遠程開放實 驗室：實驗指導的個性化推送模式研究

卓榮慶 方琦

浙江工業大學現代教育技術中心 杭州 310014

1 引言

在傳統實驗室中，教師和學生是以面對面教學的形式完成實驗教學的過程，其中教師對于學生的實驗指導是至關重要的部分，實驗指導是對整個實驗過程的計劃和安排，是學生安全、高效完成實驗過程的保障。

遠程開放實驗室與傳統實驗室相比，其教學形式打破了時間、地域的限制，資源共享性高，能滿足信息時代人們的學習需求。但是由于師生在空間和時間上的隔離，遠程開放實驗室缺乏有效的實驗指導。如何滿足學生在遠程開放實驗室中的實驗指導需求，是實際教學過程中必須考慮的問題。

2 遠程開放實驗室的現狀

隨著Internet的應用越來越成熟，國內外有關遠程實驗室的研究也逐漸開展起來。美國的Jim Henry早在2003年就在Modern Engineering Laboratories at a Distance一文中提到了遠距離實驗室：學生可以通過互聯網設計自己的實驗，然后根據實驗的目標、要求在網絡實驗室中運行；計算機操作設備根據學生的指定參數運行并收集數據，通過網絡向學生呈現結果；實驗的數據保存在實驗室的Web服務器，以備日后檢索。查爾斯特大學的Barney Dalgarno研究發現，在遠程實驗室中，實驗資源通過遠程發布的形式提供給學習者，只有少于一半的學習者選擇使用這些實驗資源，這是因為遠程實驗室沒有提供學習者需要的實驗資源[1]。

在我國，中科大物理系研制了一套基于Internet的掃描探針顯微鏡遠程控制系統，在京滬兩地試用，獲得了良好的實驗效果；清華大學利用虛擬儀器構建了汽車發動機檢測系統；四川大學基于虛擬儀器設計了虛擬實驗室[2]。

綜合國內外研究現狀，遠程實驗室建設仍然處于研究和探索階段，許多實驗系統屬于原型系統，沒有得到充分的使用驗證，存在許多問題，其中遠程實驗室中實驗指導的研究也較少。遠程學習者對于平臺中的實驗資源使用率較低，設計型和綜合型實驗中缺乏有效的實驗指導，學習者只能通過原有的書本知識和網絡中實驗過程的文檔或視頻等資源獲取實驗指導。

3 個性化推送模式的探索

個性化推送可以把實驗資源和指導合理推送到學習者面前，根據驗證型實驗、設計型實驗和綜合型實驗不同的指導需求，設計出相應的個性化推送模式。

個性化推送應該遵循以下原則：

1）推送方式選擇的原則：根據實驗類型來選擇相應的推送方式；

2）按需推送的原則：按照學習者的學習特征不同，進行實驗指導的相關知識和實驗方法的推送，對知識和實驗方法的準確提取及推送必須建立在對學習者的個性化需求進行分析推理的基礎之上；

3）推新服務的原則：鑒于實驗知識和實驗方法等資源的不斷擴充建設，基于資源的推新服務必須隨時將資源更新內容提示給學習者。

根據以上的原則，設計出實驗指導的個性化推送模式，主要由實驗屬性庫、用戶屬性庫以及屬性關系推理等三個模塊組成，如圖1所示。

實驗屬性庫是個性化推送的基礎，屬性庫在建設的過程中首先把實驗方法和實驗資源按類型分類，然后根據每個類型各自的特點把實驗方法和實驗資源標記多個標簽，如關鍵字、所屬學科（分類）、知識點等信息。

用戶屬性庫是從注冊用戶的相關信息中提取出一些關鍵信息，并將其作為關鍵字段存入用戶屬性表中。這就需要預先定義好一種范式來描述人屬性。在注冊用戶登錄到遠程實驗室時，屬性關系推理模塊會依據這些關鍵字段信息在實驗屬性庫的信息中進行關系推理，使它們之間發生某種關聯，并以此提取實驗資源推送給學習者。

屬性關系推理是資源的屬性描述和用戶的屬性表述以及它們之間的關系鏈接。根據實驗類型的不同，其推送方式也不同。

1）驗證型實驗的個性化推送。驗證型實驗主要是學生根據實驗指導文檔的要求，在實驗文檔的指導下，按照既定方法、既定的設備條件和既定的實驗資源，完成全部實驗過程，以驗證既定的理論，深化理論教學，著重培養學習者的基本實驗能力，使學生獲得實驗基礎訓練。對于這種類型實驗的特點，根據實驗本身的屬性描述并結合學習者的屬性描述與其他的實驗資源進行邏輯推理并進行匹配，之后向學習者提供相關實驗資源和實驗指導。

2）設計型實驗的個性化推送。設計型實驗是學習者根據一定的主題，以個人或協作小組的形式確定實驗方案，選擇實驗方法和步驟，完成實驗，寫出實驗報告并進行綜合分析，得出評價和結論的實驗，主要培養學生的思考能力、組織能力以及創新能力。在這種情況下，實驗資源和指導的推送以實驗主題為依據，根據學習者的屬性描述向學生提供各個環節的實驗資源。例如：在實驗評價與結論的環節，可以根據標簽屬性把相關性最高的實驗評價方法、量表提供給學習者，以方便學習者參考學習。

3）綜合型實驗的個性化推送。綜合型實驗是將一門課程或若干門課程的部分主要內容，綜合成一個具有系統性的項目進行的實驗。實驗過程必須帶有系統設定與計算、系統測量與分析、系統的性能指標與設定計算的比較，并進行分析提出改進方案或意見。在這種情況下，除了通過智能推送向學生提供實驗指導外，還需要專業的指導教師通過人工推送的方式對學習者進行遠程指導學習，其方式可以是同步或異步的。

4 結束語

個性化推送為解決遠程開放實驗室缺乏實驗指導提供了新的解決途徑。隨著遠程技術發展，更多形式的遠程開放實驗室的建設與應用，研究和開發出效果好、性能穩定、操作便捷的個性化推送系統，才能更好地發揮遠程開放實驗室的巨大作用。

[1]Dalgarno B, Bishop A G, Adlong W, et al. Effectiveness of a Virtual Laboratory as a preparatory resource for Distance Education chemistry students[J].Computers & Education,2009,53(3):853-865.

[2]唐鴻儒,宋愛國.基于Internet的遠程控制實驗室研究[J].測控技術,2005(2):54-58.

[3]劉外喜,劉文喜,喻萍,等.基于在線實驗室的教學模式的研究[J].微型機與應用,2011(14):51-53.