“慕課”在實驗教學改革中應用

李 鳴， 蔡榆榕， 李蓉蓉

(華僑大學 網絡與教育技術中心，福建 泉州 362021)

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“慕課”在實驗教學改革中應用

李 鳴， 蔡榆榕， 李蓉蓉

(華僑大學 網絡與教育技術中心，福建 泉州 362021)

為適應慕課時代新的發展趨勢，積極探索MOOC環境下的實驗教學改革，構建一個基于網絡的實驗教學數字課程中心平臺。論文介紹了網絡教學平臺的網絡基礎架構的設計與構建，闡g述了實驗教學模式的改革與創新，包括課程內容、教學方式和學習方法的改革與創新，并從應用現代信息技術手段提高實驗教學質量和效益等方面進行了研究和探討，為推進實驗課程網絡教學的發展、探索適合于實驗教學的混合式教學模式提供了研究依據和參考。

慕課； 網絡教學平臺； 實驗教學

0 引 言

隨著“大規模在線開放課程”——慕課(MOOC)在全球的迅速興起，高等學校教育教學改革的不斷深入開展，課堂教學已經逐步走向多媒體數字化網絡信息時代，教育教學改革向信息技術教育發展成為必然的趨勢。在這個大趨勢下，我校積極探索MOOC環境下教學機制的改革。通過建設慕課課程推進網絡教學，開展翻轉課堂創新教學模式，提高教育教學質量。慕課如何在實驗教學發揮作用，達到實驗教學過程的最優化，提高實驗教學的質量和效益，這個問題值得我們認真的思考。因此，亟待需要探索、研究和解決慕課在實驗教學改革過程中所出現的問題[1]。我們的工作主要圍繞幾個方面進行：有線和無線教學網絡平臺的基本構建，實驗教學教學模式的改革和創新，實驗課程內容的改革和創新，實驗教學方式的改革和創新，學生實驗教學的學習方法創新。以下從這幾個方面加以探討。

1 校園有線寬帶、無線網絡整體網絡工程平臺的基本構建

1.1 校園有線寬帶、無線網絡平臺的設計思路

以往學校各院系各自建立有線寬帶實驗教學網絡平臺，學生在平臺上進行實驗課程的預習、虛擬實驗、在線答疑、提交作業等教學活動，取得了較好的輔助實驗教學的效果。我校現有泉州和廈門兩個校區，由于歷史和客觀原因，兩校區網絡教學平臺存在諸多不足和差異，各自為政又造成重復建設和資源的浪費。

我校網絡平臺建設按照“統一規劃、分步實施、整合資源”的指導思想，該平臺設計成為“萬兆主干，千兆樓宇接入”的有線寬帶與部署802.11ac無線網絡的運行標準。學校投入數千萬元進行網絡平臺的建設和改造，先期對廈門校區有線寬帶和泉州校區部分學生公寓進行建設和改造，繼2014年完成廈門校區無線網絡工程和泉州校區分批建設完成部分學生公寓的基礎網絡改造后，在2015年由中央財政投資兩千余萬元集中對泉州校區全部學生宿舍有線寬帶和全校區無線網絡進行整體優化升級。

廈門和泉州兩校區有線寬帶、無線校園網絡整體網絡系統的建成和投入運行，使學校原有有線寬帶設備線路老舊、安全管理隱患較大以及無線校園網絡缺失的情況將得到全面改善。為實驗教學網絡平臺的改造與融合提供了條件，通過建設一個全校的慕課課程網絡教學平臺，推進各實驗教學網絡平臺的融合，節約了各自建設網絡平臺的經費，豐富和共享實驗教學的資源。創新實驗教學網絡平臺的新模式，創新教師的實驗教學方式，為學生提供靈活、便捷的學習手段和學習方法，提升學生的綜合素質。

1.2 有線寬帶、無線網絡整體網絡平臺的基本構建

按照學校發展規劃要求, 有線寬帶、無線網絡整體網絡平臺的基本構建要具有前瞻性、先進性、可靠性、安全性、兼容性和可擴展性，在一定時期內保持先進的水平。泉州校區各教學樓、公共場所和學生宿舍樓有線寬帶網絡和全校區覆蓋的無線網絡統一按照基于校園傳輸主干和三層交換的獨立組網主流架構，通過學校數據中心邊界接入互聯網服務提供商網絡的管理策略和“集中建設、安全管控”的運維模式，開展集中建設與網絡管理，為構建泉州校區與廈門校區基礎網絡標準統一、互聯互通的全校區融合組網環境奠定重要基礎。滿足大容量和高速率的數據傳輸，構成一個可靠、交換能力強的跨校區的網絡教學平臺。形成了廈門和泉州兩校區校園有線寬帶、無線網絡整體網絡平臺的基本構成，全校區的整網建設標準、安全管理和技術架構均符合教育部、工信部、公安部等部委要求的網絡管理與運行模式，運行符合全國高校目前主流技術標準，全校區整體網絡平臺處于國內先進全省高校領先水平。

建設一個適應我校國際化辦學的網絡教學管理平臺，同時建立相應的數字課程中心平臺，為“慕課”教學在我校的應用，提供了良好的有線和無線網絡教學平臺環境，有力地促進“慕課”在實驗教學改革中的探索和應用。為我校的教學、科研、辦公等應用提供了高速便捷、安全可控的高標準校園基礎網絡環境，并為實現與互聯網服務提供商社會資源的共建共享、合作共贏提供了重要的網絡支撐體系和應用平臺。

2 實驗教學模式的改革和創新

2.1 實驗教學模式的創新

實驗教學在高等學校人才培養中占有重要的地位，是培養學生操作技能、實踐能力和科學素養的有效途徑，具有其他教學環節無法替代的作用。傳統實驗教學模式是以課堂教學為主，師生較少交流，時空受到一定的限制，已經不適應以培養創新型人才的現代教育的發展。

“慕課”的發展給高等教育帶來了巨大的變化，這既是挑戰，也是機遇[2]。在我校由于有些院系實驗學時少，能給學生開設的實驗項目就少，學生學習效果自然受到一定的影響。因此，通過“慕課”對由世界范圍的名校、名師開設的實驗課程充滿了期待,這對培養學生的自然科學基礎將起到不小的作用[3]。教學模式創新的核心是在慕課環境下，探索適合于實驗教學特色的混合式教學模式[4]。有了幕課以后，由于幕課在交互以及多媒體等方面的優勢，給傳統的實驗教學模式帶來了挑戰[5]。利用移動終端和PC機進行在線實驗課程的學習，構成線上和線下互為補充又相對獨立的模式。在院系原有的網絡教學平臺上，以往輔助實驗教學的模式較單一，如對一個問題進行討論時參與者人數和方式受客觀條件的限制。我校數字課程中心平臺的投入使用，使輔助實驗教學的模式有了一個有線和無線統一先進可靠的網絡教學平臺。慕課這個教學模式與一般的打個電話、發個電子郵件有所不同，它可以用有線和無線網絡傳輸信號的手段，通過用手機、平板電腦和PC機，在不同的地點，使很多同學可以一起加入到一個問題里面進行討論，提高輔助實驗教學的效果，是很有意義的一種嘗試。學生在網上看實驗課程的時候，都會對他沒聽懂或有問題的地方，可以回過頭來反復看，然后他有問題就會在網絡平臺上或者上實驗課的時候提出，得到圓滿解決，是慕課教學和實驗教學相結合的新模式。

我校旅游虛擬仿真實驗教學中心是國家級虛擬仿真實驗教學中心。堅持實驗教學“虛實結合、相互補充、能實不虛”的原則，運用技術手段創建不同類型的旅游情景和角色扮演，實現環境虛擬、過程仿真的虛擬仿真教學，為旅游類及相關專業類學生打造一個多學科融合、高度仿真、無物理邊界、精細化遠程管理的虛擬仿真實驗教學平臺。虛擬仿真實驗教學是依托虛擬現實、多媒體、人機交互、數據庫和網絡通訊等技術，構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象，學生在虛擬環境中開展實驗，達到教學大綱所要求的教學效果。

2.2 實驗教學模式的改革

教學模式改革的核心是將傳統教育中的“教師中心”轉變為“學生中心”[6]。“慕課”的教師目前都是來自國內和世界名校的知名教授專家，學生們可以自由地選擇高水平教師的實驗課程，因而會取得較好的學習效果。在網絡平臺上進行實驗教學，學生在學習時不受上課地點和時間的限制。學生學習的自由度增加了，能根據自己的需求選擇適合自己的學習時間安排學習，使學生在學習實驗課程上增加了空間和時間的自由度。學生可以在學校教學樓、圖書館、宿舍、公共場所、各類運動場和人工湖畔進行學習。實驗教學平臺里有豐富的實驗教學資源，這對常規實驗教學來說是無法比擬的，它拓寬學生學習實驗課程的廣度和深度。學生可以選擇回放或快進，也就是說可以根據自己的學習進度來聽課，學習進程的可控度和自由度更高，這是實際某些實驗教學做不到的。學校鼓勵教學實踐教學方法的改革，實踐面授、網上實驗預習輔導、答疑，網上學習與實踐面授相結合的模式。有些模擬實驗、虛擬實驗課程，學生能夠通過網上學習，按實驗課程要求提交實驗報告，通過一定的考核方式，教師給予評定實驗學習成績。

新的教學模式的出現，要求教師更新自我的教學理念。基于網絡的實驗教學模式對教師提出了更高的要求，教師必須轉變教學觀念和樹立素質教育的思想。實驗教學模式的改變不僅僅是教學活動或教學手段的轉變，也是教學理念的改變。在新的屏幕教學的環境中，教師應秉承“以學生發展為本”的核心理念，突出以人為本的教育觀，為學生創造一個新的主動學習和協作學習的環境。

3 實驗課程內容的改革和創新

3.1 實驗課程內容的創新

通過線上線下混合式教學模式，能實現“慕課”與傳統實驗教學內容上“混合”，可以獲得較好的教學效果。幕課給實驗教學內容帶來了挑戰，采用虛擬仿真技術進行網上實驗教學。由于在線講授的實驗課程通常是國內外名校名師和團隊組成，知名度高加上團隊的力量，容易對學生形成吸引力。而“慕課”的教學資源是頂尖的，開設“慕課”的都是國內和世界知名院校，實驗儀器設備先進齊全，有許多一般院校沒法見到的高科技大型精密儀器設備。這不僅可以使學生通過“慕課”了解到學校里無法見到的實驗儀器設備的操作原理和使用方法以及用途等，了解到一些當今世界的高科技知識，更能吸引學生的學習興趣，不僅拓寬學生的視野，而且激發了學生自身的潛在創造能力[7]。同時從某種意義上來說，減少購買儀器設備的資金。

在許多屬于宏觀現象和微觀世界的實驗教學中，由于受到某些客觀因素和條件的限制，更多地采用模擬仿真的實驗教學手段，以達到預期的實驗教學目的。在涉及有毒、有害、易燃、易爆的實驗教學中，較多采用虛擬仿真實驗的教學手段，最大限度的降低相關實驗過程的危害性，同時也節約了財力人力物力降低實驗的成本[8]。而“慕課”這一教學形式在模擬仿真和虛擬實驗課程教學中，更能發揮網絡教學的優勢,在某些實驗教學內容里起到了輔助實驗教學不可或缺的作用[9]。

3.2 實驗課程內容的改革

在實驗教學內容上應該針對具體實驗的實際情況，努力做到與實際實驗內容相結合。不同與一般的實驗課程，網絡實驗教學突出了信息技術與實驗課程的融合。在有限的實驗教學時間內，應用現代媒體技術加大呈現實驗教學信息量上有突出的優勢，拓寬了實驗教學內容的廣度，加深了實驗教學內容的深度，增強學生學習實驗課程的興趣和能力，不但縮短實驗教學課時，而且提高傳遞實驗教學的內容和效益。對某些實驗不能做或難以實現的，能夠充分發揮現代媒體技術的作用，對一些不易觀察、抽象的實驗，危險、有毒的實驗進行模擬仿真，虛擬實驗，彌補某些實驗教學的不足，優化實驗教學內容。實驗課教師可以布置學生先通過“慕課”自學相關實驗項目內容，課堂上再進行提問、討論和實驗操作，就可以節省授課時數，因而也就可以開出更多的實驗課項目。這不僅在有限的課時數內大大豐富了實驗課程的教學內容，而且還培養了學生的自學能力，使他們由被動學習變為主動學習，實現了“翻轉課堂”的作用。只有充分運用“慕課”網上教學的優勢，與實驗教學課程有機的互相融合，揚長避短相輔相成，才能豐富深化實驗教學內容改革和發展的需要[10]。

4 實驗教學方式的改革和創新

4.1 實驗教學方式的創新

我校將“慕課”課程引入正規的教學中，學生可通過學習“慕課” 課程拿到學分，這為實驗教學方式的創新提供了新的思路。部分院系實驗課程由主講教師負責，支持網上大規模人群參與，觀看實驗教學視頻，學生進行線上學習互動論壇，進行郵件討論和答疑，布置實驗作業、進行相應的考試環節，完成這幾方面相互交織的網絡教學過程。實驗教學方式采用模擬和虛擬仿真實驗進行實驗課程的教學。

醫學具有綜合性、社會性和實踐性的特點。“慕課”提供了越來越多高質量免費的大學基礎課程，因此在線醫學實驗課程更具有共享的國際化。實踐性是醫學教育最突出的特點之一，醫學知識和理論是建立在醫學實驗的基礎上，實驗教學是醫學生獲取知識必不可少的重要環節，是培養醫學生醫學能力的重要手段[2]。我校生物醫學學院建設投入使用的虛擬人體解剖仿真實驗教學中心，是利用美國可視化人體計劃(Visible Human Project)數據集開發重建的完整的三維數字人體虛擬解剖學數據庫和相應的軟硬件建立起來的。基于可視化人體工程構建的VH Dissector從原始圖像的獲得到斷層數據的分割再到三維結構的形成，完全嚴格遵照美國國家醫學圖書館的標準來構建高度仿真的虛擬實驗環境和實驗對象。并且該中心可同時與哈佛大學醫學院聯網共享解剖課件。

實驗教學中心采用了國際先進的多媒體解剖教學系統，解剖結構不但三維可視，而且可以同時顯示結構的冠狀面、矢狀面和橫斷面。將解剖實驗的全程通過人機互動，在電腦上全程再現；可由學生自己操作，逐層解剖，可以任意轉動可視化的三維器官圖像，從不同的角度了解各種解剖結構關系。學生可以在高度仿真的虛擬實驗環境中開展解剖實驗，學生在虛擬實驗環境中學習、可以反復進行演練，分組互動進行討論、與教師在線答疑，共同指導協作式地完成實驗課程的教學活動。學生也能夠在課后在線自學、復習，共同討論相互提高。指導教師在網上布置實驗作業，學生在網上提交作業，教師評定成績。

由于醫學實驗教學條件的限制，人體解剖實驗所需要的尸體資源難得，重復使用率低。即使開出實驗，每組實驗人員過多教學效果欠佳。“慕課”使醫學實驗教學出現新的發展機遇，醫學實驗教學的改革有了新思路和新方法。虛擬人體解剖仿真實驗教學課程的開設，一方面克服了尸源匱乏的實際困難，有效保證了醫學、藥學相關專業本科生實驗教學工作的順利開展；另一方面也是探索虛擬仿真這一教學新模式，嘗試新型教學手段的突破。

4.2 教學方式的改革

必須建立新的與“慕課”相適應的實驗教學資源，以滿足開放性在線課程的要求。在教學方式上應該更加靈活多變，應該積極引導學生充分利用幕課的成果，給學生布置課外作業，讓他們觀看幕課對應的實驗內容，提出一些實驗過程的問題，讓學生們來討論，作為他們學習實驗課程的一個重要補充。教師要求學生在課前預習教學內容和視頻內容。設置一個網上交流平臺，學生可以在平臺上把自己不懂的地方提出來，和平臺上的同學們查找資料，相互討論，得到解答；有出現問題后教師能夠及時地發現，及時給學生解答，這樣就會促進學生對實驗課程的更加興趣。對于討論未果的問題，由系統收集起來，我們將成立一個學習指導小組，由參與錄制、制作的教師和優秀的學生組成，對問題集中進行解答。實驗課時，教師提出一些問題，幫助學生們理解和解決預習中存在的問題。當然，學生要是在課堂上沒有聽懂，可以反復回放視頻，直到掌握課程內容，達到課程目標。通過實驗教學平臺來布置實驗報告，通過考核考試的評定。同時采用面授方式和慕課方式相結合的方法進行實驗課程教學。

“慕課”引入我校教學的活動中，受到學生們的歡迎，選課非常火爆。學校將繼續引進國內外知名高校的優秀實驗課程，正在積極建設自己的“慕課”實驗課程，同時也將逐步推進國內外名校“慕課”課程選修的學分認定，以適應互聯網時代教學的需求。

5 學生實驗教學的學習方法的改革和創新

5.1 學生實驗教學的學習方法創新

慕課教學改變傳統的與教師面對面的教學模式，學生成為屏幕教學過程的主體。新的教學模式強調學生的主動學習，需要培養學生學習的自覺性、自主性和創造性，激發學生學習的興趣和動機。學生可根據自己的學習習慣和特點，實驗課前查閱參考資料預習實驗內容，拓寬對實驗教學知識面的廣度和深度，學生的自主學習中心地位更加突出，更能發揮學習的主動性，對問題掌握得更深，才能把書本上的知識轉換為自己的知識，這個過程是其思維鍛煉和學習的過程。網上學習時須集中注意力積極參與主動學習，只有充分發揮學生自主學習的積極性，才能達到較好的學習效果。

“慕課”更符合學生學習的一般規律。學生學習的自由度增加了。這是一種特別是針對時間安排沒有那么靈活的人來講，是非常有效的學習方式和手段。學生學習積極性很高，提高了對實驗課程的學習興趣和理解。將信息化技術與實驗教學相融合，將混合式、翻轉式教學和網絡教學的理念運用到傳統的實驗教學中，為大面積推廣慕課教學模式提供可靠理論依據和實踐參考。

5.2 學生學習方法的改革

在屏幕教學的模式下，學生在網上進行學習實驗課程，網上實驗教學學習不受時間和地點的約束，學生可以在PC機、手提電腦、平板電腦或手機，通過有線或無線上網來進行實驗課程的學習、預習、復習、答疑和提交實驗報告等，達到無處不在的學習效果[11]。學生必須參加師生建立的“教師微信群”“師生教學微信群”等微信平臺，利用“移動學習“這一便捷手段，相互上傳共享問題研討、課程資料、及時交流學習心得；也可以參與同學之間的實驗預習和問題討論，很多問題能高效地得到解決。教師在實驗教學過程中不但要為學生學習提供幫助和指導，增強學生學習的積極性；而且要引導學生進行協作學習，提供預習內容鼓勵學生之間通過研討進行學習，共同提高學生的學習能力。利用學校“遠程視頻交互平臺”，解決了泉州和廈門兩校區跨地域教學的問題，定期通過“遠程視頻交互平臺”進行專題授課、研討，加強學生之間的交流、師生之間的交流，提高學生的學習效果，激發學生的學習潛能，以達到實驗教學過程的最優化，極大地提高了實驗教學效果和效率。因此，借助現代信息技術的發展，依托互聯網上豐富的教學資源，增進學生的自主、互動和個性化的學習變得尤為重要[12]，“互聯網+”的手段將貫穿至整個實驗教學課程。

在幕課教學的環境下，教師應充分認識技術變革教學的重要性，提升教師在信息化環境下的教學設計、資源整合、課堂管控、技術應用、教學評價以及專業發展的能力。教師既是學習者也是授課者，通過向名師學習可以提高自身的實驗教學水平，再反過來教授指導學生。教師要注重學生創新創造能力的培養和訓練，應該是學習環境的設計者，學生學習的促進者，創新學習的引導者，學習結果的評估者。教師通過網絡將實驗課程的內容、重點、難點問題放在網上，教師通過網絡引導學生自己尋找達到學習目標的最佳途徑，提高學生分析問題、解決問題的能力，為學生的預習和學習提供幫助。網上實驗教學的過程性評估和測試是必不可少的，學生學習完一個階段之后，要通過階段測試，系統自動測驗，評量系統自動評閱。如果不能通過，則不能進行下一階段的學習。“慕課”教學使得學生的人際交往和溝通能力培養受到一定的限制，無法進行實地體驗，使得需要動手操作的實驗和實踐課等不容易實現[13]。因此，培養學生主動學習的興趣尤其重要，幫助學生克服因屏幕教學過程中所產生某些不利心理因素，引導學生充分發揮主體參與作用，使得學生在屏幕教學的新環境中能逐步提高自我監控、自我約束的能力，挖掘學生的創新力和創造力，培養他們的自然科學素養[14]。

6 結 語

為適應慕課時代這一新的發展趨勢，在構建一個基于網絡的實驗教學平臺的基礎上，改進和豐富實驗教學手段，探索適合于實驗教學特色的混合式教學模式，創新實驗教學的教學方式和學習方法，同時為推廣應用到其他課程提供有益的經驗和打下堅實的實踐基

礎[15]。應用現代化的教學手段，節約實驗教學經費共享教學資源。通過對這種大規模在線開放課程的學習，教師可以不斷提高自身的教學水平; 學生可以聽到國內和世界知名院校教師的授課內容，提高對實驗課程內容的認知水平，提高了實驗教學的質量和效益，滿足培養信息時代所需人才的教育需求。其最大創新和特色在于：將信息化技術與實驗教學相融合，將混合式、翻轉式教學和網絡教學的理念運用到傳統的實驗教學中。促進了我校教學方式的信息化改革，并將為今后逐漸形成適合于我校辦學特色的慕課教學提供有價值的參考依據。

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The Application of MOOC in the Experimental Teaching Reform

LIMing，CAIYu-rong，LIRong-rong

(Network and Educational Technology Center，Huaqiao University，Quanzhou 362021, China)

A digital course center platform of experimental teaching is constructed based on network for adapting to the new development of MOOC. The reform about experimental teaching and the model of blended teaching are attempted under MOOC. The paper mainly introduces design and the establishment of network basic architecture, describes the reform and innovation of the model of experimental teaching including the content of courses, teaching ways and the studying methods. It also researches and discusses about applying modern informational technology methods to improve the quality and beneficial results of experimental teaching..It provides the research basis and reference for advancing the development of the experimental network teaching and exploring the suitable blended teaching pattern.

MOOCs; network teaching platform; experimental teaching

2016-02-02

華僑大學2014年實驗教學改革與建設課題(66661414)

李 鳴(1957-)，男，福建莆田人，高級實驗師，研究方向為高校信息化建設與管理、現代教育技術、實驗教學與管理等。

Tel.：18959961281； E-mail： liming@hqu.edu.cn

G 434

A

1006-7167(2016)09-0204-05