基于慕課平臺的 虛擬實驗平臺的研究與設計

楊愛民 夏文峰 楊舒嬡

摘要：本文提出了基于慕課平臺的計算機語言類虛擬實驗平臺的研究與設計思想，即將現(xiàn)有的各類計算機語言實驗系統(tǒng)通過中間庫接口，與慕課平臺對接，將學生實驗環(huán)節(jié)融入慕課平臺，從而實現(xiàn)理論與實踐的一體化客觀評價。

關(guān)鍵詞：慕課平臺;虛擬實驗;中間庫

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）12-0097-03

● 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種網(wǎng)絡教學平臺層出不窮，如各級別的慕課平臺、雨課平臺、金課平臺等，這些平臺為學生提供了視頻、動畫、練習、答疑、測試等眾多的功能，也為不同高校之間的教學提供了資源共享。但是，目前大多數(shù)的慕課平臺普遍缺少基于慕課平臺環(huán)境的虛擬實驗系統(tǒng)，特別是工科類課程的虛擬實驗系統(tǒng)，無法將這類課程的實踐環(huán)節(jié)納入到慕課平臺整體考核范疇，這是當前各類慕課教學平臺共同面臨的一個問題。這主要是由各類工科課程實驗的復雜性及各課程實驗環(huán)境的獨立性所決定的[1]，慕課平臺想把所有的實驗環(huán)境都統(tǒng)一到平臺中，顯然不大現(xiàn)實，那么，是否可以通過中間層接口將慕課平臺與各課程實驗平臺連接起來，實現(xiàn)理論與實踐的統(tǒng)一考評呢？這正是本文研究的問題。

本文研究的是基于慕課平臺，設計一款計算機語言類的虛擬實驗平臺，將計算機語言類的實踐環(huán)節(jié)納入慕課平臺整體考核范疇，這樣，學生進行語言類的實驗就完全可以脫離實驗室環(huán)境，也無需任課教師親臨輔導，只要通過慕課平臺進入到虛擬實驗系統(tǒng)即可，系統(tǒng)對學生實驗結(jié)果進行智能化評測，并將成績統(tǒng)計并反饋到慕課平臺，這不僅減輕了傳統(tǒng)實驗方式下因輔導教師及實驗資源不足造成的壓力，而且使得學生的課程實驗不受地域空間和時間的限制。[2]另外，在新冠疫情期間，學生可以照常進行實驗，教師也能保證實驗教學的正常進行，從而真正實現(xiàn)理論與實踐相結(jié)合。

● 研究思路與方法

1.研究思路

本文的研究基本思路是將已有的自主開發(fā)的計算機語言類課程的實驗系統(tǒng)進行整合并完善，形成一個完整的語言類網(wǎng)上虛擬實驗平臺，并與浙江省高等學校在線開放課程共享平臺、寧波慕課平臺等相關(guān)慕課平臺對接，構(gòu)建基于慕課環(huán)境的計算機語言類課程虛擬實驗平臺，進而實現(xiàn)在慕課環(huán)境下將理論與實踐考核融于一體，真正實現(xiàn)網(wǎng)絡教學一體化的功能。

傳統(tǒng)計算機類課程的實驗安排一般比較單一，主要是任課教師根據(jù)講課的內(nèi)容設置一些實驗項目，但一個班的學生實驗人數(shù)往往有幾十人，教師想在一節(jié)課中把所有學生的問題都解決，顯然是不現(xiàn)實的。此外，某些固定模式的實驗題目，容易導致學生之間相互參考，這樣學生很快就會做完，剩余時間無事可做，甚至出現(xiàn)打游戲等情況，而且在傳統(tǒng)實驗課中，教師需要為學生考勤、批改作業(yè)、統(tǒng)計成績等，這些都要耗費大量時間，導致課后輔導時間比較少，無法培養(yǎng)學生的實踐能力。[3]而智能化的虛擬實驗平臺，提供了可供多種語言程序類課程使用的提交系統(tǒng)，以及數(shù)據(jù)庫測試、仿真用例系統(tǒng)，適合于大多數(shù)的語言類課程，虛擬實驗平臺可以根據(jù)學生對所學知識的掌握程度按照游戲化進階模式隨機出題、即時評判，不需人工干預，對完成速度與質(zhì)量都好的學生，系統(tǒng)會給予獎勵，具體獎勵策略是引入了一些類似游戲的獎勵機制，如每做對一道題能夠得到一定數(shù)目的金幣，用這些金幣可以換取積分卡、提示卡等特殊功能卡，這不僅提高了學生主動參與實驗的積極性，而且每完成一道實驗題目，學生都會有一種成就感。[4]在系統(tǒng)的教師端還提供了學生學習情況分析、上機實驗、實驗報告、討論報告的智能評判、成績統(tǒng)計、成績單生成等功能，此外還可以自動考勤，記錄遲到、早退、曠課以及抄襲別人答案等，實現(xiàn)了智能化的管理。該系統(tǒng)也為任課教師節(jié)省了大量的時間，避免了許多重復性的工作。

圖1是自主研發(fā)的虛擬實驗平臺與慕課平臺對接的結(jié)構(gòu)圖，由圖1可以看出，對接后的平臺系統(tǒng)不僅可以發(fā)揮原有慕課環(huán)境下的視頻、動畫、作業(yè)、測試、考試、答疑、討論等強大的在線學習功能，而且還融入了虛擬實驗平臺提供的網(wǎng)上實驗、進階訓練、仿真用例、項目設計、實驗報告、討論報告等實踐環(huán)節(jié)的考核功能，最終實現(xiàn)“教學立體化，考核一體化”的綜合平臺功能。

2.研究方法

（1）調(diào)查法

本文通過對目前使用中國MOOC、浙江省高等學校在線開放課程共享平臺、寧波市高校慕課聯(lián)盟等慕課平臺以及自主研發(fā)的網(wǎng)上實驗系統(tǒng)等的幾屆學生及教師的問卷調(diào)查，得出了一手的實例數(shù)據(jù)，依據(jù)多數(shù)學生認知推理與操作習慣，總結(jié)完善現(xiàn)有的實踐系統(tǒng)，并通過研究各慕課平臺的實際情況，總結(jié)出最合適的對接方案。

（2）文獻研究法

本文研究的課題參閱了大量的國內(nèi)外文獻資料，了解國內(nèi)外研究動態(tài)，特別是肯定了在慕課環(huán)境下開發(fā)虛擬實驗平臺的必要性，汲取了同類系統(tǒng)開發(fā)的一些寶貴經(jīng)驗，為課題的順利進行打下理論基礎。

（3）實證研究法

筆者通過學生的使用與教師的考評，對現(xiàn)有系統(tǒng)做了大量改進，以游戲化、進階制的形式智能化地對學生實驗進行評判。課程還借助智能化網(wǎng)上實驗系統(tǒng)提供的自動評價體系，將學生的上機實驗整個過程按照學生實踐提交過程速度、實驗報告態(tài)度、進階狀況進行智能化評定，得出學生的實驗分數(shù)，再將該成績與考勤、實驗報告、討論報告、大作業(yè)融為一體，期末由系統(tǒng)自動生成一張學生分項成績單，并可導出為Excel表格，直接上報教務。此外，學生隨時可以上網(wǎng)查詢自己的得分情況，充分體現(xiàn)了評價體系的即時性與客觀性。大量的實證，驗證了系統(tǒng)的可行性與可靠性，為整合慕課平臺下的虛擬實驗平臺提供了實踐依據(jù)。

● 與慕課平臺對接技術(shù)

本文研究的核心問題是如何將虛擬實驗平臺與現(xiàn)有慕課平臺對接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享及考核一體化。由于慕課平臺適合于大多數(shù)的常規(guī)性理論課程，平臺為這些課程提供必要的視頻、在線講座、練習、考試等功能，而工科類課程因科目不同，實驗環(huán)境也不盡相同。[5]

因此，本文提出了如下頁圖2所示的虛擬實驗平臺與現(xiàn)有慕課平臺對接方案，慕課平臺可以設定中間庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標準，如字段名稱、類型長度以及數(shù)據(jù)庫的接口方式等，為用戶提供實踐環(huán)節(jié)的考核成績。在課程結(jié)束后，可由任課教師將虛擬實驗平臺的考核數(shù)據(jù)傳至中間庫，并通過中間庫傳至慕課平臺原有數(shù)據(jù)庫，然后在平臺的統(tǒng)計庫中納入實踐環(huán)節(jié)的成績項，即將慕課平臺原有的理論考核部分與新傳過來的實踐部分納入統(tǒng)一考核體系，最后形成一張成績單。這些工作均可由任課教師完成，屆時在慕課平臺所開的課程處，建立一個與虛擬實驗平臺的鏈接，即可將兩個平臺連成一體，這種方式是虛擬實驗平臺融入慕課平臺代價最小的方案，而且基本不用改變原有慕課平臺的結(jié)構(gòu)，同時，也可實現(xiàn)統(tǒng)一管理、資源共享。

本研究的創(chuàng)新性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

①理論與實踐客觀評價一體化。本案例最終可掛載到各慕課平臺上，將學生的理論學習與實踐考核融為一體，實現(xiàn)與慕課平臺資源共享即理論與實踐的一體化客觀評價，從而解決現(xiàn)有慕課平臺針對工科類課程實驗環(huán)境缺乏統(tǒng)一客觀評價的問題。這可為其他工科的實驗體系與慕課平臺對接提供技術(shù)參考。

②數(shù)據(jù)庫用例通用性。案例可以通過接口程序，與目前市場上流行的主流數(shù)據(jù)庫對接，實現(xiàn)了對主流數(shù)據(jù)庫的測試、SQL訪問，用例自動生成等相關(guān)的實驗操作，具備了數(shù)據(jù)庫用例的通用性。

③智能化、游戲化運行機制。本案例通過運用算法模型，設計語義知識庫及表與字段的模型庫，智能化地與應用案例數(shù)據(jù)庫進行匹配。針對學生提交的答案，采用了游戲化的運行機制，即任務化、進階化的實驗模式，學生每進一階，均有一定的“金幣”獎勵，這大大刺激了學生的做題欲望，提高了實驗興趣，也減輕了教師的工作量。

● 結(jié)論

本文提出的以改造成本最小的方式即中間庫的方式，實現(xiàn)慕課平臺與虛擬實驗平臺的對接，彌補了原有慕課平臺因?qū)嵺`環(huán)節(jié)不足而帶來的考評缺陷。如果這種方式得以實現(xiàn)，即可將大量已有的工科類實踐系統(tǒng)納入到慕課平臺管理的范疇，這不僅減少了各高校對實驗室經(jīng)費的投入，還解決了線下輔導學生實驗師資不足的問題。同時“教學立體化，考核一體化”的慕課平臺將使學生和教師不再拘泥于各自高校的實驗環(huán)境，而是開啟了“全時區(qū)，全方位”的立體化教學模式，實現(xiàn)理論與實踐資源共享。

參考文獻：

[1]劉夢嬌.我國慕課平臺實驗類課程開設現(xiàn)狀統(tǒng)計分析[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2020（21）：62-64.

[2][3]劉萍萍，陸兆攀，劉白林.慕課環(huán)境下虛擬實驗室建設研究[J].價值工程，2017，36（09）：191-193.

[4]楊愛民，吳俊萍.新工科背景下的高校實踐教學體系改革思路探討[J].中國信息技術(shù)教育，2019（10）：110-112.

[5]張揚.基于慕課的實驗教學模型設計[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（14）：32-35.

基金項目：“基于慕課環(huán)境下的計算機語言類課程虛擬實驗平臺的研究與設計”，市教科規(guī)劃（2021YGHZX-YB06）。