基于網絡自主學習環(huán)境的開放實驗教學模式探索與實踐

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)需要的計算機相關專業(yè)應用型人才為立足點，構建面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放實驗網絡教學平臺，探索與實踐基于網絡自主環(huán)境下的專業(yè)開放實驗教學模式，促進高水平實驗教學活動的開展。設計開放實驗網絡教學平臺體系，實施“學生自主學習”“開放式考核評價”和“遵循OBE工程教育模式”的開放實驗教學模式。實踐證明，該模式有效提升了學生的自主學習能力，充分激發(fā)了學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。

關鍵詞：開放實驗;網絡化;自主學習;工程認證

中圖分類號：TP31 ? ? 文獻標識碼：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工程教育理念和質量工程建設[1]，高等學校已經認識到開放實驗在培養(yǎng)學生的科學思維、實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合素質方面的重要作用，逐漸加大了對開放實驗的投入。

“互聯(lián)網+”時代的到來使得信息化已成為國家戰(zhàn)略，信息技術對教育的革命性影響日趨明顯[2]。隨著開放實驗教學的開展，實驗教學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)開放實驗教學課程為主體內容的開放實驗網絡教學平臺，對開放實驗教學，以及通過開放實驗培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和綜合素質有著重要的作用。在網絡自主環(huán)境下進行開放實驗教學，不僅適于課堂教學及課后自學，也廣泛地適于開放實驗教學過程[3]。在網絡自主環(huán)境下能夠充分調動學生在開放實驗教學過程中的積極性，培養(yǎng)學生自主學習能力、團隊合作精神和實踐能力。

我院計算機與信息技術實驗教學是省級實驗教學示范中心，承擔全員計算機相關專業(yè)實驗課程教學工作。中心在分析開放實驗教學現狀和吸取現有各類實驗網絡教學平臺優(yōu)點的基礎上，構建面向創(chuàng)新能力培養(yǎng)的開放實驗網絡教學平臺，探索與實踐基于網絡自主環(huán)境下的專業(yè)開放實驗教學模式。

2 ?開放實驗教學現狀 （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”，在開放實驗教學的過程中，實驗的時間和實驗的內容都要求開放，這就要求實驗教學管理教師要設置相對靈活的實驗安排和更具創(chuàng)新性的實驗內容。然而現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生數量的增多，再加上開放力度的加大，人工管理模式已經凸顯出很多問題：效率低，出錯率高。這給開放實驗教學管理教師增加了很大的工作過量，然而學生卻并不能及時準確的了解開放實驗項目相關信息并進行對應的開放實驗項目。

（2）開放實驗的普及率低，學生受益率低。

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

（3）教師依然是開放實驗的主體，而學生是仍是被動參與。

現有的開放實驗中，教師依然是教學的主體，教師設置開放實驗時間、設置開放實驗內容，學生仍然是被動參與，這樣就難以激發(fā)學生的積極性，更談不上創(chuàng)新意識。

開放實驗教學是教學過程中至關重要的教學環(huán)節(jié)，特別是理工科教學，為了解決開放實驗教學現階段存在的問題，建設高效、開放的實驗教學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絡教學管理平臺，將其融入到開放實驗教學中并可用于實現遠程教學。這一做法降低了實驗室建設成本，同時突破了傳統(tǒng)教學模式受時間、地點和實驗設備等的限制，大大提高了開放實驗教學效果。

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

按照高等院校計算機類專業(yè)工程教育認證標準，圍繞計算機類專業(yè)科學研究能力、實踐創(chuàng)造能力和工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目標，我院結合基礎類、專業(yè)基礎類和專業(yè)類等不同類別實驗教學需求，依照信息技術平臺構建技術規(guī)范，建設開放實驗網絡教學平臺體系，如圖1所示。

開放實驗網絡教學平臺提供一個統(tǒng)一的信息共享入口，允許教師、學生和管理員在家、學?；蚵飞系热魏蔚攸c，通過手機、電腦或平板等任何智能設備訪問。

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

（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)權限管理、系統(tǒng)角色、用戶信息，以及相關數據的統(tǒng)計分析等，教師亦可查看統(tǒng)計分析數據。

（2）實驗信息和教學資源建設

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

（3）學生在線學習和測試

這部分功能主要由學生來操作，學生根據教師發(fā)布的開放實驗信息可以申請自己要做的開放實驗，學生可以根據學習資源在線學習和測試。學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）教學互動

這部分功能允許教師和學生操作，主要提供師生交流和學習的平臺。

4 ?基于網絡自主學習環(huán)境的開放實驗教學模式? ? （Open experiments teaching mode in the web-? ? ?based autonomous learning environment）

基于網絡自主學習環(huán)境的開放實驗教學平臺為教師和學生的開放實驗提供一整套管理、學習、測評和分析的子系統(tǒng)，使教師和學生不是必須待在傳統(tǒng)計算機機房內，而是允許學生在任何時間、地點和設備下進行實驗操作、保存實驗過程等?；诰W絡自主學習環(huán)境的開放實驗教學模式如圖2所示。

4.1 ? 教學模式強調學生自主學習

學生進入開放實驗教學平臺后，可以根據教師發(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。當學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習和分析。學生可以利用平臺中的開放實驗教學資源進行學習，可在平臺中隨時根據自己學習的開放實驗的知識點進行測試，也可以到教學互動子模塊與教師和學生進行交流。每個學生可以在平臺中使用自己的學生虛擬實驗機，學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。新的教學模式更能調動學生的積極性和創(chuàng)造性[4]，學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。

學生在開放實驗網絡教學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、引導者和參與者，組織學生開展開放實驗，引導學生進行探究開放實驗，參與學生開放實驗的交流和創(chuàng)新。

4.2 ? 教學模式重視開放式考核評價

開放實驗已經有別于傳統(tǒng)實驗模式，學生、實驗項目和實驗時間不再受限。但如果不在網絡環(huán)境下進行開放實驗，教師仍然要組織學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學生出勤、實驗結果和實驗報告質量等設置一定比例給出實驗成績，這種考核方式已經不能全面客觀的評價學生的實驗過程。

基于網絡自主學習環(huán)境的開放實驗教學模式重視開放式考核評價，因為網絡教學平臺中可以動態(tài)記錄和跟蹤學生的申請、學習、測試、實驗、創(chuàng)新等信息和軌跡，并通過平臺的統(tǒng)計分析，可以使教師掌握學生在利用平臺進行開放實驗的過程中的學習情況，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全過程的質量控制[5]，更加重視開放實驗過程及結果。

4.3 ? 教學模式遵循OBE工程教育模式

OBE（Outcome-Based Education，成果導向的教育模式）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語[6]。在OBE理念下教師更關注學生的學習成效[7]，OBE強調解決四個問題[8]：（1）我們想讓學生取得的學習成果是什么？（2）我們?yōu)槭裁匆寣W生取得這樣的學習效果？（3）我們如何有效地幫助學生取得這些學習成果？（4）我們如何知道學生已經取得了這些學習成果？我國工程教育專業(yè)認證協(xié)會頒布的《工程教育認證標準（2014）》也充分體現了OBE理念，強調工程教育專業(yè)要實施成果導向教育。

基于網絡自主學習環(huán)境的開放實驗教學模式遵循OBE工程教育模式，教師開設的開放實驗以社會需求為導向，開放實驗課程教學目標滿足計算機相關專業(yè)的畢業(yè)要求，而網絡教學平臺可以動態(tài)追蹤學生開放實驗教學過程。因此按照工程認證理念，構建學生社會需求→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過程的持續(xù)改進提供原始支撐數據，進而不斷促進學生實踐創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，順利實現從學校到社會的平穩(wěn)對接，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)提供良好的平臺[9]。

5 ?網絡化開放實驗教學模式取得的成效（Achievements? ? ?of network open experimental teaching model）

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

（1）構建了基于網絡自主學習環(huán)境的開放實驗教學平臺。

基于網絡自主學習環(huán)境的開放實驗教學平臺的構建使得參與開放實驗的學生通過自主學習、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）促使了學生優(yōu)化學習行為。

參與開放實驗的學生從原來的接受式學習轉變?yōu)樽灾鲗W習的研究性學習，從而促使了學生實踐能力、學習能力有較大的提高，使學生逐步形成了主動學習、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模式改革的驅動下轉變了教學觀念。

參與開放實驗的實驗教師優(yōu)化了實驗教學方法，帶動了學科深化實驗教學改革，把傳統(tǒng)的“教師教，學生學”轉變?yōu)椤敖處熞龑?，學生自主學習”[10]。

6 ? 結論（Conclusion）

實驗教學是高等學校人才培養(yǎng)的重要組成部分[11]，作為實驗教學重點的開放實驗教學越來越受到重視，而利用現代教育技術成為每一位任課教師改革創(chuàng)新開放實驗教學模式的首選途徑。開放實驗網絡教學平臺不能僅僅是教學資源的簡單堆砌，而應該遵循教學過程的規(guī)律進行科學安排和管理，既要包括教學過程，又要包括評價過程，在同一平臺上通過“學”與“評”相結合來促進學生對自主學習內容的掌握[12]?；诰W絡自主環(huán)境下的開放實驗教學模式的構建是一個系統(tǒng)工程，在改革和探索的過程中，我們做了一些嘗試和努力，充分調動學生的積極性和主動性，讓學生積極主動完成實驗項目，在“做中學”，激發(fā)了學生的自主創(chuàng)新精神，實現了學生自主創(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。

參考文獻（References）

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作者簡介：

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

湯 ?淼（1978-），男，碩士，副教授.研究領域：軟件工程.

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

張麗杰（1981-），女，碩士，實驗師.研究領域：軟件工程.