基于云服務的心理學智慧實驗中心建設探索*

陳丹文 余香蓮 鄭敏曉

（江漢大學教育學院）

對于智慧實驗室的概念，現在有多種多樣的定義，綜合各方觀點，多數人認為是在實驗室的建設過程中利用智慧校園的互聯網環境，把傳感器接入物聯網，再融入云平臺服務、大數據分析、人工智能算法、移動終端應用等多種技術，整合原有的各個實驗室、實驗儀器、安防門禁等，建設一個智能的實驗教學軟件和硬件環境，不需要把做實驗的學生禁錮在實驗室，使學生無論是在寢室，還是在圖書館都可以學習如何做實驗。授課教師可以像原來傳統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，每個學生通過各自的終端（電腦、手機、平板）等觀看學習，這樣就能解決后排學生看不清楚的煩惱。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取、分析和處理實驗數據，使實驗資源便于開放和共享。

一、心理學智慧實驗中心建設的背景、作用和意義

在新冠病毒爆發封城期間，學生只能在家里上網課，心理學實驗是研究人的人格特質、認知過程、心理活動等，只要建設得當，有些心理學實驗是可以在網絡環境下開展的，比如網絡心理測評、網絡心理咨詢、網絡心理危機干預、網絡虛擬仿真心理學實驗、網絡環境下個體的視覺注意與人格特征實驗、網絡廣告心理學實驗等，但以前由于心理學網絡實驗云平臺的建設相對來說比較薄弱和滯后，使得很多心理學實驗課沒辦法用網課的形式開展。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，所以建設基于云服務的心理學智慧實驗中心就是為了順應時代的步伐，使有些心理學實驗能夠在網上開展，使實驗被試能得到更廣泛的征集，使實驗資源、實驗數據能夠共享。大力建設心理學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?！半p一流學科的建設”，也是為了培養具有創新精神、銳意進取的復合型人才，為了使教學質量邁上一個新的臺階。在新的智慧實驗環境下，教師實驗教學的方式方法要與時俱進的做一些調整與修改，要能夠線上線下、課堂內課堂外、虛擬的與現實的多種形式靈活切換，在建設心理學智慧實驗中心的過程中，需要將大數據分析技術、網絡云平臺技術、實時錄播技術、人臉識別技術、物聯網技術、行為分析技術等與實驗教學、實驗管理等多項深度融合起來，整合現有的基礎設施和信息資源，要從頂層就開始規劃和設計，能夠運用現代教育學、心理學理論，對教師的體態、微表情、語音語調等進行綜合評估，對學生的學習情況進行分析，所以在智慧實驗環境中，更有利于學校領導和專家對授課教師和學生雙方的情況做一個客觀的評價。

二、目前傳統心理學實驗室存在的主要問題

（1）教學形式單一。教師在傳統實驗室上課，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，不利于“翻轉課堂”，不利于“微課”“慕課”。

（2）過分依賴實驗設備，學生在教室或圖書館無法進行充分預習和復習，學生無法利用碎片化的時間，隨時隨地進行學習。

（3）學生與學生之間、學生與教師之間互動較為困難。

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

（5）無法進行“學情分析”。教師講完了，學生是否感興趣？學生的接受情況如何？學生還存在什么問題?學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）對學生的出勤率無法進行統計。為了記錄學生的出勤率，每次上課教師都需要點名，占用了大量寶貴的教學時間。

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

（8）不利于教師對教學資料、實驗數據的分析和保存。

（9）當教務處的領導想檢查教師的實驗教學情況的時候，只能親臨實驗室現場查看，如果正巧遇到沒實驗課的時候，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和實驗研究工作以外，還有很多日常事務性的工作需要處理，比如實驗設備的驗收登記造冊入庫、實驗設備的借用、大型精密儀器的預約使用、實驗室的開放預約、實驗課表的安排、實驗耗材的領取等等，這些工作都很繁瑣，占用了老師們寶貴的時間，需要有一種規范化、程序化的智能操作系統來實現這些功能。

三、心理學智慧實驗中心的建設目標：

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

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

（3）評價反饋即時化、動態化。對于獲取的教學過程中學生線上線下的行為數據，經由云端系統的大數據分析，對教學的評價體系進行重構，自動輸出教學智能診斷分析報告，即時動態的提供包括課前預習情況、課中對重點知識的掌握情況、課后的完成作業情況等反饋報告，便于課后的教學反思。

（4）教學指導個性化。教師可以根據不同學生，不同的學習小組的具體情況給予不同的個性化的指導，給他們推送的學習資料和輔導材料也更具針對性。

（5）實現實驗教學優質資源的豐富化和共享化。利用網絡平臺，可以聚集大量的相關的學習資源，并可實現共享，實驗課完成后，也可以有多種工具，便于對實驗數據的處理?？梢匀珖弦还澱n，實驗數據可以共享等。

（6）實驗教學環境情景化?？梢岳枚喾N聲、光、電、傳感器及虛擬仿真系統，使教學環境更情境化。

（7）通過物聯網，創建智能環境?？梢詫嶒炇覂人械臒艄?、空調、窗簾、計算機等設備進行智能化管控。

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

（9）實時錄播，智能追蹤捕捉教師課件、教師授課場景、學生發言場景、學生實驗場景等，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。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范便捷化。比如學生和老師可以通過智慧實驗室的設備系統了解哪些實驗室有空，能夠進行預約安排實驗，也能查到哪些實驗設備可以借用，辦理借用手續等。

（12）學生要能在線預習實驗，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，可以進行刷臉無感考勤，節約點名時間。

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

四、心理學智慧實驗中心的建設架構

整個心理學智慧實驗中心首先應該依托智慧校園的網絡環境，然后還要有必要的教學實驗和講解的物理空間場所、以及學生做實驗所必須的相關儀器設備，還要加上心理學智慧實驗平臺的軟件系統，接入物聯網，用PC機或平板、手機等終端實現遠程操控等智能化管理。

（一）心理學智慧實驗中心的物理空間場所和相關的實驗儀器

心理學之所以能夠從哲學中分離出來成為單獨的學科，就是因為引入了大量的科學實驗，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，應用心理學專業的《實驗心理學》《普通心理學》《認知心理學》《生理心理學》等很多課程都含有大量的實驗學時，為了能夠滿足本科、研究生的教學工作、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工作等需要，通常來說心理學智慧實驗中心的物理空間場所應包含以下實驗分室：基礎心理學實驗室、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、心理學計算機實驗室、心理測評室、心理學虛擬仿真實驗室、認知心理學實驗室、生理心理學實驗室、測謊室、睡眠研究實驗室、人因工程心理學實驗室、實驗講授遠程錄播室等并且還應配有相應的實驗設備，如心理學綜合實驗臺、反應時測定儀、棒框儀、河內塔、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、學習遷移測試儀、心理沙盤、心理宣泄儀、多項職業能力測量儀、腦電儀、眼動儀、經顱直流電刺激儀、多導生理反饋治療儀、測謊儀、近紅外腦成像儀等專業儀器等。

（二）心理學智慧實驗中心的軟件構成

心理學智慧實驗中心的軟件構成通常包含八大類：

第一類是用于身份論證和實驗室安全監控，如在實驗室總的入口處安裝實驗室門禁系統，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控系統，能夠用手機、平板或者電腦終端遠程監控實驗的安全狀況。

第二類是實驗教學管理系統和實驗室開放預約系統，心理學實驗室的教學管理是比較復雜繁瑣的，特別是心理學的實驗不同于其它物理、化學等實驗，不同的實驗對于參與完成實驗的最低人數的要求不同，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），加之每種實驗的設備臺套數也不一樣，所以實驗課的課程安排是比較復雜的，安裝了實驗教學系統以后，就可以首先把人員分為系統管理員、實驗管理人員、教師、學生四種身份，系統管理員能夠對用戶、系統成員信息等進行修改；實驗管理人員能夠先預設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、調課，發布公告信息，統計教師工作量，分析評教結果等；學生在實驗教學系統上，能夠很容易的查到實驗、實訓課程安排，課程和畢業設計、科技活動等信息，查到課程的人才培養方案、教學大綱和計劃、實驗實踐項目、相關課件和資料等，方便課前預習、課后提問和對老師進行評教等；教師可以用該系統進行課前備課、課后作業和實驗報告的批改、考試成績的錄入和成績匯總分析、回復學生的提問等。

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

第四類是用于實驗教學和科研的專業軟件，比如上《普通心理學》需要安裝PsyKey心理教學系統，上《實驗心理學》需要安裝PsychELab?心理學綜合實驗設計系統、PES綜合心理實驗操作平臺等，上《心理學實驗設計》需要安裝 E-Prime心理學實驗設計系統、DPES 可設計心理實驗系統等，上《心理測評》需要安裝Psykey心理測評系統、PsyKey人才測評系統、PsyKey量表編輯器等，上《運動心理學》需要安裝PsyKey運動心理測評系統、上《認知心理學》需要安裝PsyKey認知評估系統等，還需要安裝實驗數據統計分析的軟件，如SPSS等。

第五類是心理學虛擬仿真系統平臺，受道德倫理的限制，具有“不易觀察”“不易復制”等特性，傳統實驗存在“風險大”“成本高”等弊端，傳統實驗手段和教學方法已不能滿足需要，為了解決人類內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、極端環境中做實驗存在風險、高端儀器臺套數不足等問題，就需要安裝心理學虛擬仿真系統平臺。

第六類是遠程教學直播錄播系統，安裝后能夠實現實驗教學課堂的直播、錄制，通過信息化設備實現跨校的教學指導和互動，可以實現全國同上一節課，共享優質課程資源。

第七類是服務于學校的心理健康教育的平臺，學生可以預約心理咨詢師，也可以做即時的線上心理咨詢，在平臺上面可以建立學生的心理健康檔案，做危機預警、預警跟蹤、專家指導等。

第八類是心理學實驗被試征集系統和調查問卷發放系統等，心理學是研究人的心理活動發生發展規律的科學，心理學實驗更是以人類被試作為研究對象，所以在做心理學實驗和研究時，需要廣泛發布征集實驗被試的信息，也需要大量的發放調查問卷。

（三）物聯網系統

物聯網系統通過煙霧傳感器、人體紅外傳感器、電化學傳感器、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等技術達到遠程監控或操控的實驗室的電源控制系統、窗簾、空調等的目的。

五、結語

智慧實驗室在實驗教學改革、提升教學質量和效果、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據、方便實驗資源的調用和共享，提高實驗設備的利用率等諸多方面都發揮了重要的作用，具有很高的社會價值，這必將是今后實驗室建設中的一個發展趨勢。