遠(yuǎn)程資源共享型試驗(yàn)室建設(shè)方法的實(shí)踐與分析

劉國光++武志瑋?í?

摘要：大型設(shè)備和特種設(shè)備引進(jìn)受限是目前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中面臨的共同問題。為保證實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果，借鑒東南大學(xué)國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)中心提出的“虛實(shí)結(jié)合”法，提出了大型設(shè)備遠(yuǎn)程資源共享的概念。利用自行開發(fā)的軟硬件，給出了遠(yuǎn)程資源共享型試驗(yàn)室建設(shè)的解決方案。通過遠(yuǎn)程桌面共享和多角度視頻共享，完成大型設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、操作和試驗(yàn)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生親自動(dòng)手操作并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。結(jié)果表明，該方法能克服目前試驗(yàn)室建設(shè)中大型設(shè)備利用效率低的問題，通過遠(yuǎn)程資源共享可分享對方特色試驗(yàn)設(shè)備，為己方開設(shè)更全面的試驗(yàn)課程，解決了設(shè)備不足的問題，提高學(xué)生的動(dòng)手能力。

關(guān)鍵詞：試驗(yàn)教學(xué)； 虛實(shí)結(jié)合； 大型設(shè)備；資源共享

中圖分類號：G642423文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：

10052909（2016）04013003

為加強(qiáng)教師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間的問答辯論能力，培養(yǎng)學(xué)生分析、歸納和應(yīng)用能力，19世紀(jì)末哈佛大學(xué)法學(xué)院開始了“蘇格拉底教學(xué)法”的教學(xué)方法改革研究[1]，并在20世紀(jì)20年代創(chuàng)立了“案例教學(xué)法”，教師在上課時(shí)給出個(gè)案，學(xué)生分析個(gè)案中存在的問題，提出解決措施和方法[2]。隨后，作為以問題為基礎(chǔ)展開學(xué)習(xí)和教學(xué)過程的一種教學(xué)模式，PBL法強(qiáng)調(diào)把學(xué)習(xí)放到復(fù)雜的、有意義的問題情境中，通過讓學(xué)生解決現(xiàn)實(shí)世界中的真實(shí)問題，來探究問題背后隱含的概念和原理，并發(fā)展學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力[3]。

20世紀(jì)60年代，格庭根大學(xué)開展了討論模式的教學(xué)改革，主要用于大學(xué)本科高年級和研究生教育階段，并被很多高校廣為接受。“頂峰體驗(yàn)法”目的在于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力、應(yīng)用既有知識(shí)和技能解決問題的能力，以及批判性思維和表達(dá)能力[4]，主要方法包括：項(xiàng)目研究、個(gè)案研究、討論、實(shí)踐鍛煉、小組學(xué)習(xí)、口頭交流、書面交流等。國外的研究成果開創(chuàng)了諸多成功的教學(xué)模式，并對中國相關(guān)教學(xué)方法研究的開展產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響。

在中國，實(shí)驗(yàn)教學(xué)縮水、實(shí)習(xí)和社會(huì)實(shí)踐走形式、畢業(yè)論文和畢業(yè)設(shè)計(jì)要求低等問題，導(dǎo)致學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力較差，難以適應(yīng)工作崗位的需求。為了提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)人員展開了積極的探索，通過合理優(yōu)化實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)、增加設(shè)備臺(tái)套數(shù)、更新設(shè)備型號、增大對教學(xué)環(huán)節(jié)的投入等著力解決上述問題。然而，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式已經(jīng)無法跟上時(shí)代發(fā)展的腳步和學(xué)生學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。

一、 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)的客觀需要

中國民航大學(xué)機(jī)場學(xué)院培養(yǎng)的畢業(yè)生主要從事機(jī)場工程相關(guān)領(lǐng)域的工作，如：機(jī)場建設(shè)、場道管理、運(yùn)行指揮和油氣集輸管理等。相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)：無法真實(shí)模擬工程破壞和災(zāi)害（費(fèi)用過高或危險(xiǎn)性較大），實(shí)習(xí)單位為避免風(fēng)險(xiǎn)只讓學(xué)生從事行政工作因而無法達(dá)到實(shí)習(xí)效果，實(shí)習(xí)單位局限性（設(shè)計(jì)單位、施工單位、監(jiān)理單位等）使得學(xué)生視野受限，

無法在短時(shí)間內(nèi)（1周-3周）完整完成工程全部環(huán)節(jié)。

在教學(xué)實(shí)踐中還發(fā)現(xiàn)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣以考試為導(dǎo)向，“不考就不學(xué)”是目前公認(rèn)的問題，因而應(yīng)科學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)和考試環(huán)節(jié)，在最終成績評定中體現(xiàn)實(shí)踐能力考查。

但在人才培養(yǎng)過程中，兩大突出問題在于：

（1）受設(shè)備臺(tái)套數(shù)和實(shí)驗(yàn)復(fù)雜程度制約，學(xué)生實(shí)踐教學(xué)動(dòng)手操作的真實(shí)機(jī)時(shí)數(shù)難以統(tǒng)計(jì)，因此無法客觀評判教學(xué)效果。

（2）學(xué)生專業(yè)技能未得到深入培訓(xùn)，導(dǎo)致畢業(yè)后的行業(yè)就業(yè)率達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，難以體現(xiàn)行業(yè)院校的辦學(xué)特色。

二、遠(yuǎn)程資源共享型試驗(yàn)室概念的提出

信息化進(jìn)步帶來的虛擬仿真技術(shù)是提高學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的重要手段，但如何利用虛擬仿真技術(shù)來突破傳統(tǒng)教學(xué)手段和理念的制約、彰顯民航行業(yè)特色仍是當(dāng)前實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的突出問題。因而，為增強(qiáng)畢業(yè)生的社會(huì)適應(yīng)性，提高實(shí)驗(yàn)室對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的支撐作用，建議進(jìn)行基于資源共享的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室管理方法研究。

現(xiàn)在的學(xué)生更多的依賴網(wǎng)絡(luò)，甚至一度成為教學(xué)中碰到的難題。然而，信息化社會(huì)的建設(shè)和“互聯(lián)網(wǎng)+”的展開，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)更多地成為被社會(huì)廣泛接受的交流模式。因而，面臨新問題應(yīng)當(dāng)采用新的解決方法，因勢利導(dǎo)而不應(yīng)該因噎廢食。研究人員提出了諸如“碎片化教學(xué)”和“慕課”等新型教學(xué)模式和教學(xué)手段，為實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和運(yùn)行管理提出了新思路。

在創(chuàng)新能力培養(yǎng)和實(shí)踐能力培養(yǎng)兩個(gè)主要指導(dǎo)思想的引領(lǐng)下，新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式逐步由教學(xué)中心型向?qū)嶒?yàn)中心型轉(zhuǎn)變，即以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)為學(xué)生設(shè)計(jì)科學(xué)合理的學(xué)習(xí)模式；抓住實(shí)驗(yàn)課程體系和內(nèi)容更新，處理好知識(shí)的集成和現(xiàn)代信息技術(shù)的關(guān)系；體現(xiàn)素質(zhì)教育，處理好實(shí)驗(yàn)操作、技能傳授與素質(zhì)培養(yǎng)的關(guān)系；注意信息化環(huán)境下教學(xué)方法、考試方法的改革，處理好教師主導(dǎo)和學(xué)生主動(dòng)的關(guān)系；重視課程實(shí)踐環(huán)節(jié)，在操作、技能、試題三方面處理好基礎(chǔ)訓(xùn)練與應(yīng)用、時(shí)間意識(shí)和能力培養(yǎng)的關(guān)系。

在目前的教學(xué)研究和改革研究中，存在六大趨勢：混合學(xué)習(xí)、重視學(xué)習(xí)空間、量化學(xué)習(xí)、開放性教育資源、變革和創(chuàng)新，以及跨校院協(xié)同。雖然上述六大趨勢在實(shí)際開展中還存在諸多問題，但已經(jīng)成為了實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段變革的主要方向，并且已經(jīng)有了部分虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)國家級重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

因此，為增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力的培養(yǎng)，應(yīng)積極轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念，倡導(dǎo)以學(xué)生為主體，給予所有學(xué)生公平機(jī)會(huì)，考慮學(xué)生知識(shí)層次，確保學(xué)生全程參與。要通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法的深入研究，在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室硬件條件基礎(chǔ)上，變革實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段和模式，促進(jìn)學(xué)生能力和素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

教育手段信息化是國家發(fā)改委、工信部在2013年提出的教育發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，并在《教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見》和《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃》文件中進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)，并制定了相關(guān)指導(dǎo)意見，以期強(qiáng)化實(shí)踐育人環(huán)節(jié)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地、實(shí)踐教學(xué)共享平臺(tái)建設(shè)，重點(diǎn)建設(shè)一批國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心、國家大學(xué)生校外實(shí)踐教育基地，提高實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)、實(shí)踐和畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的質(zhì)量。

在相關(guān)政策指導(dǎo)下，中國民航大學(xué)機(jī)場學(xué)院在2014年通過了天津市實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心的遴選，計(jì)劃在未來3年內(nèi)加強(qiáng)與高校、相關(guān)部門、科研院所、行業(yè)企業(yè)的共建，促進(jìn)合作辦學(xué)、合作育人、合作發(fā)展，并通過信息化資源共享平臺(tái)建設(shè)，增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室面向在校學(xué)生和社會(huì)的開放能力。

同時(shí)，學(xué)校

目前正在開展數(shù)字校園建設(shè)，利用先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)，整合資源，構(gòu)建先進(jìn)、高效、實(shí)用的高等教育信息基礎(chǔ)設(shè)施，開發(fā)整合各類優(yōu)質(zhì)教育教學(xué)資源，建立教學(xué)資源、實(shí)驗(yàn)資源共享機(jī)制，從而推進(jìn)全校的信息化建設(shè)水平。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享可促進(jìn)校際間、學(xué)院間和專業(yè)間試驗(yàn)課程互選和資源共建共享，避免因?yàn)檎n程設(shè)置原因造成的重復(fù)投資、重復(fù)建設(shè)，不僅節(jié)約了經(jīng)費(fèi)，還節(jié)省了人力。實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的共享可通過鼓勵(lì)企業(yè)和其他社會(huì)力量投入數(shù)字教育資源建設(shè)，通過個(gè)性化實(shí)驗(yàn)開發(fā)增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)過程的仿真化，貼近工程實(shí)際，從而不斷推陳出新，建設(shè)更豐富、更符合教學(xué)要求的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源共享平臺(tái)。

三、 遠(yuǎn)程資源共享型試驗(yàn)室建設(shè)方法的提出

遠(yuǎn)程資源共享型試驗(yàn)室建設(shè)主要包括數(shù)據(jù)共享、設(shè)備共享和軟件共享三部分。其中，數(shù)據(jù)共享代表不同試驗(yàn)結(jié)果間的數(shù)據(jù)共享、傳遞和分析。如機(jī)場道面承載力PCN測試試驗(yàn)中，利用劈裂試驗(yàn)的測試結(jié)果反算PCN值，分析人員可以在機(jī)場現(xiàn)場遠(yuǎn)程操控后方實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的劈裂試驗(yàn)，直接利用該結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，節(jié)省了往返實(shí)驗(yàn)室的時(shí)間，提高了工作效率和準(zhǔn)確性。

設(shè)備共享代表不同實(shí)驗(yàn)室間相關(guān)聯(lián)儀器試驗(yàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程連接共享，利用不同設(shè)備的遠(yuǎn)程共享可以解決當(dāng)前試驗(yàn)設(shè)備短缺的問題，如可利用外單位設(shè)備進(jìn)行本科生試驗(yàn)教學(xué)、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目及科研項(xiàng)目。

軟件共享代表虛擬仿真軟件的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)共享，通過設(shè)置客戶端供本單位和外單位的人員遠(yuǎn)程登錄、學(xué)習(xí)使用，擴(kuò)展了虛擬仿真軟件的利用率和開放時(shí)數(shù)。

四、 遠(yuǎn)程資源共享型試驗(yàn)室建設(shè)效果分析

遠(yuǎn)程資源共享型試驗(yàn)室建設(shè)得到了天津市試驗(yàn)教學(xué)示范中心項(xiàng)目的資金支持，通過軟硬件設(shè)備的開發(fā)，建立了覆蓋試驗(yàn)室的無線網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)和試驗(yàn)設(shè)備視頻共享平臺(tái)，從而可以保障80%以上的程控設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程資源共享。結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的開發(fā)，可以作為學(xué)生在線預(yù)習(xí)、在線試驗(yàn)的平臺(tái)，大大提高了試驗(yàn)室開放水平和試驗(yàn)服務(wù)效能。其效果主要包括如下幾點(diǎn)。

（1）民航特色試驗(yàn)項(xiàng)目的遠(yuǎn)程共享。

機(jī)場工程領(lǐng)域的道面板等尺寸試驗(yàn)測試及重錘式彎沉測試試驗(yàn)是極具民航特色的土木工程試驗(yàn)內(nèi)容，通過遠(yuǎn)程資源共享，可為不具備此類試驗(yàn)條件的試驗(yàn)室提供遠(yuǎn)程教學(xué)視頻資源，從而提高試驗(yàn)室的開放水平。

（2）在線學(xué)習(xí)、在線試驗(yàn)的虛實(shí)結(jié)合。

利用示范中心的網(wǎng)站平臺(tái)，將民航特色試驗(yàn)、一般教學(xué)試驗(yàn)和部分科研試驗(yàn)的視頻資料放到網(wǎng)上，供校內(nèi)外學(xué)生自學(xué)或預(yù)習(xí)。

另外，同其他高校和企業(yè)建立了合作共建實(shí)驗(yàn)室，將對方成熟的虛擬仿真軟件和特有儀器設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程共享，從而開發(fā)了目前尚不具備試驗(yàn)條件的資源共享試驗(yàn)課，學(xué)生可以親自遠(yuǎn)程操作試驗(yàn)設(shè)備、使用仿真軟件，達(dá)到了較好的學(xué)習(xí)和實(shí)踐訓(xùn)練效果。

（3）提高了試驗(yàn)室的開放水平，做到了全天候開放。

通過優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)資源的網(wǎng)上共享和實(shí)驗(yàn)設(shè)備的遠(yuǎn)程使用，可以讓更多的學(xué)生在更靈活的時(shí)間進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)課程的預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)和在線模擬操作，從而實(shí)現(xiàn)了全天候開放，提高了示范中心的開放保障能力。

五、結(jié)語

從遠(yuǎn)程資源共享型試驗(yàn)室的建設(shè)及使用效果可知，該方法能在提高設(shè)備使用效率的基礎(chǔ)上共享其他高校、企業(yè)的優(yōu)質(zhì)試驗(yàn)資源和試驗(yàn)設(shè)備，讓本科教學(xué)試驗(yàn)更豐富，尤其適用于試驗(yàn)設(shè)備并不完善的實(shí)驗(yàn)室。參考文獻(xiàn)：

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