高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)實(shí)踐探索

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摘要：在“智能+”時(shí)代，高校“雙一流”建設(shè)離不開一流實(shí)驗(yàn)室的支撐。該文介紹并分析了北京郵電大學(xué)在加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)方面的舉措，利用信息技術(shù)著力打造集約化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)室安全管理平臺(tái)，在支撐人才培養(yǎng)及規(guī)范實(shí)驗(yàn)室安全工作等方面發(fā)揮了積極作用，取得一定成效。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)室信息化；智能+；雙一流建設(shè)

黨的報(bào)告指出：要“加快一流大學(xué)和一流學(xué)科建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高等教育內(nèi)涵式發(fā)展”，高校“雙一流”建設(shè)，根本的是一流學(xué)科建設(shè)，無論是產(chǎn)出一流成果，還是培養(yǎng)一流人才，都少不了一流實(shí)驗(yàn)室的支撐[1]。在推進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)涵式建設(shè)的過程中，提高實(shí)驗(yàn)室管理效率和水平，已成為高校新工科建設(shè)領(lǐng)域的共識(shí)。我校在“智能+”時(shí)代，勇開新路，充分發(fā)揮信息技術(shù)學(xué)科的優(yōu)勢，堅(jiān)持走信息化特色發(fā)展道路，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)全覆蓋的智慧校園和綠色實(shí)驗(yàn)室，不斷深化對一流學(xué)科建設(shè)和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)人才培養(yǎng)的支撐，形成了以信息技術(shù)打造集約化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)和實(shí)驗(yàn)室管理平臺(tái)的新模式。

1利用信息技術(shù)打造集約化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)

高校要以提高實(shí)驗(yàn)室綜合效益為原則，科學(xué)設(shè)置實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)體系，打破實(shí)驗(yàn)室之間的壁壘和條塊分割，優(yōu)化資源配置，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室資源整合與共享[2]。我校依托信息技術(shù)，克服實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享渠道不通暢的“信息孤島”現(xiàn)象，減少重復(fù)建設(shè)，集中優(yōu)勢資源，著力打造受益面廣、輻射作用明顯、利用率高的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，并推動(dòng)成果共享[3]。通過互聯(lián)網(wǎng)支撐的信息化教學(xué)環(huán)境引導(dǎo)教師更有效地投入實(shí)踐教學(xué)，積極探索實(shí)踐教學(xué)線上與線下融合、虛擬與實(shí)際結(jié)合、開放與特色并重的多樣化、跨專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，為培養(yǎng)和提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力提供強(qiáng)有力的支撐。1.1虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校本科人才培養(yǎng)工作中不可或缺的重要組成，可集成多媒體、電子、網(wǎng)絡(luò)、人機(jī)交互、人工智能等諸多高新技術(shù)，對各類復(fù)雜、不可及或不可逆的現(xiàn)實(shí)工程項(xiàng)目進(jìn)行抽象和簡化，對培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力和工程創(chuàng)新能力具有積極作用[4]。學(xué)校組織力量、加大投入、重點(diǎn)支持建設(shè)了2個(gè)國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心——“電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”和“通信與網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心”。依托這2個(gè)國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心，學(xué)校加強(qiáng)了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的培育和孵化，建設(shè)了一批高質(zhì)量、廣覆蓋的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，其中“面向新生的工程認(rèn)知及創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”獲批為教育部2017年度示范性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目。通信與網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心構(gòu)建了“虛實(shí)結(jié)合”的通信與網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基于先進(jìn)的SDN技術(shù)搭建，利用真實(shí)的校園網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供各類虛擬化的通信和網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)，技術(shù)水平國內(nèi)領(lǐng)先。該實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)為我校通信工程等9個(gè)本科專業(yè)提供7大類101項(xiàng)虛擬實(shí)驗(yàn)，支持“現(xiàn)代通信技術(shù)”“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)”等35門理論專業(yè)和仿真實(shí)驗(yàn)課程以及課程設(shè)計(jì)、綜合訓(xùn)練項(xiàng)目等，直接服務(wù)學(xué)生3000人/年，開設(shè)實(shí)驗(yàn)288000人時(shí)/年。電子信息虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心研發(fā)的開放式虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，滿足了“電子電路基礎(chǔ)”“高頻電子線路”“數(shù)字電路”等課程的虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)需求，高度仿真了電子信息學(xué)科實(shí)驗(yàn)器材，如示波器、頻譜分析儀、路由器、交換機(jī)、Web服務(wù)器等，可供學(xué)生隨時(shí)隨地開展設(shè)計(jì)性和驗(yàn)證性虛擬實(shí)驗(yàn)。“電子電路基礎(chǔ)”“信號與系統(tǒng)”課程開設(shè)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，每年服務(wù)學(xué)生2000余人次，開設(shè)實(shí)驗(yàn)10000人時(shí)/年。1.2互聯(lián)網(wǎng)+外語教學(xué)平臺(tái)建設(shè)。語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的核心思想是改變傳統(tǒng)的外語教學(xué)中偏重理論知識(shí)的傳授、輕視語言實(shí)踐能力培養(yǎng)的情況，借鑒理工科先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，在語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)中選擇典型的實(shí)驗(yàn)案例，詳解實(shí)驗(yàn)的組成要素，解析實(shí)驗(yàn)的具體步驟，指導(dǎo)學(xué)生更加高效地完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交、求證和分析，語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法已在我校運(yùn)用了多年[5]。以該方法為基礎(chǔ)，我校語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心自主研發(fā)了大學(xué)英語教學(xué)與評估平臺(tái)，依托該平臺(tái)創(chuàng)建了“教—學(xué)—練—?jiǎng)?chuàng)—考—評”為一體的“互聯(lián)網(wǎng)+外語教學(xué)模式”。該模式創(chuàng)建了兩個(gè)新體系，即語言技能均衡發(fā)展的語言教學(xué)量規(guī)化、多維評價(jià)體系和學(xué)科深度交叉融合的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)體系；實(shí)施了“情境創(chuàng)設(shè)—主題探究—語言輸出”多模態(tài)任務(wù)型教學(xué)，創(chuàng)建了大數(shù)據(jù)交互式課程主題資源庫，采用“課堂導(dǎo)學(xué)—網(wǎng)絡(luò)自主—項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)—實(shí)驗(yàn)促學(xué)”多維交互模式，為學(xué)生提供個(gè)性化教學(xué)內(nèi)容與服務(wù)，激發(fā)了學(xué)生的外語學(xué)習(xí)熱情。該平臺(tái)面向全校41個(gè)本科專業(yè)開設(shè)課程，年度訪問量達(dá)117萬人次，有28000名學(xué)生參與學(xué)習(xí)，年實(shí)驗(yàn)人時(shí)數(shù)約89萬h，形成質(zhì)量、規(guī)模、效益統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展。經(jīng)過5年實(shí)證研究，該平臺(tái)在學(xué)生的自我發(fā)展、教學(xué)質(zhì)量的提升等方面取得了顯著成效。通過對1萬多名學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，88%的學(xué)生認(rèn)為借助于強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)+外語教學(xué)平臺(tái)，他們的學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)興趣顯著提升。利用信息技術(shù)優(yōu)勢，學(xué)校語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心與其他國家級及省市級語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心建立了校際交流平臺(tái)，促進(jìn)了校際教育教學(xué)的改革與合作。1.3電路綜合自主實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)室是學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的主戰(zhàn)場，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，獲得更多動(dòng)手和動(dòng)腦機(jī)會(huì)，有利于透過現(xiàn)象挖掘本質(zhì)，拓寬視野，解決實(shí)際問題，領(lǐng)悟科學(xué)的思維方法[6]。為貫徹因材施教原則，培養(yǎng)和提高大學(xué)生創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力、創(chuàng)新素質(zhì)及工程實(shí)踐能力，發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)在創(chuàng)新人才培養(yǎng)中的重要作用，學(xué)校加大場地及經(jīng)費(fèi)投入，打造了電路綜合自主實(shí)踐平臺(tái)。在完成實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)條件建設(shè)的基礎(chǔ)上，選拔優(yōu)秀學(xué)生、聘任優(yōu)秀教師參與電路綜合實(shí)驗(yàn)課程改革項(xiàng)目，以全新的教學(xué)模式提高學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握能力、設(shè)計(jì)能力、動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力、語言表達(dá)能力、報(bào)告撰寫能力，以及學(xué)生溝通能力與合作精神，借此探索綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革之路。（1）實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革。學(xué)校將原有的封閉式實(shí)踐教學(xué)的管理模式改變?yōu)槿_放模式，利用實(shí)驗(yàn)室開放預(yù)約系統(tǒng)，課余時(shí)間學(xué)生可以自行預(yù)約實(shí)驗(yàn)。自主實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)推廣的校企合作模式，由企業(yè)一線的工程師帶領(lǐng)學(xué)生完成工程開發(fā)實(shí)踐，學(xué)生也可以在合作企業(yè)的技術(shù)環(huán)境下，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)及設(shè)計(jì)活動(dòng)。基地定期邀請合作企業(yè)高級技術(shù)人員開展技術(shù)講座，邀請更多領(lǐng)域的優(yōu)秀企業(yè)加入電路綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)中來，增添更多的先進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、軟件和仿真設(shè)備，為學(xué)生鍛煉工程實(shí)踐能力所用。（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的改革。在教學(xué)內(nèi)容上，電路綜合自主實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)努力打通電子電路、模擬電路、數(shù)字電路、信號與系統(tǒng)等課程的理論和實(shí)踐教學(xué)，將各電子電路類專業(yè)課程融為一體，將學(xué)生所學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理的銜接，由原來孤立的基本知識(shí)組合成具有一定功能的綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。積極推進(jìn)校企合作，依托最先進(jìn)的前沿技術(shù)平臺(tái)，從企業(yè)引進(jìn)各類先進(jìn)的器件。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方面，突出“方向明確、模塊互通、器件便攜、功能先進(jìn)”的要求，使學(xué)生能實(shí)現(xiàn)“選定方向、由淺入深、隨時(shí)實(shí)踐、創(chuàng)新提高”的目標(biāo)，為進(jìn)一步的創(chuàng)新科技實(shí)踐做好準(zhǔn)備。隨著電路綜合自主實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)的開放應(yīng)用，更多的學(xué)生參與到電路設(shè)計(jì)的動(dòng)手實(shí)踐中來。學(xué)生由原來被動(dòng)式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐耘d趣導(dǎo)向?yàn)橹鞯淖灾髟O(shè)計(jì)式學(xué)習(xí)，在實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮學(xué)生自身的自主性、想象力和實(shí)踐能力，即“實(shí)驗(yàn)內(nèi)容自主選擇，學(xué)習(xí)環(huán)境自由開放，實(shí)驗(yàn)過程自己安排，實(shí)驗(yàn)結(jié)果自行驗(yàn)證”。

2信息化保障實(shí)驗(yàn)室安全管理規(guī)范化

保障實(shí)驗(yàn)室的安全和師生人身安全，是高校“雙一流”建設(shè)的必要條件和堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室安全工作是高校建設(shè)發(fā)展的重要支撐。我校是一所多科性、研究型大學(xué)，開設(shè)了工、管、文、理等40多個(gè)專業(yè)，實(shí)驗(yàn)室類別呈現(xiàn)多樣化趨勢，實(shí)驗(yàn)室安全工作涉及危險(xiǎn)化學(xué)品、易制、易爆品的全過程管理，以及實(shí)驗(yàn)室消防安全、用電安全、安全教育、環(huán)保工作等多方面內(nèi)容。信息化是加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全管理的重要手段[7]。運(yùn)用現(xiàn)代化的信息技術(shù)手段，采取多維度、多元化的實(shí)驗(yàn)室安全管理綜合系統(tǒng)進(jìn)行多方面的常規(guī)管理，并通過數(shù)據(jù)對接、中間庫關(guān)聯(lián)等方式打通信息孤島，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室信息的互聯(lián)互通，正在成為實(shí)驗(yàn)室安全管理工作的有力保障。2.1實(shí)驗(yàn)室安全準(zhǔn)入信息化。學(xué)校規(guī)定實(shí)驗(yàn)室管理及使用主體應(yīng)建立針對專業(yè)特色和學(xué)科特點(diǎn)的安全培訓(xùn)及考試制度，只有通過了安全知識(shí)和專業(yè)類安全知識(shí)考試的人員（含教師、教輔人員和學(xué)生），才可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作[8]。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，為高校實(shí)驗(yàn)室安全教育工作提供了有力的支持。基于“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，用戶可以隨時(shí)隨地上網(wǎng)，不受時(shí)間和空間的限制[9]。我校通過采用實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入考試系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)室不同危險(xiǎn)因素，選取相應(yīng)的考試題庫組建練習(xí)題和準(zhǔn)入考試題，培訓(xùn)及考試內(nèi)容包含新生安全常識(shí)、用電基礎(chǔ)安全、消防安全、化學(xué)安全、生物安全、輻射安全、儀器設(shè)備使用安全、機(jī)電安全等方面，有效地規(guī)范了實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)。2.2實(shí)驗(yàn)室安全檢查信息化。教育部科技司于2015—2017年連續(xù)3年開展了高校實(shí)驗(yàn)室安全督查工作，對75所教育部直屬院校開展實(shí)驗(yàn)室安全現(xiàn)場檢查，集中在安全設(shè)施、制度與檢查、場所環(huán)境、組織體系、水電和個(gè)人防護(hù)等356條檢查指標(biāo)[10]。采用原始的紙質(zhì)檢查方法進(jìn)行檢查，容易產(chǎn)生疏漏，且記錄不完整，也不便于查詢檔案。我校采用實(shí)驗(yàn)室巡檢系統(tǒng)，通過移動(dòng)終端下發(fā)檢查任務(wù)，可以關(guān)聯(lián)顯示所檢查實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)源等級與具體清單，提醒歷史問題記錄，并通過文字、照片的形式實(shí)時(shí)記錄檢查情況，自動(dòng)生成檢查報(bào)告，有效規(guī)范了實(shí)驗(yàn)室安全的檢查標(biāo)準(zhǔn)，使得實(shí)驗(yàn)室安全檢查更有針對性，信息反饋更快捷。2.3危化品全生命周期管理信息化。危化品采購、入庫、使用、存儲(chǔ)、盤點(diǎn)、調(diào)劑及廢物處置的全過程，均需要對臺(tái)賬、底數(shù)、狀態(tài)、負(fù)責(zé)人、處置措施等進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)管，以確保采購源頭可追溯，過程管理規(guī)范完備，處置科學(xué)安全，避免各個(gè)環(huán)節(jié)的安全問題。我校通過實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)對接的危化品管理系統(tǒng)，可以規(guī)范采購渠道，確保采購資質(zhì)健全的廠商提供服務(wù)，并對管制類試劑完成相應(yīng)的審批流程，確保不會(huì)超量購買、超量存儲(chǔ)。同時(shí)，電子化的管理模式便于實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地記錄動(dòng)態(tài)臺(tái)賬，簡化重復(fù)工作，統(tǒng)計(jì)信息直觀可見，實(shí)現(xiàn)危化品全生命周期的動(dòng)態(tài)管理。2.4實(shí)驗(yàn)室危險(xiǎn)源管控信息化。部分高校由于組織機(jī)構(gòu)和辦公場所分散的特點(diǎn)，存在著不同危險(xiǎn)源分類管理的情況，如水電安全管理、消防安全管理、危化品安全管理等方面分別由后勤處、保衛(wèi)處、實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備處或者資產(chǎn)管理處等不同部門歸口管理，往往導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)源管控不能協(xié)調(diào)統(tǒng)一，存在疏漏，且不能一一兼顧。我校采用互聯(lián)互通的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)，可以通過提取實(shí)驗(yàn)室房間、責(zé)任人、歸屬團(tuán)隊(duì)、學(xué)院等基礎(chǔ)信息，建立危險(xiǎn)源的基礎(chǔ)臺(tái)賬。通過按照危險(xiǎn)源的種類、危險(xiǎn)程度建立危險(xiǎn)源等級清單，實(shí)現(xiàn)全校范圍的危險(xiǎn)源分級管控，制訂有針對性的應(yīng)急預(yù)案，聯(lián)動(dòng)多部門采取安全措施。2.5多維度安全教育信息化。實(shí)驗(yàn)室安全宣傳教育可以借助多維度的信息技術(shù)手段開展。我校通過信息門戶、社團(tuán)網(wǎng)站、微信公眾號等公眾平臺(tái)，日常可以開展實(shí)驗(yàn)室安全文化的宣傳和教育，使“安全第一”“以人為本”的安全價(jià)值觀深入人心，增強(qiáng)學(xué)生的安全意識(shí)，形成“人人講安全、事事為安全、時(shí)時(shí)想安全、處處要安全”的良好環(huán)境，維護(hù)校園的安全穩(wěn)定和發(fā)展[11]。此外，利用實(shí)驗(yàn)室安全考試系統(tǒng)，可以分門別類地進(jìn)行通識(shí)類和專業(yè)類的安全教育與測試，建立安全競賽機(jī)制，形成人人重視安全，人人具備安全技能的良好氛圍。

3結(jié)語

我校利用先進(jìn)的虛擬技術(shù)、智能終端技術(shù)打造了受益面廣、集約程度高的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，有力支撐了對創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和學(xué)科建設(shè)。學(xué)校通信與網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)除服務(wù)于校內(nèi)9個(gè)專業(yè)的本科學(xué)生之外，還發(fā)揮了很好的示范輻射作用，該平臺(tái)已被全國13所其他高校所共享。而服務(wù)于校內(nèi)所有專業(yè)學(xué)生的“互聯(lián)網(wǎng)+外語教學(xué)平臺(tái)”已被其他高校廣泛應(yīng)用，該中心自2012年以來已成功舉辦了4次全國語言實(shí)驗(yàn)教學(xué)研討會(huì)，示范輻射80多所高校。同時(shí)，我校利用信息技術(shù)創(chuàng)新管理手段，推動(dòng)了實(shí)驗(yàn)室安全工作的規(guī)范化，提高了實(shí)驗(yàn)室管理效率和管理水平，強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)室安全體系建設(shè)，促進(jìn)了安全意識(shí)與安全防范行為相統(tǒng)一，保障了教學(xué)科研活動(dòng)的正常開展，真正形成了在信息化帶動(dòng)下的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理新模式。當(dāng)然，實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的探索遠(yuǎn)不止于此。未來高等教育的信息化之路是必然的，高校實(shí)驗(yàn)室作為高等教育的重要組成部分，信息化的服務(wù)方式、信息化的管理模式、信息化的資源共享、信息化的績效評價(jià)方法將成為高校實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)工作中亟待思考和探索的問題[12]。

作者:徐美勇 夏海蘭 何雨 王栩楠 單位:北京郵電大學(xué)