MOOC式远程实验教学方法的研究

邓力 刘和平 余传祥

摘要：本文针对高等学校计算机及其应用类课程普遍存在的“课程学时少，实验设备有限，教学效果差和实验教学内容落后于学科和高新技术发展”的现象，探索一种以培养大学生工程实践能力和创新意识为核心的MOOC式远程实验教学模式；研究和创建基于互联网“云技术”+MOOC式远程实验教学系统，以期解决目前网络教育存在的远程实验教学困难的问题。

关键词：口袋实验室；MOOC式远程实验教学法；4D平台

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）38-0263-02

引言：

目前大型开放式网络课程（massive open online courses MOOC，中文称为“慕课”）教学模式正在越来越广泛地引入到大学本科教学中。与传统网络课程不同的是，MOOC除了提供视频资源、文本材料和在线答疑外，还为学习者提供各种用户交互性社区，建立交互参与机制[1-2]。MOOC教学模式在国外取得了令人惊叹的成功应用，国内北京大学、清华大学、北京航空航天大学、国防科学技术大学等多所高校目前正在积极开展MOOC教育革命的研究与讨论[3]。

计算机及其应用类课程是一门实践性很强的学科，在整个教学过程中实验教学是不可或缺的一部分占有相当重要地位。计算机及其应用专业的课程所涉及到的软件和硬件教学，大部分都需要基于实践的基础上进行学习，必须通过实践教学环节才能有效地帮助学生深入理解和掌握相关的知识点[4]。因此，针对中国大学较为封闭的教学模式和学籍管理模式，如何在深入开展实践教学改革的同时，吸收和借鉴MOOC教学模式的优势，探索计算机及其应用类课程教学的新模式、新方法。已经是学术界和教学实践中重要的研究课题[5-7]。

一、理工科实验课程存在的问题

大学的理工科实验教学内容多数是在实验室做一些验证性实验，由于受到课时、实验经费、教学资源和仪器设备、场地、时间等限制创新实践和工程应用实验教学较难实施。特别是高等学校计算机及其应用类课程需要大量的创新型实验和创新型实践教学，来提升计算机及其应用类毕业生的创新能力，以适应市场和社会行业的需求。

目前工科实验教学主要是通过“虚拟实验中心”来解决传统实验方式受空间、时间限制，所谓“虚拟实验中心”是在网络上建一个“虚拟实验室”，利用网络让分布在不同地方的学生和教师共享一个完全虚拟环境下的仿真实验教学。因此“虚拟实验中心”的实质仍是理论教学形式的一种延伸，不能完全替代基于物理仪器的实验。理工科实验教学的主要目的是让学生在真实的工程应用环境下学习科学的实验方法，培养学生工程实践能力和创新能力。理工科学生也只有在实验教学和自主的实践教学中的“动手”，才能培养工科学生的工程意识。而采用“虚拟实验中心”的网络实验教学模式很难达到这种满意的效果。

虽然MOOC课程支持大规模网络教学，但MOOC课程也是视频教学，采用的也是“讲授方式”[8]，无法实现在真实环境下的实验，所以本文将介绍如何在MOOC和远程教育的基础上，寻求和探索一条能解决高等学校理工科实践类课程特别是计算机及其应用类课程存在的“课程学时少，实验设备有限，教学效果差和实验教学内容落后于学科和高新技术发展”的途径，力求为计算机及其应用类课程提供一种崭新的教-学模式。

二、建立“口袋实验室”

所谓“口袋实验室”就是根据计算机及其应用类课程实验教学内容，以当前国际最先进的智能芯片为控制核心，将开发器和实验系统集成在一张名片大小的硬件平台上做成一套便携式低成本的实验开发板，这就意味着每个学生都能把这个“实验室”装在自己的口袋中。这种实验开发板在功能开发上不仅能满足教学要求还要考虑能够兼顾学生在课外拓展知识时进行自主实验。这样的实验室不再局限于传统有限空间和时间上的实验室，而是能超越课堂的空间和时间的限定进行相关知识的学习、应用程序设计、硬件设计、理论算法实践等，甚至还可覆盖学生参与全国大学生电子设计竞赛、全国智能车大赛、国家大学生创新性实验计划等多种创新实践活动。

每个学生怀揣着这样“口袋实验室”通过USB借口接在自己的电脑上通过互联网进入创建的开放教学网络平台，构建起畅通的交流渠道，这样就可以打破传统实验室的墙壁，冲破创新人才之间的等级障碍，开展平等“面对面”的交流，形成一个信息资源共享的环境。同时，在网络上提供相应的工程实践的成功案例，使学生在最短时间里便可获取尽可能更多的实践资源，迅速提升其实践能力。

三、构建开放教学网络4D实验平台

以口袋实验室、MOOC式网络课程和互联网“云技术”为基础，构建全天候开放远程实验教学的4D（时间、空间、地点、“学习云”）平台。在该平台上，不仅有实验设备、网站、实验室管理者，而且还有教学、科研和工程设计和产品开发经验丰富的教师、工程师以及相同兴趣和志向的网络同学。学生只要拥有这种轻便的“口袋实验室”后，即可使用自己的计算机通过互联网上的MOOC式网络课程进行相关实验教学内容的学习和实验，也能进行自主的学习和参与实践活动的科研训练和产品开发。在学习的过程中，不仅可以与指导教师进行网上交流，还能同时与网络同学以及网络上的计算机应用开发技术人员进行交流。

四、MOOC式远程实验教学方法

MOOC式远程实验教学系统最显著的特点是不仅要在指导教师的计算机和学生的“口袋实验室”之间建立远程实验通讯和实时监控，而且能够对实验实时数据进行远程传输和动态显示；在实时检测、分析和考核学生学习效果环节时，还要做到能对计算机进行远程实时屏幕传送和对学生的实验环节参数进行远程修改，以期实现考查和检验学生的真实实验能力。

全天候开放远程实验教学以学习者为主体，以人脑在学习过程中的特征规律为参考，以网状、超维度、可成长的知识为核心，通过这种网络化的创新实践平台，满足学生自主学习、交流知识的需求。MOOC式远程实验教学系统强调以互动探究为资源特色，不仅人与知识互动，以实现人对学习对象的认知、探索、实验、模仿、训练、重构、评价等；而且人与人之间也要产生互动，以实现对学习者活动流程的设置，对学习资源的配置和对学习过程的控制。

全天候开放远程实验采取的教学方法主要有：

（1）借鉴MOOC课程的构建网络共享远程实验教学课程；

（2）利用“云技术”建立具有“学习云”的实验教学资源库；

（3）利用“互联网技术”实现MOOC式远程实验教学的实验指导，视频交流，远程的计算机屏幕传送，完成远程的实验项目的考核。

在“全天候开放远程实验教学4D平台”的网站上提供大量的应用实例和开放例程以及开发流程、规范，为高校学生提供自主学习所需的技术支持。通过4D平台能让学生学习和掌握在学校教学中未能学到的企业产品开发流程和规范，甚至可以借助该实验平台进行产品开发的实践和科研项目的实施，以期达到能提升理工科大学生工程实践能力和产品开发能力的终极目标。

五、结束语

MOOC式远程实验教学系统之所以是全天候开放的，是由于该系统可将知识开发者、组件开发者、运营者、学习者、课程开发者等不同类型用户在网络上有机结合起来，不仅能实现资源共建共享、逐步成长的目标，还可形成多类型用户共赢的局面。MOOC式远程实验教学系统的建立，将完全打破传统的教学模式，促使学生主动学习知识和主动获取知识，为师生实施网络教学和兴趣教学提供有利的教与学互动平台，还能为教师从灌输式教学向任务驱动教学和交互式教学转变提供有效的硬件平台。高年级的学生还可以通过以“互联网+口袋式实验室”+专业“学习云”系统的形式，并利用MOOC式远程实验教学系统在最短时间里便可获取尽可能更多的资源，迅速提升其实践和创新能力。

参考文献：

[1]贾昭，周文婕，才智.微探慕课（MOOC）资源对传统高等教育的冲击[J].才智，2014，（3）：270-271.

[2]孙青，艾明晶，曹庆华MOOC环境下开放共享的实验教学研究[J].实验技术与管理，2014，36（A1）：192-195.

[3]周丽涛，刘越，彭立宏，肖晓强.探索MOOC在计算机实践教学中的应用[J].计算机工程与科学，2014，31（8）：118-121.

[4]龙达雅，李婧.计算机实验教学模式与创新人才培养的探索[J].教育研究与实验，2009，（7）：69-71.

[5]高忠华，郑方燕，陈锡侯，等.开放共享科研基地资源促进实验教学发展[J].教育教学论坛，2013，（23）：240-241.

[6]周勇义，凌辉，张黎伟.劳伦斯伯克利实验室科研平台的启示[J].实验室研究与探索，2013，32（7）：139-143.

[7]肖红霞，陈美莲，陈惠卿，改革“传统”实验模式开放与共享实验室资源的研究[J].实验室研究与探索，2012，29（8）：401-404.

[8]韩锡斌，程璐楠，程建钢.MOOCs的教育学视角分析与设计[J].网络教育与远程教育，2014，（1）：45-51.