机能学智慧实验室建设探索

方 瑜,彭慧琴,厉旭云,孙岑岑,梅汝焕,张 岩△

(1浙江大学基础医学实验教学中心机能分中心, 杭州 310058; 2浙江大学基础医学实验教学中心; △通讯作者)

我国《教育信息化2035》《“十四五”国家信息化规划》《教育信息化2.0行动计划》等政策文件陆续出台,教育信息化受到前所未有的重视,各大高校均努力推进信息技术和智能技术与教育教学深度融合,智慧教室应运而生。近年来,浙江大学逐步对理论课教室进行智慧化升级改造,增添智慧教学设施以满足线上教学需求[1-3],但目前实验教学仍面临较大的线上教学困难。因此,构建智慧实验室不仅是形势发展的需要,也是高校信息化建设的必然要求,更是深化教育教学改革,创新教育理念和教育模式,提升人才培养质量和教学质量的必由之路。

机能实验是医学生必修的基础性实验课程,是基础医学实验教学不可或缺的重要组成部分,在培养学生的动手能力、科研能力、创新能力、探索能力、思维能力等方面都起到了重要作用。因此,我们亟须在机能实验教学中引入新技术、新方法,以促进机能实验教学水平的提高。2022年上半年,在学校学院的大力支持下,我中心按照先点后面、引领示范的原则,利用信息技术和智能技术手段,对机能教学实验室进行了改造,通过更新部分设备来提升实验室功能,将实验室改造成智能化、信息化的智慧教学实验室,从而实现线上线下、虚实结合、师生互动、生生互动的高效实验教学,更好地服务于实验教学课程改革的深入开展。文章以机能学智慧实验室为例具体介绍智慧实验室建设情况。

1 智慧实验室具体体现

机能教学实验室成立于2006年,基础设施、硬件设施都有所老化,无法顺利支撑线下线上实验课程授课的完美切换。因此,对实验室进行智能化转型升级已刻不容缓。智慧实验室智能化主要体现在以下几个方面。

1.1 实验室管理智慧化

智慧化的实验室管理应包括智能门禁系统、远程教学功能、仪器设备共享管理、实验室远程监控等[4]。教师应充分运用信息化手段进行实验室管理,以提高人员管理效率,提升管理服务水平,助力实验室安全建设。例如,教师借助移动客户端,实现远程移动办公;学生提前预约实验,预约成功后,可凭校园卡在预约时段进入实验室开展实验;学生因突发状况无法到实验室上课,亦可通过远程教学系统进行在线同步学习;中心建设仪器设备、实验室共享平台,提高实验室仪器设备及实验场所利用率;中心增加监控摄像头,教师可远程观察实验室状态,实时预警实验室安全等[5]。

1.2 教学管理智慧化

智慧化的教学管理包括课堂教学设备便捷共享、同屏实时传输、师生实时互动等方面。教师需建立以学生为中心的实验教学管理方案,在实验教学课堂中,完全实现学生实验操作过程全程录制、师生实时无障碍互动等功能;对学生操作可以进行全局把控,有助于对学生的课堂表现给出更准确的评价。

1.3 环境监测智慧化

智慧化环境监测应包括光线智能调节、温湿度实时监测、通风设施智能调整、水电智能控制等,确保实验室大环境既满足节约能耗的要求,又满足实验顺利开展的需求。

1.4 线上课堂智慧化

完善的网络设施为线上课堂提供强有力的支撑。因此,教师要做好虚拟仿真实验平台的日常维护和正常运行、课程网站的建设及维护等,应充分利用现代信息技术,加快形成多元协同、内容丰富、应用广泛、服务及时的云服务体系,打造适应学生自主学习、自主管理、自主服务需求的线上课堂;包括校内外高速访问课程资源、实验数据采集与分析、数据共享等功能,确保学生可以利用PC端、移动设备等进行随时随地的自主在线学习,以补充和完善智慧实验室的功能。

2 机能学智慧实验室建设内容

我中心对传统实验室进行升级改造:首先,应加强实验室基础设施建设以保障实验室安全运行;其次,应添置智慧化教学设备以提升实验教学环境水平;最后,应添置具有机能学专业特色的教学仪器,以提升教学手段和学生体验。

2.1 基础设施改造

实验室基础设施改善是智慧实验室建设的先决条件。首先,要确保供水、供电、照明、网络、空调和通风换气设施与智慧实验室功能相匹配;其次,需加强实验室安全设施建设,如增设烟雾火警探测器、加装洗眼装置、加装监控系统、更换一卡通智能门禁设备等,以保障智慧实验室安全平稳运行;最后,还需加强实验室环境文化建设,如展示智慧实验室准入制度、优秀课程案例介绍、学生创新实验优秀作品等内容,营造良好学习氛围。

2.2 添置智慧化教学设备

中心加强实验教学演示与交互功能设备的投入,引进一键上下课系统、双屏显示系统、录播系统等智慧教学设备,保障教师个性化教学方式的无障碍实现。依托智慧化教学设备,教师可以实现实验课堂的多屏显示、无线投屏、远程交互、临床手术实时对接、讲解与演示模式和板书模式自由切换等多种课堂功能,充分开展师生互动和生生互动,从而高效、便捷地完成课程教学要求,以达到课程既定效果。

2.3 添置集成一体式生物信号采集系统

机能智慧实验室本次采购了一批集成一体式生物信号采集系统(以下简称“一体机”)应用于实验教学。一体机集可移动实验平台、生物信号采集、实验环境监测和同步演示功能于一体,具备实验仪器一体化平台控制,并集成了医学实验网络教学系统、动物虚拟仿真实验系统和人体虚拟仿真实验系统。学生可在实景实验操作与虚拟仿真实验操作之间随意切换。一体机可实现教学过程的全方位实时感知、动态控制、智慧管理、无差别广播等。一体机不仅具备优秀的生物信号采集功能,同时还可以实现实验教学过程中的师生互动、生生互动,增强学生的参与感和协作性。教师授课时不离开讲台便能迅速获取特定小组的实验操作画面,随后给出准确指导,从而实现机能学实验教学的智慧化管理,进一步提升实验教学质量。

3 机能学智慧实验室运行反馈

机能学智慧实验室于2022年秋冬学期投入使用,期间整体运行情况良好,师生普遍反映较好。授课教师表示,新的实验室布局不仅适用于传统的讲座式课堂,也适用于TBL等小组式教学新模式,且一体机双电脑的配置更有利于同时开展动物手术实验操作、ESP虚拟病人实验操作或动物虚拟仿真实验操作,亦可根据课程需求开展创新性实验研究,极大方便了教师开展个性化的授课模式。

3.1 改善和提升实验教学环境

基于机能实验室原有设备陈旧、功能不全、存在安全隐患、不能满足新形态实验教学需要等问题,中心根据实际情况,高标准改造原有实验室的基础设施并更新仪器设备。焕然一新的实验室深受师生好评。改善和提升实验教学环境亦是从以学生为本出发,是践行以学生为中心的实验教学模式。教师将信息化技术引入实验教学中,以新技术、新方法、新的实验项目来激发学生的学习兴趣,并充分调动学生上课的积极性和参与度,引导学生自主学习,有利于多种教学新模式的开展,从而提升实验教学的质量和效果。

我们就机能学智慧实验室使用情况面向2020级临床医学专业、预防医学专业、口腔医学专业等四百余名学生进行了问卷调查。经统计发现,实验室改造后,学生对教室环境感到满意的比例达到96.7%,对实验设备感到满意的比例更是高达97.5%,另外,对上课录播系统的满意率也达到了87.5%。同时,学生也提出了一些意见和建议,认为在今后的实验室升级改造过程中,可以增设学生私人物品储存柜、公共休息区及饮用水设施,给予学生更多的人文关怀。

3.2 信息化助推教师队伍建设

智慧实验室充分依托信息化技术来维护和运行,亦可助推教师队伍信息素养提高。教师队伍建设主要包括提升教师数字素养及相关技能。智慧实验室可以充分调动教师的教学活力和教学能力,推动教师加强对专业建设、课程实施、教学内容、教学方法、教学手段、教学评价等方面的研究探索,提升教学研究意识,更好地凝练和推广研究成果。在今后的实验教学中,教师应充分挖掘智慧实验室的功能,不断完善基础实验课程信息化应用,以高水平的教育信息化推动教师队伍建设及医学实验课程高质量发展。

3.3 引领和示范作用

机能学智慧实验室的建设与发展,助力校园智慧化的推进进程,不仅能更好地服务师生,培养一流拔尖医学人才,更能有效促进学校的教学科研水平,为学校的“双一流”建设贡献实验教学力量。因此,未来的工作重点应该是积极开展信息化智慧实验室改造和管理的创新研究、试点示范和应用实践工作,大力推进实验室向智慧化转型升级,为其他学科和专业实验室提供建设样板。

教育数字化行动是国家层面的战略行动,我国教育信息化正迈向数字化转型新阶段。在新医科背景下,高校以信息化为主导,以提高实验教学质量为目标,以互联网、实验教学中心虚拟仿真实验平台、手术操作视频等数字资源、智慧化教学设备等为依托,按照服务师生、安全运行为原则,积极推进实验室信息化建设[6-8]。我们应当以目标导向、效果导向相结合,以新医科建设为工作统领,以高等教育数字化为战略引擎,以培养卓越医学拔尖人才为核心目标,以基础医学实验教学中心实验室转型升级为契机,深入推进“医学+X”多学科背景的复合型创新拔尖人才和新医科人才的培养[9-11]。