基于網絡實驗平臺的實驗教學模式研究*

金 洋 陳 聰

（中國民航大學航空工程學院 天津市 300300）

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基于網絡實驗平臺的實驗教學模式研究*

金 洋 陳 聰

（中國民航大學航空工程學院 天津市 300300）

摘 要：針對傳統實驗教學模式在時間和空間上存在的限制對教學效果產生的影響，以及與理論教學過程之間融合度不夠的問題，提出了基于網絡實驗平臺的實驗教學模式。提出的實驗教學模式能夠最大程度地整合現有實驗資源為實驗教學任務提供服務，同時由于實驗平臺擴展性的支持，和傳統的實驗教學模式相比，具有更加豐富完整的教學內容。同時，新的實驗教學模式還能夠將課上的教學任務和可課下學生自主完成課題的過程有機地整合在一起，提供更加合理的實驗教學考核方式。

關鍵詞：網絡實驗平臺 實驗資源整合 教學模式

一、引言

2010年，教育部提出了以培養具有高水平工程實踐能力的卓越工程師培養計劃，簡稱“卓越計劃”［1］。各大高校針對“卓越計劃”的培養精神紛紛提出適合本校培養模式的卓越工程師培養方案［2］，其中和傳統的培養計劃最主要的不同在于實施卓越計劃培養方案的班級在前期壓縮教學內容，在最后增加企業實習內容或實習學時和種類［3］。

然而，在傳統的教學模式中，實驗教學被視為理論教學的補充，是對理論教學內容的演示和驗證。無論是教學大綱的制定、教學計劃的安排、課程教材的編制還是對課程內容和課時的安排，都以理論教學內容為主導，在一些課程中甚至連實驗教學的課時和場地都被隨意的消減和占用［4］。這導致學生對理論課程的理解很難或無法與實際的工程實踐需求結合起來，從而使企業實踐的效果無法達到預期的要求。

針對這些問題，本文對實驗教學模式進行了研究，為了更好地利用實驗教學資源、提高實驗教學效果，提出了基于網絡實驗平臺的實驗教學模式，通過網絡訪問的方式將現有的實驗資源進行組織，并且在支持可定制實驗模式的實驗平臺的支持下能夠實現更加靈活的實驗教學模式、更加豐富的實驗教學內容。

二、基于網絡實驗平臺的實驗資源整合

1.傳統實驗資源分布在實驗教學中存在的問題

實驗教學資源主要指的是：用于進行實驗教學的儀器設備以及能夠指導學生實施實驗過程的教師。

（1）空間的限制

在傳統的實驗教學模式中，由于實驗儀器和材料都擺放在指定的地點，因此幾乎所有的實驗教學項目都在指定的場所開展。這種實驗教學方式存在的問題是：

首先，學生如果想在教學大綱中規定的實驗教學課時之外進行實驗項目，都需要在指定的地點進行，當同時申請實驗的人數滿足不了需求時，如實驗場地過小或實驗設備臺套數不能夠滿足需求，將會出現實驗資源緊張的情況［5］；

其次，對于演示性、驗證性等非操作性實驗來說，當不同的人開展相同的實驗項目時，實驗結果一致，這種情況下無需重復使用實驗設備，而只需將實驗結果共享；

最后，對于一些需要實驗教師指導的實驗，當教師不在場的時候便難以開展。

（2）時間的限制

實驗教學的目的是培養學生自主地動手、動腦的過程，是理論教學的延伸。目前的實驗教學模式與理論教學模式雖然在內容上具有相關性，但是教學過程是相互獨立的。這樣的教學模式也存在一些問題：

首先，理論教學與實驗教學相互融合是教育教學改革的趨勢，能夠及時地、形象地演示和驗證理論教學內容。目前的教學過程將兩者獨立開來，降低了實驗教學效果的時效性［6］；

其次，目前的實驗教學受到教學課時的限制，導致一些實驗方案只能夠由教師進行演示，無法由學生親自動手實施實驗方案，降低了實驗教學的效果；

最后，對于某些實驗項目來說，需要進行進行長時間不間斷的累計實驗，而這類實驗在實驗教學過程中很難開展。

2.基于網絡實驗平臺的實驗資源整合及其優勢

針對上一節對傳統的實驗教學模式所存在問題的分析，本文設計了基于網絡實驗平臺的實驗教學模式，它基于CS結構將實驗資源的使用者與實驗資源連接起來，通過實驗管理系統根據實驗方案的需求對實驗資源進行合理的分配。以這種方式為支撐的實驗教學模式具有的特點是：

（1）采用統一的實驗管理平臺對實驗資源進行整合，提高實驗資源的利用率；

（2）將物理實驗設備與數字仿真設備進行無縫連接，使得現有的實驗資源能夠實現一些“危險性實驗”；

（3）它不受實驗地點和實驗時間的限制，學生通過網絡訪問實驗平臺，有實驗平臺管理系統通過適當的決策機制實現對實驗資源的分配；

（4）能夠實現實驗資源的優化配置，當出現重復實驗方案時，無需運行實驗設備，而是將已有的實驗結果發送給學生，這樣便可以將實驗設備分配給真正需要的實驗方案。

三、基于網絡實驗平臺的實驗教學模式

1.基于網絡的實驗教學方案研究

基于網絡的實驗教學方案指的是以網絡為基礎的實驗管理系統的實驗教學方案。該系統盡可能地將所有的實驗資源進行組織，同時結合物理實驗資源和數字仿真實驗資源，提供相應的數據管理機制。

因此，基于網絡的實驗教學方案應具有如下特點：

（1）完整性，即在課上，實驗教學與理論課程緊密結合。由于網絡實驗管理系統的支持，實驗教學過程不受實驗時間和實驗場地的限制，實驗項目應與理論課程相融合，即在理論知識點講授時，及時利用網絡實驗平臺進行實驗演示和驗證工作，從而加深學生對理論知識的理解；同時，在基本知識點講授完成后，提出問題，由學生現場通過實驗自主地引出分析結論。

（2）及時性，即在課下，學生自主安排時間利用網絡實驗資源完成教師布置的作業。在網絡實驗平臺的支持下，通過將實驗資源進行優化配置和調度，最大限度地實現實驗資源的利用率，支持并行的實驗資源配置服務。因此，學生可通過終端系統在任何時間和地點要求實驗資源為其提供服務。

2.考核體系研究

基于網絡的實驗教學方案的考核體系包括兩部分：一是對利用網絡實驗資源完成課題或作業質量的評價，二是對可更新網絡資源的本身的貢獻的服務。

首先，對于第一部分的考核內容包括：

（1）實驗結果的正確性以及與理論分析結果的一致性；

（2）實驗方案的合理性；

（3）實驗方案的創新性，即是否能夠應用最少的實驗資源完成了同樣任務；

（4）實驗結果對他人的選題的貢獻，即是否有他人利用已完成的實驗結果完成實驗任務。

對于第二部分的考核內容包括：

① 對數字仿真資源的更新的數量，即更新的仿真資源是否能夠完成已有資源完成不了的實驗需求；

② 對數字仿真資源的更新的質量，即更新的仿真資源在實驗精度上是否能夠完成已有資源完成不了的任務；

③ 更新的數字仿真實驗資源為他人提供實驗服務的貢獻值，由提供服務的次數和被服務者的評分綜合決定。

可以看出，基于網絡的實驗教學模式考核體系與傳統教學模式考核體系相比，具有更豐富的內容，既能夠更加完整的考核學生對實驗過程以及實驗結果的理解，又能夠更加準確地考核學生對理論知識的掌握程度。

四、結論

本文針對傳統的實驗教學模式存在的問題以及與理論教學模式之間關系的分析，提出了基于網絡的實驗教學模式。新的實驗教學模式以網絡實驗資源管理平臺為媒介，將實驗過程理解為一個服務的過程，從而實現將實驗人員（被服務者）與實驗資源（服務者）有機地結合在一起，同時還打破了傳統實驗教學模式中對實驗時間和實驗場地的限制。基于網絡實驗平臺的實驗教學模式能夠提供更加完善的實驗資源服務，也能夠為實現更加完整、合理的實驗考核體系提供支撐。

參考文獻

［1］ 林健. “卓越工程師教育培養計劃”專業培養方案再研究［J］.高等工程教育研究， 2011（4）： 10-17.

［2］ 曾永衛， 劉國榮. “卓越計劃”背景下科學構建實踐教學體系探析［J］. 中國大學教學， 2011（7）：75-78.

［3］ 林健. 校企全程合作培養卓越工程師［J］. 高等工程教育研究，2012（3）：7-23.

［4］ 厲旭云， 梅汝煥， 葉治國，等. 高校實驗教學研究的發展及趨勢［J］. 實驗室研究與探索， 2014， 33（3）：131-135.

［5］ 劉洋. 開放式實驗教學模式的探索與實踐［J］. 中國現代教育裝備， 2012（7）：82-84.

［6］ 李琰， 吳建強， 齊鳳艷. 開放與自主學習模式下的實驗教學體系［J］. 實驗室研究與探索， 2012， 31（1）：134-137.

金洋（1984.01-），男， 黑龍江人，博士，講師，主要研究方向：實驗教學研究

作者簡介

*基金項目：中國民航大學實驗技術創新基金（02-14-02）；中國民航大學教育教學改革研究課題（CAUC-ETRN-2015-09）；中國民航大學科研啟動基金（2013QD02X）