“互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態研究

原曉楠 劉 曄 李瑞程 孫曉華

(西安交通大學 電工電子教學實驗中心,西安 710049)

高等教育是社會和經濟發展的活力源泉,高等教育發展水平是一個國家發展水平和發展潛力的重要標志。中國社會形態已經步入信息化時代,“互聯網+”時代也隨著“互聯網+”在國家經濟頂層設計的納入正式到來,在高等教育內涵發展的戰略背景下,“互聯網+”時代教育教學正在發生深刻變革,當前變革與未來發展都對高等教育行業提出了新的要求,創新教育和創新人才培養已經成為高等教育行業的重要發展方向,高等教育行業課程改革需要積極應對社會變革,及時做出敏銳反應[1-2]。

實驗教學作為高等教育的重要組成部分,是新工科人才培養的關鍵環節,是理論知識與實驗技能、實踐創新緊密結合的有效途徑,是培養學生學以致用、通過科學方法落實動手能力、進行改革創新的重要環節,也是社會評價高校人才培養效果的重要指標[3-4]。育人目標正在更新,變革勢在必行,面對“互聯網+”時代帶來的新機遇新挑戰,在“互聯網+”的時代背景下開展對實踐育人體系新形態的研究具有重要意義。

1 研究背景

1.1 基礎實驗教學體系現狀

目前我國大部分高校擁有成熟的實驗教學體系和改革發展目標,在實驗設備更新完善、實驗室智能管理和新媒體技術的應用等方面取得了諸多成果,但是現有的基礎實驗教學體系中,傳統實驗教學模式依然占據主導地位[5]。從教學內容上來看,實驗課程體系中的教學內容受到多重因素的制約未能進行更新與拓展,已經難以與科學發展和社會需求匹配;從教學方式上來看,實驗教學受到多方面條件限制,依然停留在“教師講實驗、學生做實驗”,通過基礎驗證實驗及部分綜合實驗完成實驗環節[6-7];從人才培養方面來看,基本停留在基礎實驗技能的培養,鞏固理論知識的層面,無法深入實現對學生的個性化培養、研究性學習和創新力培養;從實驗效果的評價上來看,依然停留在基礎實驗操作和實驗報告的數據分析與總結層面,基本依靠量化的數字性考察,弱化了過程性考察,無法真實反映實驗教學體系下創新型人才的培養效果。

1.2 基礎實驗教學體系發展趨勢

縱觀國內外實驗教學體系的發展,在教育信息化潮流中,基礎實驗教學模式經歷了CAI課件、專題學習網站、教學資源庫等不同階段,隨著“互聯網+”時代的到來,混合學習和移動學習日益盛行,各門課程都已經漸漸在“微課建設”“虛擬仿真”這個領域進行探索。

在“互聯網+”時代,基礎實驗教學需要樹立“以學生為中心,教師為引導”的實驗教學改革理念,依托“互聯網+”,積極探索多元化實驗培養新模式,注重學生個性化培養,加強鍛煉本科生的實踐能力、創新能力和科研能力,體現教學內容多樣化、教學手段多元化和互動教學多維化原則[8-9],共享優質教育資源,形成人人皆學、處處能學、時時可學的泛在化學習新環境,形成多元協同、內容豐富、應用廣泛的實驗教學新方法,開創高校基礎實驗教學體系新形態。

1.3 研究理念

“互聯網+”的基礎實驗教學應該鼓勵根據學科與課程特點等積極開展多元化的課程教學,有效利用跨界資源,讓教師打破傳統實驗教學的理念束縛,讓學生在實驗中有更多的學習體驗,采用項目化學習、自主個性化學習等,以生態視野重新審視基礎實驗教學內容及其組織形態。“互聯網+”時代,教育教學的組織形態更加傾向于個性、體驗、多元、交叉的特征,從而充分拓展教育的空間與機會。

本文研究的核心理念導圖如圖1所示。

圖1 本文研究核心理念

2 研究方法

本文研究的方法路線如圖2所示,文獻研究法與經驗總結法相結合進行“互聯網+”時代基礎實驗教學體系的“新要求”和“舊問題”的分析總結,對比研究法與行動研究法相結合進行“互聯網+”時代下基礎實驗教學體系新形態的探索與實踐,最后通過問卷調查法對論文的研究效果進行分析總結,有效保障研究效果。

2.1 “互聯網+”時代基礎實驗教學體系新要求

通過文獻研究可以發現,“互聯網+”通過互聯網與傳統產業進行聯合和深入融合[10],在“互聯網+”現象的啟示下,高等教育教學也有了新的變化,對高級人才所應具備的專業知識、能力和綜合素質提出了更高的要求,從而對高等學校高素質人才培養所包含的知識體系構建、教育教學方法創新、科研資源轉化等提出了諸多亟需改革的新任務。這其中的重中之重,在于新形勢下如何重構基礎實驗教學體系,以適應行業重大變化的新需求。

2.2 重置實驗教學體系,推進創新人才培養

采用對比研究法將傳統基礎實驗教學體系的構成要素及其特點與新工科人才培養中工程教育認證中的人才培養指標進行對比,對比結果如表1所示。面向工程教育實驗教學要求指標,實驗課程需要在原有教學要求上進行優化,對照工程教育實驗教學要求指標及現有實驗課程對學生實驗技能訓練的基本要求,如表2所示,進行實驗課程教學基本要求修訂。

表1 基礎實驗教學體系對比分析研究

表2 實驗課程教學基本要求修訂

3 基礎實驗教學體系新形態探索

基于修訂的實驗課程教學基本要求,本文進行了基礎實驗教學體系新形態的構建,如圖3所示,形成了“層次化教學內容、多元化教學模式、多平臺交叉融合和多維度教學評價”四位一體的基礎實驗教學體系的新形態。

圖3 “互聯網+”四位一體基礎實驗教學體系新形態

3.1 基礎實驗教學體系教學內容研究

以人才培養為核心,突出實驗教學基礎技能、思維能力、創意設計及創新能力的訓練,將基礎實驗教學內容設置為四個層次:基礎驗證性實驗、綜合提高性實驗、創意設計訓練和創新設計訓練。

1) 通過混合教育范式彌合理論與實踐的斷層

通過混合研究范式轉型來構建“互聯網+教育”的理論體系、組織模式與實踐策略,促進其可持續發展。基于彌合理論與實踐斷層的目的,第一層次基礎驗證性實驗旨在培養學生實驗操作、現象觀察和總結記錄等基礎實驗能力,通過實驗目的與原理的理解、規范的實驗操作與經典的技能訓練,能夠更好地進行理論與實踐的連接,在提高學生實驗認知的同時促進對理論知識的理解。

2) 重視創意創新意識培養在實踐教學的體現

第二層次綜合提高性實驗讓學生通過基礎實驗技能積累后進一步進行綜合性的實驗題目,鞏固實驗技能及理論知識,培養學生發現問題、分析問題、解決問題及總結概括的能力,強調學生綜合能力和綜合素質的提高。第三層次創意設計訓練要求學生在掌握專業實驗技能和理解專業理論知識的基礎上,以小組為單位自行選擇題目,加入自己的創意想法,獨立完成創意設計。

3) 開展創新項目驅動實驗教學綜合效能評估

基于實驗教學綜合效能評估的目的,第四層次創新設計訓練要求學生以小組為單位自行選擇設計具有創新性的項目,該層次的訓練將實驗拓展至大學生創新項目申報和大學生各類科學競賽中,達到“賽中學、學中用”的效果。通過系統化、有層次的實驗技能訓練,培養學生操作能力、思維能力、創新意識和創新能力。

3.2 基礎實驗教學體系教學模式研究

1) “線上+線下”實驗,全面加強實驗能力

“互聯網+”時代誕生了多種多樣的學習資源,以培養學生綜合設計和創新能力為出發點,建設和應用高水平軟件共享虛擬實驗教學資源,從實驗方法入手,引導學生利用虛擬實驗平臺進行實驗仿真,使得學生可以在不受學習環境限制的條件下進行“線上”實驗仿真學習,學生可根據自身差異,自由選擇仿真內容,帶著基礎進課堂,課前“線上”實驗配合課堂“線下”實際操作實驗,多種實驗方式相結合,全面加強實驗能力,鞏固理論知識。

2) 豐富教學資源,多元化教學模式

以新媒體技術為輔助,以目前的文字教材為基礎,進一步搜集整理實驗教學素材對教學資源進行擴充,采用更加生動的“實驗微課”模式將實驗教學的相關內容進行展示。“實驗微課”資源和虛擬仿真資源相結合[11],使得教學模式得以多元化,一改以往“教師準備、學生實驗”的做法,使得學生擁有更多的實驗學習資源,進一步提高實驗課程的教學效果。

3) “小組開放性訓練”,突出個性化培養

在教學過程中以學生的實際需求為出發點,進行以學生為中心的參與式教學和翻轉式課堂教學,以“小組開放性訓練”的模式活躍實驗教學氛圍,讓學生成為學習的主體,鼓勵學生更加主動積極地參與實驗教學。在實驗教學內容的第三層次與第四層次中將學生分組,通過項目式實踐實現拓展課堂,在教師指導下學生可以自選項目并通過團隊合作自主進行項目的實施,最終以答辯及項目總結報告的方式展示成果。

3.3 基礎實驗教學體系教學平臺研究

1) 以基礎實驗教學平臺為根基

根據實驗特點與培養目標,構建學科基礎實驗教學平臺,滿足基礎教學任務需求,著重于培養學生基礎實驗技能,如圖4所示。

圖4 基礎實驗教學平臺

2) 以“互聯網+”在線學習平臺為輔助

依托“互聯網+”,結合多種教學資源及教學輔助工具,形成了集騰訊課堂線上課堂、“思源學堂”、QQ遠程答疑交流、微信班委交流、百度網盤資料共享于一體的在線學習平臺,如圖5所示,使實驗教學內容克服課程體系時間和空間的束縛。

圖5 “互聯網+”在線學習平臺

3) 以創意創新設計訓練平臺為拓展基礎實驗教學體系新形態以創意創新設計訓練平臺為拓展,通過平臺讓學生及時掌握現代技術和發展前沿,設計創新性實驗項目要求學生將基礎實驗技能、理論知識與專業學習背景相結合,融入創意創新想法,以小組為單位自主進行項目的設計與實現。以培養學生科學實驗能力和創新能力為出發點,建設創意創新設計訓練平臺,進行實驗的拓展與延伸,平臺設計思路如圖6所示。

圖6 創意創新設計訓練平臺設計思路

3.4 基礎實驗教學體系教學評價研究

結合“互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態中所研究的教學內容、教學模式及教學平臺,管控結合,進行多維度教學評價設計,從而保障“互聯網+”背景下基礎實驗教學體系新形態的實施效果,具體的多維度評價體系如表3所示。

表3 實驗課程教學基本要求修訂

將教學評價融入于預習環節、實驗過程、拓展訓練等方面,從預習測驗、實驗操作、故障分析與解決、項目的選擇與設計、實驗的總結與概括、自主表達與答辯、團隊協作等多個維度將理論教學與實踐教學有效“鏈接”起來,有效杜絕以實驗報告情況評價實驗效果的片面性。

對于實驗教學效果的評價也可以實現線下與線上的并聯,通過監控學生自主學習視頻課程情況、虛擬仿真實驗程度,把控學生的個性化學習情況,進一步增強學生的實驗技能和自主學習能力,深化基礎實驗教學的個性化培養目標,培養學生養成良好的實驗習慣,正確引導學生學習觀。

按照實驗教學體系新形態的設計,課內與課外相結合,通過對創意創新設計項目中學生的思維能力、創新意識、團隊協作能力與課內基礎實驗技能進行“串聯”評價,激發學生的科研興趣和主觀能動性,推動學生對于科學研究方法的掌握和科研寫作能力的提升,深入保障新形態下學生創新力的培養效果。

4 基礎實驗教學體系新形態實踐

本文以西安交通大學電工電子教學實驗中心為依托,在西安交通大學非電類工科部分專業進行了基礎實驗教學體系新形態的具體實踐。同時,團隊充分利用電工學研究會學術年會、電工電子課程報告論壇和高等學校電工電子課程教師暑期研究培訓班等多種場合通過大會報告、學術交流、來訪交流、培訓講座等方式對“互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態的研究進行了探討與推廣研究。

最后,采用問卷調查法對“互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態的實踐效果與推廣效果進行了調查研究。課題組面向全國多所高等學校理工科教學一線的教師發放了調查問卷共計80份,收回有效問卷共計74份,通過問卷調查結果統計分析發現,如圖7所示,有79.73%的教師認為課題所研究的“互聯網+”實驗教學體系新形態非常有意義,有64.86%的教師認為課題所形成的實驗教學體系新形態非常具有創新性,有67.57%的教師覺得課題的研究成果對其教學工作非常有借鑒意義。

圖7 “互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態研究效果調查分析1

課題組面向參與“互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態具體實踐的350名不同理工科專業的學生發放了調查問卷共計350份,收到有效問卷共計336份,通過問卷調查結果統計分析發現,如圖8所示,有89.59%的學生認為課題所研究新形態中實驗教學內容從基礎、綜合到創意創新設計對其實踐能力提升有幫助,有86.61%的學生認為相比傳統實驗教學,現行的“線上+線下”“小組開放訓練”等多元化教學模式作用大,有92.26%的學生認為在新推行的實驗教學體系中自己的創新能力得到了提高,并且對于新型教學體系的實踐學生的滿意度為97.62%。

圖8 “互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態研究效果調查分析2

5 結語

“互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態的研究,從根本意義上來講是以高等學校基礎實驗教學為研究對象的課題研究,其最重要的面向對象是學生與教師,學生對于實驗課程的滿意程度及具體體會是衡量課題研究效果的重要指標,從調查問卷分析結果可以看出,基礎實驗教學體系新形態的研究理念具有積極的創新意義,對于學生實踐能力的提升方面得到了近乎100%的認可,從基礎層面上來講,課題研究的基本意義得到實現。

高等教育教學改革研究是互聯互通、可具借鑒性的,“互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態的研究,已經在西安交通大學電工電子技術課程體系中進行了具體實踐,也逐漸在全國電工電子技術課程范圍內進行推廣應用,隨著時代潮流的不斷推進和人才培養要求的不斷發展,“互聯網+”時代基礎實驗教學體系新形態必將繼續完善,以期深入實現培養面向國家需求的創新型人才的目標。