面向MOOC的計(jì)算機(jī)類虛擬試驗(yàn)體系建設(shè)模式研究

譚光華　李仁發(fā)

摘 要 MOOC課程內(nèi)容建設(shè)模式已較成熟，但與之配套的實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)則少有研究，而設(shè)置合理的實(shí)驗(yàn)體系，對于卓越工程師的培養(yǎng)具有重要意義。文章分析了MOOC課程中現(xiàn)有虛擬實(shí)驗(yàn)體系的現(xiàn)狀，總結(jié)了湖南大學(xué)在計(jì)算機(jī)類虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)過程中的經(jīng)驗(yàn)，提出了“課程認(rèn)知、課程同步、綜合創(chuàng)新”的三層次虛擬實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建模式，經(jīng)過試用反饋表明該方法具有良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞 MOOC 虛擬實(shí)驗(yàn)體系 卓越工程師

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

大規(guī)模在線課程（MOOC，Massive Open Online Course，以下簡稱MOOC），以其開放的教學(xué)模式以及優(yōu)質(zhì)資源的共享，在很短時(shí)間內(nèi)受到了人們的追捧。作為一種新興的學(xué)習(xí)和教學(xué)方法，MOOC將優(yōu)質(zhì)的課程資源與先進(jìn)的教學(xué)設(shè)計(jì)理念相結(jié)合，促進(jìn)了教育多樣性、學(xué)習(xí)多樣性、學(xué)習(xí)自主性的全面發(fā)展，是國際高等教育發(fā)展的新趨勢、新動向。中國教育界在教育部的支持下也積極探討如何建設(shè)中國MOOC，建立若干高水平在線課程平臺，實(shí)現(xiàn)在線優(yōu)質(zhì)課程共享，推動中國高校教學(xué)模式改革。

目前，MOOC課程的建設(shè)中主要側(cè)重于知識體系構(gòu)建與師生互動，將傳統(tǒng)的知識體系“碎片化”成“微課”的教學(xué)單元，以10分鐘左右的“微視頻”的方式展現(xiàn)每一個(gè)基本知識點(diǎn)。對于理工類學(xué)科而言，培養(yǎng)具有工程實(shí)踐能力的卓越工程師人才是高等教育的目標(biāo)和導(dǎo)向，也是實(shí)施科教強(qiáng)國與人才強(qiáng)國戰(zhàn)略的根本。工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)，主要通過課程實(shí)驗(yàn)的環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)，而虛擬實(shí)驗(yàn)，由于其能夠突破時(shí)間、地點(diǎn)、設(shè)備的限制，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地通過互聯(lián)網(wǎng)接入即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，滿足了MOOC課程開放、在線的特點(diǎn)。因此，對于MOOC課程而言，設(shè)置合理的虛擬實(shí)驗(yàn)體系，開設(shè)循序漸進(jìn)的虛擬實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提供交互式的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，不但可以遵循“做中學(xué)”的學(xué)習(xí)理念，鞏固所學(xué)的知識點(diǎn)，而且可以加強(qiáng)學(xué)習(xí)者的實(shí)際動手能力，對于實(shí)現(xiàn)高等教育的人才培養(yǎng)目標(biāo)、完善MOOC教學(xué)的教學(xué)效果、激發(fā)在線學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)熱情具有重要的意義。

1面向MOOC的虛擬實(shí)驗(yàn)體系研究現(xiàn)狀分析

虛擬仿真實(shí)驗(yàn)，作為目前解決實(shí)驗(yàn)資源不足，取代高成本、高消耗、高風(fēng)險(xiǎn)、不可復(fù)制實(shí)驗(yàn)的一種手段，國內(nèi)外各大高校均進(jìn)行了積極探索，形成了以虛擬儀器仿真為代表的一系列虛擬實(shí)驗(yàn)，出現(xiàn)了以LabView為代表的一系列虛擬仿真軟件，為虛擬實(shí)驗(yàn)的開展提供了技術(shù)支撐。自從2013年以來，國家教育部也積極推進(jìn)國家級虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心的建設(shè)工作，重點(diǎn)開展資源、平臺、隊(duì)伍和制度等方面的建設(shè)，各個(gè)高校也都構(gòu)建了自己特色的虛擬實(shí)驗(yàn)中心，為虛擬實(shí)驗(yàn)的開展提供了平臺保障。然而，目前虛擬仿真實(shí)驗(yàn)的研究主要圍繞虛擬仿真平臺的建設(shè)展開，并未深入研究虛擬仿真試驗(yàn)的內(nèi)容建設(shè)，尤其對于MOOC課程而言，由于學(xué)生學(xué)習(xí)的非線性以及學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的差異性，已有的虛擬實(shí)驗(yàn)體系無法滿足MOOC課程的需求，其存在的具體問題包括：

（1）與微課單元配套的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)缺失。現(xiàn)有的虛擬實(shí)驗(yàn)由于開發(fā)成本高，往往側(cè)重于高成本、高風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，需要綜合運(yùn)用多個(gè)知識點(diǎn)方能完成一次實(shí)驗(yàn)。而對于MOOC課程而言，每個(gè)知識點(diǎn)分散獨(dú)立以適應(yīng)非線性學(xué)習(xí)的需求，這導(dǎo)致與之配套的虛擬實(shí)驗(yàn)資源匱乏，MOOC課程的實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)缺失。

（2）缺少構(gòu)建實(shí)驗(yàn)體系的指導(dǎo)方法。傳統(tǒng)的虛擬實(shí)驗(yàn)往往追求大而全，盡可能反映學(xué)生的綜合解決問題的能力，不考慮虛擬實(shí)驗(yàn)在課程中的整體體系。對于MOOC課程而言，由于對知識體系進(jìn)行了分解，需要設(shè)置與之對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)體系，以鞏固學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)效果，而目前缺少構(gòu)建實(shí)驗(yàn)體系的指導(dǎo)方法。

2 面向MOOC的虛擬實(shí)驗(yàn)體系建設(shè)模式探討

由于MOOC課程受眾來源廣泛、基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)目的差異大，學(xué)習(xí)時(shí)間約束較多。與傳統(tǒng)的課堂教學(xué)不同，學(xué)習(xí)者并不一定采取從頭學(xué)到尾的學(xué)習(xí)方法，而是有可能采取跳躍式的多線程學(xué)習(xí)模式。因此課程知識體系往往組織成零散的的知識網(wǎng)絡(luò)。針對這一特點(diǎn)，虛擬實(shí)驗(yàn)的設(shè)置應(yīng)滿足知識體系的構(gòu)建形式，分層次構(gòu)建：一部分基礎(chǔ)性、演示性實(shí)驗(yàn)應(yīng)盡可能獨(dú)立，并與知識點(diǎn)對應(yīng)，便于鞏固相應(yīng)的知識點(diǎn)；另一部分綜合性實(shí)驗(yàn)為多個(gè)知識點(diǎn)的綜合，從而提高學(xué)習(xí)者的綜合應(yīng)用能力和工程實(shí)踐能力。

針對MOOC課程的特點(diǎn)，結(jié)合湖南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院在面向MOOC的虛擬實(shí)驗(yàn)建設(shè)過程中的經(jīng)驗(yàn)，對計(jì)算機(jī)類虛擬實(shí)驗(yàn)體系的建設(shè)模式進(jìn)行了初步探討，提出了如圖1所示的“課程認(rèn)知、課程同步、綜合創(chuàng)新”的三層次虛擬實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建模式，并在各個(gè)實(shí)驗(yàn)中貫穿以交互式實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，以滿足不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生需求。該實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建模式與指導(dǎo)方法，經(jīng)過學(xué)院內(nèi)的試用表明具有良好的效果。

圖1：三層次實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建模式

2.1課程認(rèn)知實(shí)驗(yàn)

利用通俗易懂的可交互式三維動畫，展示本課程的主要知識點(diǎn)以及應(yīng)用領(lǐng)域，讓學(xué)生們在學(xué)習(xí)之初對課程有個(gè)整體認(rèn)識，并可達(dá)到拓寬視野、提升綜合素質(zhì)的目的。

2.2課程同步實(shí)驗(yàn) （下轉(zhuǎn)第169頁）（上接第159頁）

課程同步實(shí)驗(yàn)是MOOC課程中的重要組成部分，對于深入理解與靈活運(yùn)用對應(yīng)的知識點(diǎn)具有重要作用。課程同步實(shí)驗(yàn)以實(shí)現(xiàn)和運(yùn)用單個(gè)算法為主，知識點(diǎn)盡可能獨(dú)立，以滿足MOOC課程非線性學(xué)習(xí)的特點(diǎn)。此外，為滿足不同學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的學(xué)生的實(shí)驗(yàn)要求，輔以交互式的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)，以解決實(shí)驗(yàn)過程中可能存在的初級問題，保障實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

2.3綜合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

針對每一組相對獨(dú)立的知識點(diǎn)或者整個(gè)課程，設(shè)計(jì)綜合性的虛擬實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步鞏固所學(xué)知識點(diǎn)，提高學(xué)生綜合解決問題的能力。該部分的實(shí)驗(yàn)可以是課程同步實(shí)驗(yàn)的綜合，也可以是獨(dú)立的面向?qū)嶋H問題的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 結(jié)語

MOOC由于其先進(jìn)的教學(xué)理論以及優(yōu)質(zhì)的教學(xué)資源，在教育界得到了飛速的發(fā)展。目前的MOOC課程的建設(shè)，主要側(cè)重于教學(xué)微視頻的錄制以及基于社交網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的師生互動，而課程實(shí)驗(yàn)，作為理工類課程教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，則少有研究。本文面向計(jì)算機(jī)學(xué)科，總結(jié)了湖南大學(xué)MOOC課程建設(shè)中虛擬實(shí)驗(yàn)體系的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，提出了“課程認(rèn)知、課程同步、綜合創(chuàng)新”的三層次虛擬實(shí)驗(yàn)體系構(gòu)建模式，從教學(xué)反饋看也取得了良好的教學(xué)效果。

基金項(xiàng)目：2015年湖南大學(xué)教改項(xiàng)目“面向MOOC的計(jì)算機(jī)類虛擬實(shí)驗(yàn)體系設(shè)置與建設(shè)模式研究與實(shí)踐（521202118）”。

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