“互联网+”时代基础实验教学体系新形态研究

原晓楠 刘 晔 李瑞程 孙晓华

(西安交通大学 电工电子教学实验中心,西安 710049)

高等教育是社会和经济发展的活力源泉,高等教育发展水平是一个国家发展水平和发展潜力的重要标志。中国社会形态已经步入信息化时代,“互联网+”时代也随着“互联网+”在国家经济顶层设计的纳入正式到来,在高等教育内涵发展的战略背景下,“互联网+”时代教育教学正在发生深刻变革,当前变革与未来发展都对高等教育行业提出了新的要求,创新教育和创新人才培养已经成为高等教育行业的重要发展方向,高等教育行业课程改革需要积极应对社会变革,及时做出敏锐反应[1-2]。

实验教学作为高等教育的重要组成部分,是新工科人才培养的关键环节,是理论知识与实验技能、实践创新紧密结合的有效途径,是培养学生学以致用、通过科学方法落实动手能力、进行改革创新的重要环节,也是社会评价高校人才培养效果的重要指标[3-4]。育人目标正在更新,变革势在必行,面对“互联网+”时代带来的新机遇新挑战,在“互联网+”的时代背景下开展对实践育人体系新形态的研究具有重要意义。

1 研究背景

1.1 基础实验教学体系现状

目前我国大部分高校拥有成熟的实验教学体系和改革发展目标,在实验设备更新完善、实验室智能管理和新媒体技术的应用等方面取得了诸多成果,但是现有的基础实验教学体系中,传统实验教学模式依然占据主导地位[5]。从教学内容上来看,实验课程体系中的教学内容受到多重因素的制约未能进行更新与拓展,已经难以与科学发展和社会需求匹配;从教学方式上来看,实验教学受到多方面条件限制,依然停留在“教师讲实验、学生做实验”,通过基础验证实验及部分综合实验完成实验环节[6-7];从人才培养方面来看,基本停留在基础实验技能的培养,巩固理论知识的层面,无法深入实现对学生的个性化培养、研究性学习和创新力培养;从实验效果的评价上来看,依然停留在基础实验操作和实验报告的数据分析与总结层面,基本依靠量化的数字性考察,弱化了过程性考察,无法真实反映实验教学体系下创新型人才的培养效果。

1.2 基础实验教学体系发展趋势

纵观国内外实验教学体系的发展,在教育信息化潮流中,基础实验教学模式经历了CAI课件、专题学习网站、教学资源库等不同阶段,随着“互联网+”时代的到来,混合学习和移动学习日益盛行,各门课程都已经渐渐在“微课建设”“虚拟仿真”这个领域进行探索。

在“互联网+”时代,基础实验教学需要树立“以学生为中心,教师为引导”的实验教学改革理念,依托“互联网+”,积极探索多元化实验培养新模式,注重学生个性化培养,加强锻炼本科生的实践能力、创新能力和科研能力,体现教学内容多样化、教学手段多元化和互动教学多维化原则[8-9],共享优质教育资源,形成人人皆学、处处能学、时时可学的泛在化学习新环境,形成多元协同、内容丰富、应用广泛的实验教学新方法,开创高校基础实验教学体系新形态。

1.3 研究理念

“互联网+”的基础实验教学应该鼓励根据学科与课程特点等积极开展多元化的课程教学,有效利用跨界资源,让教师打破传统实验教学的理念束缚,让学生在实验中有更多的学习体验,采用项目化学习、自主个性化学习等,以生态视野重新审视基础实验教学内容及其组织形态。“互联网+”时代,教育教学的组织形态更加倾向于个性、体验、多元、交叉的特征,从而充分拓展教育的空间与机会。

本文研究的核心理念导图如图1所示。

图1 本文研究核心理念

2 研究方法

本文研究的方法路线如图2所示,文献研究法与经验总结法相结合进行“互联网+”时代基础实验教学体系的“新要求”和“旧问题”的分析总结,对比研究法与行动研究法相结合进行“互联网+”时代下基础实验教学体系新形态的探索与实践,最后通过问卷调查法对论文的研究效果进行分析总结,有效保障研究效果。

2.1 “互联网+”时代基础实验教学体系新要求

通过文献研究可以发现,“互联网+”通过互联网与传统产业进行联合和深入融合[10],在“互联网+”现象的启示下,高等教育教学也有了新的变化,对高级人才所应具备的专业知识、能力和综合素质提出了更高的要求,从而对高等学校高素质人才培养所包含的知识体系构建、教育教学方法创新、科研资源转化等提出了诸多亟需改革的新任务。这其中的重中之重,在于新形势下如何重构基础实验教学体系,以适应行业重大变化的新需求。

2.2 重置实验教学体系,推进创新人才培养

采用对比研究法将传统基础实验教学体系的构成要素及其特点与新工科人才培养中工程教育认证中的人才培养指标进行对比,对比结果如表1所示。面向工程教育实验教学要求指标,实验课程需要在原有教学要求上进行优化,对照工程教育实验教学要求指标及现有实验课程对学生实验技能训练的基本要求,如表2所示,进行实验课程教学基本要求修订。

表1 基础实验教学体系对比分析研究

表2 实验课程教学基本要求修订

3 基础实验教学体系新形态探索

基于修订的实验课程教学基本要求,本文进行了基础实验教学体系新形态的构建,如图3所示,形成了“层次化教学内容、多元化教学模式、多平台交叉融合和多维度教学评价”四位一体的基础实验教学体系的新形态。

图3 “互联网+”四位一体基础实验教学体系新形态

3.1 基础实验教学体系教学内容研究

以人才培养为核心,突出实验教学基础技能、思维能力、创意设计及创新能力的训练,将基础实验教学内容设置为四个层次:基础验证性实验、综合提高性实验、创意设计训练和创新设计训练。

1) 通过混合教育范式弥合理论与实践的断层

通过混合研究范式转型来构建“互联网+教育”的理论体系、组织模式与实践策略,促进其可持续发展。基于弥合理论与实践断层的目的,第一层次基础验证性实验旨在培养学生实验操作、现象观察和总结记录等基础实验能力,通过实验目的与原理的理解、规范的实验操作与经典的技能训练,能够更好地进行理论与实践的连接,在提高学生实验认知的同时促进对理论知识的理解。

2) 重视创意创新意识培养在实践教学的体现

第二层次综合提高性实验让学生通过基础实验技能积累后进一步进行综合性的实验题目,巩固实验技能及理论知识,培养学生发现问题、分析问题、解决问题及总结概括的能力,强调学生综合能力和综合素质的提高。第三层次创意设计训练要求学生在掌握专业实验技能和理解专业理论知识的基础上,以小组为单位自行选择题目,加入自己的创意想法,独立完成创意设计。

3) 开展创新项目驱动实验教学综合效能评估

基于实验教学综合效能评估的目的,第四层次创新设计训练要求学生以小组为单位自行选择设计具有创新性的项目,该层次的训练将实验拓展至大学生创新项目申报和大学生各类科学竞赛中,达到“赛中学、学中用”的效果。通过系统化、有层次的实验技能训练,培养学生操作能力、思维能力、创新意识和创新能力。

3.2 基础实验教学体系教学模式研究

1) “线上+线下”实验,全面加强实验能力

“互联网+”时代诞生了多种多样的学习资源,以培养学生综合设计和创新能力为出发点,建设和应用高水平软件共享虚拟实验教学资源,从实验方法入手,引导学生利用虚拟实验平台进行实验仿真,使得学生可以在不受学习环境限制的条件下进行“线上”实验仿真学习,学生可根据自身差异,自由选择仿真内容,带着基础进课堂,课前“线上”实验配合课堂“线下”实际操作实验,多种实验方式相结合,全面加强实验能力,巩固理论知识。

2) 丰富教学资源,多元化教学模式

以新媒体技术为辅助,以目前的文字教材为基础,进一步搜集整理实验教学素材对教学资源进行扩充,采用更加生动的“实验微课”模式将实验教学的相关内容进行展示。“实验微课”资源和虚拟仿真资源相结合[11],使得教学模式得以多元化,一改以往“教师准备、学生实验”的做法,使得学生拥有更多的实验学习资源,进一步提高实验课程的教学效果。

3) “小组开放性训练”,突出个性化培养

在教学过程中以学生的实际需求为出发点,进行以学生为中心的参与式教学和翻转式课堂教学,以“小组开放性训练”的模式活跃实验教学氛围,让学生成为学习的主体,鼓励学生更加主动积极地参与实验教学。在实验教学内容的第三层次与第四层次中将学生分组,通过项目式实践实现拓展课堂,在教师指导下学生可以自选项目并通过团队合作自主进行项目的实施,最终以答辩及项目总结报告的方式展示成果。

3.3 基础实验教学体系教学平台研究

1) 以基础实验教学平台为根基

根据实验特点与培养目标,构建学科基础实验教学平台,满足基础教学任务需求,着重于培养学生基础实验技能,如图4所示。

图4 基础实验教学平台

2) 以“互联网+”在线学习平台为辅助

依托“互联网+”,结合多种教学资源及教学辅助工具,形成了集腾讯课堂线上课堂、“思源学堂”、QQ远程答疑交流、微信班委交流、百度网盘资料共享于一体的在线学习平台,如图5所示,使实验教学内容克服课程体系时间和空间的束缚。

图5 “互联网+”在线学习平台

3) 以创意创新设计训练平台为拓展基础实验教学体系新形态以创意创新设计训练平台为拓展,通过平台让学生及时掌握现代技术和发展前沿,设计创新性实验项目要求学生将基础实验技能、理论知识与专业学习背景相结合,融入创意创新想法,以小组为单位自主进行项目的设计与实现。以培养学生科学实验能力和创新能力为出发点,建设创意创新设计训练平台,进行实验的拓展与延伸,平台设计思路如图6所示。

图6 创意创新设计训练平台设计思路

3.4 基础实验教学体系教学评价研究

结合“互联网+”时代基础实验教学体系新形态中所研究的教学内容、教学模式及教学平台,管控结合,进行多维度教学评价设计,从而保障“互联网+”背景下基础实验教学体系新形态的实施效果,具体的多维度评价体系如表3所示。

表3 实验课程教学基本要求修订

将教学评价融入于预习环节、实验过程、拓展训练等方面,从预习测验、实验操作、故障分析与解决、项目的选择与设计、实验的总结与概括、自主表达与答辩、团队协作等多个维度将理论教学与实践教学有效“链接”起来,有效杜绝以实验报告情况评价实验效果的片面性。

对于实验教学效果的评价也可以实现线下与线上的并联,通过监控学生自主学习视频课程情况、虚拟仿真实验程度,把控学生的个性化学习情况,进一步增强学生的实验技能和自主学习能力,深化基础实验教学的个性化培养目标,培养学生养成良好的实验习惯,正确引导学生学习观。

按照实验教学体系新形态的设计,课内与课外相结合,通过对创意创新设计项目中学生的思维能力、创新意识、团队协作能力与课内基础实验技能进行“串联”评价,激发学生的科研兴趣和主观能动性,推动学生对于科学研究方法的掌握和科研写作能力的提升,深入保障新形态下学生创新力的培养效果。

4 基础实验教学体系新形态实践

本文以西安交通大学电工电子教学实验中心为依托,在西安交通大学非电类工科部分专业进行了基础实验教学体系新形态的具体实践。同时,团队充分利用电工学研究会学术年会、电工电子课程报告论坛和高等学校电工电子课程教师暑期研究培训班等多种场合通过大会报告、学术交流、来访交流、培训讲座等方式对“互联网+”时代基础实验教学体系新形态的研究进行了探讨与推广研究。

最后,采用问卷调查法对“互联网+”时代基础实验教学体系新形态的实践效果与推广效果进行了调查研究。课题组面向全国多所高等学校理工科教学一线的教师发放了调查问卷共计80份,收回有效问卷共计74份,通过问卷调查结果统计分析发现,如图7所示,有79.73%的教师认为课题所研究的“互联网+”实验教学体系新形态非常有意义,有64.86%的教师认为课题所形成的实验教学体系新形态非常具有创新性,有67.57%的教师觉得课题的研究成果对其教学工作非常有借鉴意义。

图7 “互联网+”时代基础实验教学体系新形态研究效果调查分析1

课题组面向参与“互联网+”时代基础实验教学体系新形态具体实践的350名不同理工科专业的学生发放了调查问卷共计350份,收到有效问卷共计336份,通过问卷调查结果统计分析发现,如图8所示,有89.59%的学生认为课题所研究新形态中实验教学内容从基础、综合到创意创新设计对其实践能力提升有帮助,有86.61%的学生认为相比传统实验教学,现行的“线上+线下”“小组开放训练”等多元化教学模式作用大,有92.26%的学生认为在新推行的实验教学体系中自己的创新能力得到了提高,并且对于新型教学体系的实践学生的满意度为97.62%。

图8 “互联网+”时代基础实验教学体系新形态研究效果调查分析2

5 结语

“互联网+”时代基础实验教学体系新形态的研究,从根本意义上来讲是以高等学校基础实验教学为研究对象的课题研究,其最重要的面向对象是学生与教师,学生对于实验课程的满意程度及具体体会是衡量课题研究效果的重要指标,从调查问卷分析结果可以看出,基础实验教学体系新形态的研究理念具有积极的创新意义,对于学生实践能力的提升方面得到了近乎100%的认可,从基础层面上来讲,课题研究的基本意义得到实现。

高等教育教学改革研究是互联互通、可具借鉴性的,“互联网+”时代基础实验教学体系新形态的研究,已经在西安交通大学电工电子技术课程体系中进行了具体实践,也逐渐在全国电工电子技术课程范围内进行推广应用,随着时代潮流的不断推进和人才培养要求的不断发展,“互联网+”时代基础实验教学体系新形态必将继续完善,以期深入实现培养面向国家需求的创新型人才的目标。