趙玉茹

(浙江工業(yè)大學 離退休處，浙江 杭州 310014)

高校實驗室是學生能力和素質培養(yǎng)的搖籃和基地，是科技創(chuàng)新的主戰(zhàn)場，是高校服務國家服務社會的重要窗口[1]，建設好實驗室、發(fā)揮實驗室作用是推進高等教育現(xiàn)代化、建設高教強國的題中應有之意。借力于互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術等，高校實驗室已進入智能化狀態(tài)，在人才培養(yǎng)和創(chuàng)新研究中發(fā)揮著越來越重要的作用。以往的高校實驗室研究多以針對具體問題進行，就實驗室管理手段、創(chuàng)新動能、開放效果等提出改進對策，依據(jù)理論開展研究較為鮮見，現(xiàn)從組織任務環(huán)境視角，探究智能化實驗室系統(tǒng)性問題，力圖尋求智能化實驗室物盡其用的新策略。

一、高校智能化實驗室的發(fā)展與困境

高校實驗室在互聯(lián)網(wǎng)技術背景下，實驗技術和管理與信息技術不斷融合，升級為智能化實驗室，有著優(yōu)良實驗運行條件。

(一)智能化實驗室發(fā)展歷程

1.起步階段。上世紀90年代中期開始，互聯(lián)網(wǎng)大規(guī)模投入商用，網(wǎng)絡化應用迅速擴展至高校教學科研和管理工作。高校計算機房的機器數(shù)量規(guī)?；?，學生上機訓練時間充裕，計算機仿真實驗項目出現(xiàn)，極少量自動控制裝置接入互聯(lián)網(wǎng)，各種專業(yè)軟件、管理軟件在實際工作中應用。典型的智能化管理手段為實驗室門禁系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)。

2.成長階段。21世紀初，實驗室開始啟用獨立的門戶網(wǎng)站供校內外訪問，嵌入式、物聯(lián)網(wǎng)等技術應用于實驗設備，實驗室開放范圍擴大。部分課程中虛擬仿真實驗作為實體實驗的補充完善了創(chuàng)新性人才培養(yǎng)體系。部分智能化實驗室中既可現(xiàn)場實驗又可在線遠程實驗。不同高校、學科類型的同類實驗室間智能化水平懸殊較大。

3.成熟階段。人工智能發(fā)揮巨大作用，引入機器學習等前沿技術，智能化實驗室布局成為區(qū)域鏈狀網(wǎng)絡的功能實驗集群，高效率地完成海量運算實驗，承擔基礎研究，解決經濟社會的復雜問題。阿里實驗室、騰訊實驗室為國內現(xiàn)階段智能化實驗室先進范例。

(二)智能化實驗室困境與成因

高校智能化實驗室逐步轉變以教師為中心的育人模式，有助于高校整體效能的發(fā)揮[2]。首先，拓展了實踐育人空間，實驗室開放運行，學生通過預約自主實驗，在課外進行拓展性實驗，達到更佳的訓練效果；同時，接受校外實驗需求，增進與社會互動。其次，豐富實驗資源，VR、AR、CR、MR等信息技術與實驗手段結合，虛擬仿真實驗從無到有，完善實驗教學體系。再次，緩解稀缺資源矛盾，信息技術把原本昂貴不可用的實驗儀器虛擬、仿真出來，降低先進儀器設備引入門檻，實現(xiàn)實驗資源低成本獲取。還有效降低實驗安全風險，XR技術與實驗手段結合，高危條件、破壞性、微觀世界等實體實驗所不及的實驗項目彌補學生原本無法認知的缺憾。最后，提供實驗改進優(yōu)化的可能。便于教師從數(shù)字化的實驗資源中提取信息，用于改進教學質量，優(yōu)化提高育人效果。

智能化實驗室雖優(yōu)勢明顯，現(xiàn)階段遇到問題也顯現(xiàn)出來。

1.支持教學需求不足。尚未全面建立起虛實結合的實驗教學體系，虛擬仿真實驗教學項目僅在少數(shù)專業(yè)和課程中出現(xiàn)，有的項目按流程式操作、互動性較弱，實際應用并沒有達到理想效果。數(shù)字實驗教學資源建設有待于進一步提質、提量。

2.實驗室智能化監(jiān)控短缺。當下實驗室多為改建，實驗室安全先天不足，智能化監(jiān)控裝置后期加裝，監(jiān)測設備需要精準配置，足量配置數(shù)量和品種是一大難題。沒有前端采集信號，后端網(wǎng)絡支撐功能如何強大也于事無補。

3.智能化運營成本過高。智能化軟件價值不菲，特別是商用專業(yè)性軟件成本居高不下，數(shù)字實驗項目上線需要搭建系統(tǒng)架構、安裝環(huán)境、人員維護等必不可少的條件，起始投入為固定成本，建設費用高，運營成本有待于通過規(guī)模效應分攤、下降。

針對以上，智能化實驗室的建設和管理尚存根源性問題。主要表現(xiàn)為：一是責任主體不明確。教育部《實驗室工作規(guī)程》中明確實驗室實行主任負責制，由實驗室主任組織人員完成實驗室規(guī)劃和建設，但實際中，崗位聘任和個人發(fā)展帶來實驗隊伍流動性大。智能化實驗室建設工作是需要長期推進的大工程，制約因素多，在建設和運行不同階段，責任主體發(fā)生變化，導致規(guī)劃思路、目標方向發(fā)生變化，不利于智能化實驗室建設和運行。二是組織上有偏差。高校實驗室、學科、團隊等自成一體，教學實驗室、科研實驗室、團隊實驗室、創(chuàng)新中心等各行其是，過分強調各自的目標和價值，忽略了實驗室資源的同質與共享，資源投入各有渠道，缺少統(tǒng)籌協(xié)調，分散了高校有限資源投入。三是投入上無持續(xù)。高校智能化實驗室的建設主要依托校園網(wǎng)絡進行，建設具有自身特色的多層級教學、研究、管理系統(tǒng)，確需耗費大量人力財力。高校人力資源、技術水平有限，通過購買服務方式完成智能化建設，費用相當可觀，高校經濟壓力巨大，智能化實驗室建設分步、分塊實施成為必然。短時期投入不到位造成建設進度不一，若長期投入不到位，則導致工作滯后。三大表現(xiàn)都在高校智能化實驗室的建設和管理之中，根源性問題需要破解。

二、高校智能化實驗室的組織任務環(huán)境構成與特征

智能化實驗室是高校的一個任務型基層組織。組織要在高度不確定的環(huán)境下掌握完成任務的主動權，在環(huán)境的變動中主動尋找完成任務的機會[3]，智能化實驗室在變動的環(huán)境中，以獲得自身利益最大化的方式完成任務，而非按照不確定因素的訴求謀求任務完成的最佳結果。智能化實驗室建設與管理的問題癥結就是其任務環(huán)境中特定的偶然性和約束條件綜合作用的結果。組織問題以組織任務環(huán)境的理論來分析、解決。

組織任務環(huán)境是指影響組織活動的外部因素，是環(huán)境對組織的信息輸入，由Dill.W.R于1958年首次提出，已被眾多管理理論和實踐所證實。“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，大數(shù)據(jù)、智能化、移動性和云計算對組織的影響空前，組織與環(huán)境之間互動越來越頻繁[4]，按照Gary J.Castrogiovanni的環(huán)境分層理論，組織任務環(huán)境受上層聚合環(huán)境(產業(yè)和生態(tài)環(huán)境)和宏觀環(huán)境的影響[5]，高校智能化實驗室的上層聚合環(huán)境為高校內部體系和學科技術領域，宏觀環(huán)境則為高等教育領域和信息化時代，聚合環(huán)境和宏觀環(huán)境都有高度不確定性，其任務環(huán)境分為技術、需求、競爭和制度四個子環(huán)境，相應地具有技術開放性、需求互動性、競爭不確定性和制度模糊性四個維度特征[6]。

(一)技術開放性

智能化實驗室通過基于網(wǎng)絡協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸，支持線上線下開展實驗，除涉密實驗室和不宜共享信息外，通過“在線”方式，實驗室基本信息實現(xiàn)自溢，具有天然的開放特性，網(wǎng)絡技術支持智能化實驗室開放。同時，網(wǎng)絡技術的開放性帶動智能化實驗室資源與外界環(huán)境對接互通，不同實驗室主體之間也能夠建立起互動關系，海量數(shù)據(jù)支撐起智能化實驗室的分層、分布開放。智能化實驗室的開放成為必然，科學實驗的主動性和實效性大大增強[7]，實驗室開放程度、虛實實驗、高水平實驗、教科實驗等項目參數(shù)成為技術開放性的測量指標，表征著智能化實驗室功能強弱，在智能化實驗室建設和管理中都具有顯性效應。

(二)需求互動性

實驗者將需求信息傳遞給智能化實驗室，影響實驗供給；智能化實驗室通過實時表達，反饋需求者改進或提高。通過雙方互動，既維護供需雙方合作關系，又助推智能化實驗室提高服務質量與水平。智能化實驗室獲取高校育人、科學研究、行業(yè)技術需要什么實驗、實驗能培養(yǎng)出怎樣的人、解決什么問題等信息，派生出新的實驗供給，創(chuàng)造出新的價值。實驗項目更新、冗余等參數(shù)成為需求互動性測量指標，表征著智能化實驗室管理的適應性和創(chuàng)新性能力。

(三)競爭不確定性

鑒于高校、實驗室和學科同質性，以及信息的有限性和不對稱性，智能化實驗室在一定時期內呈現(xiàn)出無序競爭狀態(tài)。借助于資本、技術和先手優(yōu)勢，積極參與競爭的智能化實驗室將逐步替代弱勢實驗室，實驗室蓬勃發(fā)展與自行消亡隨之而來。另外，同質的智能化實驗室之間，或同為實驗需求者之間協(xié)作也是一種可能。合作或競爭都具有不確定性。實驗室儀器設備利用情況、實驗項目開出頻度成為競爭不確定性的測量指標，表征著智能化實驗室建設再投入的必要性。

(四)制度模糊性

實驗室工作的邊界模糊由來已久。高校實驗室儀器設備的所有權使用權分立，致使責任模糊[8]，實驗室隊伍專兼職結合、固定與流動相結合、教學科研雙肩挑，要素間結合的界域難以得到明確定義。智能化實驗室中模糊擴展至制度層面，在一定的時期內，制度條款僅以定性或抽象的方式表達，多頭并蓄的零散指標可比性較差、變量的隨機性較強。以實驗項目的更新為例，以何種程度的變更稱之為更新，以技術線路、方法手段、參數(shù)指標更新都有相應理由。當堅持了同一原則，訴諸于未來某一時間則映射出相應的環(huán)境信息。經過時間積淀，智能化實驗室運行指標的先決條件設定和變化趨勢與規(guī)律，成為評價管理績效測量指標，如實驗室崗位設置、人員工作量。

圖1 高校智能化實驗室任務環(huán)境四維特征

三、高校智能化實驗室建設與管理的優(yōu)化策略

智能化實驗室已成為高校人才培養(yǎng)和科技創(chuàng)新的優(yōu)勢資源，應在國家建設高質量教育體系戰(zhàn)略中，主動適應“互聯(lián)網(wǎng)+”“智能+”時代的要求，以開放、共享、優(yōu)質、提升為目標，充分發(fā)揮其無可替代作用。結合組織任務環(huán)境四維特征，注重高校和智能化實驗室整體協(xié)同發(fā)展，從系統(tǒng)規(guī)劃、治理體系、集約共建、風險防范等方面對智能化實驗室體系進行改良重塑，推進其建設和管理。

(一)系統(tǒng)設計智能化實驗室規(guī)劃

微觀組織須與聚合環(huán)境、宏觀環(huán)境相適應。高校面向國家戰(zhàn)略，對標“雙一流”建設，瞄準國家戰(zhàn)略優(yōu)先發(fā)展和重點支持的產業(yè)，制定科技創(chuàng)新規(guī)劃和人才培養(yǎng)規(guī)劃。高校是實驗室賴以生存的近距離任務環(huán)境，智能化實驗室建設規(guī)劃以高?？萍紕?chuàng)新規(guī)劃和人才培養(yǎng)規(guī)劃為任務目標，制定與之相適應的實驗功能智能化平臺規(guī)劃，以“雙一流”人才培養(yǎng)標準，構筑“高精尖缺”人才供給高地[9]的實驗資源儲備環(huán)境指標。

智能化實驗室規(guī)劃是任務環(huán)境集合。對應需求環(huán)境互動性，首先明確規(guī)劃期內目標任務。瞄準學科領域標桿，對接科研大項目，搭建大裝置平臺，整合教學科研實驗優(yōu)質資源，提升實驗室適應能力和敏感度，創(chuàng)新開發(fā)實驗資源，增強實驗室競爭力。其次緊密結合數(shù)字時代特點，凸顯智能化實驗室信息化目標，回應技術開放性，在虛擬仿真實驗開發(fā)與應用、實驗信息化條件配置、數(shù)據(jù)挖掘等方面構思布局。最重要的是回歸實驗室本源，以安全、規(guī)范為根本，任務環(huán)境無論不確定性多大，智能化實驗室的安全防范不容忽視。

系統(tǒng)謀劃智能化實驗室功能區(qū)塊、規(guī)模結構，注重先進性與適用性的協(xié)調，平衡供給可能與需求剛性的矛盾，分步推進先行示范與基本保障建設，協(xié)調處理近期計劃與遠期規(guī)劃關系。

(二)改進智能化實驗室治理體系

智能化實驗室任務環(huán)境技術開放性確立智能化實驗室開放共享的運行模式，卻造成其在管理上容易產生真空或交錯，需要有既遵循客觀規(guī)律又能夠行之有效的治理體系用于管理。高校實驗室實行校院兩級、實驗室主任負責的管理體制，學校負責全校智能化實驗室的總體布局、規(guī)劃和平臺建設，年度和規(guī)劃期內考核評價智能化實驗室工作目標達成。智能化實驗室所歸屬單位負責智能化實驗室人員聘任和年度及專項工作的監(jiān)管。實驗室主任全權負責內部管理與統(tǒng)籌發(fā)展。

智能化實驗室任務的完成由日常服務向與持續(xù)發(fā)展并舉轉化。轉變運行機制，由簡單的任務下達與執(zhí)行之間運行，向預判、下達、執(zhí)行、反饋、提升多向多元運行轉換，多向多元建立在智能化處理數(shù)據(jù)信息基礎之上，進行信息交互與反饋，促使智能化實驗室高質量運行。智能化實驗室日常服務重點保障開出適宜的教學、科研實驗，建立健全實驗教學制度文件，提供完好的實驗儀器、充足的實驗材料以及必需的安全場地。智能化實驗室持續(xù)發(fā)展重在實驗教學改革和實驗技術更新、實驗功能拓展，著力點在實驗項目儲備上，增強智能化實驗室需求互動反饋靈敏度。

智能化實驗室治理體系鮮明特點在于大數(shù)據(jù)的挖掘與利用。數(shù)據(jù)積累，讓實驗室建設、運行和發(fā)展的全過程由階段性、碎片化向集中、整體轉變，具有更高效率、更強靈敏性和更快反應速度，對完成任務過程中的不確定因素及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，有效提升實驗隊伍參與人才培養(yǎng)和創(chuàng)新研究的存在感和獲得感[10]。新型智能化實驗室治理體系的確立促進高校治理體系智慧化建設。

(三)集約校內外資源共建智能化實驗室

人力資源是智能化實驗室制度環(huán)境的重要考量。高校的學科團隊、創(chuàng)新團隊擁有大量教師和研究人員，依托智能化實驗室承擔育人和創(chuàng)新研究工作。智能化實驗室與創(chuàng)新團隊、學科具有共生關系，實驗室隊伍與團隊、學科隊伍交融互通。各支隊伍敞開大門，建立人才流入流出通道，智能化實驗室崗位面向校內外公開招聘，引入高端人才領軍實驗隊伍，教學、教研、實驗、工程多系列人才組成智能化實驗室專業(yè)技術隊伍，項目制、代理制等方式優(yōu)選合適人才充實到智能化實驗室崗位，并適度配備信息技術人才。

整合高校物力資源，減少內部各智能化實驗室間的競爭環(huán)境不確定性，集中打造以功能區(qū)分的智能化實驗室集群。以裝備的技術開放性承接不同層次和目標的任務，滿足育人、創(chuàng)新研究和技術開發(fā)的實驗需求。集中高校有限財力物力，突破教學、科研人為分割格局，按照規(guī)劃藍圖分步持續(xù)建設，共建學科大類共享的資源平臺。通過智能化實驗室大平臺的搭建，支持高校作為國家創(chuàng)新中心適應國家、學校學科交叉、產教融合、承擔大項目大工程的需要。得到社會資源支持，注重與校外資源共享共建，緩解高校資金緊張困局，調整校外競爭環(huán)境，多聯(lián)合協(xié)作，增強競爭力。

(四)防范智能化實驗室運行風險

安全是組織完成任務的基礎。智能化實驗室肩負著學科性技術安全和信息安全雙重責任[11]，具有全局性和全員性，從人防和技防兩個方面加以建設防控，消除危及人身、資產的隱患，杜絕發(fā)生水、電、危險化學品、微生物、輻射、機械、高溫高壓、噪聲和信息等惡性事故。一是學科性技術安全。建設期，充分考慮學科實驗的安全性，涉危實驗以微量化、綠色化作設計原則，減少危及人身或環(huán)境的實驗項目，部署有毒有害風險點的監(jiān)測、報警與處置裝置。運行期，加強對隱患點的檢查，演練突發(fā)事件處置，實驗廢棄物不得隨意丟棄、傾倒，按照定點回收、分類處置的規(guī)范程序處理，避免污染環(huán)境、造成次生災害。二是信息技術安全。建設智能技術監(jiān)管機制及倫理規(guī)范體系十分必要[12]。完善智能化實驗室的系統(tǒng)架構，筑牢系統(tǒng)屏障，部署入侵監(jiān)測和阻斷保護；加強算法設計的周密性，防范漏洞和偏差；做好實時備份，以防數(shù)據(jù)的丟失。層層舉措，保障智能化實驗室的信息安全，穩(wěn)定大數(shù)據(jù)的開發(fā)利用。三是多類型主體安全。智能化實驗室安全，不僅是實驗室管理人員專有責任，每一位實驗參與者都有遵守安全規(guī)制的責任和義務；實驗室安全規(guī)制和安全教育是平穩(wěn)運行的前置環(huán)節(jié)。只有筑牢實驗室安全底線，智能化實驗室才能開展各項工作。

智能化實驗室是具有網(wǎng)絡時代技術特色的高校共享平臺，為高校的人才培養(yǎng)和創(chuàng)新研究提供著基礎保障和便捷服務。加強其建設和管理，提出科學指導下的策略，為進一步發(fā)展賦能。尤其在國家進入實施“十四五”發(fā)展規(guī)劃和2035年遠景目標的開局時點上探究智能化實驗室發(fā)展，發(fā)揮其獨特的創(chuàng)新驅動力，有助于促進高校與區(qū)域經濟社會融合發(fā)展。