面向MOOC的计算机类虚拟试验体系建设模式研究

谭光华　李仁发

摘 要 MOOC课程内容建设模式已较成熟，但与之配套的实验体系建设则少有研究，而设置合理的实验体系，对于卓越工程师的培养具有重要意义。文章分析了MOOC课程中现有虚拟实验体系的现状，总结了湖南大学在计算机类虚拟实验建设过程中的经验，提出了“课程认知、课程同步、综合创新”的三层次虚拟实验体系构建模式，经过试用反馈表明该方法具有良好的教学效果。

关键词 MOOC 虚拟实验体系 卓越工程师

中图分类号：G642 文献标识码：A

0 引言

大规模在线课程（MOOC，Massive Open Online Course，以下简称MOOC），以其开放的教学模式以及优质资源的共享，在很短时间内受到了人们的追捧。作为一种新兴的学习和教学方法，MOOC将优质的课程资源与先进的教学设计理念相结合，促进了教育多样性、学习多样性、学习自主性的全面发展，是国际高等教育发展的新趋势、新动向。中国教育界在教育部的支持下也积极探讨如何建设中国MOOC，建立若干高水平在线课程平台，实现在线优质课程共享，推动中国高校教学模式改革。

目前，MOOC课程的建设中主要侧重于知识体系构建与师生互动，将传统的知识体系“碎片化”成“微课”的教学单元，以10分钟左右的“微视频”的方式展现每一个基本知识点。对于理工类学科而言，培养具有工程实践能力的卓越工程师人才是高等教育的目标和导向，也是实施科教强国与人才强国战略的根本。工程实践能力的培养，主要通过课程实验的环节实现，而虚拟实验，由于其能够突破时间、地点、设备的限制，实现随时随地通过互联网接入即可进行实验，满足了MOOC课程开放、在线的特点。因此，对于MOOC课程而言，设置合理的虚拟实验体系，开设循序渐进的虚拟实验内容，提供交互式的实验指导，不但可以遵循“做中学”的学习理念，巩固所学的知识点，而且可以加强学习者的实际动手能力，对于实现高等教育的人才培养目标、完善MOOC教学的教学效果、激发在线学习的学习热情具有重要的意义。

1面向MOOC的虚拟实验体系研究现状分析

虚拟仿真实验，作为目前解决实验资源不足，取代高成本、高消耗、高风险、不可复制实验的一种手段，国内外各大高校均进行了积极探索，形成了以虚拟仪器仿真为代表的一系列虚拟实验，出现了以LabView为代表的一系列虚拟仿真软件，为虚拟实验的开展提供了技术支撑。自从2013年以来，国家教育部也积极推进国家级虚拟仿真实验教学中心的建设工作，重点开展资源、平台、队伍和制度等方面的建设，各个高校也都构建了自己特色的虚拟实验中心，为虚拟实验的开展提供了平台保障。然而，目前虚拟仿真实验的研究主要围绕虚拟仿真平台的建设展开，并未深入研究虚拟仿真试验的内容建设，尤其对于MOOC课程而言，由于学生学习的非线性以及学习基础的差异性，已有的虚拟实驗体系无法满足MOOC课程的需求，其存在的具体问题包括：

（1）与微课单元配套的实验环节缺失。现有的虚拟实验由于开发成本高，往往侧重于高成本、高风险的实验，需要综合运用多个知识点方能完成一次实验。而对于MOOC课程而言，每个知识点分散独立以适应非线性学习的需求，这导致与之配套的虚拟实验资源匮乏，MOOC课程的实验环节缺失。

（2）缺少构建实验体系的指导方法。传统的虚拟实验往往追求大而全，尽可能反映学生的综合解决问题的能力，不考虑虚拟实验在课程中的整体体系。对于MOOC课程而言，由于对知识体系进行了分解，需要设置与之对应的实验体系，以巩固学生在学习过程中的学习效果，而目前缺少构建实验体系的指导方法。

2 面向MOOC的虚拟实验体系建设模式探讨

由于MOOC课程受众来源广泛、基础和学习目的差异大，学习时间约束较多。与传统的课堂教学不同，学习者并不一定采取从头学到尾的学习方法，而是有可能采取跳跃式的多线程学习模式。因此课程知识体系往往组织成零散的的知识网络。针对这一特点，虚拟实验的设置应满足知识体系的构建形式，分层次构建：一部分基础性、演示性实验应尽可能独立，并与知识点对应，便于巩固相应的知识点；另一部分综合性实验为多个知识点的综合，从而提高学习者的综合应用能力和工程实践能力。

针对MOOC课程的特点，结合湖南大学信息科学与工程学院在面向MOOC的虚拟实验建设过程中的经验，对计算机类虚拟实验体系的建设模式进行了初步探讨，提出了如图1所示的“课程认知、课程同步、综合创新”的三层次虚拟实验体系构建模式，并在各个实验中贯穿以交互式实验指导，以满足不同学习基础的学生需求。该实验体系构建模式与指导方法，经过学院内的试用表明具有良好的效果。

图1：三层次实验体系构建模式

2.1课程认知实验

利用通俗易懂的可交互式三维动画，展示本课程的主要知识点以及应用领域，让学生们在学习之初对课程有个整体认识，并可达到拓宽视野、提升综合素质的目的。

2.2课程同步实验 （下转第169页）（上接第159页）

课程同步实验是MOOC课程中的重要组成部分，对于深入理解与灵活运用对应的知识点具有重要作用。课程同步实验以实现和运用单个算法为主，知识点尽可能独立，以满足MOOC课程非线性学习的特点。此外，为满足不同学习基础的学生的实验要求，辅以交互式的实验指导，以解决实验过程中可能存在的初级问题，保障实验的顺利进行。

2.3综合创新实验

针对每一组相对独立的知识点或者整个课程，设计综合性的虚拟实验，以进一步巩固所学知识点，提高学生综合解决问题的能力。该部分的实验可以是课程同步实验的综合，也可以是独立的面向实际问题的创新实验，激发学生的学习兴趣。

3 结语

MOOC由于其先进的教学理论以及优质的教学资源，在教育界得到了飞速的发展。目前的MOOC课程的建设，主要侧重于教学微视频的录制以及基于社交网络技术的师生互动，而课程实验，作为理工类课程教学实践环节中的重要一环，则少有研究。本文面向计算机学科，总结了湖南大学MOOC课程建设中虚拟实验体系的建设经验，提出了“课程认知、课程同步、综合创新”的三层次虚拟实验体系构建模式，从教学反馈看也取得了良好的教学效果。

基金项目：2015年湖南大学教改项目“面向MOOC的计算机类虚拟实验体系设置与建设模式研究与实践（521202118）”。

参考文献

[1] 韩锡斌，程璐楠，程建钢. MOOCs的教育学视角分析与设计[J].电化教育研究，2014（1）： 45-51

[2] 刘继斌，赵晓宇，黄纪军，刘培国. MOOC对我国大学课程教学改革的启示[J].高等教育研究学报，2013，36（4）：7-9.

[3] 邓宏钟，李孟军，迟妍，谭思昱.慕课时代的课程知识体系构建[J].课程教育研究，2013（7）： 5-7.

[4] 孙伟峰，邢元勋，覃振权. MOOC参与的安全实验课程教学改进研究[J].计算机教育，2016（9）：23-26.

[5] 李鸣，蔡榆榕，李蓉蓉.慕课在实验教学改革中应用[J].实验室研究与探索，2016（9）：204-208.endprint