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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
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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
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