為中心”的育人實踐

以“學(xué)生為中心”，實驗云平臺提供給學(xué)生課程及項目的參與路徑是多渠道的、 時間空間是開放式的、學(xué)習(xí)模式是主動型的。 通過實驗室預(yù)約平臺、手機(jī)移動端App 軟件，學(xué)生可在“智慧學(xué)習(xí)系統(tǒng)”內(nèi)自主選課；基于二維碼與藍(lán)牙控制器聯(lián)動技術(shù)，在得到實驗管理員的即時授權(quán)后，學(xué)生通過微信掃碼可自主選擇實驗教室、使用實驗設(shè)備及系統(tǒng)；教師通過云端服務(wù)器，結(jié)合移動端口接入監(jiān)管系統(tǒng)，在手機(jī)上隨時隨地查看進(jìn)展、檢查安全；學(xué)生完成實驗項目后在線“提交結(jié)果”， 依據(jù)云端實驗數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)會把信息實時動態(tài)地推送給教師，學(xué)生可以得到個性化指導(dǎo)和針對性幫助。 智慧云平臺提高了學(xué)生在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)從內(nèi)容到方式、流程、考核的全過程、自主性、參與度。

3.2 構(gòu)建虛擬實驗空間，探索“智慧+”實踐教育模式改革

依托云計算構(gòu)建“虛擬實驗空間”，將實驗項目驅(qū)動設(shè)計的概念納入輔助技術(shù)的系統(tǒng)開發(fā)中，打破實驗室固定物理空間、機(jī)房計算機(jī)系統(tǒng)之間的壁壘，如管理員根據(jù)課程及項目需要，通過后臺服務(wù)器可快速將電子商務(wù)系統(tǒng)設(shè)計實驗課運行下的HTML 系統(tǒng)，切換至金融工程軟件應(yīng)用技術(shù)教學(xué)所需的Python 環(huán)境等。作為新文科學(xué)科專業(yè)探索“智慧+”教育理念的信息化載體，立足軟件開發(fā)、物聯(lián)系統(tǒng)、虛擬空間到移動終端的系統(tǒng)化構(gòu)建，智能發(fā)掘空間安排，交叉靈活地開設(shè)設(shè)計型、研究型、創(chuàng)新型實驗；智能調(diào)整開放時間，在第一、二課堂里嵌入大賽實訓(xùn)環(huán)節(jié)、科技創(chuàng)新項目。 智能集成活動類型，以賽促教、以訓(xùn)助績，提升實訓(xùn)、可生產(chǎn)、可真實運作的項目內(nèi)涵。 通過開放共享、交叉并用的實驗室可面向3 600 位師生的169 門課程及14個實驗室開放項目和16 個大學(xué)生創(chuàng)新計劃交叉嵌入同步實施。

3.3 設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)，搭建“商—工融合”智能載體

隨著計算機(jī)技術(shù)的提升及高等教育的發(fā)展，實驗室已從傳統(tǒng)意義的單純教學(xué)輔助空間，轉(zhuǎn)變?yōu)椤伴_放性、多維度、虛實一體”的新載體。 同時利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能控制技術(shù)和無線通信技術(shù)，可進(jìn)行設(shè)備實時動態(tài)調(diào)試，服務(wù)器集群維護(hù)；有效存儲與備份，標(biāo)準(zhǔn)化維護(hù)，即智能控制平臺，快速地配置軟、硬件資源。 將計算機(jī)、電源、投影、交換機(jī)、門禁等設(shè)施通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)接入中央控制管理平臺，控制學(xué)生機(jī)、投影、交換機(jī)、 電源和門禁開啟和關(guān)閉的實現(xiàn)單人對多個環(huán)節(jié)、多臺設(shè)備的全方位管理。 主控系統(tǒng)通過智能終端管理單元與虛擬平臺桌面架構(gòu)結(jié)合，有效整合、集成商學(xué)院實驗室的服務(wù)器、存儲卡、路由器、交換機(jī)、終端、貨運設(shè)備、移動導(dǎo)軌等資源，可實現(xiàn)人員與設(shè)備、設(shè)備與設(shè)備之間的信息交互與數(shù)據(jù)共享。 這種智能、自動開放的線上線下混合控制系統(tǒng)，可進(jìn)行經(jīng)濟(jì)管理綜合實驗室、智能冷鏈物流管理創(chuàng)新實驗室、物流運作模擬實驗室及互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)與產(chǎn)業(yè)研究中心等擁有的14 間實驗室的集成化智能控制。 以學(xué)生預(yù)期能力培養(yǎng)為導(dǎo)向反向設(shè)計智能實驗室， 也為實踐過程中的教學(xué)相長、設(shè)備共享、人機(jī)交互提供了“智慧物理空間”。

4 結(jié)語

隨著高等教育改革發(fā)展及智慧教育的改革創(chuàng)新，高校實驗室作為三全育人及協(xié)同創(chuàng)新載體，為新文科創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供信息化的育人中心；為“互聯(lián)網(wǎng)+”實踐教學(xué)改革，提供智能化的實施環(huán)境；為產(chǎn)教融合發(fā)展，提供數(shù)字化的管理平臺。 本文圍繞新文科實驗室建設(shè)目標(biāo)，依托計算機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)技術(shù)，建立云平臺、控制系統(tǒng)、移動互聯(lián)等模塊，探索了新數(shù)字經(jīng)濟(jì)背景下實驗室作為“智慧+教育”實踐育人載體的建設(shè)研究。