遠程資源共享型試驗室建設方法的實踐與分析

劉國光++武志瑋?í?

摘要：大型設備和特種設備引進受限是目前實驗教學中面臨的共同問題。為保證實驗教學效果，借鑒東南大學國家級虛擬仿真實驗中心提出的“虛實結合”法，提出了大型設備遠程資源共享的概念。利用自行開發的軟硬件，給出了遠程資源共享型試驗室建設的解決方案。通過遠程桌面共享和多角度視頻共享，完成大型設備的遠程控制、操作和試驗教學，實現學生親自動手操作并進行數據分析。結果表明，該方法能克服目前試驗室建設中大型設備利用效率低的問題，通過遠程資源共享可分享對方特色試驗設備，為己方開設更全面的試驗課程，解決了設備不足的問題，提高學生的動手能力。

關鍵詞：試驗教學； 虛實結合； 大型設備；資源共享

中圖分類號：G642423文獻標志碼：A文章編號：

10052909（2016）04013003

為加強教師和學生之間、學生和學生之間的問答辯論能力，培養學生分析、歸納和應用能力，19世紀末哈佛大學法學院開始了“蘇格拉底教學法”的教學方法改革研究[1]，并在20世紀20年代創立了“案例教學法”，教師在上課時給出個案，學生分析個案中存在的問題，提出解決措施和方法[2]。隨后，作為以問題為基礎展開學習和教學過程的一種教學模式，PBL法強調把學習放到復雜的、有意義的問題情境中，通過讓學生解決現實世界中的真實問題，來探究問題背后隱含的概念和原理，并發展學生的自主學習能力[3]。

20世紀60年代，格庭根大學開展了討論模式的教學改革，主要用于大學本科高年級和研究生教育階段，并被很多高校廣為接受。“頂峰體驗法”目的在于培養學生發現問題的能力、應用既有知識和技能解決問題的能力，以及批判性思維和表達能力[4]，主要方法包括：項目研究、個案研究、討論、實踐鍛煉、小組學習、口頭交流、書面交流等。國外的研究成果開創了諸多成功的教學模式，并對中國相關教學方法研究的開展產生了積極而深遠的影響。

在中國，實驗教學縮水、實習和社會實踐走形式、畢業論文和畢業設計要求低等問題，導致學生的創新能力和實踐能力較差，難以適應工作崗位的需求。為了提高學生的創新能力和動手能力，高校實驗教學人員展開了積極的探索，通過合理優化實驗環節、增加設備臺套數、更新設備型號、增大對教學環節的投入等著力解決上述問題。然而，傳統的實驗教學模式已經無法跟上時代發展的腳步和學生學習的特點。

一、 虛擬仿真實驗教學的客觀需要

中國民航大學機場學院培養的畢業生主要從事機場工程相關領域的工作，如：機場建設、場道管理、運行指揮和油氣集輸管理等。相關實驗課程的特點：無法真實模擬工程破壞和災害（費用過高或危險性較大），實習單位為避免風險只讓學生從事行政工作因而無法達到實習效果，實習單位局限性（設計單位、施工單位、監理單位等）使得學生視野受限，

無法在短時間內（1周-3周）完整完成工程全部環節。

在教學實踐中還發現，學生學習興趣以考試為導向，“不考就不學”是目前公認的問題，因而應科學設計教學和考試環節，在最終成績評定中體現實踐能力考查。

但在人才培養過程中，兩大突出問題在于：

（1）受設備臺套數和實驗復雜程度制約，學生實踐教學動手操作的真實機時數難以統計，因此無法客觀評判教學效果。

（2）學生專業技能未得到深入培訓，導致畢業后的行業就業率達不到預期目標，難以體現行業院校的辦學特色。

二、遠程資源共享型試驗室概念的提出

信息化進步帶來的虛擬仿真技術是提高學生創新能力和實踐能力的重要手段，但如何利用虛擬仿真技術來突破傳統教學手段和理念的制約、彰顯民航行業特色仍是當前實驗教學中的突出問題。因而，為增強畢業生的社會適應性，提高實驗室對培養學生創新能力和實踐能力的支撐作用，建議進行基于資源共享的虛擬仿真實驗室管理方法研究。

現在的學生更多的依賴網絡，甚至一度成為教學中碰到的難題。然而，信息化社會的建設和“互聯網+”的展開，網絡已經更多地成為被社會廣泛接受的交流模式。因而，面臨新問題應當采用新的解決方法，因勢利導而不應該因噎廢食。研究人員提出了諸如“碎片化教學”和“慕課”等新型教學模式和教學手段，為實驗室建設和運行管理提出了新思路。

在創新能力培養和實踐能力培養兩個主要指導思想的引領下，新型實驗教學模式逐步由教學中心型向實驗中心型轉變，即以實驗為基礎為學生設計科學合理的學習模式；抓住實驗課程體系和內容更新，處理好知識的集成和現代信息技術的關系；體現素質教育，處理好實驗操作、技能傳授與素質培養的關系；注意信息化環境下教學方法、考試方法的改革，處理好教師主導和學生主動的關系；重視課程實踐環節，在操作、技能、試題三方面處理好基礎訓練與應用、時間意識和能力培養的關系。

在目前的教學研究和改革研究中，存在六大趨勢：混合學習、重視學習空間、量化學習、開放性教育資源、變革和創新，以及跨校院協同。雖然上述六大趨勢在實際開展中還存在諸多問題，但已經成為了實驗教學手段變革的主要方向，并且已經有了部分虛擬仿真實驗教學國家級重點實驗室。

因此，為增強學生創新能力和實踐能力的培養，應積極轉變實驗教學理念，倡導以學生為主體，給予所有學生公平機會，考慮學生知識層次，確保學生全程參與。要通過實驗教學方法的深入研究，在現有實驗室硬件條件基礎上，變革實驗教學手段和模式，促進學生能力和素質的協調發展。

教育手段信息化是國家發改委、工信部在2013年提出的教育發展戰略目標，并在《教育部關于全面提高高等教育質量的若干意見》和《教育信息化十年發展規劃》文件中進一步強調，并制定了相關指導意見，以期強化實踐育人環節，提升實驗教學水平，加強實驗室、實習實訓基地、實踐教學共享平臺建設，重點建設一批國家級實驗教學示范中心、國家大學生校外實踐教育基地，提高實驗、實習實訓、實踐和畢業設計（論文）的質量。

在相關政策指導下，中國民航大學機場學院在2014年通過了天津市實驗教學示范中心的遴選，計劃在未來3年內加強與高校、相關部門、科研院所、行業企業的共建，促進合作辦學、合作育人、合作發展，并通過信息化資源共享平臺建設，增強實驗室面向在校學生和社會的開放能力。

同時，學校

目前正在開展數字校園建設，利用先進網絡和信息技術，整合資源，構建先進、高效、實用的高等教育信息基礎設施，開發整合各類優質教育教學資源，建立教學資源、實驗資源共享機制，從而推進全校的信息化建設水平。

實驗教學資源的共享可促進校際間、學院間和專業間試驗課程互選和資源共建共享，避免因為課程設置原因造成的重復投資、重復建設，不僅節約了經費，還節省了人力。實驗教學資源的共享可通過鼓勵企業和其他社會力量投入數字教育資源建設，通過個性化實驗開發增強實驗過程的仿真化，貼近工程實際，從而不斷推陳出新，建設更豐富、更符合教學要求的數字化實驗教學資源共享平臺。

三、 遠程資源共享型試驗室建設方法的提出

遠程資源共享型試驗室建設主要包括數據共享、設備共享和軟件共享三部分。其中，數據共享代表不同試驗結果間的數據共享、傳遞和分析。如機場道面承載力PCN測試試驗中，利用劈裂試驗的測試結果反算PCN值，分析人員可以在機場現場遠程操控后方實驗室內的劈裂試驗，直接利用該結果進行計算，節省了往返實驗室的時間，提高了工作效率和準確性。

設備共享代表不同實驗室間相關聯儀器試驗設備的遠程連接共享，利用不同設備的遠程共享可以解決當前試驗設備短缺的問題，如可利用外單位設備進行本科生試驗教學、大學生創新創業訓練項目及科研項目。

軟件共享代表虛擬仿真軟件的遠程網絡共享，通過設置客戶端供本單位和外單位的人員遠程登錄、學習使用，擴展了虛擬仿真軟件的利用率和開放時數。

四、 遠程資源共享型試驗室建設效果分析

遠程資源共享型試驗室建設得到了天津市試驗教學示范中心項目的資金支持，通過軟硬件設備的開發，建立了覆蓋試驗室的無線網絡平臺和試驗設備視頻共享平臺，從而可以保障80%以上的程控設備實現遠程資源共享。結合虛擬仿真實驗平臺的開發，可以作為學生在線預習、在線試驗的平臺，大大提高了試驗室開放水平和試驗服務效能。其效果主要包括如下幾點。

（1）民航特色試驗項目的遠程共享。

機場工程領域的道面板等尺寸試驗測試及重錘式彎沉測試試驗是極具民航特色的土木工程試驗內容，通過遠程資源共享，可為不具備此類試驗條件的試驗室提供遠程教學視頻資源，從而提高試驗室的開放水平。

（2）在線學習、在線試驗的虛實結合。

利用示范中心的網站平臺，將民航特色試驗、一般教學試驗和部分科研試驗的視頻資料放到網上，供校內外學生自學或預習。

另外，同其他高校和企業建立了合作共建實驗室，將對方成熟的虛擬仿真軟件和特有儀器設備進行遠程共享，從而開發了目前尚不具備試驗條件的資源共享試驗課，學生可以親自遠程操作試驗設備、使用仿真軟件，達到了較好的學習和實踐訓練效果。

（3）提高了試驗室的開放水平，做到了全天候開放。

通過優質試驗資源的網上共享和實驗設備的遠程使用，可以讓更多的學生在更靈活的時間進行相關試驗課程的預習、學習和在線模擬操作，從而實現了全天候開放，提高了示范中心的開放保障能力。

五、結語

從遠程資源共享型試驗室的建設及使用效果可知，該方法能在提高設備使用效率的基礎上共享其他高校、企業的優質試驗資源和試驗設備，讓本科教學試驗更豐富，尤其適用于試驗設備并不完善的實驗室。參考文獻：

[1]洪燕君. 蘇格拉底教學法的現代啟示[J].牡丹江教育學院學報，2011（6）：161-162.

[2]夏棟舟. 工程建設法規課程全程案例教學法研究[J].高等建筑教育，2015，24（3）：87-90.

[3]劉宇. 基于慕課平臺的PBL法律教學模式初探[J].蘭州教育學院學報，2015，31（10）：68-72.

[4]張麗麗. 美國頂峰體驗課程對社會工作專業實踐教學的啟示[J].教育與教學研究，2013，27（12）：95-99.

[5]莊麗君，鄧僑僑.美國專業科學碩士教育研究及對我國的啟示[J].2014（2）：67-71.