機能學(xué)智慧實驗室建設(shè)探索

方 瑜,彭慧琴,厲旭云,孫岑岑,梅汝煥,張 巖△

(1浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中心機能分中心, 杭州 310058; 2浙江大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中心; △通訊作者)

我國《教育信息化2035》《“十四五”國家信息化規(guī)劃》《教育信息化2.0行動計劃》等政策文件陸續(xù)出臺,教育信息化受到前所未有的重視,各大高校均努力推進信息技術(shù)和智能技術(shù)與教育教學(xué)深度融合,智慧教室應(yīng)運而生。近年來,浙江大學(xué)逐步對理論課教室進行智慧化升級改造,增添智慧教學(xué)設(shè)施以滿足線上教學(xué)需求[1-3],但目前實驗教學(xué)仍面臨較大的線上教學(xué)困難。因此,構(gòu)建智慧實驗室不僅是形勢發(fā)展的需要,也是高校信息化建設(shè)的必然要求,更是深化教育教學(xué)改革,創(chuàng)新教育理念和教育模式,提升人才培養(yǎng)質(zhì)量和教學(xué)質(zhì)量的必由之路。

機能實驗是醫(yī)學(xué)生必修的基礎(chǔ)性實驗課程,是基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)不可或缺的重要組成部分,在培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、科研能力、創(chuàng)新能力、探索能力、思維能力等方面都起到了重要作用。因此,我們亟須在機能實驗教學(xué)中引入新技術(shù)、新方法,以促進機能實驗教學(xué)水平的提高。2022年上半年,在學(xué)校學(xué)院的大力支持下,我中心按照先點后面、引領(lǐng)示范的原則,利用信息技術(shù)和智能技術(shù)手段,對機能教學(xué)實驗室進行了改造,通過更新部分設(shè)備來提升實驗室功能,將實驗室改造成智能化、信息化的智慧教學(xué)實驗室,從而實現(xiàn)線上線下、虛實結(jié)合、師生互動、生生互動的高效實驗教學(xué),更好地服務(wù)于實驗教學(xué)課程改革的深入開展。文章以機能學(xué)智慧實驗室為例具體介紹智慧實驗室建設(shè)情況。

1 智慧實驗室具體體現(xiàn)

機能教學(xué)實驗室成立于2006年,基礎(chǔ)設(shè)施、硬件設(shè)施都有所老化,無法順利支撐線下線上實驗課程授課的完美切換。因此,對實驗室進行智能化轉(zhuǎn)型升級已刻不容緩。智慧實驗室智能化主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 實驗室管理智慧化

智慧化的實驗室管理應(yīng)包括智能門禁系統(tǒng)、遠(yuǎn)程教學(xué)功能、儀器設(shè)備共享管理、實驗室遠(yuǎn)程監(jiān)控等[4]。教師應(yīng)充分運用信息化手段進行實驗室管理,以提高人員管理效率,提升管理服務(wù)水平,助力實驗室安全建設(shè)。例如,教師借助移動客戶端,實現(xiàn)遠(yuǎn)程移動辦公;學(xué)生提前預(yù)約實驗,預(yù)約成功后,可憑校園卡在預(yù)約時段進入實驗室開展實驗;學(xué)生因突發(fā)狀況無法到實驗室上課,亦可通過遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)進行在線同步學(xué)習(xí);中心建設(shè)儀器設(shè)備、實驗室共享平臺,提高實驗室儀器設(shè)備及實驗場所利用率;中心增加監(jiān)控攝像頭,教師可遠(yuǎn)程觀察實驗室狀態(tài),實時預(yù)警實驗室安全等[5]。

1.2 教學(xué)管理智慧化

智慧化的教學(xué)管理包括課堂教學(xué)設(shè)備便捷共享、同屏實時傳輸、師生實時互動等方面。教師需建立以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)管理方案,在實驗教學(xué)課堂中,完全實現(xiàn)學(xué)生實驗操作過程全程錄制、師生實時無障礙互動等功能;對學(xué)生操作可以進行全局把控,有助于對學(xué)生的課堂表現(xiàn)給出更準(zhǔn)確的評價。

1.3 環(huán)境監(jiān)測智慧化

智慧化環(huán)境監(jiān)測應(yīng)包括光線智能調(diào)節(jié)、溫濕度實時監(jiān)測、通風(fēng)設(shè)施智能調(diào)整、水電智能控制等,確保實驗室大環(huán)境既滿足節(jié)約能耗的要求,又滿足實驗順利開展的需求。

1.4 線上課堂智慧化

完善的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施為線上課堂提供強有力的支撐。因此,教師要做好虛擬仿真實驗平臺的日常維護和正常運行、課程網(wǎng)站的建設(shè)及維護等,應(yīng)充分利用現(xiàn)代信息技術(shù),加快形成多元協(xié)同、內(nèi)容豐富、應(yīng)用廣泛、服務(wù)及時的云服務(wù)體系,打造適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主服務(wù)需求的線上課堂;包括校內(nèi)外高速訪問課程資源、實驗數(shù)據(jù)采集與分析、數(shù)據(jù)共享等功能,確保學(xué)生可以利用PC端、移動設(shè)備等進行隨時隨地的自主在線學(xué)習(xí),以補充和完善智慧實驗室的功能。

2 機能學(xué)智慧實驗室建設(shè)內(nèi)容

我中心對傳統(tǒng)實驗室進行升級改造:首先,應(yīng)加強實驗室基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以保障實驗室安全運行;其次,應(yīng)添置智慧化教學(xué)設(shè)備以提升實驗教學(xué)環(huán)境水平;最后,應(yīng)添置具有機能學(xué)專業(yè)特色的教學(xué)儀器,以提升教學(xué)手段和學(xué)生體驗。

2.1 基礎(chǔ)設(shè)施改造

實驗室基礎(chǔ)設(shè)施改善是智慧實驗室建設(shè)的先決條件。首先,要確保供水、供電、照明、網(wǎng)絡(luò)、空調(diào)和通風(fēng)換氣設(shè)施與智慧實驗室功能相匹配;其次,需加強實驗室安全設(shè)施建設(shè),如增設(shè)煙霧火警探測器、加裝洗眼裝置、加裝監(jiān)控系統(tǒng)、更換一卡通智能門禁設(shè)備等,以保障智慧實驗室安全平穩(wěn)運行;最后,還需加強實驗室環(huán)境文化建設(shè),如展示智慧實驗室準(zhǔn)入制度、優(yōu)秀課程案例介紹、學(xué)生創(chuàng)新實驗優(yōu)秀作品等內(nèi)容,營造良好學(xué)習(xí)氛圍。

2.2 添置智慧化教學(xué)設(shè)備

中心加強實驗教學(xué)演示與交互功能設(shè)備的投入,引進一鍵上下課系統(tǒng)、雙屏顯示系統(tǒng)、錄播系統(tǒng)等智慧教學(xué)設(shè)備,保障教師個性化教學(xué)方式的無障礙實現(xiàn)。依托智慧化教學(xué)設(shè)備,教師可以實現(xiàn)實驗課堂的多屏顯示、無線投屏、遠(yuǎn)程交互、臨床手術(shù)實時對接、講解與演示模式和板書模式自由切換等多種課堂功能,充分開展師生互動和生生互動,從而高效、便捷地完成課程教學(xué)要求,以達到課程既定效果。

2.3 添置集成一體式生物信號采集系統(tǒng)

機能智慧實驗室本次采購了一批集成一體式生物信號采集系統(tǒng)(以下簡稱“一體機”)應(yīng)用于實驗教學(xué)。一體機集可移動實驗平臺、生物信號采集、實驗環(huán)境監(jiān)測和同步演示功能于一體,具備實驗儀器一體化平臺控制,并集成了醫(yī)學(xué)實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)、動物虛擬仿真實驗系統(tǒng)和人體虛擬仿真實驗系統(tǒng)。學(xué)生可在實景實驗操作與虛擬仿真實驗操作之間隨意切換。一體機可實現(xiàn)教學(xué)過程的全方位實時感知、動態(tài)控制、智慧管理、無差別廣播等。一體機不僅具備優(yōu)秀的生物信號采集功能,同時還可以實現(xiàn)實驗教學(xué)過程中的師生互動、生生互動,增強學(xué)生的參與感和協(xié)作性。教師授課時不離開講臺便能迅速獲取特定小組的實驗操作畫面,隨后給出準(zhǔn)確指導(dǎo),從而實現(xiàn)機能學(xué)實驗教學(xué)的智慧化管理,進一步提升實驗教學(xué)質(zhì)量。

3 機能學(xué)智慧實驗室運行反饋

機能學(xué)智慧實驗室于2022年秋冬學(xué)期投入使用,期間整體運行情況良好,師生普遍反映較好。授課教師表示,新的實驗室布局不僅適用于傳統(tǒng)的講座式課堂,也適用于TBL等小組式教學(xué)新模式,且一體機雙電腦的配置更有利于同時開展動物手術(shù)實驗操作、ESP虛擬病人實驗操作或動物虛擬仿真實驗操作,亦可根據(jù)課程需求開展創(chuàng)新性實驗研究,極大方便了教師開展個性化的授課模式。

3.1 改善和提升實驗教學(xué)環(huán)境

基于機能實驗室原有設(shè)備陳舊、功能不全、存在安全隱患、不能滿足新形態(tài)實驗教學(xué)需要等問題,中心根據(jù)實際情況,高標(biāo)準(zhǔn)改造原有實驗室的基礎(chǔ)設(shè)施并更新儀器設(shè)備。煥然一新的實驗室深受師生好評。改善和提升實驗教學(xué)環(huán)境亦是從以學(xué)生為本出發(fā),是踐行以學(xué)生為中心的實驗教學(xué)模式。教師將信息化技術(shù)引入實驗教學(xué)中,以新技術(shù)、新方法、新的實驗項目來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,并充分調(diào)動學(xué)生上課的積極性和參與度,引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí),有利于多種教學(xué)新模式的開展,從而提升實驗教學(xué)的質(zhì)量和效果。

我們就機能學(xué)智慧實驗室使用情況面向2020級臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)、預(yù)防醫(yī)學(xué)專業(yè)、口腔醫(yī)學(xué)專業(yè)等四百余名學(xué)生進行了問卷調(diào)查。經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),實驗室改造后,學(xué)生對教室環(huán)境感到滿意的比例達到96.7%,對實驗設(shè)備感到滿意的比例更是高達97.5%,另外,對上課錄播系統(tǒng)的滿意率也達到了87.5%。同時,學(xué)生也提出了一些意見和建議,認(rèn)為在今后的實驗室升級改造過程中,可以增設(shè)學(xué)生私人物品儲存柜、公共休息區(qū)及飲用水設(shè)施,給予學(xué)生更多的人文關(guān)懷。

3.2 信息化助推教師隊伍建設(shè)

智慧實驗室充分依托信息化技術(shù)來維護和運行,亦可助推教師隊伍信息素養(yǎng)提高。教師隊伍建設(shè)主要包括提升教師數(shù)字素養(yǎng)及相關(guān)技能。智慧實驗室可以充分調(diào)動教師的教學(xué)活力和教學(xué)能力,推動教師加強對專業(yè)建設(shè)、課程實施、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段、教學(xué)評價等方面的研究探索,提升教學(xué)研究意識,更好地凝練和推廣研究成果。在今后的實驗教學(xué)中,教師應(yīng)充分挖掘智慧實驗室的功能,不斷完善基礎(chǔ)實驗課程信息化應(yīng)用,以高水平的教育信息化推動教師隊伍建設(shè)及醫(yī)學(xué)實驗課程高質(zhì)量發(fā)展。

3.3 引領(lǐng)和示范作用

機能學(xué)智慧實驗室的建設(shè)與發(fā)展,助力校園智慧化的推進進程,不僅能更好地服務(wù)師生,培養(yǎng)一流拔尖醫(yī)學(xué)人才,更能有效促進學(xué)校的教學(xué)科研水平,為學(xué)校的“雙一流”建設(shè)貢獻實驗教學(xué)力量。因此,未來的工作重點應(yīng)該是積極開展信息化智慧實驗室改造和管理的創(chuàng)新研究、試點示范和應(yīng)用實踐工作,大力推進實驗室向智慧化轉(zhuǎn)型升級,為其他學(xué)科和專業(yè)實驗室提供建設(shè)樣板。

教育數(shù)字化行動是國家層面的戰(zhàn)略行動,我國教育信息化正邁向數(shù)字化轉(zhuǎn)型新階段。在新醫(yī)科背景下,高校以信息化為主導(dǎo),以提高實驗教學(xué)質(zhì)量為目標(biāo),以互聯(lián)網(wǎng)、實驗教學(xué)中心虛擬仿真實驗平臺、手術(shù)操作視頻等數(shù)字資源、智慧化教學(xué)設(shè)備等為依托,按照服務(wù)師生、安全運行為原則,積極推進實驗室信息化建設(shè)[6-8]。我們應(yīng)當(dāng)以目標(biāo)導(dǎo)向、效果導(dǎo)向相結(jié)合,以新醫(yī)科建設(shè)為工作統(tǒng)領(lǐng),以高等教育數(shù)字化為戰(zhàn)略引擎,以培養(yǎng)卓越醫(yī)學(xué)拔尖人才為核心目標(biāo),以基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實驗教學(xué)中心實驗室轉(zhuǎn)型升級為契機,深入推進“醫(yī)學(xué)+X”多學(xué)科背景的復(fù)合型創(chuàng)新拔尖人才和新醫(yī)科人才的培養(yǎng)[9-11]。