新工科視域下高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)與管理探析

盤茂杰 吳啟超

關(guān)鍵詞：信息化；新工科；互聯(lián)網(wǎng)+

在新工科專業(yè)建設(shè)的背景下，在網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)代中，信息化已成為世界各國(guó)的戰(zhàn)略重點(diǎn)和優(yōu)先發(fā)展的動(dòng)力，成為社會(huì)發(fā)展的新生產(chǎn)力，推動(dòng)著人類社會(huì)不斷進(jìn)步。高校是為國(guó)家培養(yǎng)人才的堅(jiān)實(shí)基地，是知識(shí)創(chuàng)新的重要源泉，是為社會(huì)注入新活力的孵化場(chǎng)所[1]。實(shí)驗(yàn)室作為高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要陣地，實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)與管理水平的高低直接影響到高校人才培養(yǎng)質(zhì)量的優(yōu)劣。為了更好地服務(wù)于新工科專業(yè)人才的培育，徹底貫徹高校服務(wù)社會(huì)的宗旨，目前所有高校都十分重視實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展建設(shè)，大力推進(jìn)“智慧實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)，提高實(shí)驗(yàn)室信息化程度。但是，怎樣提高實(shí)驗(yàn)室的信息化程度已成為各大高校所面臨的迫切問(wèn)題。

1 高校實(shí)驗(yàn)室信息化現(xiàn)狀

1.1 實(shí)驗(yàn)室資源配置緊張

在新工科專業(yè)建設(shè)的大背景下，近年來(lái)絕大部分課程的教學(xué)模式慢慢朝著理論與實(shí)踐相結(jié)合的方式轉(zhuǎn)變。對(duì)于計(jì)算機(jī)編程實(shí)操的依賴程度也逐年提升，導(dǎo)致相關(guān)計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室的排課率居高不下，造成實(shí)驗(yàn)室資源配置緊張。在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)分配有限的情況下，新實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)度跟不上實(shí)際的需求，部分舊實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)設(shè)備也得不到及時(shí)更新，這不僅加速了設(shè)備性能的下降，也極大地增加了后續(xù)維護(hù)的難度[2]。在實(shí)際操作的過(guò)程中，由于硬件存在性能瓶頸，無(wú)法較好地適配某些教學(xué)軟件，極易出現(xiàn)卡頓、宕機(jī)，影響日常教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)以及實(shí)訓(xùn)工作的正常開(kāi)展，進(jìn)一步使得實(shí)驗(yàn)室資源的分配捉襟見(jiàn)肘。

1.2 實(shí)驗(yàn)室信息化程度不高

隨著高校本身的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)管理模式已經(jīng)很難滿足實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際需求。在傳統(tǒng)管理模式下，實(shí)驗(yàn)室信息化程度不高，在記錄設(shè)備使用情況和設(shè)備維護(hù)情況等相關(guān)事務(wù)上都會(huì)產(chǎn)生很多紙質(zhì)材料。這不僅耗費(fèi)大量的人力和物力，而且管理效率低下，長(zhǎng)此以往不利于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析和保存。除此之外，另一個(gè)比較突出的問(wèn)題是缺乏便捷的數(shù)據(jù)共享方式，使得管理人員難以實(shí)時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)室的具體情況，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的使用狀況不夠清晰，不利于實(shí)驗(yàn)室資源的有效分配，容易導(dǎo)致設(shè)備空閑下來(lái)，設(shè)施利用率低，造成資源的浪費(fèi)[3]。

1.3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式單一

在高等教育的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，各高校各學(xué)科基本按照教學(xué)大綱以及培養(yǎng)方案的要求，選擇最為經(jīng)典成熟的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。但由于上課時(shí)間以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，線下課堂中每個(gè)學(xué)生所能掌握的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)方法十分有限。在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以及培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力上，目前的實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)也還存在較大的不足[4]。不僅如此，由于不同學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解、掌握程度不同，僅僅依靠課堂上的教學(xué)難以讓每名學(xué)生能夠準(zhǔn)確把握實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想以及每個(gè)步驟的詳細(xì)作用。在日常教學(xué)中，大部分學(xué)生只是“照葫蘆畫(huà)瓢”，在老師的指導(dǎo)下完成課程設(shè)置的實(shí)驗(yàn)，難以培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

2 高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的必要性

2.1 有利于提高實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平，保證教學(xué)質(zhì)量

通過(guò)在高校實(shí)驗(yàn)室中廣泛使用多種信息技術(shù)手段，可以充分地將相關(guān)的信息資源進(jìn)行調(diào)度整合。不僅有助于共享信息平臺(tái)的搭建，而且有助于多層次多空間數(shù)據(jù)的管理統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室、不同平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)信息共享，進(jìn)而提高實(shí)驗(yàn)室信息共享能力和信息傳遞速度，減少了實(shí)驗(yàn)室信息互通上所存在的壁壘，有效促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室管理向著高信息化、高智能化的道路邁進(jìn)，更好地服務(wù)于學(xué)校日常教學(xué)工作以及科研需求[5]。

此外，在對(duì)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、統(tǒng)計(jì)和管理的過(guò)程中，可以較為有效地實(shí)現(xiàn)資源的高效共享和有效調(diào)度，更為靈活地對(duì)各類事務(wù)及時(shí)進(jìn)行處理，達(dá)到信息化管理的目的。不僅方便快捷、高效自動(dòng)，提高了實(shí)驗(yàn)室信息化水平，而且從另一方面來(lái)說(shuō)也保證了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開(kāi)展實(shí)施，在教學(xué)質(zhì)量上有了更好的保障。

2.2 有利于整合實(shí)驗(yàn)資源，提高資源利用率

對(duì)于高校實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，在整個(gè)信息化建設(shè)過(guò)程中，如何防止資源浪費(fèi)和設(shè)備閑置，關(guān)系到實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)能否取得成功。高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)，不僅關(guān)系到大量實(shí)驗(yàn)器材，還涉及相關(guān)的老師和學(xué)生。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)可以顯著地提高實(shí)驗(yàn)室管理水平，解決傳統(tǒng)管理模式下存在的資源分配不均和資源共享不便等問(wèn)題。

在通過(guò)信息化平臺(tái)對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備進(jìn)行管理時(shí)，還可以進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)資源的整合、優(yōu)化和共享，并在全校開(kāi)放運(yùn)行、共享使用，努力提高新增設(shè)備的利用率，建設(shè)全新的云架構(gòu)實(shí)驗(yàn)室，給向更廣大的受眾開(kāi)放奠定了基礎(chǔ)。

2.3 有利于培養(yǎng)新工科人才

新工科領(lǐng)域人才培養(yǎng)體系和科技應(yīng)用體系，是面向智能時(shí)代、聚焦高端產(chǎn)業(yè)的體系。通過(guò)創(chuàng)新發(fā)展產(chǎn)教融合和校企合作模式，推動(dòng)新工科領(lǐng)域人才培養(yǎng)、科學(xué)建設(shè)、社會(huì)服務(wù)和應(yīng)用示范的全方位發(fā)展，引領(lǐng)教育服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略、融入?yún)^(qū)域發(fā)展、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，為培養(yǎng)復(fù)合型高水平的新工科專業(yè)人才提供良好的環(huán)境。

具體到高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的過(guò)程中，在對(duì)實(shí)驗(yàn)室各層次信息資源進(jìn)行分享的同時(shí)，還需要將不同空間下的實(shí)驗(yàn)室信息進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)、通信，高度集成實(shí)驗(yàn)室的各種功能，破除了實(shí)驗(yàn)室資源在空間上的限制，更為有效地促進(jìn)了科技創(chuàng)新，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室服務(wù)教學(xué)和協(xié)助科研的能力，有利于提高對(duì)新工科專業(yè)人才的培養(yǎng)能力。

3 高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)思路

首先，要從當(dāng)前高校實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際狀況著手，對(duì)實(shí)驗(yàn)室各個(gè)信息基礎(chǔ)設(shè)施加強(qiáng)建設(shè)，例如實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)、線上實(shí)驗(yàn)平臺(tái)等。借助“互聯(lián)網(wǎng)+”現(xiàn)代化信息技術(shù)，并輔以新興實(shí)用的管理方法，全面推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)管理，早日完成實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)目標(biāo)。近年來(lái)由于高校規(guī)模不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)設(shè)備與日俱增，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的信息化程度顯得愈發(fā)重要。信息化建設(shè)不僅有利于提高對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的管理效率，也可以更好地掌握實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的各種信息。在對(duì)其他高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案進(jìn)行借鑒的時(shí)候，由于各高校實(shí)驗(yàn)室所承擔(dān)的職能不盡相同，還需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況有選擇地進(jìn)行借鑒，合理地建設(shè)一個(gè)滿足實(shí)際使用需求的信息化系統(tǒng)。

其次，完善實(shí)驗(yàn)室信息化管理平臺(tái)，讓老師和學(xué)生可以在線上方便快速地了解實(shí)驗(yàn)室和儀器設(shè)備的使用狀況，使得實(shí)驗(yàn)室資源可以得到充分地利用。進(jìn)一步地，對(duì)實(shí)驗(yàn)室線上管理平臺(tái)進(jìn)行建設(shè)，提供實(shí)驗(yàn)室預(yù)約申請(qǐng)、服務(wù)器使用申請(qǐng)等實(shí)用功能，并通過(guò)小程序、企業(yè)微信等多種方式方便學(xué)校師生對(duì)平臺(tái)進(jìn)行訪問(wèn)。為了滿足師生在教學(xué)、科研上的不同實(shí)驗(yàn)需求，還可以對(duì)目前實(shí)驗(yàn)室資源進(jìn)行整合、分類，劃分成不同類型的實(shí)驗(yàn)室，更進(jìn)一步開(kāi)放共享實(shí)驗(yàn)資源，最大限度地提高實(shí)驗(yàn)室的利用率。

最后，進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的信息化。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，隨著新工科專業(yè)的普及，實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)提上了日程。實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)實(shí)現(xiàn)信息化管理的過(guò)程中，需要將實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容發(fā)布在各種線上學(xué)習(xí)平臺(tái)，如超星爾雅、學(xué)習(xí)通等。每名學(xué)生可以根據(jù)專業(yè)要求、課程內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)掌握情況選擇對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)課程進(jìn)行觀看，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的利用效率，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及時(shí)復(fù)習(xí)、思考，鞏固所學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣。

4 高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)與管理的策略

4.1 增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備信息化程度

通過(guò)對(duì)當(dāng)前實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)情況進(jìn)行分析，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際工作需要，努力調(diào)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作熱情，在此基礎(chǔ)上建立健全一套切實(shí)可行的、符合社會(huì)發(fā)展規(guī)律的實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)方案，從整體上全面提升實(shí)驗(yàn)室管理水平[6]。在日常教學(xué)和科研工作中，應(yīng)該適當(dāng)?shù)匕才艑ｉT的人員負(fù)責(zé)管理，保證教學(xué)工作和科研工作互不干擾、各自開(kāi)展。根據(jù)實(shí)際需求相應(yīng)地分配資源，做到有章可循，減少個(gè)人主觀因素的影響，全方位提高實(shí)驗(yàn)室資源利用率。在確保實(shí)驗(yàn)室管理人員、任課老師和學(xué)生的需求得到滿足的同時(shí)，把實(shí)驗(yàn)室信息化管理質(zhì)量的提升放在首要位置，確保學(xué)生課程實(shí)驗(yàn)與老師科研實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘Ｓ行虻亻_(kāi)展。

具體做法是以信息技術(shù)為核心，以云計(jì)算平臺(tái)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化為方向，建設(shè)更多數(shù)字信息化云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室，拓?fù)鋱D如圖1所示。為了更好地完成實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)，服務(wù)于新工科專業(yè)人才的培養(yǎng)，有必要借助現(xiàn)代化信息技術(shù)手段建設(shè)一批新型信息化實(shí)驗(yàn)室，如人工智能與深度學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室、大數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室、云平臺(tái)實(shí)驗(yàn)室、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室等[7]。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室容易受到場(chǎng)地環(huán)境和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的束縛，無(wú)法進(jìn)行一些復(fù)雜的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。新型信息化實(shí)驗(yàn)室則可以有效地拓展實(shí)驗(yàn)空間，豐富實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容的設(shè)計(jì)上增加了較大的操作空間。目前，大部分高校或多或少建立了一定數(shù)量的信息化實(shí)驗(yàn)室，給老師和學(xué)生們的教學(xué)科研工作提供了很大的便捷。

4.2 革新實(shí)驗(yàn)室管理模式

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，在高校的實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)中應(yīng)該更多地將信息技術(shù)和實(shí)驗(yàn)教育有機(jī)地結(jié)合統(tǒng)一起來(lái)，達(dá)到實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)化與智能化的要求，改進(jìn)、革新實(shí)驗(yàn)室的管理模式。在新工科建設(shè)的大背景下，需要加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室管理人員的培訓(xùn)工作，使得管理人員的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力可以適應(yīng)社會(huì)的發(fā)展，更好地服務(wù)于實(shí)驗(yàn)室教學(xué)和科研工作，為實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)管理和可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)有力支撐。此外，為了保障實(shí)驗(yàn)室資源能夠得到最有效的使用，高校實(shí)驗(yàn)室的管理人員應(yīng)該主動(dòng)學(xué)習(xí)先進(jìn)的管理方式，摒棄傳統(tǒng)管理方式下存在的不足和缺陷，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)室人力安排、財(cái)務(wù)開(kāi)銷和設(shè)備分配，加強(qiáng)與當(dāng)?shù)仄髽I(yè)的合作交流，為企業(yè)與學(xué)校合作搭建橋梁，擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)室的影響力，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室在人才培養(yǎng)上的獨(dú)特作用。

在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中，對(duì)各個(gè)實(shí)驗(yàn)室的計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行整合，架構(gòu)圖如圖2所示，可以有效提升機(jī)房整體的運(yùn)算處理能力。通過(guò)云桌面在服務(wù)器上的應(yīng)用，可以有效地實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)資源的整合統(tǒng)一，并根據(jù)需求將資源分配到相應(yīng)位置，實(shí)現(xiàn)配置進(jìn)一步優(yōu)化和資源高效利用的目的。在日常機(jī)房管理中，云桌面還可以隨時(shí)備份存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)運(yùn)行信息以及運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)，保證了數(shù)據(jù)的安全性和可恢復(fù)性。云桌面具有很強(qiáng)的兼容性、造價(jià)低，便于維護(hù)，便于管理，適用于機(jī)房大部分計(jì)算機(jī)設(shè)備的升級(jí)改造[8]。

4.3 完善實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行管理體系

高校要在最大程度上增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的信息化建設(shè)管理水平，需要把相關(guān)實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行管理體系的完善放在首要地位，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)實(shí)驗(yàn)室的信息化管理系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。高校實(shí)驗(yàn)室信息化管理系統(tǒng)的主要組成部分有：信息化管理設(shè)備、技術(shù)人才隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)室安全建設(shè)等，多個(gè)子系統(tǒng)相互關(guān)聯(lián)和相互協(xié)同，在實(shí)驗(yàn)室實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中針對(duì)實(shí)際情況發(fā)揮著不同的作用。在實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)中，還需要加強(qiáng)分布式感知計(jì)算的復(fù)用引導(dǎo)式教學(xué)實(shí)驗(yàn)資源建設(shè)。信息化實(shí)驗(yàn)教學(xué)可分為幾個(gè)模塊，分別為實(shí)驗(yàn)教學(xué)區(qū)、教學(xué)服務(wù)器區(qū)、學(xué)生區(qū)和教師區(qū)，如圖3所示。根據(jù)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，教學(xué)資源管理系統(tǒng)對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)掌握情況進(jìn)行分析，為學(xué)生提供實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)引導(dǎo)服務(wù)，提供合適的、有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)資源以及專業(yè)的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)方法，對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行全程監(jiān)督、輔導(dǎo)。

具體來(lái)說(shuō)可分成兩步：第一，利用核心交換機(jī)、防火墻、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，通過(guò)泛在網(wǎng)絡(luò)將智慧實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)等主要實(shí)踐教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫對(duì)接，然后利用網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)等技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)獲取實(shí)驗(yàn)操作動(dòng)態(tài)、實(shí)驗(yàn)資料和教學(xué)資源等相關(guān)數(shù)據(jù)。第二，利用云計(jì)算技術(shù)和超融合虛擬化技術(shù)，設(shè)計(jì)集數(shù)據(jù)采集、治理、倉(cāng)儲(chǔ)，挖掘和管理于一體的大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，研究計(jì)算機(jī)視覺(jué)中基于視頻的行為識(shí)別算法、自然語(yǔ)言處理中的語(yǔ)音識(shí)別算法以及機(jī)器學(xué)習(xí)中的數(shù)據(jù)分析與推薦算法等核心算法，設(shè)計(jì)行為分類模型、語(yǔ)音識(shí)別模型、大數(shù)據(jù)分析和智能推薦系統(tǒng)等智能模型，滿足新工科實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求。

5 結(jié)束語(yǔ)

在新工科專業(yè)蓬勃建設(shè)的浪潮中，實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)對(duì)于高校的實(shí)踐教學(xué)和科研實(shí)驗(yàn)發(fā)揮著積極有利的一面。實(shí)驗(yàn)室信息化通過(guò)將實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備信息、使用情況進(jìn)行歸納管理，對(duì)機(jī)房現(xiàn)有的計(jì)算資源、運(yùn)算設(shè)備進(jìn)行整合，更加方便信息的共享以及資源的分配。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室信息化的建設(shè)，可以多角度、全方位地提升實(shí)驗(yàn)室運(yùn)轉(zhuǎn)效率，提高日常教學(xué)活動(dòng)的質(zhì)量，促進(jìn)科研工作的開(kāi)展，為培養(yǎng)新一代工科應(yīng)用型人才提供強(qiáng)有力的保障[9]。