云端實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剿伎寂c探索

魏忠

疫情期間，一般的學(xué)校均采用了云端直播或者“錄播+課程平臺(tái)”的復(fù)課模式，對(duì)于實(shí)驗(yàn)課程和實(shí)踐課程采用停課等待復(fù)課以后補(bǔ)課的模式。這種模式對(duì)于有些理實(shí)一體的課程以及理論實(shí)踐交叉理解的課程非常不利，更重要的是這種對(duì)多年形成的教育經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知的解構(gòu)并不利于全面人才的培養(yǎng)。

通過對(duì)數(shù)十個(gè)雙一流學(xué)科和大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心充分利用各種“智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)”，實(shí)現(xiàn)科研與教學(xué)一體化的專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的觀察，筆者總結(jié)了云端實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剑J(rèn)為其適合部分財(cái)經(jīng)、醫(yī)學(xué)、電子、IT學(xué)科，而對(duì)于有些學(xué)科可以作為借鑒，有待信息化更加發(fā)展后逐步貼近。

● 實(shí)驗(yàn)教學(xué)認(rèn)知模式與方法

講習(xí)與授課：理實(shí)一體課程也好，純粹實(shí)踐課程也好，理論講解、注意事項(xiàng)、實(shí)驗(yàn)步驟等必須以講習(xí)與授課方式穿插在實(shí)驗(yàn)過程中，這一點(diǎn)與理論課看似沒有什么不同，實(shí)際還是有區(qū)別的，最大的區(qū)別在于考試與反饋機(jī)制。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)課程的反饋與考試需要形成“刺激—反應(yīng)”模式，純粹的課程反饋模式為“刺激—思考—反應(yīng)”模式，因此實(shí)驗(yàn)課程需要的配套的教學(xué)平臺(tái)應(yīng)該具備及時(shí)測(cè)驗(yàn)、及時(shí)考試、視頻考試等更加隨堂的模式，而在云端教育可以比實(shí)驗(yàn)室更加注重這方面的考核。

實(shí)驗(yàn)示范：微課最初的起源和最重要的作用來(lái)源于實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的微課模式不僅不會(huì)有理論教學(xué)的碎片化負(fù)面作用，反而會(huì)促使實(shí)驗(yàn)示范與動(dòng)手交替短周期實(shí)踐形成頭腦和肌肉記憶力的強(qiáng)鏈接。

實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入考試與評(píng)價(jià)：對(duì)于實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性和安全的考慮，很多實(shí)驗(yàn)需要具備實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)入的環(huán)節(jié)。

動(dòng)作分解訓(xùn)練：即使沒有現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的特殊工具的支持，動(dòng)作分解訓(xùn)練也基本上能夠照常進(jìn)行，多次重復(fù)的動(dòng)作分解有利于形成學(xué)生條件反射的實(shí)驗(yàn)動(dòng)作，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)室中教師也未必允許學(xué)生直接使用真實(shí)的實(shí)驗(yàn)工具，因此云端實(shí)驗(yàn)這個(gè)環(huán)節(jié)照樣能夠進(jìn)行。

虛擬教學(xué)：人的眼睛是將二維疊加成三維的圖像形成認(rèn)知印象，理論教學(xué)從文字還原成頭腦中的實(shí)際場(chǎng)景會(huì)有很大缺失。而無(wú)論是視頻圖像還是動(dòng)畫分解，都能將不可見的、危險(xiǎn)的、費(fèi)用高的實(shí)驗(yàn)變成流程化和可視的片段，再通過高度還原真實(shí)實(shí)驗(yàn)的虛擬教學(xué)系統(tǒng)反饋，達(dá)到學(xué)生的驗(yàn)證型認(rèn)知循環(huán)。

仿真教學(xué)：仿真教學(xué)比虛擬教學(xué)更深入一步，眼睛看不到的多維的信息與學(xué)生眼睛看到的角度同時(shí)進(jìn)行，通過學(xué)生多次重復(fù)和多角度觀察與真實(shí)實(shí)驗(yàn)一致的過程，完成綜合性而不僅僅是驗(yàn)證的認(rèn)知循環(huán)。

模擬實(shí)驗(yàn)：比仿真更深入一步的是對(duì)實(shí)驗(yàn)后果變量進(jìn)行全邏輯的還原，甚至對(duì)未知的情況也能通過數(shù)字與數(shù)據(jù)的組合得到結(jié)論。模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)源于科學(xué)研究方法，可以部分用在創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)中。

遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)：將現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的真實(shí)儀器設(shè)備、計(jì)算條件、軟件硬件通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程接入，通過真實(shí)的實(shí)驗(yàn)反饋，在保證安全的情況下，已經(jīng)具與有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)基本一致的實(shí)驗(yàn)條件，并不是所有的實(shí)驗(yàn)都支持遠(yuǎn)程，然而很多科研實(shí)驗(yàn)、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，今后有可能成為主流。

沉浸教學(xué)：將遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)與各種數(shù)字孿生的技術(shù)，如虛擬、仿真、模擬、監(jiān)控結(jié)合起來(lái)，超越遠(yuǎn)程，是一種高度混合現(xiàn)實(shí)的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

協(xié)作分組：是在一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)中以不同角色完成最終任務(wù)的學(xué)習(xí)方式，如果有網(wǎng)絡(luò)和云端等軟件工具支持（如利用實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)和實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)），效果會(huì)更好，記錄也更加完備。

角色競(jìng)合：多個(gè)小組同一角色的競(jìng)爭(zhēng)性學(xué)習(xí)與合作，是現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)中有經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)課教師經(jīng)常使用的方法，然而授課時(shí)間有限，該方法只能偶爾使用，而在云端實(shí)驗(yàn)可以得到極大的發(fā)揮。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：通過學(xué)生和教師對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫，考核學(xué)生掌握和靈活應(yīng)用的情況，無(wú)論是線上還是云端都是一個(gè)必需的選項(xiàng)，而云端可以更加方便地通過及時(shí)通信工具與學(xué)生反饋。

在線批閱：小學(xué)生作業(yè)模式與實(shí)驗(yàn)課模式在教師批閱上非常相似，都需要實(shí)驗(yàn)教師對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果、動(dòng)作、圖片等進(jìn)行紅線標(biāo)注和糾正，需要云端平臺(tái)提供合適的工具。

● 利用云端實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)復(fù)課三種主要模式

1.遠(yuǎn)程桌面方式

準(zhǔn)備：將學(xué)校已有的機(jī)房、基于PC的實(shí)驗(yàn)設(shè)備配置遠(yuǎn)程桌面訪問（mstsc）模式，統(tǒng)一進(jìn)行AD賬號(hào)管理，實(shí)現(xiàn)AD賬號(hào)動(dòng)態(tài)賬號(hào)接口。

排課：實(shí)驗(yàn)排課服務(wù)聯(lián)動(dòng)，將接口排入實(shí)驗(yàn)課，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程桌面訪問聯(lián)動(dòng)，到時(shí)間中斷訪問重置賬號(hào)。

上課：學(xué)生可以訪問平臺(tái)獲取動(dòng)態(tài)口令，通過學(xué)校VPN，連接機(jī)房與計(jì)算機(jī)開展遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)。教師可訪問教師機(jī)桌面與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)近似機(jī)房授課的效果。

2.虛擬桌面方式

準(zhǔn)備：將學(xué)校已有的虛擬桌面統(tǒng)一進(jìn)行AD賬號(hào)管理，配置虛擬機(jī)啟動(dòng)、關(guān)閉等接口（目前支持Powershell接口），啟動(dòng)需要訪問的虛擬桌面。

排課：實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)排課、預(yù)約服務(wù)聯(lián)動(dòng)，將接口排入實(shí)驗(yàn)課，設(shè)置可預(yù)約時(shí)段，實(shí)現(xiàn)虛擬桌面上課啟動(dòng)訪問、預(yù)約訪問，啟動(dòng)與關(guān)閉的聯(lián)動(dòng)。

上課：學(xué)生可通過課程平臺(tái)獲取訪問入口，通過學(xué)校VPN，直接訪問虛擬桌面開展遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)。教師可通過welink/cctalk/釘釘/小鵝通/ZOOM等方式分享桌面，與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)。

3.虛擬仿真方式

全國(guó)各高校陸續(xù)建立了自己的虛擬仿真項(xiàng)目，教師也積累了虛擬仿真課件，繼而可以通過魯班樓實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)完成實(shí)驗(yàn)課的分組、分批、排課，然后將虛擬仿真項(xiàng)目作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)約、開放、共享，以便記錄學(xué)生行為和進(jìn)行過程評(píng)價(jià)。

準(zhǔn)備：配置遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)?zāi)K，將需要訪問的虛擬仿真鏈接加入到配置項(xiàng)中。

上課：學(xué)生可通過訪問課程平臺(tái)獲取訪問入口，直接訪問各類虛擬仿真資源，如虛擬仿真課件、視頻資源、慕課資源、SPOC資源等。教師可通過welink/cctalk/釘釘/小鵝通/ZOOM等方式分享桌面，與學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)。

● 上海財(cái)經(jīng)大學(xué)金融實(shí)驗(yàn)課程云端實(shí)驗(yàn)復(fù)課案例

疫情期間，上海財(cái)經(jīng)大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心謝老師的一門遠(yuǎn)程課程，完成了虛擬機(jī)和遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)的翻轉(zhuǎn)課堂教改，比現(xiàn)實(shí)環(huán)境效果更好，總結(jié)如下。

1.開課前

實(shí)驗(yàn)排課。通過實(shí)驗(yàn)室智能管理平臺(tái)的排課，將課程所需的鏡像排進(jìn)課表，學(xué)生可以通過課表看到課程相關(guān)的鏡像資源。

作業(yè)布置。通過教學(xué)平臺(tái)布置實(shí)驗(yàn)作業(yè)，將所需的鏡像關(guān)聯(lián)到實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目與遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告，查看遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)資源。

2.開課中

教學(xué)互動(dòng)。教師通過實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)含的視頻會(huì)議系統(tǒng)，通過屏幕分享的方式和學(xué)生進(jìn)行互動(dòng)。

在線實(shí)驗(yàn)。學(xué)生通過課表直接查看并啟動(dòng)可用的虛擬桌面與應(yīng)用，在課程中進(jìn)行上機(jī)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以使用共享云存儲(chǔ)空間。

3.開課后

課后學(xué)生可以通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)或?qū)嶒?yàn)室智能管理平臺(tái)的入口，通過鏡像預(yù)約來(lái)完成作業(yè)。另外，學(xué)生可以通過客戶端和HTML5方式登錄操作，時(shí)間不夠可在線延時(shí)。

上海財(cái)經(jīng)大學(xué)實(shí)驗(yàn)中心通過前期剛剛驗(yàn)收投入使用的智能化實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，完成了課前實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、課中實(shí)驗(yàn)教學(xué)互動(dòng)、課后實(shí)驗(yàn)作業(yè)的完整閉環(huán)，這樣硬核的能力是值得總結(jié)和思考的。