基于云服务的心理学智慧实验中心建设探索*

陈丹文 余香莲 郑敏晓

（江汉大学教育学院）

对于智慧实验室的概念，现在有多种多样的定义，综合各方观点，多数人认为是在实验室的建设过程中利用智慧校园的互联网环境，把传感器接入物联网，再融入云平台服务、大数据分析、人工智能算法、移动终端应用等多种技术，整合原有的各个实验室、实验仪器、安防门禁等，建设一个智能的实验教学软件和硬件环境，不需要把做实验的学生禁锢在实验室，使学生无论是在寝室，还是在图书馆都可以学习如何做实验。授课教师可以像原来传统的实验课堂那样边演示边讲解，也可以把教师做实验的演示视频上传，每个学生通过各自的终端（电脑、手机、平板）等观看学习，这样就能解决后排学生看不清楚的烦恼。智慧实验室能够使实验管理人员更方便的管理，使科研人员更方便的调取、分析和处理实验数据，使实验资源便于开放和共享。

一、心理学智慧实验中心建设的背景、作用和意义

在新冠病毒爆发封城期间，学生只能在家里上网课，心理学实验是研究人的人格特质、认知过程、心理活动等，只要建设得当，有些心理学实验是可以在网络环境下开展的，比如网络心理测评、网络心理咨询、网络心理危机干预、网络虚拟仿真心理学实验、网络环境下个体的视觉注意与人格特征实验、网络广告心理学实验等，但以前由于心理学网络实验云平台的建设相对来说比较薄弱和滞后，使得很多心理学实验课没办法用网课的形式开展。目前新冠病毒已对全世界造成了严重的影响，抗击新冠疫情可能成为一项长期的工作，所以建设基于云服务的心理学智慧实验中心就是为了顺应时代的步伐，使有些心理学实验能够在网上开展，使实验被试能得到更广泛的征集，使实验资源、实验数据能够共享。大力建设心理学智慧实验中心是为了全面贯彻落实“新时代高教40条”的精神，助力高校“双一流学科的建设”，也是为了培养具有创新精神、锐意进取的复合型人才，为了使教学质量迈上一个新的台阶。在新的智慧实验环境下，教师实验教学的方式方法要与时俱进的做一些调整与修改，要能够线上线下、课堂内课堂外、虚拟的与现实的多种形式灵活切换，在建设心理学智慧实验中心的过程中，需要将大数据分析技术、网络云平台技术、实时录播技术、人脸识别技术、物联网技术、行为分析技术等与实验教学、实验管理等多项深度融合起来，整合现有的基础设施和信息资源，要从顶层就开始规划和设计，能够运用现代教育学、心理学理论，对教师的体态、微表情、语音语调等进行综合评估，对学生的学习情况进行分析，所以在智慧实验环境中，更有利于学校领导和专家对授课教师和学生双方的情况做一个客观的评价。

二、目前传统心理学实验室存在的主要问题

（1）教学形式单一。教师在传统实验室上课，一般都是教师先将实验原理、步骤过程、注意事项等讲解一遍，然后学生照着做，基本上都是教师在“一言堂”，“满堂灌”，是“程序式”的教学，不利于“翻转课堂”，不利于“微课”“慕课”。

（2）过分依赖实验设备，学生在教室或图书馆无法进行充分预习和复习，学生无法利用碎片化的时间，随时随地进行学习。

（3）学生与学生之间、学生与教师之间互动较为困难。

（4）教学资源有限，内容比较单一，无法实现资源共享，仅仅只能局限于本学校本实验室有的资源。

（5）无法进行“学情分析”。教师讲完了，学生是否感兴趣？学生的接受情况如何？学生还存在什么问题?学生还有什么建议等等，这些信息都无法反馈，也不能进行分析。

（6）对学生的出勤率无法进行统计。为了记录学生的出勤率，每次上课教师都需要点名，占用了大量宝贵的教学时间。

（7）现在国家倡导实验室对学生和老师开放，但一般的实验室由于本身都已承担了大量的教学、科研任务，一些碎片化的时间段很难被一般老师利用起来。

（8）不利于教师对教学资料、实验数据的分析和保存。

（9）当教务处的领导想检查教师的实验教学情况的时候，只能亲临实验室现场查看，如果正巧遇到没实验课的时候，就白跑一趟，检查不到。

（10）实验中心的工作人员除了进行实验教学和实验研究工作以外，还有很多日常事务性的工作需要处理，比如实验设备的验收登记造册入库、实验设备的借用、大型精密仪器的预约使用、实验室的开放预约、实验课表的安排、实验耗材的领取等等，这些工作都很繁琐，占用了老师们宝贵的时间，需要有一种规范化、程序化的智能操作系统来实现这些功能。

三、心理学智慧实验中心的建设目标：

（1）教学模式更多元化：在一所学校既有年轻的教师，又有年长的教师，每个人的教学习惯和教学风格都不同，而且开出的实验课程也多种多样，有些适合现场用仪器操作，有些适合用虚拟仿真演示，有的课需要老师多讲解，有的课需要学生多讨论探索，所以应该提供多种教学模式，教师可以根据课堂的需要选择不同的教学模式，比如可以自由切换“翻转课堂”“探究型教学”“讨论式教学”“线上线下混合型教学”等多个性化的教学模式。

（2）交流互动要突破时空限制：教师与任何一个学生、坐在前排的学生与坐在后排的学生、在课堂的学生与在家里的学生之间等都可以通过智慧化的教学平台很方便的分组、讨论、互动。

（3）评价反馈即时化、动态化。对于获取的教学过程中学生线上线下的行为数据，经由云端系统的大数据分析，对教学的评价体系进行重构，自动输出教学智能诊断分析报告，即时动态的提供包括课前预习情况、课中对重点知识的掌握情况、课后的完成作业情况等反馈报告，便于课后的教学反思。

（4）教学指导个性化。教师可以根据不同学生，不同的学习小组的具体情况给予不同的个性化的指导，给他们推送的学习资料和辅导材料也更具针对性。

（5）实现实验教学优质资源的丰富化和共享化。利用网络平台，可以聚集大量的相关的学习资源，并可实现共享，实验课完成后，也可以有多种工具，便于对实验数据的处理。可以全国同上一节课，实验数据可以共享等。

（6）实验教学环境情景化。可以利用多种声、光、电、传感器及虚拟仿真系统，使教学环境更情境化。

（7）通过物联网，创建智能环境。可以对实验室内所有的灯光、空调、窗帘、计算机等设备进行智能化管控。

（8）兼容常见电子设备终端。现在每个人都有一些各种各样的电子设备，如台式电脑、笔记本电脑、智能手机、平板电脑等，建设的智慧实验教学平台要能够兼容这些常见的设备，使学生手头有什么设备就用什么设备，兼容性要好，而且可以在云端保存数据。

（9）实时录播，智能追踪捕捉教师课件、教师授课场景、学生发言场景、学生实验场景等，即可保存在本地，又可共享到云端，便于“微课”“慕课”。

（10）能进行国际化双语教学。利用一些即时的翻译软件如科大讯飞的双语实时翻译云服务软件，即时进行双语字幕的翻译。

（11）实验室的日常管理工作规范便捷化。比如学生和老师可以通过智慧实验室的设备系统了解哪些实验室有空，能够进行预约安排实验，也能查到哪些实验设备可以借用，办理借用手续等。

（12）学生要能在线预习实验，部分实验要能在线做，课后要能在线完成实验报告，老师可以在线批改实验报告。

（13）智能门禁系统，可以进行刷脸无感考勤，节约点名时间。

（14）实验室的安防系统智慧化：比如可以安装监控系统、烟雾报警系统等保障实验室的安全。

四、心理学智慧实验中心的建设架构

整个心理学智慧实验中心首先应该依托智慧校园的网络环境，然后还要有必要的教学实验和讲解的物理空间场所、以及学生做实验所必须的相关仪器设备，还要加上心理学智慧实验平台的软件系统，接入物联网，用PC机或平板、手机等终端实现远程操控等智能化管理。

（一）心理学智慧实验中心的物理空间场所和相关的实验仪器

心理学之所以能够从哲学中分离出来成为单独的学科，就是因为引入了大量的科学实验，只有通过实验才能对人的“知觉”“注意”“记忆”“思维”“语言”“人格”和“情感”等做深入的研究，应用心理学专业的《实验心理学》《普通心理学》《认知心理学》《生理心理学》等很多课程都含有大量的实验学时，为了能够满足本科、研究生的教学工作、师生们的科研工作、全校的心理健康教育工作以及社会服务工作等需要，通常来说心理学智慧实验中心的物理空间场所应包含以下实验分室：基础心理学实验室、脑电实验室、眼动实验室、行为观察室、沙盘实验室、心理咨询室、团体辅导室、心理剧演播室、音乐放松治疗室、生物反馈治疗室、心理宣泄室、心理学计算机实验室、心理测评室、心理学虚拟仿真实验室、认知心理学实验室、生理心理学实验室、测谎室、睡眠研究实验室、人因工程心理学实验室、实验讲授远程录播室等并且还应配有相应的实验设备，如心理学综合实验台、反应时测定仪、棒框仪、河内塔、深度知觉测试仪、闪光融合实验仪、斯金纳箱、迷津、记忆广度测试仪、学习迁移测试仪、心理沙盘、心理宣泄仪、多项职业能力测量仪、脑电仪、眼动仪、经颅直流电刺激仪、多导生理反馈治疗仪、测谎仪、近红外脑成像仪等专业仪器等。

（二）心理学智慧实验中心的软件构成

心理学智慧实验中心的软件构成通常包含八大类：

第一类是用于身份论证和实验室安全监控，如在实验室总的入口处安装实验室门禁系统，进入实验室的人员需要通过刷脸或者刷卡核实身份后方能进入实验室；在实验室的每间房和过道处安装若干个摄像头和软件组成安全监控系统，能够用手机、平板或者电脑终端远程监控实验的安全状况。

第二类是实验教学管理系统和实验室开放预约系统，心理学实验室的教学管理是比较复杂繁琐的，特别是心理学的实验不同于其它物理、化学等实验，不同的实验对于参与完成实验的最低人数的要求不同，如做有的实验只用一个人做就可以完成，有的实验（如心理博弈实验等）至少需要2人才能完成，有的实验至少需要3个人（主试、被试、记录）才能完成，有的实验需要10人以上才能完成（如团体辅导），加之每种实验的设备台套数也不一样，所以实验课的课程安排是比较复杂的，安装了实验教学系统以后，就可以首先把人员分为系统管理员、实验管理人员、教师、学生四种身份，系统管理员能够对用户、系统成员信息等进行修改；实验管理人员能够先预设好实验所需的各种情况，合理安排课程，也能够很方便的排课、选课、调课，发布公告信息，统计教师工作量，分析评教结果等；学生在实验教学系统上，能够很容易的查到实验、实训课程安排，课程和毕业设计、科技活动等信息，查到课程的人才培养方案、教学大纲和计划、实验实践项目、相关课件和资料等，方便课前预习、课后提问和对老师进行评教等；教师可以用该系统进行课前备课、课后作业和实验报告的批改、考试成绩的录入和成绩汇总分析、回复学生的提问等。

第三类是实验设备和实验耗材管理系统，在云平台上，可以查到实验室设备总台账，能够在上面填写设备借用单，能够预约使用实验设备，实验管理人员在该系统上能够方便的进行实验设备的报修、报废，实验耗材的领用、登记管理。

第四类是用于实验教学和科研的专业软件，比如上《普通心理学》需要安装PsyKey心理教学系统，上《实验心理学》需要安装PsychELab®心理学综合实验设计系统、PES综合心理实验操作平台等，上《心理学实验设计》需要安装 E-Prime心理学实验设计系统、DPES 可设计心理实验系统等，上《心理测评》需要安装Psykey心理测评系统、PsyKey人才测评系统、PsyKey量表编辑器等，上《运动心理学》需要安装PsyKey运动心理测评系统、上《认知心理学》需要安装PsyKey认知评估系统等，还需要安装实验数据统计分析的软件，如SPSS等。

第五类是心理学虚拟仿真系统平台，受道德伦理的限制，具有“不易观察”“不易复制”等特性，传统实验存在“风险大”“成本高”等弊端，传统实验手段和教学方法已不能满足需要，为了解决人类内部的心理活动过程难以被直观观察和感知、特殊被试难以找到、极端环境中做实验存在风险、高端仪器台套数不足等问题，就需要安装心理学虚拟仿真系统平台。

第六类是远程教学直播录播系统，安装后能够实现实验教学课堂的直播、录制，通过信息化设备实现跨校的教学指导和互动，可以实现全国同上一节课，共享优质课程资源。

第七类是服务于学校的心理健康教育的平台，学生可以预约心理咨询师，也可以做即时的线上心理咨询，在平台上面可以建立学生的心理健康档案，做危机预警、预警跟踪、专家指导等。

第八类是心理学实验被试征集系统和调查问卷发放系统等，心理学是研究人的心理活动发生发展规律的科学，心理学实验更是以人类被试作为研究对象，所以在做心理学实验和研究时，需要广泛发布征集实验被试的信息，也需要大量的发放调查问卷。

（三）物联网系统

物联网系统通过烟雾传感器、人体红外传感器、电化学传感器、电流电压传感器、压力传感器、温湿度传感器等各种传感器，采用ZigBee、RFID等技术达到远程监控或操控的实验室的电源控制系统、窗帘、空调等的目的。

五、结语

智慧实验室在实验教学改革、提升教学质量和效果、减轻实验管理人员的工作量、方便科研人员分析和处理实验数据、方便实验资源的调用和共享，提高实验设备的利用率等诸多方面都发挥了重要的作用，具有很高的社会价值，这必将是今后实验室建设中的一个发展趋势。