基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)環(huán)境的開放實驗教學(xué)模式探索與實踐

付曉琳 湯淼 劉鋼 張麗杰

摘 ?要：以培養(yǎng)具有競爭力、符合社會和企業(yè)需要的計算機相關(guān)專業(yè)應(yīng)用型人才為立足點，構(gòu)建面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，探索與實踐基于網(wǎng)絡(luò)自主環(huán)境下的專業(yè)開放實驗教學(xué)模式，促進高水平實驗教學(xué)活動的開展。設(shè)計開放實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺體系，實施“學(xué)生自主學(xué)習(xí)”“開放式考核評價”和“遵循OBE工程教育模式”的開放實驗教學(xué)模式。實踐證明，該模式有效提升了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，充分激發(fā)了學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性，成為計算機人才培養(yǎng)的有效方法。

關(guān)鍵詞：開放實驗;網(wǎng)絡(luò)化;自主學(xué)習(xí);工程認證

中圖分類號：TP31 ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

Abstract：By taking the cultivation of the application-oriented talents of computer-related professional who are competitive and meet the needs of society and enterprises as the foothold，an open experimental network teaching platform for innovative ability training is constructed，and the open experimental teaching mode of specialty based on network autonomous environment is explored and practiced to promote the development of high-level experimental teaching activities.The open experimental network teaching platform system is designed，and the teaching mode of Students Autonomous Learning，Open Assessment and Evaluation and Following OBE Engineering Education Mode is implemented.Practice has proved that this model effectively improves students' autonomous learning ability，fully stimulates students' subjective initiative and creativity，and becomes an effective method of training computer talents.

Keywords：open experiments;network;autonomous learning;engineering education accreditation

1 ? 引言（Introduction）

近年來，高等教育改革越來越強調(diào)工程教育理念和質(zhì)量工程建設(shè)[1]，高等學(xué)校已經(jīng)認識到開放實驗在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)方面的重要作用，逐漸加大了對開放實驗的投入。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來使得信息化已成為國家戰(zhàn)略，信息技術(shù)對教育的革命性影響日趨明顯[2]。隨著開放實驗教學(xué)的開展，實驗教學(xué)管理工作壓力越來越大，建立一個統(tǒng)一的、開放式的、涵蓋專業(yè)開放實驗教學(xué)課程為主體內(nèi)容的開放實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，對開放實驗教學(xué)，以及通過開放實驗培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)有著重要的作用。在網(wǎng)絡(luò)自主環(huán)境下進行開放實驗教學(xué)，不僅適于課堂教學(xué)及課后自學(xué)，也廣泛地適于開放實驗教學(xué)過程[3]。在網(wǎng)絡(luò)自主環(huán)境下能夠充分調(diào)動學(xué)生在開放實驗教學(xué)過程中的積極性，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、團隊合作精神和實踐能力。

我院計算機與信息技術(shù)實驗教學(xué)是省級實驗教學(xué)示范中心，承擔(dān)全員計算機相關(guān)專業(yè)實驗課程教學(xué)工作。中心在分析開放實驗教學(xué)現(xiàn)狀和吸取現(xiàn)有各類實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺優(yōu)點的基礎(chǔ)上，構(gòu)建面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，探索與實踐基于網(wǎng)絡(luò)自主環(huán)境下的專業(yè)開放實驗教學(xué)模式。

2 ?開放實驗教學(xué)現(xiàn)狀 （Status of open experiments? ? ?teaching）

開放實驗有別于傳統(tǒng)實驗的突出一點在于“開放”，在開放實驗教學(xué)的過程中，實驗的時間和實驗的內(nèi)容都要求開放，這就要求實驗教學(xué)管理教師要設(shè)置相對靈活的實驗安排和更具創(chuàng)新性的實驗內(nèi)容。然而現(xiàn)階段的開放實驗仍然存在一些問題：

（1）開放實驗的管理模式多數(shù)還是人工處理模式。

很多高等院校開放實驗管理仍然采用人工方式進行，即使已經(jīng)電子化，但是仍然沒有信息化。隨著開放實驗課程的增加和參與教師及學(xué)生數(shù)量的增多，再加上開放力度的加大，人工管理模式已經(jīng)凸顯出很多問題：效率低，出錯率高。這給開放實驗教學(xué)管理教師增加了很大的工作過量，然而學(xué)生卻并不能及時準(zhǔn)確的了解開放實驗項目相關(guān)信息并進行對應(yīng)的開放實驗項目。

（2）開放實驗的普及率低，學(xué)生受益率低。

開放實驗的終極目標(biāo)是利用現(xiàn)有實驗資源提升專業(yè)實驗的教學(xué)效果，最大化利用現(xiàn)有資源，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力的學(xué)生。只有讓盡可能多的學(xué)生參與進來，有效利用現(xiàn)有資源和各種零散時間，才能提升學(xué)生受益率，以進一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力。

（3）教師依然是開放實驗的主體，而學(xué)生是仍是被動參與。

現(xiàn)有的開放實驗中，教師依然是教學(xué)的主體，教師設(shè)置開放實驗時間、設(shè)置開放實驗內(nèi)容，學(xué)生仍然是被動參與，這樣就難以激發(fā)學(xué)生的積極性，更談不上創(chuàng)新意識。

開放實驗教學(xué)是教學(xué)過程中至關(guān)重要的教學(xué)環(huán)節(jié)，特別是理工科教學(xué)，為了解決開放實驗教學(xué)現(xiàn)階段存在的問題，建設(shè)高效、開放的實驗教學(xué)平臺和管理模式勢在必行。

我們提出并搭建了一個面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放實驗資源型網(wǎng)絡(luò)教學(xué)管理平臺，將其融入到開放實驗教學(xué)中并可用于實現(xiàn)遠程教學(xué)。這一做法降低了實驗室建設(shè)成本，同時突破了傳統(tǒng)教學(xué)模式受時間、地點和實驗設(shè)備等的限制，大大提高了開放實驗教學(xué)效果。

3 ?面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺? ? （Open experimental network teaching platform? ? ?for cultivating innovative ability）

按照高等院校計算機類專業(yè)工程教育認證標(biāo)準(zhǔn)，圍繞計算機類專業(yè)科學(xué)研究能力、實踐創(chuàng)造能力和工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標(biāo)，我院結(jié)合基礎(chǔ)類、專業(yè)基礎(chǔ)類和專業(yè)類等不同類別實驗教學(xué)需求，依照信息技術(shù)平臺構(gòu)建技術(shù)規(guī)范，建設(shè)開放實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺體系，如圖1所示。

開放實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺提供一個統(tǒng)一的信息共享入口，允許教師、學(xué)生和管理員在家、學(xué)校或路上等任何地點，通過手機、電腦或平板等任何智能設(shè)備訪問。

平臺主要包含教師、學(xué)生和系統(tǒng)管理員三類角色，每一類角色對系統(tǒng)的要求都不同。平臺主要實現(xiàn)如下功能：管理和分析、實驗信息和教學(xué)資源建設(shè)、學(xué)生在線學(xué)習(xí)、測試和教學(xué)互動。

（1）管理和分析

這部分功能主要由系統(tǒng)管理員來操作，維護系統(tǒng)權(quán)限管理、系統(tǒng)角色、用戶信息，以及相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等，教師亦可查看統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。

（2）實驗信息和教學(xué)資源建設(shè)

這部分功能主要由教師來操作，負責(zé)開放實驗的教師發(fā)布和管理開放實驗內(nèi)容，管理平臺內(nèi)的教學(xué)資源。教學(xué)資源包括與開放實驗相關(guān)的知識材料。

（3）學(xué)生在線學(xué)習(xí)和測試

這部分功能主要由學(xué)生來操作，學(xué)生根據(jù)教師發(fā)布的開放實驗信息可以申請自己要做的開放實驗，學(xué)生可以根據(jù)學(xué)習(xí)資源在線學(xué)習(xí)和測試。學(xué)生的實驗過程是一步步推進的，并且每一步實驗行為都被記錄。

（4）教學(xué)互動

這部分功能允許教師和學(xué)生操作，主要提供師生交流和學(xué)習(xí)的平臺。

4 ?基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)環(huán)境的開放實驗教學(xué)模式? ? （Open experiments teaching mode in the web-? ? ?based autonomous learning environment）

基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)環(huán)境的開放實驗教學(xué)平臺為教師和學(xué)生的開放實驗提供一整套管理、學(xué)習(xí)、測評和分析的子系統(tǒng)，使教師和學(xué)生不是必須待在傳統(tǒng)計算機機房內(nèi)，而是允許學(xué)生在任何時間、地點和設(shè)備下進行實驗操作、保存實驗過程等。基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)環(huán)境的開放實驗教學(xué)模式如圖2所示。

4.1 ? 教學(xué)模式強調(diào)學(xué)生自主學(xué)習(xí)

學(xué)生進入開放實驗教學(xué)平臺后，可以根據(jù)教師發(fā)布的開放實驗選擇申請自己感興趣的項目，申請通過后可以查看開放實驗項目信息。當(dāng)學(xué)生對開放實驗項目有一定的認識后，可以對開放實驗項目進行學(xué)習(xí)和分析。學(xué)生可以利用平臺中的開放實驗教學(xué)資源進行學(xué)習(xí)，可在平臺中隨時根據(jù)自己學(xué)習(xí)的開放實驗的知識點進行測試，也可以到教學(xué)互動子模塊與教師和學(xué)生進行交流。每個學(xué)生可以在平臺中使用自己的學(xué)生虛擬實驗機，學(xué)生可以在自己的虛擬實驗機中完成整個開放實驗并留存過程。新的教學(xué)模式更能調(diào)動學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性[4]，學(xué)生在開放實驗中對知識不斷活化、遷移，進而激發(fā)創(chuàng)新的動機。

學(xué)生在開放實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺進行開放實驗的整個過程中，教師是全程在線的組織者、引導(dǎo)者和參與者，組織學(xué)生開展開放實驗，引導(dǎo)學(xué)生進行探究開放實驗，參與學(xué)生開放實驗的交流和創(chuàng)新。

4.2 ? 教學(xué)模式重視開放式考核評價

開放實驗已經(jīng)有別于傳統(tǒng)實驗?zāi)Ｊ剑瑢W(xué)生、實驗項目和實驗時間不再受限。但如果不在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進行開放實驗，教師仍然要組織學(xué)生在某些時間到某個地點進行實驗，考核方式也仍舊會根據(jù)學(xué)生出勤、實驗結(jié)果和實驗報告質(zhì)量等設(shè)置一定比例給出實驗成績，這種考核方式已經(jīng)不能全面客觀的評價學(xué)生的實驗過程。

基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)環(huán)境的開放實驗教學(xué)模式重視開放式考核評價，因為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺中可以動態(tài)記錄和跟蹤學(xué)生的申請、學(xué)習(xí)、測試、實驗、創(chuàng)新等信息和軌跡，并通過平臺的統(tǒng)計分析，可以使教師掌握學(xué)生在利用平臺進行開放實驗的過程中的學(xué)習(xí)情況，并由此進行動態(tài)考核評價。因此考核評價采取多種手段切實做到對教學(xué)全過程的質(zhì)量控制[5]，更加重視開放實驗過程及結(jié)果。

4.3 ? 教學(xué)模式遵循OBE工程教育模式

OBE（Outcome-Based Education，成果導(dǎo)向的教育模式）于20世紀80年代在美國興起，80年代到90年代，OBE在美國教育界是一個十分流行的術(shù)語[6]。在OBE理念下教師更關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)成效[7]，OBE強調(diào)解決四個問題[8]：（1）我們想讓學(xué)生取得的學(xué)習(xí)成果是什么？（2）我們?yōu)槭裁匆寣W(xué)生取得這樣的學(xué)習(xí)效果？（3）我們?nèi)绾斡行У貛椭鷮W(xué)生取得這些學(xué)習(xí)成果？（4）我們?nèi)绾沃缹W(xué)生已經(jīng)取得了這些學(xué)習(xí)成果？我國工程教育專業(yè)認證協(xié)會頒布的《工程教育認證標(biāo)準(zhǔn)（2014）》也充分體現(xiàn)了OBE理念，強調(diào)工程教育專業(yè)要實施成果導(dǎo)向教育。

基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)環(huán)境的開放實驗教學(xué)模式遵循OBE工程教育模式，教師開設(shè)的開放實驗以社會需求為導(dǎo)向，開放實驗課程教學(xué)目標(biāo)滿足計算機相關(guān)專業(yè)的畢業(yè)要求，而網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺可以動態(tài)追蹤學(xué)生開放實驗教學(xué)過程。因此按照工程認證理念，構(gòu)建學(xué)生社會需求→開放實驗項目→能力達成度→創(chuàng)新能力等信息反饋和持續(xù)改進機制，為教師開放實驗的教學(xué)過程的持續(xù)改進提供原始支撐數(shù)據(jù)，進而不斷促進學(xué)生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，順利實現(xiàn)從學(xué)校到社會的平穩(wěn)對接，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供良好的平臺[9]。

5 ?網(wǎng)絡(luò)化開放實驗教學(xué)模式取得的成效（Achievements? ? ?of network open experimental teaching model）

基于網(wǎng)絡(luò)自主環(huán)境下的開放實驗教學(xué)模式在我院計算機相關(guān)專業(yè)實施以來，初步取得了一些成效：

（1）構(gòu)建了基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)環(huán)境的開放實驗教學(xué)平臺。

基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)環(huán)境的開放實驗教學(xué)平臺的構(gòu)建使得參與開放實驗的學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)、創(chuàng)新教育實踐提升了創(chuàng)新能力和實踐能力。在計算機專業(yè)相關(guān)競賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中都取得了一定的成績。

（2）促使了學(xué)生優(yōu)化學(xué)習(xí)行為。

參與開放實驗的學(xué)生從原來的接受式學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽灾鲗W(xué)習(xí)的研究性學(xué)習(xí)，從而促使了學(xué)生實踐能力、學(xué)習(xí)能力有較大的提高，使學(xué)生逐步形成了主動學(xué)習(xí)、主動發(fā)展的精神，不斷提高了觀察問題解決問題的水平。

（3）廣大實驗教師在教學(xué)模式改革的驅(qū)動下轉(zhuǎn)變了教學(xué)觀念。

參與開放實驗的實驗教師優(yōu)化了實驗教學(xué)方法，帶動了學(xué)科深化實驗教學(xué)改革，把傳統(tǒng)的“教師教，學(xué)生學(xué)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤敖處熞龑?dǎo)，學(xué)生自主學(xué)習(xí)”[10]。

6 ? 結(jié)論（Conclusion）

實驗教學(xué)是高等學(xué)校人才培養(yǎng)的重要組成部分[11]，作為實驗教學(xué)重點的開放實驗教學(xué)越來越受到重視，而利用現(xiàn)代教育技術(shù)成為每一位任課教師改革創(chuàng)新開放實驗教學(xué)模式的首選途徑。開放實驗網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺不能僅僅是教學(xué)資源的簡單堆砌，而應(yīng)該遵循教學(xué)過程的規(guī)律進行科學(xué)安排和管理，既要包括教學(xué)過程，又要包括評價過程，在同一平臺上通過“學(xué)”與“評”相結(jié)合來促進學(xué)生對自主學(xué)習(xí)內(nèi)容的掌握[12]。基于網(wǎng)絡(luò)自主環(huán)境下的開放實驗教學(xué)模式的構(gòu)建是一個系統(tǒng)工程，在改革和探索的過程中，我們做了一些嘗試和努力，充分調(diào)動學(xué)生的積極性和主動性，讓學(xué)生積極主動完成實驗項目，在“做中學(xué)”，激發(fā)了學(xué)生的自主創(chuàng)新精神，實現(xiàn)了學(xué)生自主創(chuàng)新能力的拓展[13]，取得了初步成效，但仍存在很多改進的空間，這些還需要我們不斷探索和研究。

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作者簡介：

付曉琳（1982-），女，碩士，實驗師.研究領(lǐng)域：人工智能及其應(yīng)用，計算機教育.

湯 ?淼（1978-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：軟件工程.

劉 ?鋼（1972-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：人工智能及其應(yīng)用，計算機教育.

張麗杰（1981-），女，碩士，實驗師.研究領(lǐng)域：軟件工程.