基于云服務(wù)的心理學(xué)智慧實驗中心建設(shè)探索*

陳丹文 余香蓮 鄭敏曉

（江漢大學(xué)教育學(xué)院）

對于智慧實驗室的概念，現(xiàn)在有多種多樣的定義，綜合各方觀點，多數(shù)人認為是在實驗室的建設(shè)過程中利用智慧校園的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，把傳感器接入物聯(lián)網(wǎng)，再融入云平臺服務(wù)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能算法、移動終端應(yīng)用等多種技術(shù)，整合原有的各個實驗室、實驗儀器、安防門禁等，建設(shè)一個智能的實驗教學(xué)軟件和硬件環(huán)境，不需要把做實驗的學(xué)生禁錮在實驗室，使學(xué)生無論是在寢室，還是在圖書館都可以學(xué)習(xí)如何做實驗。授課教師可以像原來傳統(tǒng)的實驗課堂那樣邊演示邊講解，也可以把教師做實驗的演示視頻上傳，每個學(xué)生通過各自的終端（電腦、手機、平板）等觀看學(xué)習(xí)，這樣就能解決后排學(xué)生看不清楚的煩惱。智慧實驗室能夠使實驗管理人員更方便的管理，使科研人員更方便的調(diào)取、分析和處理實驗數(shù)據(jù)，使實驗資源便于開放和共享。

一、心理學(xué)智慧實驗中心建設(shè)的背景、作用和意義

在新冠病毒爆發(fā)封城期間，學(xué)生只能在家里上網(wǎng)課，心理學(xué)實驗是研究人的人格特質(zhì)、認知過程、心理活動等，只要建設(shè)得當(dāng)，有些心理學(xué)實驗是可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開展的，比如網(wǎng)絡(luò)心理測評、網(wǎng)絡(luò)心理咨詢、網(wǎng)絡(luò)心理危機干預(yù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬仿真心理學(xué)實驗、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下個體的視覺注意與人格特征實驗、網(wǎng)絡(luò)廣告心理學(xué)實驗等，但以前由于心理學(xué)網(wǎng)絡(luò)實驗云平臺的建設(shè)相對來說比較薄弱和滯后，使得很多心理學(xué)實驗課沒辦法用網(wǎng)課的形式開展。目前新冠病毒已對全世界造成了嚴重的影響，抗擊新冠疫情可能成為一項長期的工作，所以建設(shè)基于云服務(wù)的心理學(xué)智慧實驗中心就是為了順應(yīng)時代的步伐，使有些心理學(xué)實驗?zāi)軌蛟诰W(wǎng)上開展，使實驗被試能得到更廣泛的征集，使實驗資源、實驗數(shù)據(jù)能夠共享。大力建設(shè)心理學(xué)智慧實驗中心是為了全面貫徹落實“新時代高教40條”的精神，助力高校“雙一流學(xué)科的建設(shè)”，也是為了培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神、銳意進取的復(fù)合型人才，為了使教學(xué)質(zhì)量邁上一個新的臺階。在新的智慧實驗環(huán)境下，教師實驗教學(xué)的方式方法要與時俱進的做一些調(diào)整與修改，要能夠線上線下、課堂內(nèi)課堂外、虛擬的與現(xiàn)實的多種形式靈活切換，在建設(shè)心理學(xué)智慧實驗中心的過程中，需要將大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)云平臺技術(shù)、實時錄播技術(shù)、人臉識別技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、行為分析技術(shù)等與實驗教學(xué)、實驗管理等多項深度融合起來，整合現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施和信息資源，要從頂層就開始規(guī)劃和設(shè)計，能夠運用現(xiàn)代教育學(xué)、心理學(xué)理論，對教師的體態(tài)、微表情、語音語調(diào)等進行綜合評估，對學(xué)生的學(xué)習(xí)情況進行分析，所以在智慧實驗環(huán)境中，更有利于學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)和專家對授課教師和學(xué)生雙方的情況做一個客觀的評價。

二、目前傳統(tǒng)心理學(xué)實驗室存在的主要問題

（1）教學(xué)形式單一。教師在傳統(tǒng)實驗室上課，一般都是教師先將實驗原理、步驟過程、注意事項等講解一遍，然后學(xué)生照著做，基本上都是教師在“一言堂”，“滿堂灌”，是“程序式”的教學(xué)，不利于“翻轉(zhuǎn)課堂”，不利于“微課”“慕課”。

（2）過分依賴實驗設(shè)備，學(xué)生在教室或圖書館無法進行充分預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，學(xué)生無法利用碎片化的時間，隨時隨地進行學(xué)習(xí)。

（3）學(xué)生與學(xué)生之間、學(xué)生與教師之間互動較為困難。

（4）教學(xué)資源有限，內(nèi)容比較單一，無法實現(xiàn)資源共享，僅僅只能局限于本學(xué)校本實驗室有的資源。

（5）無法進行“學(xué)情分析”。教師講完了，學(xué)生是否感興趣？學(xué)生的接受情況如何？學(xué)生還存在什么問題?學(xué)生還有什么建議等等，這些信息都無法反饋，也不能進行分析。

（6）對學(xué)生的出勤率無法進行統(tǒng)計。為了記錄學(xué)生的出勤率，每次上課教師都需要點名，占用了大量寶貴的教學(xué)時間。

（7）現(xiàn)在國家倡導(dǎo)實驗室對學(xué)生和老師開放，但一般的實驗室由于本身都已承擔(dān)了大量的教學(xué)、科研任務(wù)，一些碎片化的時間段很難被一般老師利用起來。

（8）不利于教師對教學(xué)資料、實驗數(shù)據(jù)的分析和保存。

（9）當(dāng)教務(wù)處的領(lǐng)導(dǎo)想檢查教師的實驗教學(xué)情況的時候，只能親臨實驗室現(xiàn)場查看，如果正巧遇到?jīng)]實驗課的時候，就白跑一趟，檢查不到。

（10）實驗中心的工作人員除了進行實驗教學(xué)和實驗研究工作以外，還有很多日常事務(wù)性的工作需要處理，比如實驗設(shè)備的驗收登記造冊入庫、實驗設(shè)備的借用、大型精密儀器的預(yù)約使用、實驗室的開放預(yù)約、實驗課表的安排、實驗耗材的領(lǐng)取等等，這些工作都很繁瑣，占用了老師們寶貴的時間，需要有一種規(guī)范化、程序化的智能操作系統(tǒng)來實現(xiàn)這些功能。

三、心理學(xué)智慧實驗中心的建設(shè)目標：

（1）教學(xué)模式更多元化：在一所學(xué)校既有年輕的教師，又有年長的教師，每個人的教學(xué)習(xí)慣和教學(xué)風(fēng)格都不同，而且開出的實驗課程也多種多樣，有些適合現(xiàn)場用儀器操作，有些適合用虛擬仿真演示，有的課需要老師多講解，有的課需要學(xué)生多討論探索，所以應(yīng)該提供多種教學(xué)模式，教師可以根據(jù)課堂的需要選擇不同的教學(xué)模式，比如可以自由切換“翻轉(zhuǎn)課堂”“探究型教學(xué)”“討論式教學(xué)”“線上線下混合型教學(xué)”等多個性化的教學(xué)模式。

（2）交流互動要突破時空限制：教師與任何一個學(xué)生、坐在前排的學(xué)生與坐在后排的學(xué)生、在課堂的學(xué)生與在家里的學(xué)生之間等都可以通過智慧化的教學(xué)平臺很方便的分組、討論、互動。

（3）評價反饋即時化、動態(tài)化。對于獲取的教學(xué)過程中學(xué)生線上線下的行為數(shù)據(jù)，經(jīng)由云端系統(tǒng)的大數(shù)據(jù)分析，對教學(xué)的評價體系進行重構(gòu)，自動輸出教學(xué)智能診斷分析報告，即時動態(tài)的提供包括課前預(yù)習(xí)情況、課中對重點知識的掌握情況、課后的完成作業(yè)情況等反饋報告，便于課后的教學(xué)反思。

（4）教學(xué)指導(dǎo)個性化。教師可以根據(jù)不同學(xué)生，不同的學(xué)習(xí)小組的具體情況給予不同的個性化的指導(dǎo)，給他們推送的學(xué)習(xí)資料和輔導(dǎo)材料也更具針對性。

（5）實現(xiàn)實驗教學(xué)優(yōu)質(zhì)資源的豐富化和共享化。利用網(wǎng)絡(luò)平臺，可以聚集大量的相關(guān)的學(xué)習(xí)資源，并可實現(xiàn)共享，實驗課完成后，也可以有多種工具，便于對實驗數(shù)據(jù)的處理。可以全國同上一節(jié)課，實驗數(shù)據(jù)可以共享等。

（6）實驗教學(xué)環(huán)境情景化。可以利用多種聲、光、電、傳感器及虛擬仿真系統(tǒng)，使教學(xué)環(huán)境更情境化。

（7）通過物聯(lián)網(wǎng)，創(chuàng)建智能環(huán)境。可以對實驗室內(nèi)所有的燈光、空調(diào)、窗簾、計算機等設(shè)備進行智能化管控。

（8）兼容常見電子設(shè)備終端。現(xiàn)在每個人都有一些各種各樣的電子設(shè)備，如臺式電腦、筆記本電腦、智能手機、平板電腦等，建設(shè)的智慧實驗教學(xué)平臺要能夠兼容這些常見的設(shè)備，使學(xué)生手頭有什么設(shè)備就用什么設(shè)備，兼容性要好，而且可以在云端保存數(shù)據(jù)。

（9）實時錄播，智能追蹤捕捉教師課件、教師授課場景、學(xué)生發(fā)言場景、學(xué)生實驗場景等，即可保存在本地，又可共享到云端，便于“微課”“慕課”。

（10）能進行國際化雙語教學(xué)。利用一些即時的翻譯軟件如科大訊飛的雙語實時翻譯云服務(wù)軟件，即時進行雙語字幕的翻譯。

（11）實驗室的日常管理工作規(guī)范便捷化。比如學(xué)生和老師可以通過智慧實驗室的設(shè)備系統(tǒng)了解哪些實驗室有空，能夠進行預(yù)約安排實驗，也能查到哪些實驗設(shè)備可以借用，辦理借用手續(xù)等。

（12）學(xué)生要能在線預(yù)習(xí)實驗，部分實驗要能在線做，課后要能在線完成實驗報告，老師可以在線批改實驗報告。

（13）智能門禁系統(tǒng)，可以進行刷臉無感考勤，節(jié)約點名時間。

（14）實驗室的安防系統(tǒng)智慧化：比如可以安裝監(jiān)控系統(tǒng)、煙霧報警系統(tǒng)等保障實驗室的安全。

四、心理學(xué)智慧實驗中心的建設(shè)架構(gòu)

整個心理學(xué)智慧實驗中心首先應(yīng)該依托智慧校園的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，然后還要有必要的教學(xué)實驗和講解的物理空間場所、以及學(xué)生做實驗所必須的相關(guān)儀器設(shè)備，還要加上心理學(xué)智慧實驗平臺的軟件系統(tǒng)，接入物聯(lián)網(wǎng)，用PC機或平板、手機等終端實現(xiàn)遠程操控等智能化管理。

（一）心理學(xué)智慧實驗中心的物理空間場所和相關(guān)的實驗儀器

心理學(xué)之所以能夠從哲學(xué)中分離出來成為單獨的學(xué)科，就是因為引入了大量的科學(xué)實驗，只有通過實驗才能對人的“知覺”“注意”“記憶”“思維”“語言”“人格”和“情感”等做深入的研究，應(yīng)用心理學(xué)專業(yè)的《實驗心理學(xué)》《普通心理學(xué)》《認知心理學(xué)》《生理心理學(xué)》等很多課程都含有大量的實驗學(xué)時，為了能夠滿足本科、研究生的教學(xué)工作、師生們的科研工作、全校的心理健康教育工作以及社會服務(wù)工作等需要，通常來說心理學(xué)智慧實驗中心的物理空間場所應(yīng)包含以下實驗分室：基礎(chǔ)心理學(xué)實驗室、腦電實驗室、眼動實驗室、行為觀察室、沙盤實驗室、心理咨詢室、團體輔導(dǎo)室、心理劇演播室、音樂放松治療室、生物反饋治療室、心理宣泄室、心理學(xué)計算機實驗室、心理測評室、心理學(xué)虛擬仿真實驗室、認知心理學(xué)實驗室、生理心理學(xué)實驗室、測謊室、睡眠研究實驗室、人因工程心理學(xué)實驗室、實驗講授遠程錄播室等并且還應(yīng)配有相應(yīng)的實驗設(shè)備，如心理學(xué)綜合實驗臺、反應(yīng)時測定儀、棒框儀、河內(nèi)塔、深度知覺測試儀、閃光融合實驗儀、斯金納箱、迷津、記憶廣度測試儀、學(xué)習(xí)遷移測試儀、心理沙盤、心理宣泄儀、多項職業(yè)能力測量儀、腦電儀、眼動儀、經(jīng)顱直流電刺激儀、多導(dǎo)生理反饋治療儀、測謊儀、近紅外腦成像儀等專業(yè)儀器等。

（二）心理學(xué)智慧實驗中心的軟件構(gòu)成

心理學(xué)智慧實驗中心的軟件構(gòu)成通常包含八大類：

第一類是用于身份論證和實驗室安全監(jiān)控，如在實驗室總的入口處安裝實驗室門禁系統(tǒng)，進入實驗室的人員需要通過刷臉或者刷卡核實身份后方能進入實驗室；在實驗室的每間房和過道處安裝若干個攝像頭和軟件組成安全監(jiān)控系統(tǒng)，能夠用手機、平板或者電腦終端遠程監(jiān)控實驗的安全狀況。

第二類是實驗教學(xué)管理系統(tǒng)和實驗室開放預(yù)約系統(tǒng)，心理學(xué)實驗室的教學(xué)管理是比較復(fù)雜繁瑣的，特別是心理學(xué)的實驗不同于其它物理、化學(xué)等實驗，不同的實驗對于參與完成實驗的最低人數(shù)的要求不同，如做有的實驗只用一個人做就可以完成，有的實驗（如心理博弈實驗等）至少需要2人才能完成，有的實驗至少需要3個人（主試、被試、記錄）才能完成，有的實驗需要10人以上才能完成（如團體輔導(dǎo)），加之每種實驗的設(shè)備臺套數(shù)也不一樣，所以實驗課的課程安排是比較復(fù)雜的，安裝了實驗教學(xué)系統(tǒng)以后，就可以首先把人員分為系統(tǒng)管理員、實驗管理人員、教師、學(xué)生四種身份，系統(tǒng)管理員能夠?qū)τ脩簟⑾到y(tǒng)成員信息等進行修改；實驗管理人員能夠先預(yù)設(shè)好實驗所需的各種情況，合理安排課程，也能夠很方便的排課、選課、調(diào)課，發(fā)布公告信息，統(tǒng)計教師工作量，分析評教結(jié)果等；學(xué)生在實驗教學(xué)系統(tǒng)上，能夠很容易的查到實驗、實訓(xùn)課程安排，課程和畢業(yè)設(shè)計、科技活動等信息，查到課程的人才培養(yǎng)方案、教學(xué)大綱和計劃、實驗實踐項目、相關(guān)課件和資料等，方便課前預(yù)習(xí)、課后提問和對老師進行評教等；教師可以用該系統(tǒng)進行課前備課、課后作業(yè)和實驗報告的批改、考試成績的錄入和成績匯總分析、回復(fù)學(xué)生的提問等。

第三類是實驗設(shè)備和實驗耗材管理系統(tǒng)，在云平臺上，可以查到實驗室設(shè)備總臺賬，能夠在上面填寫設(shè)備借用單，能夠預(yù)約使用實驗設(shè)備，實驗管理人員在該系統(tǒng)上能夠方便的進行實驗設(shè)備的報修、報廢，實驗耗材的領(lǐng)用、登記管理。

第四類是用于實驗教學(xué)和科研的專業(yè)軟件，比如上《普通心理學(xué)》需要安裝PsyKey心理教學(xué)系統(tǒng)，上《實驗心理學(xué)》需要安裝PsychELab?心理學(xué)綜合實驗設(shè)計系統(tǒng)、PES綜合心理實驗操作平臺等，上《心理學(xué)實驗設(shè)計》需要安裝 E-Prime心理學(xué)實驗設(shè)計系統(tǒng)、DPES 可設(shè)計心理實驗系統(tǒng)等，上《心理測評》需要安裝Psykey心理測評系統(tǒng)、PsyKey人才測評系統(tǒng)、PsyKey量表編輯器等，上《運動心理學(xué)》需要安裝PsyKey運動心理測評系統(tǒng)、上《認知心理學(xué)》需要安裝PsyKey認知評估系統(tǒng)等，還需要安裝實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的軟件，如SPSS等。

第五類是心理學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)平臺，受道德倫理的限制，具有“不易觀察”“不易復(fù)制”等特性，傳統(tǒng)實驗存在“風(fēng)險大”“成本高”等弊端，傳統(tǒng)實驗手段和教學(xué)方法已不能滿足需要，為了解決人類內(nèi)部的心理活動過程難以被直觀觀察和感知、特殊被試難以找到、極端環(huán)境中做實驗存在風(fēng)險、高端儀器臺套數(shù)不足等問題，就需要安裝心理學(xué)虛擬仿真系統(tǒng)平臺。

第六類是遠程教學(xué)直播錄播系統(tǒng)，安裝后能夠?qū)崿F(xiàn)實驗教學(xué)課堂的直播、錄制，通過信息化設(shè)備實現(xiàn)跨校的教學(xué)指導(dǎo)和互動，可以實現(xiàn)全國同上一節(jié)課，共享優(yōu)質(zhì)課程資源。

第七類是服務(wù)于學(xué)校的心理健康教育的平臺，學(xué)生可以預(yù)約心理咨詢師，也可以做即時的線上心理咨詢，在平臺上面可以建立學(xué)生的心理健康檔案，做危機預(yù)警、預(yù)警跟蹤、專家指導(dǎo)等。

第八類是心理學(xué)實驗被試征集系統(tǒng)和調(diào)查問卷發(fā)放系統(tǒng)等，心理學(xué)是研究人的心理活動發(fā)生發(fā)展規(guī)律的科學(xué)，心理學(xué)實驗更是以人類被試作為研究對象，所以在做心理學(xué)實驗和研究時，需要廣泛發(fā)布征集實驗被試的信息，也需要大量的發(fā)放調(diào)查問卷。

（三）物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過煙霧傳感器、人體紅外傳感器、電化學(xué)傳感器、電流電壓傳感器、壓力傳感器、溫濕度傳感器等各種傳感器，采用ZigBee、RFID等技術(shù)達到遠程監(jiān)控或操控的實驗室的電源控制系統(tǒng)、窗簾、空調(diào)等的目的。

五、結(jié)語

智慧實驗室在實驗教學(xué)改革、提升教學(xué)質(zhì)量和效果、減輕實驗管理人員的工作量、方便科研人員分析和處理實驗數(shù)據(jù)、方便實驗資源的調(diào)用和共享，提高實驗設(shè)備的利用率等諸多方面都發(fā)揮了重要的作用，具有很高的社會價值，這必將是今后實驗室建設(shè)中的一個發(fā)展趨勢。