云計(jì)算和虛擬技術(shù)推動(dòng)高校專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的研究

郭穎奇

(四川大學(xué) 電氣信息學(xué)院，四川 成都 610065)

高等教育以實(shí)現(xiàn)提高教學(xué)質(zhì)量和培養(yǎng)全面發(fā)展的國(guó)家建設(shè)者為最終目標(biāo)，為了更好地實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，特別是現(xiàn)在廣泛進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革要更加符合高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的特點(diǎn)和要求，是高校一直探尋和研究的問(wèn)題。如今，從以提高效率的管理層面和采用以網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體、虛擬儀器和云計(jì)算為代表的先進(jìn)技術(shù)促進(jìn)教學(xué)兩個(gè)方面，改革一直在并行開(kāi)展。雖然大多數(shù)高校早已不再是基于單機(jī)加投影儀的初級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，但如何合理高效利用實(shí)驗(yàn)設(shè)備與環(huán)境環(huán)節(jié)，使之與課堂教學(xué)模式，與具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有機(jī)結(jié)合，并在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越突出的作用，仍然是不斷探索和努力的方向。

1 技術(shù)推動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展

我國(guó)高校信息化發(fā)展的初級(jí)階段主要是以硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)為主，其中包括實(shí)驗(yàn)室Intranet聯(lián)網(wǎng)，建設(shè)含有固定多媒體設(shè)備的媒體教室，部分高校建成了無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)(Wireless LAN)為主干網(wǎng)的局域網(wǎng)，并實(shí)際應(yīng)用了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)。下一階段發(fā)展的設(shè)想是在未來(lái)若干年內(nèi)將計(jì)算機(jī)新技術(shù)與高校的理論、實(shí)踐教學(xué)有機(jī)結(jié)合，建設(shè)理想的學(xué)習(xí)環(huán)境和構(gòu)建全新的學(xué)習(xí)方式。徹底改變傳統(tǒng)的教學(xué)結(jié)構(gòu)與教學(xué)模式，讓新技術(shù)成為實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式重要支撐的想法固然可贊，但要實(shí)現(xiàn)卻需要腳踏實(shí)地，依照規(guī)律辦事。通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐和摸索，高教工作者們也探索了各種新方法、新模式和新思路。下面簡(jiǎn)要列舉幾種有代表性的教學(xué)模式及其主要特征，說(shuō)明在各個(gè)時(shí)期計(jì)算機(jī)新技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的推動(dòng)作用。

在20世紀(jì)90年代，出現(xiàn)了融入網(wǎng)絡(luò)、通信、數(shù)字、傳播等信息技術(shù)的多媒體教學(xué)的應(yīng)用[1]。多媒體教學(xué)是信息技術(shù)作為輔助教學(xué)工具，將文本、圖形、聲音、影像等信息綜合展現(xiàn)和利用的教學(xué)模式。它具有比傳統(tǒng)課堂單一教授方式更加突出的交互性、隨時(shí)性和空間性，極大地豐富了課堂教學(xué)的知識(shí)量和信息量。時(shí)至今日，多媒體教學(xué)仍是課堂教學(xué)的主要方式之一，并在新技術(shù)的發(fā)展驅(qū)動(dòng)下不斷改革和創(chuàng)新，繼續(xù)發(fā)揮著功效。

其次，是以技術(shù)革新為基礎(chǔ)的發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)和啟發(fā)式教學(xué)。發(fā)現(xiàn)式和啟發(fā)式的教育并非新鮮事物，早在15世紀(jì)前，中外教育家就已經(jīng)提出類(lèi)似理論。如今，在PPT和CAI課件的輔助下，加上諸如電子黑板、電子教室和遠(yuǎn)程課堂等信息技術(shù)的采用，使得學(xué)生可以在其中自由探索、發(fā)現(xiàn)并獲取大量信息，這有利于培養(yǎng)其思考分析能力，啟發(fā)以自主學(xué)習(xí)為目標(biāo)的實(shí)踐思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。因此，在針對(duì)學(xué)科綜合性、邊緣性、跨學(xué)科的特點(diǎn)，開(kāi)展自主開(kāi)放探究式學(xué)習(xí)方式，和由被動(dòng)接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)獲取知識(shí)的實(shí)驗(yàn)授課模式將成為符合新時(shí)期大學(xué)生培養(yǎng)要求的新型教育方法[2]。

過(guò)去十年中，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者倡導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生一種叫作 “信息素養(yǎng)”的能力[3]，目的是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中通過(guò)主動(dòng)地探索發(fā)現(xiàn)和親身體驗(yàn)，學(xué)會(huì)對(duì)大量信息的收集、分析和判斷，從而增強(qiáng)思考能力和創(chuàng)造能力。與之相應(yīng)的是教師依據(jù)授課目標(biāo)、任務(wù)特征和學(xué)生特點(diǎn)建立一種動(dòng)態(tài)的教學(xué)模式，被稱(chēng)之為 “跟蹤式”教學(xué)[4]。這是建立在以計(jì)算機(jī)技術(shù)為主的高度自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，并在其中有針對(duì)性地對(duì)學(xué)生進(jìn)行暗示和啟發(fā)教育。

綜上所述，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展給實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式帶來(lái)了很大影響。本文針對(duì)云計(jì)算、虛擬技術(shù)如何推動(dòng)高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展，并結(jié)合高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。

2 新技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響

如今虛擬技術(shù)、云計(jì)算等新技術(shù)應(yīng)用在教學(xué)實(shí)踐的第一線(xiàn)，有效地提升了高校實(shí)驗(yàn)水平，增強(qiáng)了教學(xué)效果，但與之相應(yīng)的教學(xué)模式和方法的研究還未取得大的突破。究其原因還是存在重硬件輕軟件，重建設(shè)輕管理的固有思想的禁錮，沒(méi)有從根本上以發(fā)展的眼光和創(chuàng)新的思路來(lái)看待現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本文首先從管理的視角分析以虛擬技術(shù)和云計(jì)算為代表的新技術(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響和推動(dòng)作用，并深入剖析在此過(guò)程中面臨的問(wèn)題和矛盾。

2.1 新技術(shù)驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的革新

根據(jù)教育部面向21世紀(jì)教育振興行動(dòng)計(jì)劃文件指導(dǎo)，學(xué)院專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)中心于2001年啟動(dòng)了 “523實(shí)驗(yàn)室工程”建設(shè)項(xiàng)目。截止2013年，已籌集近3億元資金集中力量完成包括創(chuàng)新型綜合實(shí)驗(yàn)基地、實(shí)驗(yàn)中心和專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)室在內(nèi)的數(shù)十個(gè)建設(shè)項(xiàng)目。學(xué)校從實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革、設(shè)備設(shè)施、實(shí)驗(yàn)教學(xué)師資和實(shí)驗(yàn)室管理制度等多方面建設(shè)徹底改變了本科實(shí)驗(yàn)室的落后面貌。學(xué)院的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)中心在建設(shè)中不乏引進(jìn)和利用了目前的新技術(shù)、新設(shè)備、新軟件等 “三新”裝備，如某對(duì)象綜合測(cè)試系統(tǒng)、微機(jī)監(jiān)控試驗(yàn)臺(tái)、過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置、電力系統(tǒng)綜合自動(dòng)化試驗(yàn)臺(tái)、仿真計(jì)算軟件、智能電網(wǎng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、機(jī)器人系統(tǒng)、新能源發(fā)電系統(tǒng)等。這幾乎是徹底地改變了專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用環(huán)境和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，也為促進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的革新提供了可能和機(jī)遇。

另一方面，對(duì)學(xué)生而言，實(shí)驗(yàn)過(guò)程已經(jīng)不再是傳統(tǒng)理解中的單機(jī)運(yùn)行，也不只是在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行簡(jiǎn)單的文件調(diào)用和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)。實(shí)驗(yàn)對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用不僅是在一些基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)類(lèi)課程中，而是在專(zhuān)業(yè)課實(shí)驗(yàn)中與高新尖的大型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相結(jié)合，輔助完成更高層次、更高難度的實(shí)踐學(xué)習(xí)。特別是在電氣信息學(xué)院電氣工程學(xué)科領(lǐng)域，這些“三新”裝備與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)銜接，實(shí)現(xiàn)了如實(shí)際對(duì)象信號(hào)采集與控制、大型系統(tǒng)全過(guò)程模擬運(yùn)行、高電壓等級(jí)或高精度計(jì)算機(jī)狀態(tài)控制試驗(yàn)、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)運(yùn)算等相關(guān)實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的出現(xiàn)改變了以前有理論授課無(wú)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，或是學(xué)生只能象征性觀摩演示，而沒(méi)有實(shí)際操作的課堂局面，從而大大豐富了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了學(xué)生創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、分析能力，為培養(yǎng)綜合能力和高層次人才發(fā)揮了不可替代的作用。

可以看到，專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是一個(gè)復(fù)雜的、綜合的、系統(tǒng)的實(shí)踐教學(xué)過(guò)程。新技術(shù)的出現(xiàn)逐步提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)踐水平，滿(mǎn)足了教學(xué)發(fā)展的需要。

2.2 專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革面臨的 “三高”矛盾

新的情況總是伴隨新的問(wèn)題出現(xiàn)。在學(xué)校推行新的教學(xué)計(jì)劃改革指導(dǎo)方針下，要求更加重視實(shí)踐環(huán)節(jié)，并要求實(shí)驗(yàn)在專(zhuān)業(yè)課教學(xué)計(jì)劃中課時(shí)數(shù)占比不低于25%。同時(shí)加大對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的投入，添置更多的 “三新”設(shè)備，這些工作對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的提高起到極大的推動(dòng)作用。但與之相對(duì)應(yīng)的是 “三高”問(wèn)題及現(xiàn)象的出現(xiàn)，具體表現(xiàn)為以下3個(gè)矛盾。

1)高投入建設(shè)的實(shí)驗(yàn)室與實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果欠佳的矛盾。

專(zhuān)業(yè)類(lèi)實(shí)驗(yàn)課所需的高新設(shè)備、高精設(shè)備、高價(jià)值設(shè)備，一般稱(chēng)之為大型及精密貴重儀器設(shè)備，四川大學(xué)實(shí)驗(yàn)室及設(shè)備管理處根據(jù) “精密貴重儀器和大型設(shè)備管理辦法”將其定義為包括但不僅限于單價(jià)大于等于10萬(wàn)元的儀器設(shè)備 (含國(guó)家科委統(tǒng)管的23種設(shè)備)。從電氣信息學(xué)院實(shí)際情況看，大精設(shè)備價(jià)值占設(shè)備總價(jià)值的1/3，而數(shù)量占比卻只有總數(shù)為2 000余套的2.4%。由此可見(jiàn)，“大精設(shè)備”的數(shù)量明顯偏少，相對(duì)于每年近千人的學(xué)生規(guī)模和近十萬(wàn)學(xué)時(shí)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)，矛盾十分突出，學(xué)生人均可使用的儀器比例很低。實(shí)驗(yàn)室具備了高技術(shù)設(shè)備，必然會(huì)開(kāi)出相應(yīng)的更復(fù)雜、難度更大、更高級(jí)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。由于受到實(shí)驗(yàn)臺(tái)套數(shù)和其他條件的限制，即使一些專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用多人共用一臺(tái)設(shè)備或分組實(shí)驗(yàn)的方式，還是達(dá)不到實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)規(guī)定的效果[5]。另一方面是高危、高消耗實(shí)驗(yàn)的實(shí)際開(kāi)出學(xué)時(shí)少、項(xiàng)目少，無(wú)法達(dá)到教學(xué)計(jì)劃的最低比例要求。降低實(shí)驗(yàn)要求，減少實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)必然導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)效果大打折扣。從某種意義上看，現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是受制于設(shè)備條件與滿(mǎn)足教學(xué)大綱要求之間最終平衡的結(jié)果。

2)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源低效利用的矛盾。

實(shí)驗(yàn)室配置不均衡，專(zhuān)業(yè)、科研實(shí)驗(yàn)室相對(duì)獨(dú)立，設(shè)備與項(xiàng)目均無(wú)定期交流機(jī)制，設(shè)備沒(méi)有充分共享利用，兩者之間存在矛盾。實(shí)驗(yàn)設(shè)備使用率低是目前高校普遍存在的問(wèn)題，自成系統(tǒng)的“小而全”是實(shí)驗(yàn)室自我封閉式管理的產(chǎn)物。由于缺乏溝通和協(xié)作，形成了 “誰(shuí)買(mǎi)、誰(shuí)管、誰(shuí)用”的局面，在一定程度上制約了設(shè)備的使用率[6]。還有一部分則是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)制定過(guò)少，導(dǎo)致某些專(zhuān)用設(shè)備使用率不高。某些科研實(shí)驗(yàn)室自有設(shè)備因?yàn)楦鞣N原因只面對(duì)極少數(shù)師生，使用人群過(guò)于局限，受眾太小。雖然學(xué)校已經(jīng)開(kāi)展了如卓越工程師計(jì)劃、創(chuàng)新人才培養(yǎng)改革等教學(xué)實(shí)踐，但由于上述情況的存在，很難說(shuō)不是導(dǎo)致高層次復(fù)合型人才培養(yǎng)難度增加和成本增高的因素之一，無(wú)法最大限度地發(fā)揮創(chuàng)新教學(xué)實(shí)踐的效用。

3)新技術(shù)設(shè)備與實(shí)驗(yàn)師資隊(duì)伍建設(shè)相對(duì)滯后的矛盾。

資源的相互匹配是發(fā)展的必要前提。面對(duì)技術(shù)含量很高的 “大精設(shè)備”，對(duì)實(shí)驗(yàn)教師和實(shí)驗(yàn)人員的業(yè)務(wù)素質(zhì)與水平要求更高。如果教師沒(méi)有及時(shí)更新知識(shí)，吸取新技術(shù)和新方法，輕則無(wú)法正確指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，重則還可能引發(fā)教學(xué)事故。由于對(duì)一些設(shè)備的購(gòu)入實(shí)驗(yàn)教師沒(méi)有做好充分的準(zhǔn)備，一般而言，為了保證教學(xué)安全，使用該類(lèi)設(shè)備時(shí)會(huì)犧牲部分涉及高危情況的功能。這不僅不能有效地利用設(shè)備，而且還無(wú)法為學(xué)生帶來(lái)創(chuàng)造性或創(chuàng)新性的學(xué)習(xí)過(guò)程。同時(shí)由于沒(méi)有很好地消化吸收新設(shè)備，與之相配套的教學(xué)模式和課堂方法也很難形成。學(xué)生都是有備而來(lái)，會(huì)提出各種實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題，作為指導(dǎo)教師，不但要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，還要有較強(qiáng)的動(dòng)手能力與分析解決問(wèn)題的能力。所以，建立高層次的實(shí)驗(yàn)室隊(duì)伍是為教學(xué)服務(wù)的根本保證[7]。

3 深化基于虛擬技術(shù)和云計(jì)算的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

為貫徹落實(shí) “教育部關(guān)于全面提高高等教育質(zhì)量的若干意見(jiàn)”精神，根據(jù) “教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)”，2013年8月，教育部決定開(kāi)展國(guó)家級(jí)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心建設(shè)工作。從2013年到現(xiàn)在，教育部發(fā)文指導(dǎo)和推行高校虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)工作已經(jīng)5年，高校實(shí)驗(yàn)室依托虛擬技術(shù)和其他相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行建設(shè)工作正如火如荼地進(jìn)行著。在此背景下，研究基于虛擬技術(shù)和云計(jì)算的開(kāi)放性創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，這既符合計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的潮流，也是建設(shè)一流綜合性大學(xué)的需要，符合 “全民創(chuàng)新”的精神宗旨。以下是發(fā)展新技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的2點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

1)虛擬技術(shù)＋云計(jì)算服務(wù)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)(virtual veality)，是指利用信息技術(shù)手段構(gòu)造出一個(gè)虛擬的環(huán)境，用戶(hù)能夠與這個(gè)環(huán)境交互，從而獲得身臨其境的感覺(jué)[8]。虛擬技術(shù)結(jié)合虛擬現(xiàn)實(shí)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可以實(shí)現(xiàn)圖形多維可視、對(duì)象仿真、模擬計(jì)算等，通過(guò)軟件技術(shù)和人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)教學(xué)中不可企及的實(shí)驗(yàn)效果。利用響應(yīng)速度快、具備開(kāi)放共享的虛擬系統(tǒng)來(lái)提升實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)成為大家的共識(shí)。虛擬化最初的目標(biāo)是提高機(jī)器的使用效率[9]，云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)正好增強(qiáng)和完善了這一功能。云計(jì)算是基于網(wǎng)絡(luò)的一種服務(wù)提供模式，它通過(guò)網(wǎng)絡(luò)提供動(dòng)態(tài)、易擴(kuò)展和虛擬化的資源和運(yùn)算服務(wù)。文獻(xiàn)[6]概括了虛擬實(shí)驗(yàn)室的概念，即指由虛擬技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多媒體技術(shù)組成的一類(lèi)以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析的遠(yuǎn)程操作為目的的系統(tǒng)，包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、相關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對(duì)象以及實(shí)驗(yàn)信息資源等。

因此，虛擬技術(shù)＋云計(jì)算已成為目前高校建設(shè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的主流技術(shù)，具有開(kāi)發(fā)性好、交互性強(qiáng)等特點(diǎn)。在教學(xué)實(shí)驗(yàn)方面，它不但解決了高校面臨的實(shí)驗(yàn)設(shè)備不足、師資短缺等問(wèn)題，而且對(duì)于一些成本高昂、存在風(fēng)險(xiǎn)，難以在現(xiàn)實(shí)操作的實(shí)驗(yàn)也提供了模擬現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)途徑，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深化了學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，教學(xué)效果顯著，為高校科研工作也做出了重要貢獻(xiàn)。

2)更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)觀念，深化虛擬實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)。

受傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)觀念的影響，很多學(xué)校和學(xué)生比較注重看得見(jiàn)摸得著的實(shí)體實(shí)驗(yàn)[11]。某些觀點(diǎn)認(rèn)為虛擬實(shí)驗(yàn)雖然具有人機(jī)交互的功能，仍然是高科技下只具有可視，但不具可感受和可觸碰的影像虛化產(chǎn)物，甚至與早期出現(xiàn)的計(jì)算機(jī)軟件仿真并無(wú)本質(zhì)區(qū)別。從思想上把虛擬實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)物實(shí)驗(yàn)區(qū)別看待，主觀認(rèn)為其只是一種補(bǔ)充和臨時(shí)替代，沒(méi)有從發(fā)展的角度看待新技術(shù)為教學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的革新性改變。

從全國(guó)各高校虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)來(lái)看，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中充分開(kāi)發(fā)和使用了虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)，兼顧虛擬實(shí)驗(yàn)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了 “虛實(shí)結(jié)合、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)”[12]的教學(xué)方法與手段，出現(xiàn)了以此為基礎(chǔ)的包括 “自主式” “項(xiàng)目式” “探究式”在內(nèi)的諸多創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。湖南第一師范學(xué)院的楊建良提出電類(lèi)基礎(chǔ)課程的 “虛實(shí)結(jié)合”實(shí)驗(yàn)教學(xué)、海軍工程大學(xué)的熊先鋒等提出基于虛實(shí)結(jié)合的PLC實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、北京理工大學(xué)生命學(xué)院的顧昊提出生物學(xué)虛實(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式研究等實(shí)踐，都是高教實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新中利用新技術(shù)的代表。深刻領(lǐng)會(huì)新技術(shù)的思想和特點(diǎn)，努力探索新技術(shù)的應(yīng)用方法，真正做到 “格物致知”才能把高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)建設(shè)得更優(yōu)更好。

4 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式創(chuàng)新的幾點(diǎn)建議

4.1 以目標(biāo)為導(dǎo)向，創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)

作為培養(yǎng)學(xué)生重要實(shí)踐能力的實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要?jiǎng)?chuàng)新和發(fā)展，其過(guò)程必須要以目標(biāo)為導(dǎo)向，以達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量為最終目的。實(shí)踐證明，虛擬技術(shù)、云計(jì)算等新技術(shù)的應(yīng)用促使了實(shí)驗(yàn)教學(xué)，特別是虛擬實(shí)驗(yàn)的全方位突破，不僅釋放了教學(xué)潛能，而且還利于學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)，更好地促進(jìn)新技術(shù)融入教學(xué)實(shí)驗(yàn)。在具體的操作中，要腳踏實(shí)地做好實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)步驟。在實(shí)驗(yàn)初期，從實(shí)驗(yàn)計(jì)劃到實(shí)驗(yàn)教案的預(yù)制，從虛擬環(huán)境到實(shí)際條件的配置，從計(jì)算機(jī)軟硬件的性能、操作方法的提前熟悉到相關(guān)的素材、耗材的預(yù)先準(zhǔn)備等，盡可能地為實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)造良好的條件。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，把實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)與理論重點(diǎn)緊密地結(jié)合在一起，讓學(xué)生真正在實(shí)驗(yàn)中感受驗(yàn)證過(guò)程，升華理論知識(shí)學(xué)習(xí)。從而使學(xué)生越學(xué)越有興趣，越學(xué)越有信心。

4.2 多元化創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

在傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，老師與學(xué)生基本是一對(duì)多或一對(duì)一的教授，這種被動(dòng)學(xué)習(xí)方式所存在的不足在很多文章中已有充分論述。新技術(shù)為教學(xué)改革帶來(lái)了新機(jī)遇，為教學(xué)方法和理論的多元化創(chuàng)新提供了可能。 “自主式” “項(xiàng)目式” “探究式”就是這些創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法的典型代表。下面針對(duì)兩種模式進(jìn)行舉例分析。

1)以 “探究式”教學(xué)為例，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是以教師教學(xué)為主導(dǎo)，充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。教師要為學(xué)生的主動(dòng)實(shí)驗(yàn)與積極參與創(chuàng)造條件，引導(dǎo)學(xué)生大膽思考與探索，從而發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探討問(wèn)題、解決問(wèn)題[13]。探究學(xué)習(xí)的主體可以是單個(gè)學(xué)生，也可以是一個(gè)學(xué)習(xí)小組。虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)為此提供了便利，學(xué)生可以隨時(shí)參與到實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行交流研究。

2) “項(xiàng)目式”教學(xué)是指讓師生以團(tuán)隊(duì)的形式共同實(shí)施并完成一個(gè)完整的項(xiàng)目而進(jìn)行的教學(xué)活動(dòng)[14]。學(xué)生通過(guò)完成 “實(shí)際項(xiàng)目”來(lái)加強(qiáng)對(duì)各種理論知識(shí)的理解，虛擬技術(shù)和云計(jì)算則為 “項(xiàng)目”提供 “實(shí)際”的對(duì)象和環(huán)境，計(jì)算機(jī)軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則為實(shí)驗(yàn)提供了物理保障。在這些技術(shù)的共同協(xié)作下，實(shí)驗(yàn)全過(guò)程能在最大限度接近現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)上完成教學(xué)計(jì)劃的既定內(nèi)容，極大地豐富了實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源。

4.3 發(fā)展開(kāi)放共享的專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

文獻(xiàn)[15]提出建立國(guó)家教育云服務(wù)模式的發(fā)展目標(biāo):充分整合現(xiàn)有資源，采用云計(jì)算技術(shù)，形成資源配置與服務(wù)的集約化發(fā)展途徑，構(gòu)建穩(wěn)定可靠、低成本的國(guó)家教育云服務(wù)模式。該規(guī)劃的中心指導(dǎo)思想是對(duì)教學(xué)信息資源進(jìn)行重組、優(yōu)化與共享，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源的投資效益，實(shí)現(xiàn)已大型精密儀器為重點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)開(kāi)放新局面。從現(xiàn)實(shí)來(lái)看，實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放共享可以簡(jiǎn)單的理解為:利用先進(jìn)的云計(jì)算技術(shù)將分散的軟件資源整合在一起，以現(xiàn)有的硬件終端設(shè)備方便地共享這些資源。最新的發(fā)展趨勢(shì)是:云計(jì)算的服務(wù)模式打破了網(wǎng)絡(luò)共享資源僅局限于軟件資源的局面，拓寬到了硬件資源[16]。從微觀視角看，是由其自身學(xué)科特點(diǎn)和教學(xué)規(guī)律決定；從宏觀視角看，也是從教育資源合理配置到國(guó)有資產(chǎn)的充分發(fā)揮效益利用的頂層設(shè)計(jì)決定的。

對(duì)于學(xué)校來(lái)說(shuō)，以較少的資金投入，構(gòu)建高效共享的綜合實(shí)驗(yàn)室，提高了設(shè)備的使用率；對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，為更加豐富的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)方案的產(chǎn)生提供了可能；對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，改變了 “重理論、輕實(shí)踐”的學(xué)習(xí)態(tài)度，提高了學(xué)生的理論知識(shí)與實(shí)踐能力。虛擬技術(shù)和云計(jì)算可以使實(shí)驗(yàn)室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)現(xiàn)跨時(shí)空跨學(xué)科的任務(wù)，完成實(shí)驗(yàn)的理論設(shè)計(jì)和實(shí)踐，多層次、多角度地對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和結(jié)果進(jìn)行分析，這樣既節(jié)省了實(shí)驗(yàn)時(shí)間，又提高了實(shí)驗(yàn)效率，促進(jìn)了創(chuàng)造性思維的發(fā)展。當(dāng)實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)全面共享后，如教育 “云”的出現(xiàn)，則能對(duì)多種信息源的重組與優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)大范圍、高效率的資源共享。教育信息化建設(shè)將進(jìn)入一個(gè)全新的層面。

5 結(jié)束語(yǔ)

展望未來(lái)，在以云計(jì)算和虛擬技術(shù)為代表的新技術(shù)的驅(qū)動(dòng)下，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展將同其他行業(yè)一樣進(jìn)入一個(gè)高速的發(fā)展時(shí)期。無(wú)論從硬件還是軟件，再到教學(xué)模式、授課方式、教學(xué)理念和思路都會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變革。但無(wú)論如何變革，高校專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)發(fā)展的中心還是注重學(xué)生應(yīng)用能力的培養(yǎng)和加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)，使學(xué)生成為基礎(chǔ)扎實(shí)、知識(shí)面寬、具有創(chuàng)新能力的高素質(zhì)專(zhuān)門(mén)人才。這是深化專(zhuān)業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的核心所在。作為高教人應(yīng)把握核心，順應(yīng)潮流，不斷探索前行。

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[15]教育部.關(guān)于印發(fā) 《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020年)》的通知[Z].現(xiàn)代教育技術(shù)，2012， 22(5):1－1.

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