MOOC式遠程實驗教學方法的研究

鄧力 劉和平 余傳祥

摘要：本文針對高等學校計算機及其應用類課程普遍存在的“課程學時少，實驗設備有限，教學效果差和實驗教學內(nèi)容落后于學科和高新技術發(fā)展”的現(xiàn)象，探索一種以培養(yǎng)大學生工程實踐能力和創(chuàng)新意識為核心的MOOC式遠程實驗教學模式；研究和創(chuàng)建基于互聯(lián)網(wǎng)“云技術”+MOOC式遠程實驗教學系統(tǒng)，以期解決目前網(wǎng)絡教育存在的遠程實驗教學困難的問題。

關鍵詞：口袋實驗室；MOOC式遠程實驗教學法；4D平臺

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）38-0263-02

引言：

目前大型開放式網(wǎng)絡課程（massive open online courses MOOC，中文稱為“慕課”）教學模式正在越來越廣泛地引入到大學本科教學中。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡課程不同的是，MOOC除了提供視頻資源、文本材料和在線答疑外，還為學習者提供各種用戶交互性社區(qū)，建立交互參與機制[1-2]。MOOC教學模式在國外取得了令人驚嘆的成功應用，國內(nèi)北京大學、清華大學、北京航空航天大學、國防科學技術大學等多所高校目前正在積極開展MOOC教育革命的研究與討論[3]。

計算機及其應用類課程是一門實踐性很強的學科，在整個教學過程中實驗教學是不可或缺的一部分占有相當重要地位。計算機及其應用專業(yè)的課程所涉及到的軟件和硬件教學，大部分都需要基于實踐的基礎上進行學習，必須通過實踐教學環(huán)節(jié)才能有效地幫助學生深入理解和掌握相關的知識點[4]。因此，針對中國大學較為封閉的教學模式和學籍管理模式，如何在深入開展實踐教學改革的同時，吸收和借鑒MOOC教學模式的優(yōu)勢，探索計算機及其應用類課程教學的新模式、新方法。已經(jīng)是學術界和教學實踐中重要的研究課題[5-7]。

一、理工科實驗課程存在的問題

大學的理工科實驗教學內(nèi)容多數(shù)是在實驗室做一些驗證性實驗，由于受到課時、實驗經(jīng)費、教學資源和儀器設備、場地、時間等限制創(chuàng)新實踐和工程應用實驗教學較難實施。特別是高等學校計算機及其應用類課程需要大量的創(chuàng)新型實驗和創(chuàng)新型實踐教學，來提升計算機及其應用類畢業(yè)生的創(chuàng)新能力，以適應市場和社會行業(yè)的需求。

目前工科實驗教學主要是通過“虛擬實驗中心”來解決傳統(tǒng)實驗方式受空間、時間限制，所謂“虛擬實驗中心”是在網(wǎng)絡上建一個“虛擬實驗室”，利用網(wǎng)絡讓分布在不同地方的學生和教師共享一個完全虛擬環(huán)境下的仿真實驗教學。因此“虛擬實驗中心”的實質(zhì)仍是理論教學形式的一種延伸，不能完全替代基于物理儀器的實驗。理工科實驗教學的主要目的是讓學生在真實的工程應用環(huán)境下學習科學的實驗方法，培養(yǎng)學生工程實踐能力和創(chuàng)新能力。理工科學生也只有在實驗教學和自主的實踐教學中的“動手”，才能培養(yǎng)工科學生的工程意識。而采用“虛擬實驗中心”的網(wǎng)絡實驗教學模式很難達到這種滿意的效果。

雖然MOOC課程支持大規(guī)模網(wǎng)絡教學，但MOOC課程也是視頻教學，采用的也是“講授方式”[8]，無法實現(xiàn)在真實環(huán)境下的實驗，所以本文將介紹如何在MOOC和遠程教育的基礎上，尋求和探索一條能解決高等學校理工科實踐類課程特別是計算機及其應用類課程存在的“課程學時少，實驗設備有限，教學效果差和實驗教學內(nèi)容落后于學科和高新技術發(fā)展”的途徑，力求為計算機及其應用類課程提供一種嶄新的教-學模式。

二、建立“口袋實驗室”

所謂“口袋實驗室”就是根據(jù)計算機及其應用類課程實驗教學內(nèi)容，以當前國際最先進的智能芯片為控制核心，將開發(fā)器和實驗系統(tǒng)集成在一張名片大小的硬件平臺上做成一套便攜式低成本的實驗開發(fā)板，這就意味著每個學生都能把這個“實驗室”裝在自己的口袋中。這種實驗開發(fā)板在功能開發(fā)上不僅能滿足教學要求還要考慮能夠兼顧學生在課外拓展知識時進行自主實驗。這樣的實驗室不再局限于傳統(tǒng)有限空間和時間上的實驗室，而是能超越課堂的空間和時間的限定進行相關知識的學習、應用程序設計、硬件設計、理論算法實踐等，甚至還可覆蓋學生參與全國大學生電子設計競賽、全國智能車大賽、國家大學生創(chuàng)新性實驗計劃等多種創(chuàng)新實踐活動。

每個學生懷揣著這樣“口袋實驗室”通過USB借口接在自己的電腦上通過互聯(lián)網(wǎng)進入創(chuàng)建的開放教學網(wǎng)絡平臺，構建起暢通的交流渠道，這樣就可以打破傳統(tǒng)實驗室的墻壁，沖破創(chuàng)新人才之間的等級障礙，開展平等“面對面”的交流，形成一個信息資源共享的環(huán)境。同時，在網(wǎng)絡上提供相應的工程實踐的成功案例，使學生在最短時間里便可獲取盡可能更多的實踐資源，迅速提升其實踐能力。

三、構建開放教學網(wǎng)絡4D實驗平臺

以口袋實驗室、MOOC式網(wǎng)絡課程和互聯(lián)網(wǎng)“云技術”為基礎，構建全天候開放遠程實驗教學的4D（時間、空間、地點、“學習云”）平臺。在該平臺上，不僅有實驗設備、網(wǎng)站、實驗室管理者，而且還有教學、科研和工程設計和產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗豐富的教師、工程師以及相同興趣和志向的網(wǎng)絡同學。學生只要擁有這種輕便的“口袋實驗室”后，即可使用自己的計算機通過互聯(lián)網(wǎng)上的MOOC式網(wǎng)絡課程進行相關實驗教學內(nèi)容的學習和實驗，也能進行自主的學習和參與實踐活動的科研訓練和產(chǎn)品開發(fā)。在學習的過程中，不僅可以與指導教師進行網(wǎng)上交流，還能同時與網(wǎng)絡同學以及網(wǎng)絡上的計算機應用開發(fā)技術人員進行交流。

四、MOOC式遠程實驗教學方法

MOOC式遠程實驗教學系統(tǒng)最顯著的特點是不僅要在指導教師的計算機和學生的“口袋實驗室”之間建立遠程實驗通訊和實時監(jiān)控，而且能夠對實驗實時數(shù)據(jù)進行遠程傳輸和動態(tài)顯示；在實時檢測、分析和考核學生學習效果環(huán)節(jié)時，還要做到能對計算機進行遠程實時屏幕傳送和對學生的實驗環(huán)節(jié)參數(shù)進行遠程修改，以期實現(xiàn)考查和檢驗學生的真實實驗能力。

全天候開放遠程實驗教學以學習者為主體，以人腦在學習過程中的特征規(guī)律為參考，以網(wǎng)狀、超維度、可成長的知識為核心，通過這種網(wǎng)絡化的創(chuàng)新實踐平臺，滿足學生自主學習、交流知識的需求。MOOC式遠程實驗教學系統(tǒng)強調(diào)以互動探究為資源特色，不僅人與知識互動，以實現(xiàn)人對學習對象的認知、探索、實驗、模仿、訓練、重構、評價等；而且人與人之間也要產(chǎn)生互動，以實現(xiàn)對學習者活動流程的設置，對學習資源的配置和對學習過程的控制。

全天候開放遠程實驗采取的教學方法主要有：

（1）借鑒MOOC課程的構建網(wǎng)絡共享遠程實驗教學課程；

（2）利用“云技術”建立具有“學習云”的實驗教學資源庫；

（3）利用“互聯(lián)網(wǎng)技術”實現(xiàn)MOOC式遠程實驗教學的實驗指導，視頻交流，遠程的計算機屏幕傳送，完成遠程的實驗項目的考核。

在“全天候開放遠程實驗教學4D平臺”的網(wǎng)站上提供大量的應用實例和開放例程以及開發(fā)流程、規(guī)范，為高校學生提供自主學習所需的技術支持。通過4D平臺能讓學生學習和掌握在學校教學中未能學到的企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)流程和規(guī)范，甚至可以借助該實驗平臺進行產(chǎn)品開發(fā)的實踐和科研項目的實施，以期達到能提升理工科大學生工程實踐能力和產(chǎn)品開發(fā)能力的終極目標。

五、結束語

MOOC式遠程實驗教學系統(tǒng)之所以是全天候開放的，是由于該系統(tǒng)可將知識開發(fā)者、組件開發(fā)者、運營者、學習者、課程開發(fā)者等不同類型用戶在網(wǎng)絡上有機結合起來，不僅能實現(xiàn)資源共建共享、逐步成長的目標，還可形成多類型用戶共贏的局面。MOOC式遠程實驗教學系統(tǒng)的建立，將完全打破傳統(tǒng)的教學模式，促使學生主動學習知識和主動獲取知識，為師生實施網(wǎng)絡教學和興趣教學提供有利的教與學互動平臺，還能為教師從灌輸式教學向任務驅動教學和交互式教學轉變提供有效的硬件平臺。高年級的學生還可以通過以“互聯(lián)網(wǎng)+口袋式實驗室”+專業(yè)“學習云”系統(tǒng)的形式，并利用MOOC式遠程實驗教學系統(tǒng)在最短時間里便可獲取盡可能更多的資源，迅速提升其實踐和創(chuàng)新能力。

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