雷锋网 AI 科技评论按:本文为上海交通大学林天威为雷锋网 AI 科技评论撰写的独家稿件,未经许可不得转载。在视频行为识别(action recognition)方向,目前最常见的网络框架有两类,一类是直接将视频作为输入的3D卷积网络,另一类即是将图像以及光流(optical flow)分别作为输入的two-stream网络。目前two-stream类的方法在效果上还是明显要优于3D卷积类的方法,本文主要讨论two-stream类方法中光流的应用。虽然光流在two-stream类的方法里被广泛应用并且具有很好的效果,但这里存在一个问题,就是光流在行为识别模型中到底起到了什么作用,它本身的语义信息到底是什么?通常我们认为光流代表了视频的motion信息,然后直接就将其当作一个黑盒子作为了网络的输入。近期,arXiv上放出的 “On the Integration of Optical Flow and Action Recognition” 一文对光流在行为识别中的作用进行了深入的研究,探讨了为什么光流在行为识别中是有效的,在行为识别中怎么样的光流才是好的以及我们应该如何改进光流。这篇文章的结论可以说是有点反直觉的,此处先放出这篇文章的几个结论,再分别进行介绍(以第一部分为主)。光流在行为识别模型中很有效,并不是因为它能够捕捉运动信息,而主要是因为光流对图像外观(appearance)的不变性。光流算法通常使用终点误差(end-point-error, EPE)来衡量,但EPE的大小与行为识别效果的好坏并没有很强的相关性光流算法在边缘以及小位移部分的准确度对动作识别的效果的相关性比较大。用行为识别分类误差来训练(fine tune)光流比起用EPE误差来能获得更好的行为识别效果。使用行为识别分类误差来训练得到的光流,与普通的光流的差异主要集中在人体的内部与边缘区域。为何要将光流作为行为识别模型的输入?通常认为光流代表着视频的运动或时序信息。在行为识别的数据集(如UCF101) 中,虽然有很多动作尽使用单帧图像就可以判别,还是有一些动作是依赖于时序信息的。理论上视频图像帧直接包含这些时序信息,那么3D卷积网络也应该能够同等得学到光流中所包含的这些时序信息。但目前结合光流的方法总是有更好的效果,在一些数据集上,使用光流的网络甚至能够获得比使用图像更好的效果,即便直观来说图像包含更多物体以及场景相关的信息。那么问题就是,为何光流在行为识别中这么有用呢?本文作者在UCF101上,使用two-stream中比较常用的TSN网络进行了实验探索。结果如下表:借助这些实验结果,本文对一些通常观念中直观的看法进行了讨论(1)光流中包含的运动轨迹信息是其对行为识别有效的原因?通常都是使用5帧或10帧光流作为网络输入,这些连续的光流帧实际代表了图像中密集的轨迹信息,作者此处将输入的光流场打乱顺序- Flow(shuffled flow fields),发现效果只下降了8%左右。这表明轨迹信息并不是关键因素。(2)光流中包含的帧间motion信息是其对行为识别有效的原因?上一步中光流还是逐帧算的,进一步去除时序信息,在计算光流前先打乱图像顺序- Flow (shuffled image),这样得到的光流与物理上的motion已经不符合了,但仍然会包含物体的形状。虽然效果有所下降,但依旧有不错的准确率。这表明motion信息也并非是关键因素。基于以上的实验结果,作者提出了他们的观点:光流在行为识别模型中效果好的原因在于其对于图像表观的不变性,这使得行为识别模型在低variance的情况下可以更容易得学习。这个观点可以通过实验以及一些相关工作来佐证:(1)通过变动图像表观信息,分别观察以flow以及rgb图像作为输入的行为模型的性能这个实验中训练照常,但测试时修改图像的颜色,如下图所示意:其中,左边为原图,中间为altered colormap即更改了图像的颜色空间(如修改为HSV或BRG的形式),右侧为对RGB各个通道的数值进行缩放。通过上面表格的信息可以看出,在变动颜色后,基于RGB的方法效果降低非常明显,而基于Flow的方法效果变化不大。这说明了光流对于颜色这种表观信息具有很好的不变性。(2)2stream模型在大型视频数据集中的表现参考今年Deepmind 在[2]中的讨论,当视频数据集的大小非常大时,仅使用图像的网络会比仅使用光流的网络获得更好的效果。这里作者的观点是认为,当数据集够大时,其本身能够涵盖复杂的光照、纹理、背景等信息,使得模型能够获得更好的泛化能力,也使得光流的表观不变性没有那么重要了。这一部分我认为是这篇文章最重要的一部分,得出了与通常想法相悖的结论,即光流在行为识别模型中发挥作用的主要原因是其对于表观的不变性,而非其包含的motion或轨迹信息。光流的准确性与行为识别的准确性相关吗?接下来作者讨论了光流的测评指标对于行为识别模型的有效性。目前有大量的光流算法,包括传统的方法以及这几年基于CNN的方法。通常光流使用终点误差(end-point-error, EPE)来衡量准确性。那么此处的问题就是,一个准确性高的光流算法,是否能够带来高的行为识别准确性。实验的结果如下图所示。可以看出,两者并没有很强的关联性。并非EPE误差低的光流方法就能获得更好的行为识别精度。进一步,作者探索了光流中的局部区域EPE与动作识别准确率之间的关系,结果如下图所示。图片含义就不详细介绍了,具体可见原文。通过对此图的分析,可以得到两个结论:光流算法在边缘部分的准确度对动作识别的效果的相关性比较大。光流算法在小位移的准确度对动作识别的效果的相关性比较大,不过由于光流算法本身对于小位移表现较好而对大位移表现较差,所以这个结果也可能是由于光流本身的特性造成的。所以,这一部分作者的结论为,光流整体的准确率与动作识别的准确率联系不大,而物体边缘附近的光流以及小位移光流的准确性对动作识别准确率的影响比较大。对于行为识别任务而言,存在比光流更好的运动表示吗?在经过上述的分析后,作者认为需要寻求一个比普通光流更好的运动表示。此处,作者选择使用行为分类的损失函数来fine tune光流网络,从而获得提升。并没有探索光流之外的表示方式。其实验结果如以下两表所示。以上的实验主要可以得到以下两个结论使用action loss来fine tune光流,最终能获得更好的行为识别精度使用action loss来fine tune光流,光流本身的精度基本不会下降作者进一步对action loss 来fine tune的光流进行了可视化。左右分别为不同的flow算法,左右的第四列为普通flow和action loss 来fine tune 过的flow的差值。可以看出,差异主要集中在人体的内部与边缘区域。个人讨论这篇工作对光流在行为识别中的作用进行了细致的讨论,我觉得是有很大的意义,对后续的工作也很有启发:作者在文中主要是想用action loss来改进光流,但既然光流发挥作用的主要原因在于其表观不变性,那么更换另外一种专门针对表观不变性设计的表示作为行为识别模型的输入会不会更好?比如使用分割的结果替代光流。若舍弃光流,同时针对表观的色彩/纹理/光照做数据增强,那么只用RGB图像可能也能获得不错的效果。可以通过提高网络本身对表观变化的学习能力,来替代光流表观不变性的作用。若不采用光流,是否还能构建另外一种针对运动/轨迹信息的low-level特征,来更好地提供视频中的时序信息。虽然在UCF101等比较早期的数据集中,用双流网络已经能够获得很好的效果,但今年几个新的视频数据集给行为识别带来了更多的挑战。比如在Moments-in-Time数据集中,其行为类别与场景以及物体的关联性就比较弱了,也有很多依赖于时序的动作(如 开 与 关 是时序上对称的动作),这使得对于时序信息的建模愈发重要。总的来说,作者得出了光流的核心作用是表观不变性的结论,并认为应该改进光流。但我觉得这篇文章可能会启发更多人设计不使用光流的行为识别算法(毕竟光流的效率还是很被人诟病的..)。今年越來越多的人开始研究视频相关的领域,在17年末也期待明年能看到更多有趣的工作吧~参考文献[1] Laura Sevilla-Lara et al. On the Integration of Optical Flow and Action Recognition. abs/1712.08416, 2017.[2] J. Carreira and A. Zisserman. Quo vadis, action recog- nition? A new model and the kinetics dataset. CoRR, abs/1705.07750, 2017.
9月11日,安徽省科技厅组织专家对合肥综合性国家科学中心人工智能研究院实验动物平台使用许可证申请进行现场验收。据悉,这一动物实验平台已完成约1500平方米的场地改建工程,并完成价值1600万元的专用仪器设备采购,于11月份投用。人工智能研究院执行院长吴枫对专家组的到来表示欢迎,并介绍了人工智能研究院大科学装置在人工智能研究领域的领先优势。实验动物平台主任白丽就此次行政许可申请的范围和平台的建设情况、管理组织结构、人员配备、消防设施、规章制度及SOP等进行了详细的介绍。专家组采用实地考察动物房现场设施、查阅申请文件、对实验动物管理人员进行应知会知考核和质询等方式对申请许可进行详实的查验。专家组经过讨论认为,人工智能研究院实验动物管理与伦理委员会组织机构健全,设施建设完善、设备先进,规章制度制定规范且具备可行性符合实验动物使用许可的规范要求,建议省科技厅发放实验动物使用许可证。该实验动物平台将为人工智能研究和类脑智能技术研究提供动物饲养、模型创制、基因编辑、行为学分析、胚胎净化与冻存、功能药效等一站式创新技术及资源服务;预计今年11月投入运营后,将成为安徽省又一个功能齐全、设施先进、规模适中具有国际先进水平的综合性实验动物平台。 信息来源:合肥发布责任编辑:张文琪【来源:合肥发布】声明:转载此文是出于传递更多信息之目的。若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益,请作者持权属证明与本网联系,我们将及时更正、删除,谢谢。 邮箱地址:newmedia@xxcb.cn
心理学作为一门正式的科学,它的历史起源于冯特在德国莱比锡大学建立了世界上第一个心理学实验室。它标志着心理学是一门可以通过测量、实验而得出科学结论的一门学科。心理学不再神秘地、被世人无法探索的心理语言探索。实验法等一些心理学的研究方法正式诉说、表现了心理学的客观性。它是可以如同物理学等学科一般通过一定世人可以明辨、判断、评价的手段,将自己的想法、结论展现在世人眼前,并推广于我们的生产生活中的。著名心理学实验今天,我们就来聊一聊那些心理学的研究方法。观察法观察法是指在自然的条件下,对表现心理现象的外部活动进行有系统、有计划地观察,从中发现心理现象产生、发展的规律。比如,观察婴儿的言语肢体活动,可以了解婴儿无聊时会做什么动作,饿的时候会这么办。又比如,老师观察学生在课堂上的表现,可以了解到这个学生的性格、情绪、耐性等特点。测验法测验法是指用一套预先经过标准化的问题(量表)来测量某种心理品质的方法。比如,我们在检测我们的智力时,会通过做一系列的题目得出分数,进行判断。而这一系列的题目便是一张智力量表,这种方法就是测验法。还有,我们平常问卷也是量表哦!同时,量表也分许多种类型。比如,测量智力的、测量人格的(卡特尔,16PF)、测量成就的等等。这些量表也广泛应用于学校、企业、医院等许多生产生活的场所。相关法相关是事物间的一种关系。相关法是心理学研究的另一种重要方法,心理学的许多研究都在寻找相关。通过让被试填写问卷等手段,收集数据,从而得到相关。比如,学生看电视、阅读与数学成绩的关系,人的社会经济地位与个体心理发展的关系,等等。两个事物之间的相关强度是可以用相关系数来表示的。它是从-1到1之间的一个数值。如果相关系数为零,则说明两者之间不存在关系或相关很小。大于0为正相关小,于0为负相关。例如,学生的阅读、数学成绩与每天看电视的时间存在负相关。也就是说,学生每天看电视的时间越多,他们的阅读成绩和数学成绩就越低。相反,吸烟与癌症发生率存在正相关,吸烟的数量越多,患肺癌的可能性越大。正相关但要注意的是,相关本身并不存在因果关系。当两种现象被发现相关时,甲可能是引起乙的原因,乙也可能是引起甲的原因,又或者有第三方的原因。你无法推断哪个是因,哪个是果。实验法实验法是指在控制的条件下,对某种心理现象进行研究。在实验中,研究者可以积极干预被试者的活动,创造某种条件是心理现象得以重复发生。心理学实验实验法又分为实验室实验法和自然实验法实验室实验是借助专门的实验设备,在对实验条件严加控制的情况下进行的。例如,在实验室安排三种不同的照明条件(由强到弱),让被试分布在不同照明条件下,对一个短暂出现的信号做按键反应,通过仪器记录被试每次的反应时间。这样就可以了解到照明对按键反应时的不同影响。自然实验也叫现场实验。对实验条件进行适当控制,使人们在正常的学习和工作情景中进行。例如,在教学条件下,由教师向两组学生传授相同的学习材料,其中甲组学生在学习以后完全休息,而乙组学生继续进行另外的工作。一小时后,再比较他们的回忆成绩,。结果甲组学生比乙组学生成绩好。说明学习后适当休息有助于知识的保持。个案法个案法是一种比较古老的方法,它是由医疗实践中的问诊方法发展而来的。个案法要求对某个人进行详尽而深入的观察与研究,以便发现影响某种行为和心理现象的原因。比如,在精神分析流派创始人弗洛伊德就是使用这种方法的。但是要注意,由于个案法只使用少数案例,研究的结果也可能只适用于个别情况,无法进行推广。就像你生病了,需要去找医生,而不是觉得症状与某些病相似就用相同的方法进行治疗。看了上述这几种研究方法,是不是觉得在生活中其实也遇到过呢?其实心理学并不神秘啊!以上的方法无法做出好坏区分。它们由各自的优点,也有各自的缺陷。没有最好,只有最合适。就像你,或许遇不到最喜欢的学科,但会碰到最适合你的!最后,
中新网12月27日电 12月26日,绿盟科技五大安全实验室在京正式发布,他们分别是:星云实验室、格物实验室、天机实验室、伏影实验室、天枢实验室五大安全实验室,他们致力于深入研究安全技术,将应用研究成果和技术能力应用于安全产品及专业服务,协同防护范围覆盖云安全、物联网安全、漏洞挖掘、威胁监测及数据情报等领域。五大实验室集结了绿盟科技的优势力量与专家资源,旨在为政企的安全问题提供前瞻性建议及解决方案,携手推动建设安全技术防范新体系。致广尽精,安全研究从未止步早在绿盟科技创立之初,就成立了安全研究部,专门从事漏洞分析、核心技术研究相关工作,汇集了一批高水平的安全专家。2010年,在其基础上,进一步扩展安全研究内涵,正式成立了安全研究院,致力于跟踪国内外最新网络安全漏洞研究动向,持续开展漏洞分析和挖掘、逆向工程技术等安全专项研究,以及新技术创新工程应用研究。随着网络安全发展的大势所趋,以及各方研究资源的聚焦,绿盟科技安全研究院逐渐衍生孵化今日的五大安全实验室。绿盟科技首席架构师杨传安其中,天机实验室延续了绿盟科技的既有技术优势——漏洞挖掘及分析;伏影实验室则专注于安全威胁研究与监测;两者与天枢实验室相结合,利用威胁情报和大数据安全分析技术,将研究成果转化为智能情报,指导绿盟科技固有的安全设备及服务的升级,及时优化解决方案,形成安全防御体系的技术闭环。与此同时绿盟科技也聚焦新兴ICT技术,组建星云、格物实验室,把握未来安全市场的发展趋势,聚焦云安全及物联网安全领域,通过深入研究相关技术,梳理成文为企业应用提供新思路及前瞻性建议。厚积薄发 五大实验室以成果捍卫安全绿盟科技的安全实验室不止精于安全研究,更多的是将安全研究成果精准应用于行业场景,解决政企客户的各类安全问题。星云实验室负责人刘文懋星云实验室专注于云计算安全、解决方案研究与虚拟化网络安全问题研究,致力于IaaS环境的安全防护,利用SDN/NFV等新技术和新理念,提出了软件定义安全的云安全防护体系。目前,星云实验室已成功孵化落地绿盟科技云安全解决方案。早在2015年星云实验室,就已发布年度软件定义安全白皮书,阐述了软件定义安全的起源与发展,重点讨论了软件定义安全体系在云环境中应用,并着眼于其落地交付过程。值得一提的是,星云实验室撰写发布的《软件定义安全》一书,是国内首部SDN/NFV安全著作,被誉为是汇集学术界和工业界对SDN/NFV安全近况和软件定义安全发展的洞察力作。同时,星云实验室连续多年承接国家和省市级科研课题。近期,星云实验室发布了《2018 绿盟科技容器安全技术报告》,从专家视角针对容器安全提出建议。格物实验室负责人李东宏绿盟科技格物实验室名字来源于“格物致知”,即向内格物,心向致知,推究事物原理,从而获得知识。格物实验室专注于工业互联网、物联网和车联网三大业务场景的安全研究,致力于以场景为导向,智能设备为中心的漏洞挖掘、研究与安全分析。在工业互联网场景中,格物实验室建功卓著:· 2016年5月,发布西门子PLC蠕虫传播与控制的攻击分析与原理验证并提出解决方案;· 2017年,发现影响西门子大多数PLC的漏洞;· 发布《2017物联网安全年报》,助力物联网设备安全研究;· 2018年10月,继blackhat、defcon后,作为唯一一个亚太区团队参与CS3工控安全会议,发布最新的研究成果。在物联网场景中,2018年初格物实验室发现了10个施耐德摄像头高危安全漏洞,并得到施耐德的肯定与致谢。天机实验室负责人张云海天机实验室专注于漏洞挖掘与利用技术研究。研究方向主要包括漏洞挖掘技术研究、漏洞分析技术研究、漏洞利用技术研究、安全防御机制及对抗技术研究等。研究目标涵盖主流操作系统、流行的应用系统及软件、重要的基础组件库以及新兴的技术方向。漏洞挖掘方面,2000年截至2018年7月,绿盟科技共发现Microsoft、Adobe、Google、Sun、Cisco、HP、IBM等顶级IT厂商常用软件产品高危CVE漏洞193个。绿盟科技安全漏洞库(NSVD)是国内领先的中文漏洞库。在漏洞分析方面,自2013年起,在微软缓解绕过赏金计划中提交了众多的缓解绕过技术,绿盟科技连续6年获得了该计划的奖励。伏影实验室负责人吴铁军伏影实验室专注于安全威胁与监测技术研究,通过掌控现网威胁来识别风险,缓解威胁伤害,为威胁对抗提供决策支撑。研究目标包括僵尸网络威胁,DDoS对抗,WEB对抗,流行服务系统脆弱利用威胁、身份认证威胁,数字资产威胁,黑色产业威胁及新兴威胁。伏影实验室威胁捕获感知节点遍布世界五大洲,覆盖20多个国家,覆盖常见服务、IOT服务,工控服务等。现今系统日均捕获攻击探测800多次,攻击行为日达千万次,捕获鲜活高价值样本上万个,有效的完善了我司捕获外部威胁的能力。后续伏影实验室将凭借自动化监测发现与安全威胁研究相结合的方式,掌控现网威胁识别风险、缓解威胁伤害,为威胁对抗提供决策支撑。天枢实验室聚焦安全数据、AI攻防等方面研究,以期在“数据智能”领域获得突破。近年来,天枢实验室独家发布了《2017网络安全观察》、《2018上半年网络安全观察》等研究报告,并与电信云堤联合发布《2017 DDoS与Web应用攻击态势报告》,与平安金融安全研究院联合发布《2017金融科技安全分析报告》,为行业安全技术应用提供了前瞻性建议。智行合一,守护网络空间安全在发布会上,绿盟科技首席架构师杨传安表示,绿盟科技成立安全实验室最主要的核心是“研以致用”,将日积月累的安全研究成果服务于政企用户。一直以来,五大安全实验室持续发布研究成果,为绿盟科技既有的安全产品、安全服务及解决方案中提供核心攻防技术,安全理论的支撑。在未来,绿盟科技将不忘初心砥砺前行,以技术创新为驱动,聚焦核心安全技术的研究与应用,为政企客户业务顺畅运行保驾护航。
1、 动物三箱社交自由探索实验(three chamber free exploring test)小鼠天性对新奇事物有好奇心,研究表明,与熟悉的环境相比,小鼠对不 熟悉的环境有更强探索欲望。本实验是在一个(20+8+20) *20cm的位置偏好箱 中完成的,包含左侧箱、右侧箱和中间箱(自由运动时小鼠从中间箱放入,避 免人为控制的左右箱进入顺序对实验结果造成影响)。自由探索实验(free exploring)以及后面将要提到的实时位置偏好实验均是用这种三箱装置完成, 每套三箱设备使用不同的花纹的壁纸以及不同纹路地板作为不同环境。所用到 的壁纸有四种图案,A.黑白星形格B.斜黑白条纹C.黑白方格D.竖直黑白 条纹,本文所用到的地板有两张,地板1.左侧平板,右侧浅斜条纹;地板2.左 侧空心圆格,右侧空心条纹,将环境与地板配对使用。环境自由探索实验旨在评价小鼠的探索行为,研究目标脑区及环路在探索 行为中所起的作用。自由探索实验中,所用到环境为A.黑白星形格+B.斜黑白 条纹壁纸和地板1左侧平板,右侧浅斜条纹,每次实验前均需测试小鼠对三箱 环境偏好的基础值,即baseline测定。2、主要材料和设备大小鼠三箱社交行为箱,型号:XR-XJ1173、三箱社交探索实验基本步骤本文采用的自由探索行为实验(free exploring)包括连续三天的测试。第一天为基线baseline检测,每只小鼠放入中央箱之后开始自由探索,每 只小鼠探索时间为20min,软件将自动记录小鼠运动轨迹、平均速度以及在各 箱所停留的时间进入次数等参数,将其记为baselineo第二天为training阶段,用中间隔板将小鼠限制于某一侧环境,让其在指 定的20*20cm单侧箱内自由探索,并同时给予473nm LED光照,刺激参数 BLA/NAC均为20Hz, 15ms,光纤末端光强10mw左右。(为避免激光损输出 伤,刺激模式为3s-on-3s-off不断循环,直到20min测试时间束。)第三天为test阶段,位置偏好箱两侧均正常开放,将小鼠置于中央箱,令 其自由探索20min,并利用软件系统自动记录小鼠运动轨迹、平均速度以及在 各箱所停留的时间、进入次数等参数,将其记为Test。(环境探索实验使用的三箱环境为A.黑白星形格+ B.斜黑白条纹壁纸和地 板1左侧平板,右侧浅斜条纹。由于第二天training阶段在指定封闭环境中给 光刺激20min,在第三天test时,与非刺激环境相比,该光刺激环境对于小鼠 而言是熟悉的环境(familiar),因此由于对不熟悉环境的探索天性,小鼠在 test阶段理论上将对非光照的不熟悉环境表现出更强的偏好性。4、注意事项(I) .为避免激光损伤,蓝色激光刺激模式为间歇给光。(II) .每次实验前,小鼠先放入彳丁为学室适应半小时以上。(III) .每只小鼠实验结束后,应用75%酒精彻底清洁实验箱,避免小鼠行为结果 受到上一只小鼠的气味影响。
斯金纳箱,是新行为主义心理学的创始人哈佛大学斯金纳教授为研究操作性条件反射而设计的实验设备。箱内放进一只小白鼠,并设有一根杠杆。小白鼠可在箱内自由活动,当它摁压杠杆时就会有一团食物掉落到箱中,小白鼠就能吃到食物。实验发现,动物的学习行为是随着一个强化作用的刺激而发生的。斯金纳教授通过一系列精心设计的实验,进而提出了操作性条件反射理论。签到奖励签到奖励是当前许多游戏或者App的常见奖励活动,用户可以通过持续签到获得奖励,游戏或者App的设计者通过该活动刺激用户登录,以期提高用户活跃度,培养用户的登录习惯。笔者挑选了几个不同App的签到奖励截图见下图。以上三个看似如出一辙的签到奖励都有着其不同的奖励策略。左图为某阅读App,其采用的签到奖励策略为连续签到7天后用户可抽奖,奖品为该平台的代金券,用户可用于购买电子书。也就是7天为一周期,第七天可获得奖励。中图为某直播App,签到前6天可获得递增的虚拟金币用于购买道具商城里的礼物,从第7天开始签到可获得“宝箱”,打开后可获得1到2个礼物。右图为某宝签到奖励截图,其签到奖励从5金币递增至30金币封顶。三个App用户每日可获签到奖励收益见下图。签到奖励方案设计在斯金纳教授的系列实验中,“概率型奖励”实验对签到奖励的设计最具启发性意义。该实验的大致内容是将一只饥饿的小白鼠放入斯金纳箱中,小白鼠摁压杠杆后有一定的概率掉落食物。实验结果是小白鼠学会了不停地摁压杠杆,并且当停止掉落食物后,小白鼠的学习行为消失速度非常慢。这不正是签到奖励设计人员想要达到的目的吗——用户最终养成登录App的习惯,每日签到根本停不下来。受到斯金纳箱“概率型奖励”实验的启示,以某直播App签到奖励为例,笔者对该签到奖励方案进行了如下重新设计,以期达到更好用户登录习惯养成效果:▍概率:原来该直播App每次打开签到“宝箱”只可能随机出现1到2个打赏道具,建议加大打开“宝箱”获得道具数目随机性。例如:打开宝箱获得的可能道具数为1到10个,后台可以根据实际情况通过概率调整用户打开“宝箱”获得道具数目的期望值。▍递进:延长用户达到签到奖励上限所需要的时间,以提高用户放弃连续签到的成本。随着连续签到时间的延长设置奖励梯度,以鼓励用户不断坚持下去。例如:以周为单位,每周获得的奖励质量递增,根据上一点提到的概率原则,就是随着连续签到时间的增长“宝箱”里道具数目的期望值随之增加。根据实际情况可以设奖励上限,比如7周以后奖励的期望值不再增加。▍引导:时间引导:原直播App的签到奖励没有时间限制,建议修改为通过签到获得的奖励道具增加使用时限,鼓励用户将道具用出去打赏主播,有利于培养用户打赏习惯;行为引导:可能存在某些用户上线就是为了领取签到奖励,领取完奖励后立刻下线,这并不符合签到奖励设计者的初衷。建议可以通过调整获得奖励的概率对用户进行行为引导。例如:在用户观看半个小时直播或者打赏主播后用户打开签到“宝箱”获得道具数目的期望值回归到正常水平,否则后台调低期望值。由于是在后台通过调整概率来引导用户行为,建议前期可以由种子用户在用户论坛等地方发表经验贴的形式将该隐蔽引导行为传播开,否则可能造成用户因签到奖励奖励期望值过低而放弃的情况;新手引导:可以通过后台对签到奖励期望值的调整帮助用户养成使用App的习惯。例如在新用户注册的前1个月适当调高用户签到获得奖励的期望值,1个月后逐步回归到正常水平。结语该签到奖励的新方案并未增加用户的操作难度,只是通过后台概率的调整来引导用户的行为习惯。虽然可能因为拉开了签到奖励的梯度而造成App运营费用的增加,但这就需要设计者根据成本预算及投入产出比合理调整奖励质量的期望值,以找到签到奖励投入与用户行为习惯培养之间的平衡点。网络游戏就是一个虚拟的巨大斯金纳箱,无数的网游玩家就是箱中的小白鼠。在游戏设计者的精心设计下,无数的玩家为其疯狂着迷,投入了大量的时间和金钱。既然已经有了如此成功的案例,我们为何不拿来主义地借鉴之呢?以上就是笔者根据斯金纳箱实验的启示对签到奖励方案进行的重新设计,欢迎各位批评指正。作者:风吹草低(soochow_liu@163.com),小硕一枚,-1岁产品经理。本文由 风吹草低 原创发布于人人都是产品经理 ,未经许可,禁止转载。↓↓↓ 点击"阅读原文" 下载APP
人类去世后究竟有没有所谓的灵魂?这件事一直是个未解之谜,去世的人永远不会有机会告诉我们这个世界上到底有没有灵魂,但树根多宗教信徒坚信人是有灵魂存在的,如果人生前多做好事的话,死后灵魂就可以得到洗涤,进入天堂,而一个坏事做尽的恶人只能够进入地狱,承受着永生永世的痛苦。唯物主义论者不相信灵魂的存在,认为人死后就什么都没有了。至于具体是什么样的情况,很多科学家也想解答其迷惑,于是做了很多实验来证明灵魂存在或者不存在。今天带大家分享的就是这么几个研究灵魂的实验。请点击输入1907年,美国的邓肯·麦克杜格尔医生做过一个著名的实验他将六个奄奄一息的病人放入一个特制的床榻上,在他们离开人世的时候测量其体重,得出结论:人的灵魂是有重量的,灵魂的重量是21克。这也就是后来人们所说的21克重的灵魂的由来。1987年,一位心灵学家在所公布的病人死亡的前一刹那的照片上发现有一道白色的东西从身体内冲向上面,为了证实灵魂是否真的存在,1996年秋天,专家测试了100位即将逝世者体重的变化,实验证明,当人类去世时,身体内的水分和瓦斯会从人体内释放出来,经过计算发现前后相差35公克。而且没有高矮胖瘦之分,证实了“灵魂”是属于一种物质,并且它有一定重量。此后很多科学家相信灵魂的重量是35公克。但是后来的科学家依旧反驳这种观点,人在死亡前后的那短暂时间,是细胞凋亡的高峰期,在失去意识的那一刻,大量的细胞会释放出能量,这些能量的释放必然伴随着人体体重的下降。当代的科学家认为,不管是拉瓦锡的斩首实验,还是灵魂重量实验,都不足以说明人在死亡后依旧存在着意识,灵魂之说更是滑稽!现在有些脑科学家和量子科学家从新的角度来阐释灵魂的本质。量子科学家认为,人的意识有个奇怪的现象,那就是念头,人的念头产生是随机的。而意识又是神经元之间的连接。神经元会产生脑电子,电子的运动就符合量子力学中的粒子运动,量子力学中微观粒子的运动也是随机而又概率的分布着。这在理论上符合人意识中念头的产生。不过到目前为止,意识和量子力学的关系还没有确切的实验能证明。那么你怎么看待这些灵魂实验呢?欢迎评论。喜欢的话给予关注一下吧。
首平台中医药研发基地是由北京市科委与中国中医科学院共建,旨在加强资源整合、推进仪器对外开放共享、增强对外研发服务能力、服务中医药创新发展。基地成立于2009年,是首批(共12家)北京市科委与院所共建基地之一,中医药行业唯一的一家共建基地。今天,咱们对首平台中医药研发基地大型仪器平台进行系列报道,推出九大实验室之一的机能实验室——构建心脑血管疾病、胃肠系统疾病等病种药效评价和作用机制研究平台。在中医药理论指导下,基于中药及中药复方多成分、多靶点作用特点,采用先进的现代生物学技术,从整体、器官、细胞、分子不同层次开展中医方剂配伍原理及证治机理研究,逐步建立高水平的、系统的中医药防治胃肠系统疾病、心脑血管疾病、神经-精神疾病、内分泌-代谢性疾病的药效评价和作用机制研究,以及中药单体药物筛选及机制研究等中医药实验研究平台。从而逐步形成不同层次研究方法互为补充和印证、不同研究系统有机联系、符合中医药自身规律的实验方法学体系。该实验室主任为孙明杰。实验室特色技术与设备● 高分辨率小动物超声影像系统Vevo770TM 高分辨率超声影像系统由高频探头和信号处理系统构成。整个系统,包括分辨率,穿透深度,以及影像的摄取、标示、实时和离线分析等,均是为小动物实验而特别设计的。系统以大、小鼠为主要观察对象,具有无创、实时、连续进行小动物活体结构及功能观察、精确测量及细微构造分析的特点。该系统分辨率可达 30 μm,能清晰显示大、小鼠的微小解剖结构。实时心脏图像采集频率最高可达 240 帧 / 秒, 能实时连续显示心动周期内心脏各部位的形态学改变。结合心电图采集分析和解剖 M 型超声技术,可实现左室心功能分析,有效实时记录心动周期内心脏各房 / 室形态结构的动态改变。特殊三维重组技术,可实现器官图像的三维重组,测量各个径向的尺寸。该系统的主要应用1:大、小鼠心脏功能检查:如室间隔、室壁厚度以及室壁运动参数的测量;血流速度和方向的测量等。2:肿瘤和其他组织结构的体积量化和测量:利用三维重建功能(3D Mode)实现器官图像的三维重组,并测量各个径向的尺寸。3:其它脏器,如肝、肾、膀胱、子宫等的探查。● 细胞收缩与离子测量同步检测系统在心脏兴奋收缩耦联过程中,收缩与钙离子浓度的变化在几毫秒内即发生显著变化,依据内奎斯特采样原 理(Nyquist Theorem)要求实验设备拥有超高速的采集频率,并且在实验过程中同步实施电刺激干预。我们现拥有的美国IonOptix 公司的单细胞收缩与离子同步测量系统(Fluorescence Measurement and Cell Dimensioning Sys tems) 能够同步测量心肌细胞的收缩和钙离子变化,是国内少数能够顺利开展心肌细胞收缩的研究单位之一。该套系统是国际通用,功能完备,其特点是收缩和钙瞬变的同步测量,具有极高的时间分辨率,能够满足对采样频率内奎斯特原理要求。在原系统基础上新增了 Andor iXon3 EMCCD,Shuttle DG4光源,能够进行多细胞钙瞬变检测及钙流实验,建立了一系列的实验方法。在该系统上能够进行心肌细胞收缩和钙瞬变动力学测量,心肌细胞钙敏感性检测,肌浆网钙内涵,钠钙交换体及肌浆网钙 ATP 活性检测,高通量钙瞬变检测,钙流检测等。先后为中国医学科学院、中国协和医科大学、中国医科大学、北京中医药大学、浙江大学、复旦大学等研究院所提供共享服务。● 胃肠功能检测系统应用 MMS 检测系统,通过检测不同压力下消化道顺应性;应用表面电极记录胃电变化生物信号,通过快速傅立叶转换显示胃电图信号的频率成分。通过大鼠胃肠顺应性检测及大鼠胃电检测来进行消化道系统药理的相关实验研究。检测指标:消化道内不同部位压力值及顺应性,胃电频率及波形等。● 肌电检测系统Keypoint 台式肌电 - 诱发电位仪,是专门用来测定神经、肌电反射的生理信号记录系统,功能模块化,参数设置更精准;信号叠加功能强,可采集微弱信号;放大器和刺激器内部采用光纤技术,获得超强抗干扰,抗伪迹的能力。该仪器可测定感觉神经及运动神经传导速度,测定植物神经反应及交感副交感神经系统功能状态,可广泛用于为中医脏腑基础研究、针灸原理研究、中药药理研究。检测指标:相应体表部位记录诱发的神经电活动。● 膜片钳记录分析系统医学实验中心机能室现在拥有德国HEKA公司的膜片钳记录分析系统,包括EPC-10放大器,Micromanipulator 显微操作器系统,水平全自动拉制仪,倒置显微镜,微量泵,8道手动灌流系统,防震台和静电屏蔽网仪器架。该系统可用于检测单细胞的动作电位及钾钠钙等各类离子通道的作用。现膜片钳记录分析系统主要用于检测分析药物对心肌细胞离子通道的作用,以期为中药抗心律失常及心力衰竭作用机制做出阐述。累计为中国医学科学院、北京中医药大学等研究院所提供共享服务。累计服务4项国家自然基金项目,2项北京市自然基金项目及多项院自主选题。● 多模式活体成像系统多模式活体成像技术通过利用生物发光成像和荧光成像技术,采用高灵敏度制冷 CCD 配合特制的成像暗箱和图像处理软件,能够直接监控活体生物体内的细胞活动和基因行为。该系统集荧光活体成像、生物学发光活体成像,X-光活体成像系统于一身,同时还兼具了常用的凝胶成像,化学发光成像的功能。应用活体成像技术能够在疾病尚无解剖改变时发现异常,为探索疾病的发生、发展、转归,评价药物的疗效及分子水平的疾病治疗提供可靠依据。荧光成像功能应用广泛,既能标记细胞,又能够标记蛋白类、纳米材料、核酸类等外源分子。生物发光成像主要用于肿瘤、干细胞等应用领域。高分辨率的 X 光成像功能,可对信号进行精确定位外,应用于骨肿瘤、骨修复、关节炎、骨质疏松、心血管疾病等的研究。360 度三维成像功能,能够获得完整的实验信息,并找到最佳的成像角度。实验室常规实验设备介绍● 血液、生化检测:① 日立 7080 型全自动生化分析仪7080 生化仪可用于以血清、尿、脑脊液为样本的化学分析、尿检查、免疫学检查等,同时检测项目可达36 种。分析速度达 360 测试 / 小时,同时,该款设备可同时满足需 4 种试剂的项目检测,可根据需要进行非常规项目检测。检测项目:血液生化检查:包括肝功、肾功、血脂、血糖、血清蛋白等;免疫学检查:包括免疫球蛋白、补体载脂蛋白等;非常规项目检测。② SYSMEX XT-2000I 全自动五分类血细胞分析仪该设备采用最新的核酸荧光染色技术+半导体激光流式细胞原理,多通道高精度的检测方法:特异的嗜酸细胞染色,独立的嗜碱细胞通道。同时具有人血和多种动物血的检测分析功能,除常规的五分类以外,可对幼稚白细胞进一步分类和定量检测。定量网质红细胞检测及成熟度分类。检测动物种类:设定有大鼠、小鼠、兔子、猴子、狗、马、等动物模式;并设有多种动物种类灵活的自定义模式。是目前国内最先进的全自动五分类、且具有动物血细胞分析模式的血细胞分析仪。检测项目:CBC 模式:WBC、RBC、HGB、HCT、MCV、MCH、MCHC、PLT。DIFF 模式: NEUT(%#)、LYMPH(%#)、MONO(%#)、EO(%#)、BASO(%#)、RDW-SD、RDW-CV、MPV、P-LCR、PDW、PCT。RET 模式: RET(%#)、LFR、MFR、HFR、IFR。③ BAYER CLINITEK STATUS 尿液分析仪可检测10个基本项目和 4 个扩展项目:红血球、亚硝酸盐、蛋白质、葡萄糖、酮体、胆红素、尿胆素原、酸碱度、白血球、尿比重、尿微量白蛋白、尿肌酐、蛋白 / 肌酐比率 ACR、早孕检查,每小时可分析 60 个标本。④ MEDICAEASYLYTENAKCL2 电解质分析仪测量参数:K+、Na+、Cl-,标本类型:全血、血清、血浆、尿液、质控液,样本量:95ul。● 多通道电生理检测分析系统拥有 4 导、8 导生理记录仪、超声流量测量仪、立体定位仪、动物呼吸肌、离体心脏灌流装置、四腔器官浴槽系统、程控刺激器等,根据不同实验要求可进行动物整体、离体、细胞不同层次心血管系统药效学、生理学、针灸机能等实验研究;同时可满足动物整体、离体内脏平滑肌运动实验要求;● 镇痛、消炎实验设备以往有关镇痛、消炎实验检测以人为观察测量为主,为克服主观观测误差现我室购置 了可记录、数字化的系列设备:电子压痛仪、光热尾痛测试仪、足趾容积测量仪、智能热板仪、动物专用体温计 ( 红外、非接触 ) 等,为完成相关实验提供了必要的保证。● 血镇咳、平喘实验设备可记录、数字化镇咳、平喘检测的多功能诱咳引喘仪,不仅可准确控制诱导剂浓度,而且自动记录喘咳潜伏期、持续时间等,为客观评价药物作用提供支持。● CHRONO-LOG590-2D 血小板分析仪通过电阻的变化测量血小板的聚集程度,可在全血环境中测血小板聚集功能,具有方便、快捷、灵敏度高的优点,反映了血小板的生理状态下的功能,可检测血小板的聚集、释放及 Ca2+ 的变化,具有重要的生理意义,应用于血栓性疾病的检测。● 活血化瘀检测系统血液流变仪、血凝仪、血沉仪等,可根据中药功效特点,为其活血化瘀作用提供药效学实验依据。① 血液流变测试仪全自动 BT-300 型血液流变测试仪可直接测得 1s-1 ~ 220s-1 切变率范围内的粘度值,粘度直接测试范围为 0.05-2000mpas,可显示和打印输出测量结果的曲线及数据,具备自动清洗等功能。② 血小板聚集凝血因子分析仪LG-PABER-1 型血小板聚集凝血因子分析仪具有血小板聚集及凝血双重测试功能,且测试速度快,样品用量小,检测样本为枸橼酸钠抗凝的血浆,测试温度 37℃。·全血粘度测试 ·血浆粘度测试·血小板聚集·凝血因子四项(PT、TT、APTT、FIB)③ LBY-XC40 全自动动态血沉测试仪LBY-XC40 为多通道动态血沉压积仪,采用改良魏氏法测量,常温测量值自动校准到 25℃的结果,全面完整记录了红细胞沉降过程。既可用单机菜单独立操作,也可与计算机进行数据传输。④LBY-XC40 全自动动态血沉测试仪LBY-BX 基于激光衍射原理设计,检测红细胞在悬浮介质中多种流变特性。可用于检测:·ESR 红细胞沉降值,mm/h·红细胞沉降随时间变化曲线可用于检测:·红细胞松弛特性(RI)·红细胞变形特性(EI)·红细胞取向特性(OI)·HCT 红细胞压积值 %·ESR.K 血沉● EMKA 无创心电遥测系统无创心电遥测系统适用于大小鼠等啮齿类动物。它的特点是可快速连续、无创遥测动物的心电及动物的活动度,可排除麻醉束缚等的影响。通过强大的 EMKA 心电分析软件,能够准确分析各心电参数。用于模型动物、药理学、毒理学等监测。● SOFTRON 无创血压计无创血压计适用于清醒大鼠的血压测量。它的特点是可快速无创测量动物的血压,可排除麻醉等的影响。其创造的黑暗,适温环境可以使老鼠很快的进入安静的状态,并促进血液的循环,达到很好的测量效果。只需按下开始键即可以进入自动测量状态。该系统能够保持一个可重复的实验环境,具有可对照性。● BIOPAC 多导生理记录仪美国 BIOPAC 公司生产的多导生理记录仪是目前世界上应用广泛,功能强大的电脑化多导生理记录仪。 16 个模拟数据采集通道;16个数字输入通道;2个模拟输出通道;16 位 A/D 转换;采样率:400KHZ。系统提供多个计算功能,可进行信号平滑,叠加,微分,积分,傅里叶变换,频谱分析,模版查找,信号平均,峰值探测等。操作者能够自己设计计算公式,对各个通道的信号进行各种数学运算,从而完成象左室舒张末期压力计算,神经放电记数直方图显示等功能。检测参数:心电、有创血压、心室内压、呼气气流、肌张力、脑电图、胃肠电、诱发电位、输出刺激信号、血流流量 (Transonic 流量计 ) 等。● 离体工作心、四腔组织灌流系统离体工作心是灌流液从左心耳流入左心室,左心室收缩克服主动脉阻力将心室内液体射入模拟主动脉管道,使心脏在生理状态下进行灌流实验。实验中可以分别调节左心室充盈压(前负荷)、主动脉柱压(后负荷)、心率(电起搏)。能够检测心脏收缩、代谢、生化等方面的影响。组织灌流系统可以同时进行四通道的温度控制,液体循环,张力检测,肌电干预。能够检测肌条、血管、消化道组织的收缩、代谢、生化等方面。可实现左室压(LVP)、心电、心输出量、灌注压、冠脉血流、肌张力、新陈代谢、组织分泌、转基因机能检测、心肌细胞分离等实验检测。● BIOTEK 多功能微孔板检测仪Synergy H1 是一款基于光栅系统的多功能微孔板检测仪,同时还可以通过适配高性能的滤光片系统而成为全功能微孔板检测仪。该系统采用第三代光栅设计可以以 1nm 的步进精度任意选择激发和发射光波长。该系统支持顶部和底部荧光强度检测,紫外 - 可见吸收光检测和高性能的化学发光检测。滤光片检测光路支持荧光偏振、时间分辨荧光和基于滤光片的发光比率检测 ( 如 BRET) 。同时拥有双自动进样系统完成快速的加样检测实验。是生命科学研究实验是各类标准微孔板检测的理想检测工具。主要功能:·吸收光检测应用: 核酸定量、ELISA、蛋白定量、浊度分析、酶活性分析·荧光检测应用: 核酸定量、蛋白定量·发光检测应用: ATP 检测、报告基因、酶活性检测● 酶联免疫与原位杂交系统观察普通染色、荧光标记的切片。用于细胞中期图像观察、采集、处理及染色体核型分析。● 激光多普勒血流监测系统用于组织微循环血流监测,可在监测之前、过程中或之后任意时间添加感兴趣区域(ROIs)或感兴趣时间 (TOIs),用以评估在特定时间段内血流灌注情况,可同时记录 ROI 区域大于99 个;自动计算包括均值、百分比变化、监测采样点数量、标准差等数据。可用于、脑缺血模型评价、皮肤炎症和刺激、实验性肿瘤生长,血管新生、术中和术后皮瓣的血流灌注量、肢体和内脏的缺血和再灌注等研究中。● ETHOVISION XT 动物运动轨迹跟踪系统荷兰 Nols 公司小动物行为活动轨迹记录分析系统(行为轨迹跟踪分析系统)可以记录小动物行为活动轨迹,起始时刻,运动时间,运动速度,停留时间,各个区域内的运动距离,进出区域次数,第一次进入某个区域之前的时间,停留时间,多只动物相互交往活动和原始活动录像,同时得到实时变化的动物运动轨迹和动物活动形态(饮食,睡眠,移动,追逐等)资料。系统可以自动消除动物尾巴活动的影响,也可以人工修正轨迹误差,既可以处理实时影像也可以处理离线图像。
自教育发布《关于开展国家虚拟仿真实验教学项目建设工作的通知》起,各院校根据自身情况和教学要求陆续投入对虚拟仿真实验室的申报建设工作,但从目前情况来看,各院校从虚拟仿真实验室建设标准和意识存在空白,面对市场上众多的虚拟仿真产品建设者也是眼花缭乱。虚拟仿真实验室不是简单的求新,也不是杂乱无章的硬件堆积,明确虚拟仿真实验室建设规范是行业发展的当务之急。最终实现预算被精确使用、实验室设被操作简单易上手、着实能辅助教学是虚拟仿真实验追求的终极目标。以下就是关于虚拟实验室建设的一些探究。一、教育部政策国家虚拟仿真实验教学项目是示范性虚拟仿真实验教学项目建设工作的深化和拓展,坚持立德树人,强化以能力为先的人才培养理念,坚持“学生中心、产出导向、持续改进”的原则,突出应用驱动、资源共享,将实验教学信息化作为高等教育系统性变革的内生变量,以高质量实验教学助推高等教育教学质量变轨超车,助力高等教育强国建设。国家虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措。要突出以学生为中心的实验教学理念、准确适宜的实验教学内容、创新多样的教学方式方法、先进可靠的实验研发技术、稳定安全的开放运行模式、敬业专业的实验教学队伍、持续改进的实验评价体系和显著示范的实验教学效果。我部将按照先建设应用、后评价认定、持续监测评估的方式,按建设规划分年度认定国家虚拟仿真实验教学项目。二、虚拟仿真实验室释义虚拟现实技术实验教学简称虚拟实验室。虚拟现实(VR-Virtual Reality),也称虚拟实境,是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统,它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境,用户通过使用各种交互设备,同虚拟环境中的实体相互作用,使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流,是一种先进的数字化人机接口技术。与传统的模拟技术相比,虚拟现实技术的主要特征是:操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟现实环境中,与之产生互动,进行交流。通过参与者与虚拟仿真环境的相互作用,并借助人本身对所接触事物的感知和认知能力,帮助启发参与者的思维,以全方位地获取虚拟环境所蕴涵的各种空间信息和逻辑信息。沉浸/临场感和实时交互性是虚拟现实的实质性特征,对时空环境的现实构想(即启发思维,获取信息的过程)是虚拟现实的最终目的。虚拟现实技术的先进特性使得该项技术应用于各行各业的模拟仿真研究中,并切实有效地指导了生产实践。自从虚拟现实技术诞生以来,它已经在军事模拟、先进制造、城市规划/地理信息系统、医学生物等领域中发挥了巨大的经济、军事和社会效益。虚拟现实技术在不远的将来就会像当年的计算机一样应用于社会生产实践的各个领域,它与网络、多媒体将并称为21世纪最具应用前景的三大技术。三、建设虚拟仿真实验室优点生动、逼真、立体的表现形式,能让抽象的实验过程浓缩在形象逼真的动画演示中,教师可结合实际的教学需求,最大限度地发挥虚拟元器件资源的优势,提高教学效果。 演示实验室无法完成的实验。辅助教师进行课堂实验演示:如复杂实验、危险性实验、极端破坏性实验、反应周期过长实验、无法控制反应过程以及在传统实验室无法完成的实验等。增强课堂趣味性:借助对多媒体技术(音频、视频、图像)、虚拟仿真技术、传感技术、输入输出技术构建了了一种高度虚拟现实仿真的实验教学环境,使学习者体验置身其中的感觉,能够实现互动实验教学,能最大限度地激发学生的自主实验兴趣以及解开知识奥秘的冲动,有助于发展学生的构建思维,具有独特的实验教学的实践作用。四、虚拟仿真实验室和必要性随着信息化技术的迅猛发展和普及应用,高校实验室建设得到了国家、各大高校的高度重视,通过近几年的建设已经取得了大量卓越的成果。然而,在如何体现信息化核心教学理念方面仍缺少实质性的方案和实践,特别是实验内容和实验手段,难以满足实验教学对于各学科支撑作用的需求。 虚拟仿真实验教学作为整个高校教学资源的一部分,在高等教育实验教学框架下系统运行,虚拟仿真实验中心的建设弥补了传统实验不能实现的教学功能,为当下实验教学质量的提高提供了一个有效的问题解决方案,其必要性在于:首先,网络化虚拟实验室比传统实验室更具有开放性,有效地打破了时间和空间的界限,学生可以灵活安排自己的实验时间,也可以根据专业、兴趣、爱好自主选择实验内容,对自己完成的综合设计性实验方案进行实验,有效拓展了实践渠道,丰富课外学习内容。其次,大大节省了实验室建设中人力、物力、财力的投入,降低了实验教学成本。实验仪器、实验耗材都是通过虚拟技术实现,实验教学的改革、实验项目的调整、实验方案的优化再也不受实验设备性能的制约,有效解决了传统实验平台建设周期长、投入大、设备功能缺乏、性能老化、更新补充不到位等问题,保障了教学的正常开展。再次,针对实践性强的理工类学科,利用虚拟仿真技术可以做到紧跟科学技术的发展趋势,通过课题研究、技术开发、工程实验、成果转化、产业化等产学研一体化的创新活动,将前沿技术融入教学,实现科研活动与教学活动、科技创新与人才培养的完美结合。同时,由于我国区域经济发展的不平衡,导致教育资源分布差异很大,一些地区短时间内难以建立良好的实验环境和优质的教学资源。因此,依托互联网的应用普及,虚实结合地开展虚拟仿真实验,将会极大地拓展课程受益面,成为一种非常迅速、有效、值得推广的教育资源辐射形式。国内的许多高校都根据自身科研和教学的需求建立了虚拟仿真实验室。主要是由于虚拟仿真实验室采用的技术具有身临其境的真实体验感,人机交互性好以及利用率高、易维护、可同时提供多人学习、节省培训费用并可提高培训效率等诸多优点,虚拟仿真在教学和科研领域的应用价值越来越清晰的被教育和科研工作者所认识到。4.1实验教学的需要虚拟仿真实验可在实际实验教学中发挥巨大作用。涉及到大量学科知识、设备工作原理的课程,仅凭简单的课堂讲解或平面多媒体辅助教学,很难让学生对比较抽象的知识彻底了解;而通过虚拟仿真技术,将学科知识直观的呈现在学生面前,让学生在接近真环境的虚拟现场看到知识可视化呈现,肯定会大大调动学生的学习积极性和主动性,收到事半功倍的学习效果。通过仿真实验的开展,可以使学生对真实实验难以开展的实验项目的实验机理、反应规律、实验现象进行更深入的了解,有助于其对学科知识更加全面的理解和掌握,为学生由被动学习转变为主动学习提供了一条可行的途径。4.2实验教学改革与创新和实验室建设需要开放式虚拟仿真实验室采用多媒体技术在计算机上建立虚拟实验室环境,提供可操作的虚拟实验仪器,使学生在互联网上通过接近真实的人机交互界面完成实验,同时提供网络实验教学的一体化管理功能。虚拟仿真教学是真实实验教学资源的重要补充,仿真实验教学资源与真实实验教学资源相结合,可以进一步完善实验教学体系。建设虚拟仿真实验室,一方面顺应了以教育信息化工作为主线的高等教育改革发展趋势,另一方面也满足了实验室建设和实验教学改革与创新的需要。近十年来,由于高校普遍扩招,需进行实验的学生人数越来越多,而受制于实验室建设费用高昂、实验指导老师有限等因素,传统实验教学中存在的教学方法单一,知识学习和实验动手操作相互分离,学生缺乏学习主动性和创造性等问题越来越突出,该教学模式已经不能完全满足新形势下的教学要求。而将开放式虚拟仿真实验教学作为一种新的教学资源加以引入便是解决此问题的一种有效方案。4.3大型精密仪器操作培训需要虚拟仿真实验室可以以学科等基础实验仿真为目的,形成实践能力教育平台;在此基础上,如能建立一套完善的运行管理体制,就可以进一步建设成具有扩展性、兼容性和前瞻性的实验教学管理和共享平台,从而进一步使该平台成为面向创新性人才培养的现代化实践教学基地、教师进行教学改革与探索的基地、虚拟仿真实验教学示范基地以及教学成果培育基地。仿真范围包括实验室场景(3D建模)、仪器操作、数据采集及数据分析,以真实实验数据库作为支撑,操作过程与真实仪器操作过程极为相似,完全可以满足大型仪器实际操作之前的日常培训的需要。如此,就可以让学生首先通过仿真软件来学习各类大型仪器的操作要领,待培训合格后即可使用真实仪器,这样既能最大程度的降低因学生误操作而造成仪器损坏的可能性,又可以使优质仪器资源有效服务于本科教学之中。4.4实践教学的需要虚拟仿真教学可以部分或全部替代高危险、高污染以及高消耗、高成本的实践环节,从而有效缓解现实实践教学资源不足的问题。而建设虚拟仿真实验室,在去相关企业实习之前,就可以通过仿真教学软件的演示及操作,使学生从宏观上了解大型设备生产的具体流程,知道重点设备及关键的工艺参数,然后再去现场参观学习就可以收到事半功倍的效果;同时,通过仿真实验教学,让学生在高度仿真的场景中安全高效的开展教、学、练、考,不仅可以节省大量时间和费用,避免了操作实际设备可能带来的危险,还能有效提高学生的创新能力及实践能力;当然,如果由于各种条件限制,学校暂时还没有建立合适的教学实践基地,化学虚拟仿真教学则可以部分或全部取代生产现场实习,起到弥补实践教学资源不足的作用。五、虚拟仿真实验室建设要求5.1以学生为中心的实验教学理念坚持一切从学生的需求出发,注重对学生社会责任感、创新精神、实践能力的综合培养,注重知识传授、能力培养、素质提高的协同实施,调动学生参与实验教学的积极性和主动性,激发学生的学习兴趣和潜能,增强学生创新创造能力。5.2准确事宜的教学内容坚持问题导向,重点解决真实实验项目条件不具备或实际运行困难,涉及高危或极端环境,高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等问题。坚持需求导向,紧密结合经济社会发展对高校人才培养的需求,紧密结合专业特色和行业产业发展最新成果,紧密结合学校定位和人才培养特点,采用现代信息技术,研发原理准确、内容紧凑、时长合理、难度适宜的虚拟仿真实验教学项目。5.3创新多样的教学方法始终关注信息化时代背景下学生需求,重点实行基于问题、案例的互动式、研讨式教学,倡导自主式、合作式、探究式学习。创新实验教学项目资源呈现方式,注重通过文字、图片、视频等各种媒介促进教学准备、线上讨论、线下交流。加强网络化条件下实验教学规律研究,探索提升实验教学效果的方式方法。5.4先进可靠的教育实验技术虚拟仿真实验教学项目的研发要以完成教学要求和内容为目标,综合应用多媒体、大数据、三维建模、人工智能、人机交互、传感器、超级计算、虚拟现实、增强现实、云计算等网络化、数字化、智能化技术手段,提高实验教学项目的吸引力和教学有效度。加强相关技术可靠性研究,注重对学生使用虚拟仿真实验教学项目的全方位、多层次防护,切实保障学生健康。5.5稳定的安全的开放运行模式充分考虑不同区域、不同层次、不同类型学生接入实验教学项目的运行需求,搭建具有开放性、扩展性、兼容性和前瞻性的虚拟仿真实验教学项目运行平台。注重对相关实验教学项目自有或共有知识产权的保护,注重对学生个人信息等的保护,严格遵守我国教育、知识产权、互联网等相关法律法规,按照“谁开发、谁负责,谁使用、谁负责”的原则确定基本安全责任。积极探索在线虚拟仿真实验教学项目可持续运行的有效模式。5.6持续改进的评价体系将虚拟仿真实验教学项目纳入相关专业培养方案和教学课程,制订相关教学效果评价办法。根据学生和教师反馈,持续改进相关教学评价机制。鼓励高校探索有利于虚拟仿真实验教学项目开放共享的教学绩效激励机制,建立高校间相关实验教学项目成绩互认、学分转换机制。5.7显著示范实验教学成果虚拟仿真实验教学效果显著,受益面大,学生实验兴趣浓厚,自主学习能力明显增强,实践创新能力明显提高。通过开展在线教学服务或技术支持等,积极发挥对专业类内实验教学信息化建设的示范引领作用。六、虚拟仿真实验室建设思路6.1定位明确、特色鲜明科学和技术发展离不开先进的研究手段,人才的培养更离不开先进的实习和实验条件。高等学校以培养人才为中心,同时承担着知识产出和社会服务的重要任务。因此,高校实验教学在人才培养中的地位和作用显而易见。虚拟仿真实验教学中心的建设以坚持信息化技术与教育教学深度融合为核心理念,以培养学生实践能力、创新能力和提高教学质量为宗旨,以实验资源开放共享为目标,坚持特点建设,创新管理机制,推动教学改革,带动实验教学水平的总体提升。6.2制定规划、分期建设首先对虚拟实验教学体系总体规划,对实验中心建设、组织机构、管理体系进行总体设计,特别强调进行“顶层设计”。既要避免实验室或某些实验功能的重复建设,又要考虑与其他地方院校实验室及研究机构、企业等组织上下、纵横结合。其次是对教学内容、课程设置和培养目标进行整体设计,像设计理论教学那样独立设计实验教学课程。各院系专业按自身教学结构设置实验室体系,注意将综合性实验室与专业实验室相结合。 要把虚拟实验室建设与教学(训练)基地建设统一规划,统一实施,把虚拟实验教学与基地化实验教学结合进行,并且要边建设边使用,边使用边完善。6.3面向未来、开放发展虚拟仿真实验中心是基于网络的全面开放发展的系统,具有较强的交互性。在前期整理思路、摸索经验的基础上,要建立起全方位的合作模式,产生良好的社会效益和经济效益,使资源共享可持续。某校开发的软件系统,既能为其他合作实验室和院校机构所使用,其他科研机构开发的系统也能为该校提供依据和帮助。七、虚拟仿真实验中心的管理建设7.1完善虚拟仿真实验中心的管理体制1)理顺管理体制。从宏观层面上看,学校集中管理的同时,各学院具有一定的独立自主权。组织机构、设备管理、实验教学、信息技术平台、人员配置等机构各司其职,相互协作,建立信息化管理体制。各实验室的建设与升级由各院各实验教学中心统一时间节点,制定相应计划,做好预算,统一进行建设与管理,这样既有效地实现了有限资源的协调与共享,较好了节约资金,又能统一各实验室建设的进度及管理办法,全面推进各个学科虚拟实验室的建设与使用。 2)制定全面的管理制度。从微观层面上看,为了确保实验教学的顺利开展,制定一套统一的科学化的管理制度和工作规范,实现对虚拟实验中心管理、实验室资源分配、使用情况、实验实践教学及人员流动等全方位的管理。具体制度既包含传统的实验中心管理人员和教师岗位职责、实验中心工作规程、实验中心工作条例、实验室开放实施办法、实验教学工作条例等管理措施,还包含虚拟仿真实验特点的课题负责人责任制、登记实验室开发人员和管理人员名单、针对不同职责人员的培训计划和大型精密仪器设备开放共享管理办法。 3)建立项目申报常态机制,设立创新升级专项基金。从可持续发展层面上看,按照学科方向、课程内容应建立相应的实验项目申报机制。特别是创新实验建设,每学期组织一次项目申报,由每个教研中心按照课程实验教学目标及内容要求设计一定数量、切实可行、具有创新意义的仿真实验、设计性实验,填写《虚拟实验室项目申请表》,由学校审批后,将项目列表公布在校园网上,供学生选择。每个项目建立相应的项目情况登记表、项目进度表,由学院定期检查项目进展。 学校和学院设立实验中心创新升级专项基金,用于硬件设备的添置,软件系统升级维护等费用。精简行政审批手续,改变非专业人员决策的问题。组织专门的专家委员会定期评审,评审通过后由实验室相关人员实施采购、升级或委托专门的采购部门直接采购。同时,作为一种激励方式,为了鼓励教师和学生积极参与创新实验,基金可贴补津贴。7.2建立虚拟仿真实验教学新体系1)设置相应的学分,鼓励学生积极参加虚拟实验的学习。随着教学改革的进一步深化,课程总学时特别是专业基础课程学时数大幅度压缩,因此迫切需要课程体系进一步整合。在理论课时压缩的背景下,实验课程的比例需要适当的增加。根据理论知识的要求,开设一定数量、难度的虚拟实验,给予相应的学分,规定各专业本科生的最低实验学分。这样的学时安排给学生提供了更为充裕的时间发挥学习的主动性和创造性,培养学生的自我管理能力和动手操作能力,进一步促进理论知识的理解和应用。 2)优化实验教学资源,促进创新能力的培养。按照信息化条件下对新型人才的培养要求,在传统实验的基础上,删减陈旧过时或与新专业特点不符的实验内容,关注市场需求和学生兴趣点,将产学研相结合,通过引进或自主研发等方式丰富虚拟仿真实验教学资源,研讨论证虚拟实验内容,科学分配学时数。从内容上将实验分为基础实验、设计性实验和专题研究等几个层次。从性质上分为必选、任选和限选实验等。单独制定虚拟实验教学计划和教学大纲。坚持以反映新技术、新知识,注重培养创新能力为目的,使实验课程体系得到整合优化,突出专业特点,保证实验教学的系统、完整与科学。7.3加强教师水平与实验教学水平建设为了保障实验室的质量,各实验室负责人要求教学水平与科研水平兼备。以核心技术队伍建设为重点,带动实验技术队伍综合素质的整体提高。选拔骨干教师充实实验教学、管理队伍。根据工作需要和岗位规划,吸引不同学历、不同能力、不同技术特点的人才应聘不同岗位,优化实验教学中心人员组成结构。建立科学合理的青年教师培养计划,发扬传帮带的优良传统。确保实验室长期有序的建设与可持续发展。7.4建立科学合理的虚拟仿真实验中心评价机制围绕学生综合素质发展和创新能力提高这一目标,制定包含实验教学资源、信息平台、实验教学队伍、实验教学效果、管理保障的全方位、规范化的评价体系。实验教学资源中教学平台建设与信息平台是构建虚拟实验室的基础,科研成果转化为教学内容是特色建设及可持续发展的不竭动力。组织建设与规范管理是发展好实验室建设的有力保障。在评价的过程中,既要兼顾全面,也要突出重点。7.5完善教学管理与共享平台虚拟仿真实验教学系统是依托学校校园网的公共实验教学平台,要保证虚拟仿真实验教学资源的开放共享和充分使用,必须坚持“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”的指导思想,结合学校办学理念和培养目标的特点,采用引进或自制的方式打造适应现代教育新发展的教学平台,建成包含实验室资产、设备维护、课程体系管理、实验室日常管理等内容的信息化管理平台,构筑教育信息化体系。 依托虚拟实验信息化管理平台建立实验室优质资源共享系统,通过激励机制,调动各级单位参与共享的积极性。一方面要推进区域内校际资源共享,另一方面要整合校内实验资源,促进院系间实验资源共享。八、虚拟仿真实验中心适应专业教育部2017年认定的虚拟仿真实验教学项目分布在生物科学类(15项)、机械类(15项)、电子信息类(10项)、化工制药类(10项)、交通运输类(5项)、核工业类(10项)、临床医学类(25项)、药学类(10项)等八个类别,主要集中在工科领域。每个领域下面又分成诸多专业。九、虚拟仿真实验室申报条件根据《教育部办公厅关于2017-2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》(教高厅[2017]4号)文件精神,为深入推进信息技术与实验教学的深度融合,加强高校实验教学优质资源的建设与应用,促进虚拟仿真实验教学资源在线开放和利用,各符合申报条件的可按照以下要求提请申报。9.1申报要求1)各学院要按照教育部、省教育厅相关文件要求,结合本单位信息化实验教学资源现状,统筹规划、突出重点、发挥优势、体现特色,突破旧有模式,创造性地开展虚拟仿真实验教学项目申报建设工作。每个学院至少申报一项。2)项目应符合教学大纲与课程标准要求,以学生自主学习为中心,以现代信息技术为依托,以相关专业类急需的实验教学信息化内容为指向,以完整的实验教学项目为基础,满足至少2个课时的实验教学需求,配有相应的运行管理平台,可以实现基于网络的开放共享。3)项目应遵循能实不虚原则,重点解决真实实验项目条件不具备或实际运行困难,涉及高危或极端环境,高成本、高消耗、不可逆操作、大型综合训练等问题。4)项目能实现人机交互和智能指导,学生自主实验,可通过鼠标、键盘或者其他交互输入设备的操作完成与实验对象的交互操作,实验过程要分步骤进行,系统能够给出指导信息及实验结果评价。学生实验操作步骤须不少于10步。5)项目预期教学效果好,具有一定引领示范作用,可在其他高校等单位推广,有稳定的社会需求和广阔的发展前景。6)项目应具有自主知识产权或共享知识产权,符合相关知识产权法律法规,建成项目能对外服务。7)项目实行项目负责人负责制。项目负责人应满足以下条件:教学经验丰富、教学成果较多,具有一定的学术水平;独立承担申报项目相关课程的理论教学或实验教学5年以上,原则上应具有副高(含)以上专业技术职务。8)项目应有相对稳定的教学服务团队,团队成员结构、人员数量、任务分配要科学合理,且配有相应的具有企业背景或专职的在线教学人员和技术支持人员。9.2申报流程1)各学院要采取措施,鼓励本单位教师组成教学服务团队申报虚拟仿真实验教学项目,在充分论证的基础上,由项目负责人提出申请,填写《***虚拟仿真实验教学项目申请书》,经学院评议、遴选后,统一报送至实验室与设备管理处。2)实验室与设备管理处组织专家对各学院报送的项目进行学校评审,报主管校领导审批后下发立项文件。9.3申报管理1)批准立项建设的项目的项目负责人需与学校签订《虚拟仿真实验教学项目建设任务书》,项目建设周期原则上为一年。2)实验室与设备管理处将对项目进行中期检查,并对发现的问题提出整改建议。3)项目结项时,项目负责人需按照《虚拟仿真实验教学项目建设任务书》上交结项材料,实验室与设备管理处将组织专家对项目进行结项评审。9.4材料报送请各学院将《***虚拟仿真实验教学项目申请书》,《***虚拟仿真实验教学项目汇总表》呈送上级单位品准。十、虚拟仿真教学中心规划10.1根据专业数确定建设数量根据学校专业设置数量和教学任务确定虚拟仿真实验中心建设数量,确保中心资源被高效利用,避免重复建设。可以将不同专业同属一个院系的共同申请建设为一个虚拟仿真实验教学中心,通过合理安排不同专业教学实验和拓展教学网络空间形式提高中心的教学容量。10.2根据人数确定场地面积根据各专业、院系的教育大纲要求,测算单位课时内需要同时进行教学的人数,人数50人以内建建设空间需要100㎡以内,超过50人在100人以下,场地建设面积需要150㎡-200㎡以内。场地尽量选择学校开阔、闲置课室空间,课室空间平整易于改造和放置教学设备。10.3根据虚拟仿真教学内容选用教学设备1)注重理论学习在注重理论学习的专业,更强调理论的深度理解,虚拟仿真实验中心则考虑到教育的多并发性,尽量选择能照顾到每位学生的学习进度和质量,可以采用大屏仿真教学系统、多媒体教育机、VR头盔等,数量按照人数1:1配置。如在医学领域学习人体组织解构,可通过3D多媒体一体机让学生通过交互装置可以快速了解人体构造和层次。3D教学一体机2)注重操作学习针对各专业、院系的教学要求,对包含动手操作进行试验、实践的,需要选择佩戴简单、交互能力强的设备。输入设备如鼠标、键盘、手势识别、动作捕捉相机、交互手柄等,确保学生通过简单的学习能迅速掌握教学设备的使用,并通过输入设备教学软性内容能迅速做出反馈和调整。比如用数据手套抓取、移动虚拟的物体。手部动作输入3)根据教学内容确定设备根据不同专业、院系教学内容要求,有的需要虚拟仿真物体巨大,也需要多人进行协作共同完成实验和操作,有的只需要将虚拟物体微缩到电脑显示器上就可以达成教学目的。如对大型设备模拟维修,需要将大型设备等比例呈现,就可以用大空间多人VR系统进行虚拟仿真教学,每个人都可以独立完成实践操作,也可以协作完成设备实践操作。大空间多人VR系统十一、虚拟仿真实验室常用配置11.1硬件1)显示设备用于显示的最基础的是电脑屏幕,按照尺寸发展趋势,现在逐渐普及投影、大尺寸LED屏、多媒体电视、CAVE系统、3D大屏幕、VR头盔、AR头盔等,作为虚拟仿真的结果呈现,显示设备从二维走向三维,基于平面三维走向沉浸式三维的特点,从小屏幕逐渐向大尺寸3D屏幕发展。教学的效率和可观性大大提升。2)输入设备输入设备最基础的是键盘和鼠标,但随着多媒体技术多样化发展,陆续出现了用于物体物理尺寸扫描的3D扫描仪,用于声音控制的语音识别,用于手部动作输入的数据手套,用于6自由跟踪的无线交互手柄,用于图像识别的摄像头和各种传感器等等。输入设备的多样性也是为了适应多种教学内容的需要。最基础的虚拟仿真应用如移动、放大、缩小、拆装等都可以通过轻触鼠标完成,而对于像扭动、抓取等动作需要借助特殊设备将数据录入才能实现虚拟仿真内容的正确反馈。3)感知设备感知设备既有让参与虚拟仿真教学的人的感知,也有通过感知数据的捕捉实现虚拟仿真内容的反馈。常用的感知包含温度感应、力感应、嗅觉感应、声音感应、视觉感应、定位设备、动作捕获设备等。感知设备不仅能让虚拟仿真的表现形式多元化,也能让仿真结果更加真实。动作捕捉设备4)支持设备支持设备是为了维持教学装备正常运转,负责供电、信息传输、图形图像处理、信息存储、多种设备交叉管理等设备。常用的有UPS不间断电源、图形处理服务器、数据库服务器,数字交换机、路由器、音视频切换矩阵、监视器等。11.2软件1)管理软件管理软件是保证虚拟仿真教学信息网能接入院校综合管理信息网站,分配不同的教育教学资源,调配师资力量。并对于不同的虚拟仿真教育资源进行统一管理,记录每位教师和学生教学学习进度,相当于教育目录和和门户的作用。2)课程资源虚拟仿真课程资源是虚拟仿真实验中心的配置重点,没有课程资源,所有的虚拟仿真设备形同虚设。课程资源是根据各专业教学特色和要求,通过虚拟软件能让学生直观理解、加深记忆的并上手实操的软件。课程资源具有制作周期长、普适性强、可重复使用等特点。目前市场上已经有各类适应虚拟仿真教学的课程资源,在课程资源建设上更需要校企合作的方式,企业拥有专业的开发能力,而学校可以提供专业的学术指导实现优势互补。电子信息虚拟仿真课程资源3)评测软件评测软件是对学生所学知识进行考试反馈,可以记录学生具体的知识盲点,可以对操作过程中的不规范行为进行指正。评测软件大大提高了教师阅卷的速度。4)系统软件系统软件是为了让虚拟仿真教学中心正常运转的软件,如操作系统win10,数据库软件、防火墙、图形处理融合软件、动作捕捉软件等等。十二、典型虚拟仿真实验室方案示范12.1大空间多人交互VR虚拟仿真实验室系统构成:动作捕捉相机、数据交换机、服务器、工作站、无线路由器、VR头盔、同步播放LED屏、虚幻引擎、背包电脑等。场地面积:50-200㎡同时教育人数:10-50人方案特点:满足多人同时授课,全部沉浸在虚拟空间中,每个人都有第一视角的真三维环境,可以随意跟虚拟仿真场景交互,可以在虚拟仿真场景中自由行走。适应教学范围:大型仪器、器械操作,程序化的教学,用来现实建筑BIM、生产智能PLM系统、各种工业仿真模型等。大空间多人VR虚拟仿真实验室12.2分布式教学方案方案系统构成:交互式3D全息一体机、3D眼镜、光触笔、仿真课程资源、教学管理控制台、数据库系统等。场地面积:1㎡每台没人,根据课室灵活布置。同时教育人数:100㎡课室可以最大80人同时。受教方案特点:让每个学生均等的学习,通过立体现实让知识跃然纸上,更加生动,可以用光触笔去跟虚拟仿真内容产生互动,全面观察物体。适应教学范围:K12、高教、职教、技术学校等,操作简单,局域网管理教师可以管理每一台一体机。分布式虚拟仿真教学12.3基于3D大屏幕教学方案实验室方案系统构成:三折面投影或者LED大屏、弧形投影、3D红外同步器,图形工作站、图形渲染融合器、3D眼镜、动作捕捉相机,6DOT交互手柄。场地面积:100㎡左右。同时教育人数:100㎡课室可以最大80人同时。受教方案特点:除去布置交互大屏剩下空间可以按照会议密度排列座次,可以容纳60左右的人同时学习。适应教学范围:偏重工业、医疗等模型使用较多的专业,零件组成复杂,需要通过专业老师来进行操作授课。CAVE虚拟仿真教学12.4基于VR头盔虚拟仿真实验室方案系统构成:VR头盔、数据库服务器、电脑、虚拟仿真内容发布平台、虚幻引擎。场地面积:按照正常课室密度排座。同时教育人数:20-80人每100㎡。受教方案特点:设备简单,画面全部沉浸,每个人都可以交互,不会相互干扰,学习进度和自主性可以自由控制。适应教学范围:K12,职教、基础课程教学,辅助性教学。VR沉浸式虚拟仿真教学十三、虚拟仿真实验室发展技术趋势虚拟仿真实验室目前发展阶段只是对实物和知识的虚拟化呈现,对程序化教学很有帮助,因为所有的内容都是通过既定规则编写,不会出现其他意外结果,受制于软甲硬件的本身原因,目前还未能对自然界中的某些不确定因素进行叠加模拟。如有些实验同时对空间、时间、电磁环境、温度等、气象条件等诸多因素影响,既是能通过虚拟仿真软件进行一定程度的条件模拟,但是也无法模拟出自然界中随机产生和进化的特征。在大数据、云计算和深度学习等人工智能科学深入发展后,虚拟仿真模拟的水平会增加接近现实中的情况,例如现在的天气预报,就是基于大数据和超算功能,进行云图模拟和天气预测,是将诸多数据融合后形成的虚拟仿真应用。
01 运维工作的现状近年来,随着投入科研力度的加大,实验室仪器设备发展迅猛,大型进口设备的数量也呈现数量级的发展。但是,实验室仪器使用方的维修力量是非常薄弱的,仪器厂商的支持方式也是迟迟响应,催生出第三方维修服务公司。但是近些年维修市场的大环境不景气,有能力维修大型设备的人员数量很少。大型设备出现故障,就必须联系技术中心和厂家,这样一来,维修成本大大增加,在时间上面也是不能得到及时服务。所以建立一套新的运维体系,辅之以多元化服务模式,使之运维效率提高,才能够有力地保障仪器的正常运行。设备的日常维护、保养是设备技术管理的重要环节,其目的是为了减少故障、延长仪器设备的使用寿命,保持其良好的性能及精度,是最大限度地保证仪器设备正常运行,是保障实验室研究与检测正常、顺利进行的基础。随着检测难度的不断提升,检测要求的不断提高,如何最大限度地使用好、维护好、管理好这些检测仪器与设备,更好地发挥出它们的最佳能效时为了准确检测出各种分析数据,及时监控检测的各个环节,所有的仪器都必须时刻处于正常完好的工作状态,即便是出了或大或小的故障,也要在最短的时间里查找到原因,排除故障,恢复正常工作。为此,不仅需要维护人员及时处理,更需要维护人员积极去预防故障的发生。02 运维工作面临的问题2.1运维人员短缺。实验室运维工作是技术性工作,主要是解决实验室仪器的运行和维护中问题。在教育序列没有实验室仪器维修专业设置,给人员招聘与培训造成较大的困难。在现有实验室管理中,实验室设备管理和运维的工程师主要是仪器操作工程师转变为设备工程师,对于设备的操作熟悉,而在仪器结构、深度维护、故障处理等方面,由于缺乏仪器仪表知识,显得力不从心。社会上没有专业对口的培训,满足对运维人员的需求。运维人员主要来自仪器仪表、自动化、机电一体化等专业,对于实验室分析仪器的结构、性能、操作与维护需要从零开始学习,增加运维工作适应与熟悉难度,有2~3年的培训期。2.2维护技术无法满足当前工作需求。实验仪器维护技术及运维人员专业技术没掌握,对仪器设备维护即使心有余力也不足。某一高校要求:“学校要重视仪器设备工作人员队伍的建设,提供各种参加培训、研讨、考察活动的机会。要制定行之有效的业务考核及技术等级晋升办法, 使他们热爱本职工作, 努力提高业务及管理水平”,各方均在努力提高仪器维护能力。实验室仪器多是集光、机、电、仪等方面最新技术于一体,涉及光学、机械、电子、计算机、放射等技术领域,配备相当精密的物理与几何光学系统、精密机械系统、电子传感测量系统、计算机控制与数据处理及人机界面系统等,对维护人员的技能要求越来越高、对维护保养的专业要求逐步提高。2.3维护重于维修工作不到位。鉴于目前仪器设备的管理模式和技术力量的现状,实验室仪器设备应以维护保养为主,维修为辅,应于仪器设备在故障还没有暴露出来时,就给予排除,以避免或少发生故障,防患于未然。维护比维修要更积极主动。维护是对正常运行的仪器设备进行定期或不定期的保养,其目的是保证仪器设备不发生或少发生故障;定期维护的时间由维护人员自己掌握,可充分计划和控制,是主动和积极的手段;而维修则是对已发生故障的仪器设备进行修复,目的是使其恢复原有功能,保证仪器设备正常运转;维修的时间不由维修者自己掌握,计划性和可控性也差,是一种被动的、消极的手段。维护比维修的费用少,由于维护是对正常运转的仪器设备进行的保养,不需要更换零大的部件,或者是维护时发现某零件损坏,及时给予更换,避免了运行时造成连带其它更大损坏,这样,在经济上花费较少;维修则不同,是对仪器设备已经发生的故障进行排除。既然是故障,就说明已经发生了零部件的损坏,而且是运行时才发现,要更换一些零部件,一般代价都很高,费用也较大。目前运维项目的定期维护数小于维修数,给运维工作带来较大的被动性,在今后运维操作中,积极探索定期维护内容,加大定期维护计划,降低故障率,提高维护率。03 运维工作新思维3.1培训是破解运维难题的第一道密钥运维工作面临的问题集中培训是一种有组织的知识传递、技能传递、标准传递、信息传递、信念传递、管理传递行为。公司集中培训以技能传递为主,时间在侧重上岗前和岗位中。 为了达到提升团队技能、规范作业行为,通过培训目标规划、维护知识培训、技能演练、效果评测、结果交流等一系列的流程,让员工通过一定的教育技术训练手段,达到预期的技能水平提高目标。目前现有的培训有个人培训和企业培训两种。个人技能培训种类繁多,包括自学、职业技能、资格认证、岗位成才等方式。企业组织培训中分四类:一是岗前集中培训、二是班组专业培训、三是厂家安装培训、四是企业网络培训。集中培训关键是提高个人与团队的安全、专业、协调和管理综合技能,为高安全、高质量完成运维项目奠定基础,也是我们主要主抓的培训方式。3.1.2仿真操作培训仿真培训是指模仿真实的工作条件建设专门的培训试验室或人工环境,使用与工作场地相同的设备与技术,严格按照真实的情境来学习和训练如何处理工作中的实际运维问题。仿真培训使培训效果与实际需要相吻合,又避免了对现实作业的干扰,对于一些特殊的领域还有助于节省费用,减少危险。目前较多行业,仿真培训正在越来越多的工作中广泛运用。仪器设备仿真维护与操作,主要是针对实验室仪器如气相色谱仪、液相色谱仪、质谱仪、分光光度计、电子天平、原子吸收仪等等都有仿真模型,有专业化公司制作仿真软件。将仪器的结构进行精细拆分展示,也可以模拟操作。既可以是2.5D的,也可以3D的VR模拟进行仪器操作。这是将来培训的新的技术与手段。3.1.3 微课网络培训微课的核心组成内容是培训视频(片段),包含与培训主题相关的培训设计、素材课件等培训资源,它们以一定的组织关系和呈现方式共同营造一个半结构化、主题式的培训小环境。因此,微课既有别于传统单一资源类型的培训资源,又是在其基础上继承和发展起来的一种新型培训资源。一个课程就一个维护主题,或者说一个课程一个维护分享;培训的问题来源于运维实践中的具体问题,能够具体的、真实的解决问题。微课,可以采用网络投放模式,下一步将在技术支持系统上建设微课堂,规定每年的学时制,不定期、不定时,自行完成。也可以根据自己岗位需求,有选择的进行培训学习。微课的制作,我们既可以利用网络资源、厂家资源,也可以自行录制。目前,网络资源是非常丰富的,只是需要我们去搜集与整理,转化为沪试微课堂的资源。每位运维人员,将自己的操作实践、心得等录制为视频,制作为微课。我们也可以将每次培训录像,制作成微课,加入微课堂资源。微课“位微不卑”,微课虽然短小,比不上一般培训丰富,但是它意义非凡,效果明显,是一个非常重要的培训资源。3.1.4岗位交叉培训这是沪试岗位培训的传统,是一个传家宝,要发扬光大。在岗位上,每个人由于维护区域、维护设备都有分工,随着维护的积累,熟练掌握了本岗位设备的结构、性能、操作与维护,而对于其他岗位的设备,不熟悉不掌握,不能全面进进行一个项目设备的维护操作,在值班和换岗时会遇到较大的维护技术障碍,通过班组组织培训,各岗位运维人员进行交叉培训,发挥各自特长,优势互补、经验互补,提高项目人员整体运维能力与水平。3.2利用信息化、远程化、可视化,提供5G模式新思维。3.2.1技术服务支持系统上海沪试技术服务支持系统,上线都有一段时间了,为何久久用不起来,系统本身还是有一些问题,大家不去主动用也是主因。部分项目,业主有要求按照业主管理方进行维护作业,大多数项目可以利用该项目进行。下一步,技术中心将安排专人负责,督促与指导各位使用此系统。3.2.2远程可视支持系统利用智能手机、智能眼镜,通过先进的无线音视频通讯技术,实时将现场画面回传到支持部门,技术专家犹如身临现场一样掌握每一个细节,并可通过实时语音、图文消息、指示标记、资料共享等技术手段指导前端用户进行问题排除,这一切不单是为了提高效率、节省成本,更重要的是实现了专家复制的奇迹,解决了技术专家紧缺的难题,提高日常维修保养工作效率和能力。上海沪试BIM运维平台的现场维护人员通过手机、平板电脑、智能眼镜等等,利用4G、WiFi网络与后方技术协助专家建立实时视频连线。将现场视频以第一视角方式通过网络实时回传给远程技术协助专家。远程技术协助专家通过实时语音通话、图文等方式与现场人员进行协同,判断,利用指示标记功能、照相功能,指出关键部位。现场维护人员智能眼镜屏幕上会同步显示,解决维护现场存在问题。3.2.3 BIM+运维模式BIM在国内的兴起是从设计行业开始,逐渐扩展到施工阶段,进一步延伸到运维阶段。但运维阶段的BIM应用实施困难大,因为运维阶段往往周期更长,涉及领域更广,协同配合难度也更大,涉及参与方更多更杂,国内现存可借鉴经验不多。随着科技的进步,我国的信息化、智能化也发展起来,IBMS系统成为现代建筑运营管理的一个利器。IBMS (Intelligent Building Management System, 智能建筑管理系统)是通过统一的软件平台对建筑物内的设备进行自动控制和管理。如实现对建筑内的空调、给排水、供电设备、防火等设备进行综合监控和管理,为建筑的高效、节能管理提供辅助决策手段,使建筑处于高效率、低能耗正常运营的状态,使建筑使用者的工作环境更为安全和舒适。BIM作为在建筑全生命周期的重要应用,基于BIM+运维平台上进行建筑整体的运维与管理将势在必行。在建筑实际运维管理过程中,将建筑的空间信息、物联网应用、物业管理与动态的数据信息相结合,形成5D模式下的综合管理。平台作为整个建筑的载体,实时监控建筑的重要数据与信息,在遇到各类事件发生时,可以在最短的时间内发现问题并及时的通知管理人员,协助管理人员找到最佳的解决方案与解决思路,将会大大提升建筑综合体的反应能力,提高工作效率。依托于当前基于BIM与IOT的智慧建筑运维管理系统,占据各地各类建筑运维管理体系,同时衍生服务应用于运营分析平台,提供资产、空间、机电、智能化、安全、节能等多领域的功能服务,通过BIM与IOT的特有优势,使系统在各项目内生根发芽,不会轻易被替换,随着接入项目的增多,逐渐发展为真正意义上的智慧建筑运营管理云平台。BIM+运维呈现的是三维空间设备管理模式,实现设备日常巡检、定期维护、检修报修、能耗管理、档案管理、报警与提醒的完美结合。公司正在探索开发这一高端运维模式。3.2.4实验室搬迁服务系统实验室搬迁系统主要是应用于实验室搬迁服务。实验室搬迁,是实验室仪器设备从旧址搬到新址且保证前后性能一致的行为,包含了实验室仪器设备的搬前确认、拆机、包装、运输、安装、调试、验收、校准等过程行为。在实验室搬迁过程中,资产管理、过程管理、文献管理、验收报告管理,提供实时搬迁数据,全程监控。利用搬迁管理系统,进行资产管理、搬迁状态(勘察、确认、拆分、包装、运输、安装、调试、计量、验收、结束)实时跟踪。利用射频和二维码技术,现场或手持RFID、管理系统移动端扫描查询与状态更新、设备状态录入、移动信息记录等。目前该软件正在开发中。3.3建设大数据,智能指导运维。大数据(big data),IT行业术语,是指无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合,是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。这是百度的定义。有人把数据比喻为蕴藏能量的煤矿。煤炭按照性质有焦煤、无烟煤、肥煤、贫煤等分类,而露天煤矿、深山煤矿的挖掘成本又不一样。与此类似,大数据并不在“大”,而在于“有用”。价值含量、挖掘成本比数量更为重要。对于我们运维行业而言,如何建设大数据、如何利用这些大规模数据是赢得竞争的关键。大数据成为企业核心竞争力,直接影响企业运营的表现。企业对于数据管理便有了更清晰的界定,将数据管理作为企业核心竞争力,持续发展,战略性规划与运用数据资产,成为企业数据管理的核心。运维技术中心,目前正在建设大数据系统,专家库和故障案例库,都是我们在大数据方面做的工作。在TSS中,每一类设备的巡检内容,我们都有了很大的积累。下一步的微课库就是运维培训的大数据。搬迁系统中各设备的搬迁方案,也叫一机一案,都是大数据。运维的所有设备的技术条件,都已整理成册,已成为工艺设计部设计的依据。所有设备的操作说明书,也成为大数据,在TSS系统等待大家的召唤。如何应用大数据,这是当前的着重解决的问题。04 结束语信息化时代,赋予运维较多的解决模式,能够带动运维跨越式发展,让我们拭目以待,不久的将来就是5G新运维。来源:上海沪试实验室器材股份有限公司 赵贵喜 杨玉明