高校“個性化、智慧化、泛在化”實驗教學模式的實踐與研究

楊開一 李 雪 薛友林

（1.遼寧大學教務處，遼寧 沈陽 110036；2.遼寧大學輕型產業學院，遼寧 沈陽 110036）

0 引言

2018年教育部發布的《教育信息化2.0行動計劃》中提出“構建網絡化、數字化、智能化、個性化、終身化的教育體系[1]，建設人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會，實現更加開放、更加適合、更加人本、更加平等、更加可持續的教育”的總體要求，為以真實問題為導向的實驗教學新模式研究提供了方法論的指導。

1 高校實驗教學的真實問題

當前高校實驗教學中存在的真實問題，主要集中在以下八個方面，一是實驗教學手段單一，教學理念滯后，教學任務與教學目標沒有強支撐關系。二是師生和實驗用戶無法隨時隨地接收信息、參與實驗教學。三是實驗室資源不能對校內或校外開放共享，無法滿足服務區域經濟發展的迫切需求。四是實驗室建設缺乏頂層設計和統一管理，傳統實驗室建設周期長，維護成本高，部分實驗教學項目高危，實驗過程不可及或不可逆。五是沒有建立起教學和科研的有效連接，不利于學科交叉融合、學生綜合能力和創新能力的培養。六是傳統的實驗無法為學生提供個性化實驗項目，學生無法自由選擇實驗課程。七是無法實現實驗自動批改和智能指導，無法通過數據分析實驗項目使用情況及教學效果，無法從數據中提煉出有價值的決策信息。八是實驗教學成效評價體系不立體、不具體、評價方式落后。

2 實驗教學模式的結構框架與活動程序

實驗教學模式是在實驗教學過程中通過一定教學思想或教學理論的指導從而建立起來的較為穩定的教學活動框架和活動程序[2]。對這一概念的理解，要從結構框架與活動程序兩方面加以考量。作為結構框架，突出了教學模式是從宏觀上對教學活動整體及各要素之間內部關系和功能的把握[3]。作為活動程序，則突出了教學模式的有序性、系統性以及可操作性。據此，對實驗教學模式的研究要首先明確影響教學活動的各功能要素，其次要結合其活動程序的有序性、系統性以及可操作性深刻理解實驗教學模式的形成規律。

教學活動一般由教學內容、教學目標、教學任務、教學理念、教學方法、教學手段等各類功能要素組成，各要素之間具有內在緊密的聯系。同時，作為一種活動程序，實驗教學模式又分為上游、中游、下游三個環節。上游即“資源的投入”，解決的是實驗教學內容的源頭問題，中游即“生產”，聚焦的是實驗教學內容轉化為教學成效（教學目標）的實現路徑，下游即“產出”，指向的是教學成效的評價。因此，實驗教學模式既存在功能間的聯系，也包含了“上中下游”的聯系，這是創新實驗教學模式的底層邏輯。基于對實驗教學模式的認識基礎，研究發現的八個實驗教學問題顯然需要通過厘清并創新實驗教學模式的結構框架與活動程序來回答。

輸入來源單一的實驗教學內容、教學任務—采取線下指導的實驗教學手段—實驗成績作為教學成效評價、教學目標達成的主要依據。圖1為傳統實驗教學模式的結構框架與活動。

圖1 傳統實驗教學模式的結構框架與活動程序

3 “個性化、智能化、泛在化”實驗教學模式的創新路徑

教育部在《關于2017——2020年開展示范性虛擬仿真實驗教學項目建設的通知》（教高廳〔2017〕4號）中首次提出“積極探索線上線下教學相結合的個性化、智能化、泛在化實驗教學新模式”，為高校實驗教學和實驗室管理信息化建設指明了方向。

首先，“三化”的基本含義。實驗教學是培養學生創新思維能力的重要組成部分，創新的前提是“解放思想”，即立足能力培養目標為學生提供個性化人才培養“套餐”。而個性化一方面是為學生提供可供選擇的個人發展方案；另一方面將個性化發展權利讓渡給學生，教師、管理者在個性化培養過程中明確教育引導的功能，讓學生自己認識自己，從而讓學生逐漸樹立個人發展目標；智能化的本質是滿足人們的某種需求，是機械化的高級階段，但不同于智慧化，智能化未進化到系統“思考”的階段。智能化系統具有感知、分析、決策和執行能力，系統按照設定好的程序、指令、機制做出反饋；泛在的網絡已不僅僅要解決人與人的交流，更需要實現的是人與物、物與物的交流，即達到“萬物互聯”的境界。其次是學生實時學、處處學的全天候學習體驗，通過多設備終端分享學習教學資源。再者，泛在化的實驗教學要實現人人皆學、處處能學、時時可學。

其次，“三化”的結構內涵如圖2所示。因對實驗教學模式的研究立意不同，在對個性化、智能化、泛在化的理解上當下比較主流的觀點是“三化”指向的是教學手段。這里有兩個認識誤區，一是在理解“三化”的過程中割裂了其與實驗教學模式的內在關聯性，單純地認為個性化、智能化、泛在化指代的是教學手段的信息化、數字化，二是片面地將實驗教學模式的各功能要素與“三化”建立聯系，而忽視了實驗教學模式是一個完整的實驗教學過程體系，包含了“上中下游”三個環節。從與實驗教學模式的內在聯系研究認為個性化、智能化、泛在化的實驗教學新模式有兩個表征，一是微觀上的“三化”，通過教學內容、教學目標、教學任務、教學理念、教學方法、教學手段等各類功能要素來反映；二是宏觀上的“三化”，通過實驗教學的三個環節來映現。

圖2 寓于實驗教學模式中的“三化”內涵

需要強調的是，“個性化、智能化、泛在化”實驗教學模式的構建始終堅持并遵循馬克思主義哲學“實踐—認識—實踐”的認識論觀點，并在此基礎上，確定實驗教學新模式的活動程序：科教融合、產學融通—虛擬仿真、實驗室建設—創新創業競賽、畢業設計。科教融合、產學融通既是啟下也是承上。這一環節通過“三化”手段很好地豐富了實驗教學內容與教學任務。虛擬仿真、線上線下混合教學、實驗室建設是實驗教學過程的中間環節，是通過教學手段、教學工具來作用于教學內容。這一環節通過“三化”手段極大地提高了教學生產力。創新創業競賽、畢業設計是對教學成效、教學目標的綜合評價。這一環節通過“三化”打通實踐育人的最后一公里，打破傳統實驗成績評定人才培養質量標準的藩籬，同時這一環節又與第一環節形成了閉環機制。

4 基于“個性化、智能化、泛在化”實驗教學模式的實踐

以遼寧大學為例，2019年以來，學校圍繞實驗教學模式不斷探索，一方面繼續加強“三化”與實驗教學新模式的融合，另一方面培育豐富“上中下游”實驗教學成果。在科教融合、產學融通環節，學校積極組織師生與各類企業開展產學合作協同育人項目合作。2020年，與遼寧向日葵教育科技有限公司合作的《教育信息化視角下遼寧高校數字教育平臺建設與推廣研究》項目獲批教育部產學合作協同育人立項，項目圍繞實踐條件和實踐基地建設展開研究。同年，教育部“新工科”項目《產教融通的新工科人才創新創業教育實踐平臺開發與保障》獲批立項。在虛擬仿真、線上線下混合教學、實驗室建設環節，學校統籌指導虛擬仿真一流課程建設申報工作，2020年《融媒體大型主題直播報道虛擬仿真實驗》獲批國家級虛擬仿真實驗教學一流課程，2021年《“一帶一路”國家商務談判中文化情境識別與影響虛擬仿真實驗》申報國家級虛擬仿真實驗教學一流課程。此外，學校深入開展“線上+線下+虛擬仿真”實驗教學模式研究，推進“半實物虛擬仿真工廠與虛擬仿真實訓室”、新媒體視聽采集與制作實驗室，遼寧大學創新實踐教學中心建設和發展。如圖3所示，在創新創業競賽、畢業設計環節，學校立足“育賽結合、以賽促教”的實驗教學模式，對發揮實驗教學在人才培養過程中的重要作用極具可推廣的實踐價值。

圖3 實驗教學新模式的結構框架與活動程序

5 創新高校實驗教學模式的價值意蘊

實驗教學是高等教育實踐育人的重要教學環節，是培養學生綜合能力與創新意識的重要手段。深化本科教育教學改革要求變革不合時宜的人才培養體系，創新人才培養模式。對實驗教學模式的創新既是高等教育事業發展的必由之路，更是中國特色社會主義高校的時代使命。新形勢下，要高舉技術創新為教育發展賦能的旗幟，充分認識教育教學信息化不可逆轉的歷史趨勢，站在新的歷史起點，面對新的歷史方位，以前所未有的戰略眼光、披荊斬棘的改革魄力與勇氣、嚴謹科學地鉆研態度直擊實驗教學過程中的頑瘴痼疾。對“個性化、智能化、泛在化”實驗教學模式的研究是在國家中長期教育戰略背景下展開的。而對高等教學本科人才培養體系的改革，特別是教學模式的思考是高校以及每一位教育工作者的應盡之義。研究的本身具有里程碑意義，同時在研究過程中總結、形成的理論和實踐成果將通過實驗教學模式的改革帶動課程建設、專業建設、學科建設，以致全面推動人才培養質量的提升。