面向MOOC的計算機類虛擬試驗體系建設模式研究

譚光華　李仁發

摘 要 MOOC課程內容建設模式已較成熟，但與之配套的實驗體系建設則少有研究，而設置合理的實驗體系，對于卓越工程師的培養具有重要意義。文章分析了MOOC課程中現有虛擬實驗體系的現狀，總結了湖南大學在計算機類虛擬實驗建設過程中的經驗，提出了“課程認知、課程同步、綜合創新”的三層次虛擬實驗體系構建模式，經過試用反饋表明該方法具有良好的教學效果。

關鍵詞 MOOC 虛擬實驗體系 卓越工程師

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

0 引言

大規模在線課程（MOOC，Massive Open Online Course，以下簡稱MOOC），以其開放的教學模式以及優質資源的共享，在很短時間內受到了人們的追捧。作為一種新興的學習和教學方法，MOOC將優質的課程資源與先進的教學設計理念相結合，促進了教育多樣性、學習多樣性、學習自主性的全面發展，是國際高等教育發展的新趨勢、新動向。中國教育界在教育部的支持下也積極探討如何建設中國MOOC，建立若干高水平在線課程平臺，實現在線優質課程共享，推動中國高校教學模式改革。

目前，MOOC課程的建設中主要側重于知識體系構建與師生互動，將傳統的知識體系“碎片化”成“微課”的教學單元，以10分鐘左右的“微視頻”的方式展現每一個基本知識點。對于理工類學科而言，培養具有工程實踐能力的卓越工程師人才是高等教育的目標和導向，也是實施科教強國與人才強國戰略的根本。工程實踐能力的培養，主要通過課程實驗的環節實現，而虛擬實驗，由于其能夠突破時間、地點、設備的限制，實現隨時隨地通過互聯網接入即可進行實驗，滿足了MOOC課程開放、在線的特點。因此，對于MOOC課程而言，設置合理的虛擬實驗體系，開設循序漸進的虛擬實驗內容，提供交互式的實驗指導，不但可以遵循“做中學”的學習理念，鞏固所學的知識點，而且可以加強學習者的實際動手能力，對于實現高等教育的人才培養目標、完善MOOC教學的教學效果、激發在線學習的學習熱情具有重要的意義。

1面向MOOC的虛擬實驗體系研究現狀分析

虛擬仿真實驗，作為目前解決實驗資源不足，取代高成本、高消耗、高風險、不可復制實驗的一種手段，國內外各大高校均進行了積極探索，形成了以虛擬儀器仿真為代表的一系列虛擬實驗，出現了以LabView為代表的一系列虛擬仿真軟件，為虛擬實驗的開展提供了技術支撐。自從2013年以來，國家教育部也積極推進國家級虛擬仿真實驗教學中心的建設工作，重點開展資源、平臺、隊伍和制度等方面的建設，各個高校也都構建了自己特色的虛擬實驗中心，為虛擬實驗的開展提供了平臺保障。然而，目前虛擬仿真實驗的研究主要圍繞虛擬仿真平臺的建設展開，并未深入研究虛擬仿真試驗的內容建設，尤其對于MOOC課程而言，由于學生學習的非線性以及學習基礎的差異性，已有的虛擬實驗體系無法滿足MOOC課程的需求，其存在的具體問題包括：

（1）與微課單元配套的實驗環節缺失。現有的虛擬實驗由于開發成本高，往往側重于高成本、高風險的實驗，需要綜合運用多個知識點方能完成一次實驗。而對于MOOC課程而言，每個知識點分散獨立以適應非線性學習的需求，這導致與之配套的虛擬實驗資源匱乏，MOOC課程的實驗環節缺失。

（2）缺少構建實驗體系的指導方法。傳統的虛擬實驗往往追求大而全，盡可能反映學生的綜合解決問題的能力，不考慮虛擬實驗在課程中的整體體系。對于MOOC課程而言，由于對知識體系進行了分解，需要設置與之對應的實驗體系，以鞏固學生在學習過程中的學習效果，而目前缺少構建實驗體系的指導方法。

2 面向MOOC的虛擬實驗體系建設模式探討

由于MOOC課程受眾來源廣泛、基礎和學習目的差異大，學習時間約束較多。與傳統的課堂教學不同，學習者并不一定采取從頭學到尾的學習方法，而是有可能采取跳躍式的多線程學習模式。因此課程知識體系往往組織成零散的的知識網絡。針對這一特點，虛擬實驗的設置應滿足知識體系的構建形式，分層次構建：一部分基礎性、演示性實驗應盡可能獨立，并與知識點對應，便于鞏固相應的知識點；另一部分綜合性實驗為多個知識點的綜合，從而提高學習者的綜合應用能力和工程實踐能力。

針對MOOC課程的特點，結合湖南大學信息科學與工程學院在面向MOOC的虛擬實驗建設過程中的經驗，對計算機類虛擬實驗體系的建設模式進行了初步探討，提出了如圖1所示的“課程認知、課程同步、綜合創新”的三層次虛擬實驗體系構建模式，并在各個實驗中貫穿以交互式實驗指導，以滿足不同學習基礎的學生需求。該實驗體系構建模式與指導方法，經過學院內的試用表明具有良好的效果。

圖1：三層次實驗體系構建模式

2.1課程認知實驗

利用通俗易懂的可交互式三維動畫，展示本課程的主要知識點以及應用領域，讓學生們在學習之初對課程有個整體認識，并可達到拓寬視野、提升綜合素質的目的。

2.2課程同步實驗 （下轉第169頁）（上接第159頁）

課程同步實驗是MOOC課程中的重要組成部分，對于深入理解與靈活運用對應的知識點具有重要作用。課程同步實驗以實現和運用單個算法為主，知識點盡可能獨立，以滿足MOOC課程非線性學習的特點。此外，為滿足不同學習基礎的學生的實驗要求，輔以交互式的實驗指導，以解決實驗過程中可能存在的初級問題，保障實驗的順利進行。

2.3綜合創新實驗

針對每一組相對獨立的知識點或者整個課程，設計綜合性的虛擬實驗，以進一步鞏固所學知識點，提高學生綜合解決問題的能力。該部分的實驗可以是課程同步實驗的綜合，也可以是獨立的面向實際問題的創新實驗，激發學生的學習興趣。

3 結語

MOOC由于其先進的教學理論以及優質的教學資源，在教育界得到了飛速的發展。目前的MOOC課程的建設，主要側重于教學微視頻的錄制以及基于社交網絡技術的師生互動，而課程實驗，作為理工類課程教學實踐環節中的重要一環，則少有研究。本文面向計算機學科，總結了湖南大學MOOC課程建設中虛擬實驗體系的建設經驗，提出了“課程認知、課程同步、綜合創新”的三層次虛擬實驗體系構建模式，從教學反饋看也取得了良好的教學效果。

基金項目：2015年湖南大學教改項目“面向MOOC的計算機類虛擬實驗體系設置與建設模式研究與實踐（521202118）”。

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