高校信息資源開放共享機制建設的新載體：虛擬實驗室

林寶燈

（福建江夏學院經濟貿易學院）

1989年，弗吉尼亞大學 （University of Virginia）的William Wulf教授提出了“虛擬實驗室”的概念，他認為虛擬實驗室是由研究人員創建的，具備沉浸感的電子化、網絡化的可互動的人工環境。［1,2］在合作的理念下，虛擬實驗室可以連接不同地域的實驗設備和數據庫，獲取并共享數據信息資源。虛擬實驗室信息資源是虛擬現實技術快速發展的成果，開發和利用潛力巨大。2015年，Sonnenwald D H的結果表明，虛擬實驗的實際操作性能良好，［3］并且這一類信息資源具備多感知性、臨場感、交互性、模擬性等特征，實現了信息資源使用者與提供者之間聯系的媒介化。［4,5］

虛擬實驗室是沒有圍墻的實驗室，其擺脫了固定地理位置的束縛，使信息資源開放共享成為了可能。高校虛擬實驗室信息資源的開放共享，源于開源文化理念的推動，［6］這一理念不僅促進了信息資源利用效益的最大化，還填補了數據的空白，并修正、提高了信息資源數據質量。［7］2012年，Borzacchiello和Craglia指出，開放共享下的信息資源將可能成為促進國民經濟增長和產業創新的要素之一。［8］伴隨著“互聯網+教育”的迅速發展，盡管虛擬實驗室應用態勢良好，但仍然存在許多問題，如數據開放不成熟［5］、部分高校缺少開放共享平臺、信息資源共享普及度低。因此，本研究專門針對虛擬實驗室這一特殊的信息資源載體，全面闡述此載體信息資源的類型和載體特征，深入探討高校信息資源開放共享機制的建設方式，以期為相關工作提供新視角。

1 虛擬實驗室信息資源的類型與載體特征

1.1 資源類型

虛擬實驗室信息資源是基于虛擬現實、云計算等現代信息技術建設的，由虛擬實驗平臺所呈現的實驗項目資源。虛擬實驗室信息資源是高校信息資源的重要組成部分，也是數字資源的一種全新表現形式。這一資源的形成圍繞著從實體資源向數字資源轉變、再升級成為虛擬仿真資源的過程。其中，實體實驗室資源有實驗室空間、實驗設備與材料、教案教具等；數字資源有文本文檔、圖片、視頻動畫、考察題庫等；虛擬仿真資源有設備材料虛擬模型、仿真動畫、虛擬仿真實驗算法軟件、軟硬件交互仿真實驗程序等。［9］虛擬實驗室信息資源的類型按應用目的及開發技術，可分為機理認知型、設計研究型和綜合型三種。［10］

機理認知型的虛擬實驗室信息資源主要由虛擬模型和仿真動畫組成，其作用是對實驗環境場景和設備耗材進行虛擬化仿真的構建，幫助信息資源的使用者對相關實驗原理有基本認知。設計研究型的虛擬實驗室信息資源主要由虛擬仿真實驗算法軟件組成，這類資源的目的在于使高校師生通過這類資源來模擬、仿真所要探索的設計類問題，通過實驗得到結論。這一資源可視化程度高，是結合數理化的方法建立的問題模型和條件參數，構筑相關學科領域的真實運行狀況、功能機理以及算法的一整套信息資源程序。這一資源更多呈現出“行為建模”的屬性。綜合型的虛擬實驗室信息資源主要由軟硬件交互仿真實驗程序組成，這類資源通過仿真性更強、數據交換更頻繁的軟硬件一體化系統來呈現，使信息資源的使用者在虛擬的網絡環境中完成對于硬件要求相對較高的實驗。軟硬件交互仿真實驗程序作為一種綜合性的信息資源，不僅綜合了機理認知型和設計研究型虛擬實驗室信息資源的特性，而且通過接口、傳感等單元將高層次的硬件聯入網絡軟件系統，展示出其硬件高配置要求、性能高交互性的特性。如借助VR攝像機等設備獲取研究對象的表情和行為、移動規律變化等，并按要求處理數據，就是一種典型的綜合型虛擬實驗室信息資源。［9,11］

1.2 載體特征

（1）信息資源傳播的多樣性與交互性。高校對于信息資源的需求呈現出專業化、網絡化、分層化、電子化的趨勢。虛擬實驗室作為高校信息資源載體的一種有效形式，在傳播共享時的多樣性表現在信息資源內容的多樣性和受眾的多樣性。虛擬實驗室信息資源的內容和類型是多樣的；而受眾的多樣性體現在虛擬實驗室信息資源的使用者可以是資源所在高校的師生，也可以是其他同類高校的師生，還可以是社會其他有需求的機構。交互性是虛擬實驗室信息資源的重要特征，正是這種可執行的交互性使信息資源表現出極大的優勢：獲取信息從原先單一的閱讀紙質類資源的方式，拓展為因互動或基于主動需求而形成的、在不同境況下展現的、帶有反饋性質的虛擬仿真信息資源。

（2）信息資源的學科性與應用性。虛擬實驗室信息資源的集成依靠互聯網服務提供商（Internet Service Provider，ISP）達成，或者由高校相關隊伍自身的力量來建設，信息資源一般指向某一學科或相關的一類學科群，在內容的呈現上體現了集中和專門性。虛擬實驗室信息資源的應用性極強，能在實驗教學領域對實體實驗教學形成有效的補充，解決了實體實驗可能帶來的危險、實驗真實場景不可及、實驗成本過高等問題，起到了較為積極的作用。同時，基于對虛擬實驗室信息資源應用性的認識，高校能進一步協調教學資源建設，促進信息資源實現高利用率，最終實現提高教學質量的目的。

（3）信息資源共享載體建設的技術與科學性。為了使虛擬實驗室信息資源更易于使用和共享，信息資源載體建設中的技術與科學性就顯得相對重要。虛擬實驗室在建設中使用了多媒體、云網絡、虛擬現實、大數據、人機交互等技術，集合了基于軟件共享、硬件共享或遠程操作控制等虛擬實驗室信息資源。［12］虛擬實驗室作為信息資源共享建設的載體，從使用者的接受度、操作可控性、信息資源獲取難易度、信息資源習得與轉化效果評估等方面都具有優勢，也正是其科學性的體現。

2 虛擬實驗室信息資源開放共享的必要和可行性分析

2.1 必要性

虛擬實驗信息資源不是簡單意義上的“課件”，借助于虛擬環境的沉浸作用的幫助，可極大提升用戶的興趣度、學習接受度和效果。［13］同時，虛擬實驗克服了實體實驗危險性等不足，滿足了高校對虛擬實驗信息資源的極度渴求，都從側面反映了開放共享的必要性。特別是一些基礎薄弱、虛擬實驗信息資源建設滯后的高校，急需通過讓渡方信息資源開放共享的模式來獲得優質資源，以較低的成本來豐富教學信息資源、提高教學水平。

2.2 可行性

虛擬實驗室信息資源作為一種升級的數字資源，在整合算法和各類模型資源的基礎上使實驗操作環節虛擬化，結合虛擬實驗信息資源特征并運用網絡互聯技術，使信息資源開放共享的可能性得到實現。開放共享不僅依賴于設備和技術，還需要一批具備較強技術能力和管理能力的復合型人才，而高校本是人才的引入和聚集地，且校企合作等形式達成的人才共用等都將成為有力的保障。

3 虛擬實驗室信息資源開放共享機制的有效構建

3.1 平臺架構

虛擬實驗室信息資源開放共享平臺的構建應遵循優質資源集成、可持續發展、安全實用等原則，并在整合信息資源、溝通開放信息、提升共享效率的目標下進行，力爭把虛擬實驗室信息資源開放共享平臺建成具備訪問、檢索、實驗操作、討論論壇及管理服務等多項功能的信息資源中心。平臺的架構設計如圖1所示，主體內容開放共享公共服務平臺、開放共享虛擬實驗平臺和開放共享基礎軟硬件與資源庫三部分組成。

圖1 虛擬實驗室資源開放共享平臺架構

（1）開放共享公共服務平臺，平臺架構中的服務層。其基于開放共享的目標，服務于虛擬實驗室信息資源主管機構、信息資源提供單位和信息資源共享成員等。開放共享公共服務平臺總體功能集中于以資源管理平臺的建立，使各個平臺服務對象掌握各司其職的管理權限，完成對虛擬實驗信息資源和信息處理的管理，實現數據資源的記錄與調度、查詢與訪問、開放模式選擇、開課管理與在線指導、對資源質量和共享效益的評價等，讓平臺所提供的服務項目能在開放共享目標的基本前提下，從服務對象的需求出發，達到項目選項豐富、用戶各取所需的預期目標。下面以開放模式選擇為例，介紹開放共享公共服務平臺架構的基本思路。

開放模式的選擇，是高校虛擬實驗信息資源獲得應有的開放效益的關鍵因素。開放模式可根據開放時間、對象、方式等的不同區分對待。如以作息時間為參照，采用固定時間開放或預約時間開放的模式，遠程通過軟件客戶端來操作虛擬實驗的項目，實現24小時開放，并將在線知識學習、虛擬實驗操作和測驗、創新實驗開發等流程實時對接進行，不受時空限制。

（2）開放共享虛擬實驗平臺，平臺架構中的應用層。平臺包含虛擬實驗平臺和資源開放共享平臺兩大部分，重點突出應用標準與協議在其中的應用。實驗平臺將信息資源服務進行有效整合、提供不同權限與個性化定制的虛擬實驗信息資源，將實驗操作和開放共享集成于統一網頁的服務界面，在應用標準與協議的作用下與終端用戶達成信息資源共享，這也是虛擬實驗室信息資源開放共享中最核心的一環。

（3）開放共享基礎軟硬件與資源庫，平臺架構中的數據層。其中優質的虛擬實驗項目信息資源庫建設是最必要的環節，資源的建設是現實實驗資源的虛擬數字化或大型儀器設備在遠程操控下的數據結果在客戶端的傳送與呈現，是實現虛擬實驗室信息資源開放共享的基礎環節。在數據層的開放共享網絡系統方面，可爭取實現與國家級大平臺信息資源的互通有無，通過統一的連接接口接入“高等學校儀器設備和優質資源共享系統（CERS）”，與其他高校資源開放共享。

3.2 體系建設

健全的運行體系是虛擬實驗室資源持續、有序、健康開放共享的有力保障。虛擬實驗室信息資源開放共享的建設不僅包含優質的實驗項目資源庫，還應包含涉及意識與政策、技術與資金、評價與激勵等環節共同完成完善的運行體系建設（見圖2）。

（1）意識與政策。為了推動虛擬實驗室信息資源開放共享，高校應成立專門的組織管理機構，發揮頂層管理機構的指導與引領作用，秉承著科學規劃、提升效益、持續發展的目標理念和指導思想，潛心建設與管理。在意識內容塑造層面，建設與管理過程應深化虛擬仿真實驗信息資源建設，重點突出其基礎性作用。同時要明確將開放共享管理平臺、管理制度和人才隊伍的建設等作為管理與建設內容的組成要素，［14］充分意識到其可能發揮的重要作用。要以實現擴大的開放共享范圍為階段性目標，努力探索政校企合作、夯實由開放共享模式等組成的支撐體系，最終達成虛擬實驗室信息資源優質、豐富且共享率高的良好持續發展局面。

圖2 虛擬實驗室資源開放共享運行體系建設模型

在政策方面，應有完整的虛擬實驗室信息資源開放共享管理制度。制度的設計應將開放對象的選擇與評估作為注重點之一，開放對象從來源上分可劃分為校內用戶對象和校外用戶對象。開放對象明確之后，應從必要性、經濟性、社會效益等層面進行政策設計。在校內明確實驗資源的開放專業，有一些實驗項目是不同專業共同開設的基礎課內容，如大學物理實驗項目在幾乎所有工科類專業中皆有開設，那么大學物理虛擬實驗資源應向所有相關專業學生開放。與此同時，針對校內其他需求也應給予開放，如參與自主科研創新實驗的學生。在校外，共享的對象主要是有相應需求的其他高校或社會團體。由于在專業建設方面，各個高校的著力點、實驗教學資源建設進度不盡相同，在自己的資源短板層面應向其他高校取長補短，申請共享虛擬實驗資源；其他社會團體也能在虛擬實驗資源共享中獲取較大益處，如行業職工相關知識學習、技能培訓與測驗等，都能通過共享平臺進行。

（2）技術與資金。基于云網絡、大數據等技術建設的虛擬實驗室信息資源開放共享平臺，現階段的發展瓶頸主要集中在信息資源的開發擁有者之間各自為戰，所采用的技術標準不統一，數據兼容性差且傳輸受限。因此設置虛擬實驗室信息資源的開發與開放共享的國家統一技術標準是亟待解決的問題。除此之外，還應保證基礎性的硬件與網絡設施，以及利用數據加密、數字簽名、防火墻、防計算機病毒等信息資源安全技術保障信息資源開放共享的順利開展。

虛擬實驗室信息資源的開放共享不論在前期資源建設、技術投入和升級，還是后期資源更新以及業務培訓和交流等方面，都離不開資金的保障支持。資金的來源可以是政府層面或高校自身的支持投入；可以是在信息資源開放共享后，使用者支付的相應費用所獲得的經濟收入；此外還可以通過校企合作等形式，利用不同來源的資金加強開放共享建設，確保信息資源開放共享在經濟效益與社會效益層面都能形成良好的態勢。

（3）評價與激勵。評價機制主要用于虛擬實驗室信息資源的用前準入評估和用后整體評價，以保證開發和開放共享的信息資源是最優質的。用前準入評估是排除低質量、用戶體驗差的信息資源，故應成立評審委員會并訂立完整的包含質量要求和評估流程的評審標準。［12］用后整體評價，一方面是后臺數據可直接調用的客觀的使用率、回用率等，另一方面是用戶于在線交流系統或論壇進行意見發表形成的主觀的好評率。用戶的整體評價將對于信息資源是否續用以及在激勵等層面也將起到參考作用。

激勵措施須注重人才在虛擬實驗室信息資源管理中的能動作用。完善信息資源開放共享建設與運營專業人才的引進機制、培訓機制和激勵機制，尤其在激勵機制方面能夠合理規劃、科學制定，確保虛擬實驗室信息資源建設成效明顯，能給予受眾范圍廣和參與度高的優秀團隊表彰和后續建設的經費支持，還可對工作后進的團隊應提出整改意見。此外，一些收費共享的項目，可結合對開發者知識、實物、資金資本等投入的評價與考核，試行利益分享機制，實現虛擬實驗室信息資源開發建設的活力與開放共享的持續力。

［1］ Wulf W A.The collaboratory opportunity ［J］.Science，1993，261（5123）：854－855.

［2］ National Research Council.National Collaboratories:Applying Information Technology for Scientific Research［M］.Washington：National Academy Press，1969：116.

［3］ SonnenwaldDH，etal.Evaluatingascientificcollaboratory：Results of a controlled experiment［J］.ACM Transactions on Computer-Human Interaction，2015,10（2）：150－176.

［4］李麗紅.虛擬現實技術在教育領域中的應用及其效果評價研究［M］.北京：旅游教育出版社，2015：5－8.

［5］ Weerakkody V，etal.Open data and its usability：An empirical view from the citizen’s perspective ［J］.Information Systems Frontiers，2017，19（2）：285－300.

［6］李佳佳.信息管理的新視角：開放數據［J］.情報理論與實踐，2010，33（7）：35－39.

［7］ Cranefield J，et al.Value in the mash：Exploring the benefits，barriers and enablers of open data apps［EB/OL］.［2017－04－30］.https://pdfs.semanticscholar.org/558e/488fea46d6dace20cbe434a3fodcc16b5f55.pdf.

［8］ Borzacchiello M T，Craglia M.The impact on innovation of open access to spatial environmental information：Aresearchstrategy［J］.International Journalof TechnologyManagement，2012，60 （1-2）：114－129.

［9］劉亞豐，等.虛擬仿真教學資源建設原則與標準［J］.實驗技術與管理，2017，34（5）：8－10.

［10］李洪亮，等.基于虛擬仿真教學平臺的云計算技術實驗教學［J］.實驗技術與管理，2016，33（11）：125－129.

［11］劉亞豐，等.虛擬仿真教學資源開放共享策略探索 ［J］.實驗技術與管理，2016，33（12）：137－141.

［12］胡今鴻，等.高校虛擬仿真實驗教學資源開放共享機制探究［J］.實驗室研究與探索，2015，34（2）：140－144.

［13］孫青，等.MOOC環境下開放共享的實驗教學研究 ［J］.實驗技術與管理，2014，31（8）：192－195.

［14］教育部高等教育司.關于開展國家級虛擬仿真實驗教學中心建設工作的通知［EB/OL］.［2013－08－13］.http://www.moe.edu.cn/s78/A08/A08_gggs/A08_sjhj/201308/t20130821_156121.html.