新文科背景下經管類智慧實驗室建設研究

張夢琪 史新和

（金陵科技學院商學院，江蘇 南京 211169）

0 引言

在數字經濟飛速發展時代，高校經管類專業正經歷著“新文科”范式轉變。 社會需要熟悉現代經濟學原理和方法，同時具備新工科能力的高素質人才。 作為高校人才培養的重要基地， 實驗室是開展課程實驗、集中實踐、創新項目、學科競賽及工程實訓的重要載體。 相關研究表明，通過整合實驗室軟件、硬件和實踐教學資源，構建智能化、綜合性、跨專業、虛實一體的智慧實驗室， 能夠將傳統經濟類專業多媒體實驗室、開放式實驗室、 實驗教學中心、O2O 實驗教學體系及管理模式優化提升，更好為創新型人才培養和成果培育提供保障和支撐。

本文針對金陵科技學院一流學科及專業人才培養創新模式發展需要，從商學院實驗室建設工作實際出發，依循“新文科”建設內涵，提出依托物聯網、結合云計算和移動互聯網技術，集成軟—硬設備、建設數字資源庫，設計自動運行控制系統、構建虛—實一體的智能管理平臺，增強科教融通、打造專業—產業協同的實驗教學體系， 建設契合新經濟業態發展人才培養需要的智慧實驗室。

1 智慧實驗室建設背景及意義

伴隨新經濟環境中信息網絡技術的廣泛應用，信息化實驗室已成為高校實驗室建設的主流趨勢。 但仍存在設備共用率低、資源共享弱、維護成本高、管理難度大等諸多問題。 硬件孤立分散、軟件種類繁雜，軟件單機安裝、保護卡人工還原及運行日志紙質存儲等傳統管理方式使得實驗室在高素質人才培養中的作用難以發揮出來。 為了讓理論與實踐在新經濟人才培養中更好的相輔相成，必須引入新技術對現有實驗室進行重構與革新。 研究表明，遵照“互聯網+教育”模式，通過商—工結合、教—管協同，建立能夠自洽循環、可自迭代升級、 具有上升生命周期的智慧型實驗室，不僅能夠提高教科研資源、 資料共享及實驗室利用率，還是實踐教學的項目決策、設備運行、質量控制以及管理科學等方面的提升基礎，就長遠意義而言，也更有助于經濟類學生的學習能力、操作能力、開放性思維的培養。

2 智慧實驗室的建設思路與基本架構

目前金陵科技學院商學院建有1 個省級重點實驗室、1 個市級人才培養示范基地、1 個省級知識產權戰略研究中心，實驗室面積5 600 平方米，設備3 000多萬，計算機500 臺，涉及近100 個軟件，承擔9 個本科專業的實踐教學任務，是經濟管理類省級重點學科的科技創新基地。 從數字經濟時代社會發展、人才培養、科技創新等角度出發，商學院智慧實驗室建設思路是以“互聯網+技術”為主要媒介，結合智能控制、環境傳感技術，打造“開放式、多維度、數字化”的智慧空間，構建“資源共享化、功能模塊化、管理智能化”的主體架構。 智慧實驗室建設思路如圖1 所示。

圖1 智慧實驗室建設思路

“智慧+實驗室”主體平臺包含四個模塊，具有存儲數字化、運行智能化和管理信息化等智慧功能。 實驗室智慧系統主體框架如圖2 所示。

圖2 實驗室智慧系統主體框架示意圖

2.1 信息化管理模塊

運用Java 語言建立基于Web 平臺的高校實驗室在線預約管理系統（2020SR1242309）。 師生可通過在線預約系統查看實驗室安排表， 自主開展課程設計。分散放置的儀器設備納入智能化統一監管后，實驗員可實時根據云端共享信息，方便師生了解與實驗相關的軟、硬件配備狀態，靈活地調整項目安排。

設置多鏡像存儲系統，利用云桌面技術將多種軟件環境和數據存儲集中化管理。 師生可通過網絡方便訪問服務器上的特定桌面操作系統；實驗管理員則通過后臺輕松管理授課桌面環境， 快速升級各類軟件，降低系統的病毒感染率； 定時進行云桌面自動恢復，可提高網絡虛擬空間利用率。 在服務器上安裝多系統鏡像，還可方便轉換不同操作系統，增加了實驗室開放過程中各課程項目運行各自對應軟件的靈活性、系統性。

2.2 智能化環境模塊

借助于物聯網技術和智能感測技術，構建實驗室物理空間的智能環境。 將傳感器與終端控制技術結合，實行實驗室的斷電控制、遠程喚醒、幕布控制等；將各實驗室按儀器配置和操作分類，以“線下+線下”混接、“串聯+并聯”混搭的方式，統籌各實驗室軟硬件在不同課程及項目中集約化使用。 運行自動化及管理智能化的智慧實驗室最大優勢在于可根據教學計劃盡可能多地安排課程及項目，節約有限空間的運行成本、提高物理空間利用率。

2.3 數字化存儲模塊

構建新形態教學資源是信息技術與教學深度融合的重要任務之一。 依托“智慧+實驗室”建設，將人工智能、大數據、云計算、區塊鏈等現代信息技術與專業融合，構建“在線課程群”，開展基于在線課程的“翻轉”教學、線上線下混合式教學和研究性教學等；秉持以“學”為中心，利用互聯網構建會計學、國際貿易、電子商務等專業課程群的“網絡實踐平臺”，探索在線教學與真實教學協同互補的“互聯網＋”實驗教學新模式；設計開發“商業銀行小微企業信貸供給虛擬仿真實驗”等虛擬仿真教學項目，建設基于遠程控制技術的“虛擬實驗室”，進行“沉浸式”網上實驗；以數字化技術為手段，完善教學科研、創新創業實驗資源，開發科教融合資源，強化案例教學、構建學生科研、創新訓練等富媒體、數字化的“實踐案例資料庫”；根據電子商務、現代物流、區塊鏈等具有鮮明“新文科”特點的實驗實訓要求，專業技能嵌入行業崗位，融入智慧交通、物流運輸、交易數據、貿易決策、商務分析等領域，形成由計算機網絡、多媒體、沙盤庫、數據庫、軟件庫等組成的數字化實驗教學云。

2.4 質量分析模塊

基于“互聯網+”信息分析系統，形成智慧空間信息化管理閉環。 通過數據采集、計算機技術、信號處理能夠快速準確地對課程實操、項目實訓、集中實踐、仿真模擬、創新競賽等活動中的軟硬件運行效率和管理成本進行分析、形成質量報告，為分析決策提供精細化支撐等；智慧實驗室的數字化、網絡化優勢在于，作為自主、自動、自洽的智慧平臺功能，實踐教學“持續改進”教育教學理念，通過智能分析系統可以在實踐教學過程中更加注重過程的實施、評價、考核、反饋、優化。 即時發現，智慧實驗室課程項目開展情況、處理操作過程中出現的問題，實施實驗過程性評估、及時整理，在共享和交換實驗數據、信息等數字資源。 智慧空間管理閉環的形成，為實驗室信息技術迭代升級及環境硬件持續建設提供質量分析依據。

3 基于智慧實驗室的探索與實踐

根據數字經濟時代人才培養的平臺要求，依托信息技術發展，運用計算機、物聯網、云計算、大數據、移動互聯等技術，構建“虛—實一體、商—工融通”實驗平臺，探索實踐育人、實踐教學模式改革；通過集成、交互、智能的“資源數字化、運行智能化及管理信息化”實踐載體搭建，為“新文科“實踐教育信息化發展探索解決方案。 其探索實踐如圖3 所示。

圖3 基于智慧實驗室建設的探索實踐

3.1 開發智慧云平臺，開展以“學生為中心”的育人實踐

以“學生為中心”，實驗云平臺提供給學生課程及項目的參與路徑是多渠道的、 時間空間是開放式的、學習模式是主動型的。 通過實驗室預約平臺、手機移動端App 軟件，學生可在“智慧學習系統”內自主選課；基于二維碼與藍牙控制器聯動技術，在得到實驗管理員的即時授權后，學生通過微信掃碼可自主選擇實驗教室、使用實驗設備及系統；教師通過云端服務器，結合移動端口接入監管系統，在手機上隨時隨地查看進展、檢查安全；學生完成實驗項目后在線“提交結果”， 依據云端實驗數據庫系統會把信息實時動態地推送給教師，學生可以得到個性化指導和針對性幫助。 智慧云平臺提高了學生在實驗教學環節從內容到方式、流程、考核的全過程、自主性、參與度。

3.2 構建虛擬實驗空間，探索“智慧+”實踐教育模式改革

依托云計算構建“虛擬實驗空間”，將實驗項目驅動設計的概念納入輔助技術的系統開發中，打破實驗室固定物理空間、機房計算機系統之間的壁壘，如管理員根據課程及項目需要，通過后臺服務器可快速將電子商務系統設計實驗課運行下的HTML 系統，切換至金融工程軟件應用技術教學所需的Python 環境等。作為新文科學科專業探索“智慧+”教育理念的信息化載體，立足軟件開發、物聯系統、虛擬空間到移動終端的系統化構建，智能發掘空間安排，交叉靈活地開設設計型、研究型、創新型實驗；智能調整開放時間，在第一、二課堂里嵌入大賽實訓環節、科技創新項目。 智能集成活動類型，以賽促教、以訓助績，提升實訓、可生產、可真實運作的項目內涵。 通過開放共享、交叉并用的實驗室可面向3 600 位師生的169 門課程及14個實驗室開放項目和16 個大學生創新計劃交叉嵌入同步實施。

3.3 設計物聯網控制系統，搭建“商—工融合”智能載體

隨著計算機技術的提升及高等教育的發展，實驗室已從傳統意義的單純教學輔助空間，轉變為“開放性、多維度、虛實一體”的新載體。 同時利用網絡技術、智能控制技術和無線通信技術，可進行設備實時動態調試，服務器集群維護；有效存儲與備份，標準化維護，即智能控制平臺，快速地配置軟、硬件資源。 將計算機、電源、投影、交換機、門禁等設施通過物聯網技術接入中央控制管理平臺，控制學生機、投影、交換機、 電源和門禁開啟和關閉的實現單人對多個環節、多臺設備的全方位管理。 主控系統通過智能終端管理單元與虛擬平臺桌面架構結合，有效整合、集成商學院實驗室的服務器、存儲卡、路由器、交換機、終端、貨運設備、移動導軌等資源，可實現人員與設備、設備與設備之間的信息交互與數據共享。 這種智能、自動開放的線上線下混合控制系統，可進行經濟管理綜合實驗室、智能冷鏈物流管理創新實驗室、物流運作模擬實驗室及互聯網經濟與產業研究中心等擁有的14 間實驗室的集成化智能控制。 以學生預期能力培養為導向反向設計智能實驗室， 也為實踐過程中的教學相長、設備共享、人機交互提供了“智慧物理空間”。

4 結語

隨著高等教育改革發展及智慧教育的改革創新，高校實驗室作為三全育人及協同創新載體，為新文科創新人才培養提供信息化的育人中心；為“互聯網+”實踐教學改革，提供智能化的實施環境；為產教融合發展，提供數字化的管理平臺。 本文圍繞新文科實驗室建設目標，依托計算機、物聯網、大數據、移動互聯技術，建立云平臺、控制系統、移動互聯等模塊，探索了新數字經濟背景下實驗室作為“智慧+教育”實踐育人載體的建設研究。