實驗室作為高校開展教學(xué)、科學(xué)研究的重要場所，在學(xué)?？平坦ぷ髦姓紦?jù)重要的地位，同時又對學(xué)校的發(fā)展產(chǎn)生著重要的影響。想要提升高校實驗室建設(shè)水平就必須積極推進校園信息化建設(shè)，強化實驗室信息化建設(shè)，這對充分利用實驗室資源，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新及實踐能力，創(chuàng)造良好的社會效益具有重要的意義。
一、高校實驗室信息化基礎(chǔ)與進展
原華中師范大學(xué)信息辦主任，現(xiàn)任人事處處長李鴻飛教授，從三個方面展開分享《高校實驗室信息化創(chuàng)新發(fā)展與虛擬仿真實驗資源建設(shè)》的學(xué)術(shù)報告。李鴻飛教授表示，在高校實驗室信息化的基礎(chǔ)與發(fā)展方面收錄了很多文獻，通過實驗室管理，實驗室技術(shù)方面的主流期刊也有很多，主要有七個維度：1、信息技術(shù)背景下的實驗室建設(shè)與管理理念研究2、信息技術(shù)支撐的實驗教學(xué)方法與模式改革創(chuàng)新3、實驗教學(xué)資源信息化建設(shè)4、信息化背景下實驗室管理與服務(wù)創(chuàng)新5、實驗隊伍的信息化素養(yǎng)與技能提升6、實驗室安全的信息化教育與管理7、試驗設(shè)備與環(huán)境的信息化設(shè)計與建設(shè)。通過這些維度，可以得出，高校實驗室信息化發(fā)展已經(jīng)成為系統(tǒng)化，全面化發(fā)展。
除了文獻外，在國家方面也發(fā)布了很多文件，如2016年的2號文，對深化教育教學(xué)改革，特別是對信息技術(shù)與教學(xué)深度融合提供了很多任務(wù)，指導(dǎo)著未來幾年一些具體任務(wù)的展開和實施。在此基礎(chǔ)上提到了“互聯(lián)網(wǎng) ”，通過“互聯(lián)網(wǎng) ”的通知可以看出，“互聯(lián)網(wǎng) ”本身是一整套信息技術(shù)的解決方案與人才培養(yǎng)模式的整合，可以反映出學(xué)生一些能力的提升和創(chuàng)新提升的培養(yǎng)，對實驗室建設(shè)提供了非常好的途徑。
此外，華中師范大學(xué)在今年的教學(xué)成果獎中，榮獲特等獎公示單位。并提到了華中師范大學(xué)的4C能力，最終要培養(yǎng)學(xué)生在信息時代獨立創(chuàng)新的能力，判斷能力、獨立思考能力，包括自我服務(wù)、自我管理的一些能力，以及基本的信息化素養(yǎng)，這也是21世紀(jì)人才所必須的能力。為了培養(yǎng)符合21世紀(jì)人才質(zhì)量觀全面、個人化、自主發(fā)展的學(xué)生，華中師范大學(xué)開始探索體系重構(gòu)，在2012年將“信息化”作為學(xué)校發(fā)展的戰(zhàn)略，從創(chuàng)新培養(yǎng)理念、重構(gòu)教學(xué)環(huán)境、重修培養(yǎng)方案、變革教學(xué)過程、創(chuàng)新評價方式、發(fā)展教師能力、營造教學(xué)歡迎、構(gòu)建育人生態(tài)八個維度推進改革，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)背景下教育大數(shù)據(jù)驅(qū)動的信息技術(shù)與教學(xué)深度融合。
比如重修培養(yǎng)方案，從2013年把170個學(xué)分壓縮到130個學(xué)分，實驗課程也是這樣，這里面潛在意思就是傳統(tǒng)的教學(xué)方式，教學(xué)方法，教材，已經(jīng)不能夠慣性再進行，學(xué)分壓縮了，這時就充分制作優(yōu)質(zhì)的數(shù)字資源，利用和線下的課時更好的進行匹配，課堂上講什么，或者在實驗教學(xué)過程中具體的去做怎樣的實驗設(shè)計，需要進行重新的思考。包括平時考核的成績，以及討論課或者實踐課的比例都進行重新設(shè)置，重新構(gòu)建以學(xué)生為中心的人才培養(yǎng)模式。
二、關(guān)于新的ICT技術(shù)與高校實驗室創(chuàng)新發(fā)展
1、信息化創(chuàng)新發(fā)展的主要特征和未來趨勢
云計算、移動互聯(lián)所承載的碎片化、及時化等優(yōu)勢特點，使實驗室管理與實驗教學(xué)突破空間和時間的限制，包括虛擬仿真共享等都是通過技術(shù)來實現(xiàn)。
關(guān)于教育大數(shù)據(jù)技術(shù)及其應(yīng)用，要積累大量有關(guān)教與學(xué)的數(shù)據(jù)，包括管理數(shù)據(jù)和學(xué)生成長數(shù)據(jù)，比如人工智能 教育怎么做，基礎(chǔ)是在哪里，就是在數(shù)據(jù)這個部分。目前教育大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)要突破五大行業(yè)的關(guān)鍵共性技術(shù)，實驗室數(shù)據(jù)就是典型多元異構(gòu)的數(shù)據(jù)，與學(xué)生有關(guān)的數(shù)據(jù)，以及系統(tǒng)化監(jiān)測與評估，教學(xué)過程建模與分析技術(shù)，數(shù)據(jù)可視化，最重要解決學(xué)習(xí)成長中的評測這些問題，這是未來三到五年必須解決的問題。
在這個技術(shù)上如何解決數(shù)據(jù)的采集、匯聚、分析、管理應(yīng)用以及教學(xué)應(yīng)用，目前學(xué)校也在這些方面進行相關(guān)開發(fā)工作，華中師范大學(xué)大量的教學(xué)的平臺、工具和軟件都是自主研發(fā)的。比如教學(xué)智能服務(wù)技術(shù)教學(xué)平臺，包括智能教師，實驗教室如何進行服務(wù)，從實驗教學(xué)知識地圖構(gòu)建到建模，以及智能化學(xué)習(xí)的干預(yù)，最終是要建立一個知識的網(wǎng)絡(luò)體系。
智能學(xué)伴系統(tǒng)，從每個學(xué)生不同接受能力，不同思維能力，進行精準(zhǔn)化認(rèn)知服務(wù)，比如在學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)過程中，如何提升個性化學(xué)習(xí)，是學(xué)生相關(guān)的數(shù)據(jù)，如何推送到老師的平臺上去，從而提供相應(yīng)的學(xué)習(xí)服務(wù)。包括人機交互，這種數(shù)據(jù)驅(qū)動智能學(xué)伴已經(jīng)有很多模型和實踐，在認(rèn)知情感方面如何幫助學(xué)習(xí)者主動高效的學(xué)習(xí)，這也是未來三到五年進行實踐和研發(fā)的系統(tǒng)。
虛擬仿真技術(shù)與高校實驗室發(fā)展創(chuàng)新。目前包括虛擬現(xiàn)實增強顯示、3D打印等，這些是判斷虛擬仿真試驗項目是不是具有虛擬仿真特征的重要的標(biāo)志，在技術(shù)應(yīng)用，實驗方式，技術(shù)平臺，資源類別和共享特征方面進行相應(yīng)的判別，也是虛擬仿真技術(shù)在實驗室、實驗教學(xué)里面典型的應(yīng)用。
2、虛擬仿真實驗教學(xué)資源建設(shè)
虛擬仿真實驗教學(xué)的建設(shè)包括幾個方面，從資源分類以及開放共享來看，包括多媒體計算機、網(wǎng)絡(luò)、虛擬現(xiàn)實、混合式、受持式、可穿戴，這是按照技術(shù)和實驗方式進行劃分。也可以按照平臺進行區(qū)分，包括移動、網(wǎng)絡(luò)、虛擬仿真、以及管理系統(tǒng)和開放實驗課程都是按照平臺類型進行分類的資源。按照信息反饋方式，包括軟件共享、基于儀器共享虛擬仿真實驗教學(xué)資源，基于遠(yuǎn)程控制共享的虛擬仿真實驗教學(xué)資源。
虛擬仿真實驗教學(xué)資源課程設(shè)計與開發(fā)模式，需要老師大量的時間投入，進行教學(xué)設(shè)計，課間腳本設(shè)計，單模測試，正式版本發(fā)布，以及評估和反饋，這個過程也需要大量的資金投入，包括技術(shù)的配備，一些教師隊伍結(jié)構(gòu)化的安排，一個好的虛擬仿真實驗教學(xué)資源要按照ADDIE的模式進行嚴(yán)格的優(yōu)化。
虛擬仿真實驗教學(xué)模式大致有五種：
第一種是產(chǎn)業(yè)驅(qū)動模式。如西南交通大學(xué)，整合產(chǎn)業(yè)包括成都鐵路局、中鐵二院等，來形成自己的課程體系，“4 1 1”模式化優(yōu)質(zhì)，實驗教學(xué)資源群，打造了30多個針對學(xué)生仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)。
第二種是科研轉(zhuǎn)化模式。如華南理工大學(xué)，科研設(shè)備用于虛擬仿真實驗教學(xué)，黃平教授承擔(dān)了國家級課題，他開發(fā)出了很多在環(huán)境設(shè)備，直接用于本科生教學(xué)，包括科研成果豐富虛擬仿真實驗室教學(xué)以及產(chǎn)學(xué)研合作成果開拓學(xué)生視野等，都是科研轉(zhuǎn)化模式。
第三種是校企合作模式，華中師范大學(xué)的生物學(xué)虛擬仿真實驗中心，由學(xué)生與企業(yè)共同制定，學(xué)校結(jié)合生物學(xué)生命科學(xué)的特征，對整個資源布局進行策劃，對虛擬仿真試驗項目內(nèi)容要求進行把關(guān)，負(fù)責(zé)腳本撰寫，并提供相應(yīng)的指導(dǎo)，而企業(yè)進行實施，完成以后企業(yè)具有產(chǎn)品的獨家經(jīng)營權(quán)，學(xué)校具有作品的著名全和享受免費的使用申請，從而打造一個可持續(xù)的發(fā)展。
第四種是自主開發(fā)模式，華中師范大學(xué)的文科綜合實驗教學(xué)中心，由老師和學(xué)生共同完成，基于多模融合的虛擬交互式實驗系統(tǒng)，這四個模塊看起來是一個試驗項目，實際上是一個學(xué)期，完成這四個模塊以后會完成虛擬商業(yè)建模，虛擬生理建模，多模營銷，實際上學(xué)生已經(jīng)完成了整個關(guān)于虛擬交互的實驗技能，通過這樣一個項目，多次獲得創(chuàng)新獎。
第五種模式是新學(xué)科的工具與虛擬教學(xué)融合模式，比如科羅拉多大學(xué)和華中師范大學(xué)地理教育便采取這種模式，科羅拉多大學(xué)在2002年開始創(chuàng)建了一系列科學(xué)與數(shù)學(xué)學(xué)科的虛擬實驗程序，這個都是全球可以共享的。
華中師范大學(xué)關(guān)于虛擬仿真實驗教學(xué)項目的探索與實踐，主要是幾個注重：第一注重以生為本，學(xué)生在做整體虛擬仿真實驗項目布局時，和學(xué)科老師進行研討過程中，首先提出要以生為本，虛擬仿真實驗教學(xué)項目建設(shè)一定要推行以學(xué)為準(zhǔn)，問題導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動的研究型教學(xué)和學(xué)習(xí)方式，在立項和選擇上堅持四個原則：1、以生為本。2、具有良好可行性，知識體系要完整，技術(shù)方案先進，開發(fā)流程可控，運營環(huán)境兼容性。3、有充分的必要性，重點支持設(shè)計高維計算化環(huán)境，不可及和不可逆等內(nèi)容。4、強調(diào)虛實結(jié)合，信息化作為手段而不是目的，在教學(xué)計劃、教學(xué)安排、試驗設(shè)備與場地，實驗教學(xué)資源等實現(xiàn)虛實一體化。
第二注重標(biāo)準(zhǔn)研制，針對當(dāng)前虛擬仿真實驗教育項目和管理平臺團隊的標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)校研制了虛擬實驗以及標(biāo)準(zhǔn)框架和數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，不僅在華中師范大學(xué)使用，同時有一些也進入了專委會進行標(biāo)準(zhǔn)的研制。第三注重校企合作，包括虛擬試驗項目跟學(xué)科結(jié)合，校外很多優(yōu)秀的企業(yè)進行合作。第四注重資源的效率，根據(jù)自己實驗課程，專業(yè)特征安排適當(dāng)?shù)膶W(xué)生開展虛擬仿真教學(xué)，在虛擬仿真實驗教學(xué)管理項目中開設(shè)個人的教學(xué)空間，搭建教師教學(xué)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)環(huán)境。第五注重評估引導(dǎo)，一是建設(shè)必要性和創(chuàng)新性；二是完善教學(xué)內(nèi)容；三是科學(xué)的教學(xué)設(shè)計；四是先進的信息技術(shù)；五是良好的應(yīng)用效果；六是鮮明的學(xué)科優(yōu)勢和特色。最后，注重政策保障，包括經(jīng)費投資，以及公司合作，都會做相應(yīng)的配合工作。
關(guān)于虛擬仿真實驗教學(xué)申報要點：
1、認(rèn)真研究教育部申報文件，特別是評論細(xì)則和方向。
2、項目選題必要性，圍繞真是實驗不具備、運行困難，或高危極端環(huán)境等內(nèi)容來選題，以問題和需求為導(dǎo)向，切實實現(xiàn)“能實不虛”的原則。
3、項目內(nèi)容的合理性。項目內(nèi)容應(yīng)為一門實驗課程的重點或難點試驗項目，具備相應(yīng)的知識點，時長不宜太長或太短。
4、信息技術(shù)的先進性。
5、運行的環(huán)境具有適宜性。
6、視頻制作的要求，應(yīng)該開門見山，直奔實驗教學(xué)項目的集體情況。
三、關(guān)于思考和展望
目前信息化包括華中師范大學(xué)實驗室信息化發(fā)展遇到非常好的機遇，成立國家戰(zhàn)略，特別是前面談到一定要做系統(tǒng)性的推進和規(guī)劃，也是來源于學(xué)校的實踐，也是來源于美國NETP每四年的總結(jié)報告，信息化走到后面的時候從量變到質(zhì)變必須抓住質(zhì)變的點，不僅僅是進化式細(xì)節(jié)式的修修補補。
聚焦下一代教育關(guān)鍵主題，教學(xué)精準(zhǔn)化、學(xué)習(xí)個性化、環(huán)境智能化、管理智慧化。后面的變革，通常意義上的教學(xué)還是實驗教學(xué)，包括管理，變革應(yīng)該是大數(shù)據(jù)與人工智能所驅(qū)動，路徑和動力是來源于數(shù)據(jù)的問題。
最后信息時代的教育理念和實踐需要大量創(chuàng)新，最終使教育目標(biāo)優(yōu)質(zhì)公平，要回歸到人類發(fā)展目標(biāo)，就是全面發(fā)展、自主發(fā)展和個性發(fā)展，在這個過程中新教育和未來教育本質(zhì)上的特征和新的特征是互聯(lián)網(wǎng)做基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)做驅(qū)動特征的新的教育。
