慕课时代下实验室实时互动教学平台建设实践研究

张建新+张今朝+王庆泉+胡红生

摘 要：本文分析了慕课时代下实验室实时互动教学平台建设的理论价值和实践意义，指出了目前现有网络互动教学平台用于实验室的弊端，最后结合嘉兴学院电气工程实验室实时互动教学平台的建设提出几点教学模式的改进与创新。

关键词：慕课；实验教学；互动教学平台

中图分类号：TP311.56 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2015）21-0076-04

慕课（MOOC）兴起于2012年，慕课的意思是大规模开放在线课程。迄今为止，已经有十几所世界著名大学参与其中。参与者发布的课程，不是传统的面对面教授课程，而是发布于互联网上的网络课程。学习者上课不受地点局限，无论你身在何处，只需要一台联网电脑，就可以享受世界一流大学的课程[1][2]。

随着慕课提供越来越多的优质免费课程，高等教育的教学模式受到前所未有的冲击。大学不再是高等教育唯一的提供者，大学应该尽快做出相应调整，适应慕课时代，实现“开放”“共享”的共同进步。尤其是电气工程、机械工程等紧需工科课程，电子教案、教学动画、讲课视频等优秀的教学资源应该共享于社会，服务于社会。而对于该类工科课程所涉及的实验课程，受实验条件所限，很难达到共享的效果。那么，工科实验课程将如何面对慕课时代做出调整呢？在应对高等教育国际化的进程中，建立开放性、共享性互动教学平台，是解决实验教学资源集约化的主要途径[3][4]。

一、实验室实时互动教学平台的理论价值与实践意义

实验教学是工科学生获取知识必不可少的重要环节，是培养工科学生动手能力的重要手段。而目前开设的实验教学受制于多种因素，不可能实现面对社会开放。例如昂贵实验设备的维护、实验耗材消耗严重、实验室正常课程的运行管理等。借助网络和多媒体技术建设实验室实时互动教学平台，不仅能够保证正常实验教学的顺利进行、提高教学质量，同时，能够实现实验课程对非本校社会生源的共享。

实验室实时互动教学平台的建设理念是，结合慕课理念充分利用实验室资源建设一个开放、互动、共享的实验教学平台。一方面，促进实验教学改革、提升教学质量，更好地实现应用型工科人才培养目标；另一方面，让社会生源能够间接地参与实验课程，最大限度地实现实验室教学资源的共享。基本思路是在信息技术、传播技术和网络发展综合影响国际教育的大背景下，以开放性在线课程为平台，对实验课程进行全面的综合改革，建设与慕课相适应的实验教学资源，以满足实验教学开放性在线课程的要求，满足工科应用型人才的培养要求。

二、现有网络互动教学平台用于实验室的弊端

近些年，网络互动教学平台得到了迅猛发展，也得到了高校教师和管理者的认同，给高等教育带来了很多新鲜尝试和便利。[5]-[7]但是，现有的教学平台主要是针对理论课堂，直接应用于实验室教学，则暴露出很多弊端[8][9]。

1.现有的网络互动教学平台无法实现对社会生源的共享

现有的网络互动教学平台只能针对本校师生使用，需要师生账号才能登录。对于并非本校学生、有学习意愿的社会生源，是无法登录使用的。这些社会生源可能是没有开设实验课程的他校在校生、未经培训的从业工程师、自学从业工程师、转专业从业工程师。他们一般具有一定的理论和实践基础，但是缺乏专业的技术规范和技术指导。他们对实验课程的需求远大于理论课程。对这些社会生源来说，实验室互动教学平台的开放，无疑是帮助他们开通了自学路上的快速通道。

2.现有的网络互动教学平台硬件条件不足

现有的网络互动教学平台功能上主要体现在课程内容的发布上，借助网络作为一种信息传递的载体，并没有实现真正的教学互动功能。实验室教学平台的功能要求不仅是发布课程内容，还要求视频信息、语音信息、文字信息的实时互动。因此，实验室教学平台要求更高的硬件条件，实验室里必须配置音频和视频设备，例如高清摄像头、高清显示屏、话筒、音响等。除此之外，还要解决网络传输速度、系统兼容性、可靠性等问题。

3.现有的网络互动教学平台无法实现实时互动

现有的网络互动教学平台的互动效果延迟严重。例如Blackboard平台提供的互动方式包括“发帖跟帖”和“发邮件”两种[10]。这样的互动主要是在理论课结束后分散的课余时间进行的，在时间上有严重的滞后延迟。延迟的互动会导致问题不能及时反馈解决，最终导致师生互动兴趣消失。电气工程实验课程多安排为4课时连上的大课，实验室教学平台要求的是集中时间段的课内互动、实时互动。师生之间更多的处于 “在线等”“秒回”的状态。因此，实验室教学平台需要开发一个实用、便捷的实时通讯模块。而且，在通讯方式上不能简单地依靠文字通讯，还要开发更高效的语音通讯。

三、电气工程实验室实时互动教学模式的实践

嘉兴学院电气工程实验室在2014年与上海庚商网络信息技术有限公司合作，共同开发了“电气工程实验室实时互动教学平台”。旨在充分借助多媒体资源和先进的网络技术进行实验室互动教学。实验室实时互动教学模式就是把网络技术应用于实验教学中，使学生在教师指导下，借助网络和多媒体技术创造的网络氛围进行个别学习、自主学习、协作学习、多向互动、多维反馈、多元发展。

电气工程实验室是电气工程及其自动化专业培养实践能力的基础实验室，能够提供电气专业的实验课程，包括电力电子技术、电机控制、继电保护、电力系统控制等。通过该类实验课程的学习，培养电气专业所需要的高素质技能型人才。在电气工程实验室的实验教学活动中，“电气工程实验室实时互动教学平台”的具体实施主要体现为以下几点教学模式的改进和创新。

1.允许社会生源加入实验室教学平台

非本校的社会生源可以通过申请、注册以“慕课生”的身份进入实验室教学平台。慕课生可以免费享受教学视频、实验设备介绍等教学资源。更重要的是，慕课生可以根据实验室提供的《实验课程安排进行表》预约进入电气实验室的某一课程，实时在线参观整个教学过程。也就是说，在时间上，慕课生与在校师生是同时进入实验室课程的。进入课程后，慕课生可以选择“教师视角”或者“学生视角”进行远程学习。通过“教师视角”，慕课生能够看到教师讲解、示范、指导学生操作等教师动作。通过“学生视角”，慕课生能够看到某位学生的具体实验操作，包括可能出现的错误及解决错误的方法。“教师视角”和“学生视角”可以随时切换，或者同屏显示。慕课生之间可以通过平台互动，也可以向助教提问，但是不能干预实验课堂。实验室教学平台能够给没有实验条件的社会生源带来身临其境的学习体验。慕课生的访问模式如图1所示。

2.视频互动模式

在以往实验教学过程中的教师示范环节，全部学生拥挤在教师示范实验台，学生很难看清教师的每一个细节步骤。实验室教学平台要求在教师示范实验台配置高清摄像头，在学生座位配置高清显示屏。通过实验室教学平台，将教师的摄像信息实时传递给每一个学生的显示屏。这样，学生坐在自己的座位上就能清楚地看到教师的示范实验，每位学生都有一个属于自己的“专属示范教师”，如图2所示。在电气实验课程中经常需要教师在电路板上进行的精细操作，例如微型元件选型、导线端点连接等。这些精细操作通过高清摄像头清晰地展现在学生面前，同时通过摄像头保留下当天的教学视频，做为实验室公开教学材料。

在教师示范环节之后，教师进行指导学生操作环节。电气工程实验室大多配置了大型电气装备，一个实验室的面积远大于普通教室。教师需要走到每一个学生实验台进行指导，穿梭于实验台之间，身心疲惫。为此，实验室教学平台在每一个学生实验台配置高清摄像头，在教师座位配置高清显示屏。通过实验室教学平台，将所有学生的摄像信息实时传递给教师显示屏。这样，教师坐在自己的座位上就能清楚地看到每一个学生的实验过程，通过教学平台的通讯互动功能进行指导答疑。多屏显示模式下，教师可以做到宏观监测所有学生的实验过程；单屏放大模式下，教师可以对某位学生单独指导，如图3所示。

3.实时通讯模式

电气工程实验室互动教学平台能够提供实时通讯互动功能，可以文字互动，也可以语音互动，类似于QQ等即时通讯工具。教师与学生之间、学生与学生之间可以实时在线提问和回答。通讯内容可以选择“对外公开”即“群聊”或者“不公开”即“私聊”两种模式。教师在实验课程中展示的操作技巧来自于长期经验积累。而对于初学者，将面临 “怎么办”“为什么”等众多问题。这样的问题必须及时答复，才能有效地帮助学生成长。否则，带着这样的问题继续操作，问题只会越积累越多，最终导致实验结果错误或者实验失败。实时通讯互动功能配合学生摄像信息能让教师在第一时间了解学生面临的问题，从而进行针对指导。相较于传统实验课，基于实验室教学平台的实验指导效率和指导效果明显改善。

4.棘手问题投票模式

电气工程实验室实时互动教学平台提供一个师生互动投票功能。对于某一实验课程，教师发起“本实验常见问题及解决方法集锦”的投票活动。学生在实验过程中遇到某一问题，已经被“集锦”收录、能够找到答案的，则可以为此问题投上一票。没有被收录的问题可以向教师申请加入“集锦”。“集锦”内的问题按照票数从高到低排列。这样操作后，学生经常碰到的问题就会票数最高，排在所有问题的最前面。这个投票活动既可以随时帮助学生解决棘手的实验问题，同时作为学生做实验时切身体验的统计，不经意间留下了学生碰到问题的思考轨迹。这样的数据统计，对于后续学习者和慕课生，可谓是宝贵的经验之谈。

5.无纸化教学模式

电气工程实验室实时互动教学平台能够提供教学资源上传与下载功能，包括办公文件、视频文件等。在“课程介绍”一栏，教师可以上传基础课要求、实验安排等资料。在“课程信息”一栏，教师可以上传实验指导书、实验设备介绍等资料，作为学生的预习材料。在“课程回顾”一栏，教师可以上传教学视频、思考题答案等资料，作为学生的复习材料。教师也可以预先在教学平台上传“本实验常见问题及解决方法集锦”，作为只读材料，减少学生在实验中的出错率。另外，学生可以在实验结束后将做好的实验报告上传至教学平台，教师评阅后给出指导意见，做到“无纸化教学”。

综上所述，电气工程实验室实时互动教学平台在“允许慕课生加入”等几个方面做了教学模式的改进与创新。已有教学平台与电气工程实验室实时互动教学平台的功能对比如表所示。

四、结束语

网络互动教学是慕课时代下高等教育进入信息时代的必然抉择。通过把网络互动教学引入到电气工程实验室的实验教学过程中，建设“电气工程实验室实时互动教学平台”，不仅使电气专业的学生在有限的教学时间内高质量地完成了实验课程的学习任务，同时为非在校的社会生源提供了身临其境的学习体验，实现了高等教育“开放”、“分享”的共同进步。

参考文献：

[1]Usart M， Romero M. Lecture Notes in Computer Science[M].Springer International Publishing，2013：252-264.

[2]Macleod H， Haywood J， Woodgate A， et al. Emerging Patterns in MOOCs： Learners， Course Designs and Directions[J].Techtrends，2015， 59（1）：56-63.

[3]黄素平，刘玲.《纺织材料及检测》课程网络互动教学平台建设实践研究[J].轻纺工业与技术，2014（166）：54-55.

[4]伍兴阶，胡析，李红松.应对“慕课”挑战 深化医学实验教学改革[J].中国高等教育，2014（12）：32-34.

[5]李静，郑采星，刘晓平.基于CSCW的研究性学习互动平台中电子白板的研究与设计[J].中国教育信息化，2009（7）：77-79.

[6]孙淑娟，李世祥.基于Web的辅助互动教学平台的研究[J].烟台职业学院学报，2009，15（4）：78-82.

[7]李仕强，王水平，李翔.基于Web的虚拟实验互动教学平台研究与设计[J].实验技术与管理，2012，29（11）：90-93.

[8]温燕梅.慕课时代的有机化学实验教学改革初探[J].广东化工，2014（18）：189-190.

[9]花向红，许才军，邹进贵.信息化测绘创新实验平台[J].实验室研究与探索，2013，32（7）：153-156.

[10]丁涛，魏芳，李金页等.基于Blackboard平台的环境系统工程课程教学模式研究[J].教育教学论坛，2013（31）：81-82.

（编辑：杨馥红）