“慕课”时代的实验教学改革初探<br/>——以华侨大学为例

“慕课”时代的实验教学改革初探
——以华侨大学为例

2016-04-16李鸣李蓉蓉

福建开放大学学报 2016年3期

关键词：慕课实验教学教学模式

李鸣李蓉蓉

（华侨大学，福建泉州，362021）

“慕课”时代的实验教学改革初探
——以华侨大学为例

李鸣李蓉蓉

（华侨大学，福建泉州，362021）

构建一个基于网络的实验教学数字课程中心平台，探索MOOC环境下的实验教学改革，以华侨大学为例，建立网络教学平台，改革与创新实验教学模式、教学内容、教学方式和学习方法，应用现代信息技术手段提高实验教学质量和效益等。

慕课；网络教学平台；实验教学

随着“大规模在线开放课程”——慕课（MOOC）在全球的迅速兴起，课堂教学已经逐步走向多媒体数字化网络信息时代，教育教学改革向信息技术教育发展成为必然的趋势。如何利用慕课在实验教学中发挥作用，达到实验教学过程的最优化，提高实验教学的质量和效益，值得我们认真地思考。本文主要围绕几个方面进行：有线和无线教学网络平台的基本构建，实验教学模式的改革和创新，实验课程内容的改革和创新，实验教学方式的改革和创新，学生实验教学的学习方法创新。

一、校园有线宽带、无线网络整体网络工程平台的基本构建

（一）校园有线宽带、无线网络平台的设计思路

华侨大学现有泉州和厦门两个校区，两校区网络教学平台存在诸多不足和差异，各自为阵又造成重复建设资、源浪费。学校投入数千万元进行网络平台的建设和改造，2014和2015年先后对厦门校区和泉州校区学生宿舍进行有线宽带和全校区无线网络建设和改造。

厦门和泉州两校区有线宽带、无线校园网络整体网络系统的建成和投入运行，为实验教学网络平台的改造与融合提供了条件。通过建设一个全校的慕课课程网络教学平台，推进各实验教学网络平台的融合，节约了各自建设网络平台的经费，丰富和共享实验教学的资源。

（二）有线宽带、无线网络整体网络平台的基本构建

按照学校发展规划要求,有线宽带、无线网络整体网络平台的基本构建要具有前瞻性、先进性、可靠性、安全性、兼容性和可扩展性，在一定时期内保持先进的水平。泉州校区各教学楼、公共场所和学生宿舍楼有线宽带网络和全校区覆盖的无线网络统一按照基于校园传输主干和三层交换的独立组网主流架构，通过学校数据中心边界接入互联网服务提供商网络的管理策略和“集中建设、安全管控”的运维模式，开展集中建设与网络管理，为构建泉州校区与厦门校区基础网络标准统一、互联互通的全校区融合组网环境奠定重要基础。满足大容量和高速率的数据传输，构成一个可靠、交换能力强的跨校区的网络教学平台。形成了厦门和泉州两校区校园有线宽带、无线网络整体网络平台的基本构成，全校区的整网建设标准、安全管理和技术架构均符合教育部、工信部、公安部等部委要求的网络管理与运行模式，运行符合全国高校目前主流技术标准，全校区整体网络平台处于国内先进全省高校领先水平。

建设一个适应我校国际化办学的网络教学管理平台，同时建立相应的数字课程中心平台，为“慕课”教学在我校的应用，提供了良好的有线和无线网络教学平台环境，有力地促进“慕课”在实验教学改革中的探索和应用。为我校的教学、科研、办公等应用提供了高速便捷、安全可控的高标准校园基础网络环境，并为实现与互联网服务提供商社会资源的共建共享、合作共赢提供了重要的网络支撑体系和应用平台。

二、实验教学教学模式的改革和创新

（一）实验教学模式的创新

实验教学在高等学校人才培养中占有重要的地位，是培养学生操作技能、实践能力和科学素养的有效途径，具有其他教学环节无法替代的作用。传统实验教学模式是以课堂教学为主，师生交流较少，时空受到一定的限制，已经不适应现代教育的发展。

“慕课”的出现给高等教育带来了巨大的变化，这既是挑战，也是机遇。学校有些院系实验学时少，能给学生开设的实验项目就少，学生学习效果自然受到一定的影响。因此，学生对“慕课”学习由世界范围的名校、名师开设的实验课程充满了期待，这对打牢学生的自然科学基础将起到不小的作用。[1]教学模式创新的核心是在慕课环境下，探索适合于实验教学特色的混合式教学模式。[2]有了慕课以后，由于慕课在交互以及多媒体等方面的优势，给传统的实验教学模式带来了挑战，[3]利用移动终端和PC机进行在线实验课程的学习，构成线上和线下互为补充又相对独立的模式。在院系原有的网络教学平台上，以往辅助实验教学的模式较单一，如对一个问题进行讨论时参与者人数和方式受客观条件的限制。我校数字课程中心平台的投入使用，使辅助实验教学的模式有了一个有线和无线统一的先进可靠的网络教学平台。慕课这个教学模式与一般的打个电话、发个电子邮件有所不同，它可以用有线和无线网络传输信号的手段，通过用手机、平板电脑和PC机，在不同的地点，让很多同学一起加入到一个问题里面进行讨论，提高辅助实验教学的效果，是很有意义的一种尝试。学生在网上看实验课程的时候，都可以对其没听懂或有问题的地方，回过头来反复看，并在网络平台上或者上实验课时提出问题，得到圆满解决，是慕课教学和实验教学相结合的新模式。

我校旅游虚拟仿真实验教学中心是国家级虚拟仿真实验教学中心。坚持实验教学“虚实结合、相互补充、能实不虚”的原则，运用技术手段创建不同类型的旅游情景和角色扮演，实现环境虚拟、过程仿真的虚拟仿真教学，为旅游类及相关专业类学生打造一个多学科融合、高度仿真、无物理边界、精细化远程管理的虚拟仿真实验教学平台。虚拟仿真实验教学是依托虚拟现实、多媒体、人机交互、数据库和网络通讯等技术，构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象，学生在虚拟环境中开展实验，达到教学大纲所要求的教学效果。

（二）实验教学模式的改革

教学模式改革的核心是将传统教育中的“教师中心”转变为“学生中心”。[4]“慕课”的教师目前都是来自国内和世界名校的知名教授专家，学生们可以自由地选择高水平教师的实验课程，因而会取得较好的学习效果。在网络平台上进行实验教学，学生在学习时不受上课地点和时间的限制。学习的自由度增加了，可以根据需求选择适合自己的学习时间安排学习，在学习实验课程上增加了空间和时间的自由度。学生可以在学校教学楼、图书馆、宿舍、公共场所、各类运动场和人工湖畔进行学习。实验教学平台里有丰富的实验教学资源，这对常规实验教学来说是无法比拟的，它拓宽学生学习实验课程的广度和深度。学生可以选择回放或快进，也就是说可以根据自己的学习进度来听课，学习进程的可控度和自由度更高，这是实际某些实验教学做不到的。学校鼓励教学实践教学方法的改革，实践面授、网上实验预习辅导、答疑，网上学习与实践面授相结合的模式。有些模拟实验、虚拟实验课程，学生可以通过网上学习，按实验课程要求提交实验报告，通过一定的考核方式，教师给予评定实验学习成绩。

新的教学模式的出现，要求教师更新自我的教学理念。基于网络的实验教学模式对教师提出了更高的要求，教师必须转变教学观念和树立素质教育的思想。实验教学模式的改变不仅仅是教学活动或教学手段的转变，也是教学理念的改变。在新的屏幕教学的环境中，教师应秉承“以学生发展为本”的核心理念，突出以人为本的教育观，为学生创造一个新的主动学习和协作学习的环境。

三、实验课程内容的改革和创新

（一）实验课程内容的创新

通过线上线下混合式教学模式，能实现“慕课”与传统实验教学内容上的“混合”，可以获得较好的教学效果。慕课给实验教学内容带来了挑战，采用虚拟仿真技术进行网上实验教学的资源是顶尖的，开设“慕课”的都是国内和世界知名院校，实验仪器设备先进齐全，有许多一般院校没法见到的高科技大型精密仪器设备。这不仅可以使学生通过“慕课”了解到学校里无法见到的实验仪器设备的操作原理和使用方法以及用途等，了解到一些当今世界的高科技知识，更能吸引学生的学习兴趣，拓宽视野，激发学生自身的潜在创造能力。[5]同时从某种意义上来说，也减少了购买仪器设备的资金。

在许多属于宏观现象和微观世界的实验教学中，由于受到某些客观因素和条件的限制，更多地采用模拟仿真的实验教学手段，以达到预期的实验教学目的。在涉及有毒、有害、易燃、易爆的实验教学中，较多采用虚拟仿真实验的教学手段，最大限度地降低相关实验过程的危害性，同时也节约了财力人力物力降低实验的成本。[6]而“慕课”这一教学形式在模拟仿真和虚拟实验课程教学中，更能发挥网络教学的优势，在某些实验教学内容里起到了辅助实验教学不可或缺的作用。[7]

（二）实验课程内容的改革

在实验教学内容上，应该针对具体实验的实际情况，努力做到与实际实验内容相结合。不同与一般的实验课程，网络实验教学突出了信息技术与实验课程的融合。在有限的实验教学时间内，应用现代媒体技术突出实验教学信息量，增强学生学习实验课程的兴趣和能力，不但缩短实验教学课时，而且提高传递实验教学的内容和效益。对某些实验不能做或难以实现的，能够充分发挥现代媒体技术的作用，对一些不易观察、抽象的实验和危险、有毒的实验，进行模拟仿真，虚拟实验，弥补不足，优化实验教学内容。实验课教师可以布置学生先通过“慕课”自学相关实验项目内容，课堂上再进行提问、讨论和实验操作，这样就可以节省授课时数，因而也就可以开出更多的实验课项目。这不仅在有限的课时数内大大丰富了实验课程的教学内容，而且还培养了学生的自学能力，使他们由被动学习变为主动学习，实现了“翻转课堂”的作用。只有充分运用“慕课”网上教学的优势，与实验教学课程有机地互相融合，扬长避短相辅相成，才能深化实验教学内容改革和发展的需要。[8]

四、实验教学方式的改革和创新

（一）实验教学方式的创新

我校将“慕课”课程引入正规的教学中，学生可通过学习“慕课”课程拿到学分，这为实验教学方式的创新提供了新的思路。部分院系实验课程由主讲教师负责，支持网上大规模人群参与，观看实验教学视频，学生进行线上学习互动论坛，进行邮件讨论和答疑，布置实验作业、进行相应的考试环节，完成这几方面相互交织的网络教学过程。实验教学方式采用模拟和虚拟仿真实验进行实验课程的教学。

医学具有综合性、社会性和实践性的特点。“慕课”提供了越来越多高质量免费的大学基础课程，因此在线医学实验课程更具有共享的国际化。实践性是医学教育最突出的特点之一，医学知识和理论建立在医学实验的基础上，实验教学是医学生获取知识必不可少的重要环节，是培养医学生医学能力的重要手段。我校生物医学学院建设投入使用的虚拟人体解剖仿真实验教学中心，是利用美国可视化人体计划（Visible Human Project）数据集开发重建的完整的三维数字人体虚拟解剖学数据库和相应的软硬件建立起来的。基于可视化人体工程构建的VH Dissector从原始图像的获得到断层数据的分割再到三维结构的形成，完全严格遵照美国国家医学图书馆的标准来构建高度仿真的虚拟实验环境和实验对象。并且该中心可同时与哈佛大学医学院联网共享解剖课件。

实验教学中心采用了国际先进的多媒体解剖教学系统，解剖结构不但三维可视，而且可以同时显示结构的冠状面、矢状面和横断面。将解剖实验的全程通过人机互动，在电脑上全程再现；可由学生自己操作，逐层解剖，可以任意转动可视化的三维器官图像，从不同的角度了解各种解剖结构关系。学生可以在高度仿真的虚拟实验环境中开展解剖实验，在虚拟实验环境中学习、可以反复进行演练，分组互动进行讨论、与教师在线答疑，共同指导协作式地完成实验课程的教学活动。学生也能够在课后在线自学、复习，共同讨论相互提高。指导教师在网上布置实验作业，学生在网上提交作业，教师评定成绩。

由于医学实验教学条件的限制，人体解剖实验所需要的尸体资源难得，重复使用率低。即使开出实验，每组实验人员过多，教学效果欠佳。“慕课”使医学实验教学出现新的发展机遇，医学实验教学的改革有了新思路和新方法。虚拟人体解剖仿真实验教学课程的开设，一方面克服了尸源匮乏的实际困难，有效保证了医学、药学相关专业本科生实验教学工作的顺利开展；另一方面也是探索虚拟仿真这一教学新模式、尝试新型教学手段的突破。

（二）教学方式的改革

必须建立新的与“慕课”相适应的实验教学资源，以满足开放性在线课程的要求。在教学方式上应该更加灵活多变，应该积极引导学生充分利用慕课的成果，给学生布置课外作业，让他们观看慕课对应的实验内容，提出一些实验过程的问题，让学生们来讨论，作为他们学习实验课程的一个重要补充。教师要求学生在课前预习教学内容和视频内容。设置一个网上交流平台，学生可以在平台上把自己不懂的地方提出来，和平台上的同学们查找资料，相互讨论，得到解答；有出现问题后教师能够及时地发现，及时给学生解答。对于讨论未果的问题，由系统收集起来，我们将成立一个学习指导小组，由参与录制、制作的教师和优秀的学生组成，对问题进行集中解答。实验课时，教师提出一些问题，帮助学生们理解和解决预习中存在的问题。当然，学生要是在课堂上没有听懂，可以反复回放视频，直到掌握课程内容，达到课程目标。通过实验教学平台来布置实验报告，通过考核考试的评定，同时采用面授方式和慕课方式相结合的方法进行实验课程教学。

我校将继续引进国内外知名高校的优秀实验课程，正在积极建设自己的“慕课”实验课程，同时也将逐步推进国内外名校“慕课”课程选修的学分认定，以适应互联网时代教学的需求。

五、学生实验教学的学习方法的改革和创新

（一）学生实验教学的学习方法改革

慕课教学改变传统的与教师面对面的教学模式，学生成为屏幕教学过程的主体。新的教学模式强调学生的主动学习，需要培养学生学习的自觉性、自主性和创造性，激发学生学习的兴趣和动机。学生可根据自己的学习习惯和特点，实验课前查阅参考资料预习实验内容，拓宽对实验教学知识面的广度和深度，学生的自主学习中心地位更加突出，更能发挥学习的主动性，对问题掌握得更深，才能把书本上的知识转换为自己的知识，这个过程是其思维锻炼和学习的过程。网上学习时须集中注意力积极参与主动学习，只有充分发挥学生自主学习的积极性，才能达到较好的学习效果。

“慕课”更符合学生学习的一般规律。学生学习的自由度增加了。这是一种特别是针对时间安排没有那么灵活的人来讲，是非常有效的学习方式和手段。学生学习积极性很高，提高了对实验课程的学习兴趣和理解。将信息化技术与实验教学相融合，将混合式、翻转式教学和网络教学的理念运用到传统的实验教学中，为大面积推广慕课教学模式提供可靠理论依据和实践参考。

（二）学生实验教学学习方法创新

在屏幕教学的模式下，学生在网上进行学习实验课程，网上实验教学学习不受时间和地点的约束，学生可以在PC机、手提电脑、平板电脑或手机，通过有线或无线上网来进行实验课程的学习、预习、复习、答疑和提交实验报告等，达到无处不在的学习效果。[9]学生必须参加师生建立的“教师微信群”“师生教学微信群”等微信平台，利用“移动学习”这一便捷手段，相互上传共享问题研讨，及时交流学习心得；也可以参与同学之间的实验预习和问题讨论，很多问题能高效地得到解决。教师在实验教学过程中，不但要为学生学习提供帮助和指导，增强学生学习的积极性；而且要引导学生进行协作学习，提供预习内容鼓励学生之间通过研讨进行学习，共同提高学生的学习能力。利用学校“远程视频交互平台”，解决了泉州和厦门两校区跨地域教学的问题，定期通过“远程视频交互平台”进行专题授课、研讨，加强学生之间的交流、师生之间的交流，提高学生的学习效果，激发学生的学习潜能，以达到实验教学过程的最优化，极大地提高了实验教学效果和效率。因此，借助现代信息技术的发展，依托互联网上丰富的教学资源，增进学生的自主、互动和个性化的学习变得尤为重要，[10]“互联网+”的手段将贯穿整个实验教学课程。

在慕课教学的环境下，教师应充分认识技术变革教学的重要性，提升教师在信息化环境下的教学设计、资源整合、课堂管控、技术应用、教学评价以及专业发展的能力。教师既是学习者也是授课者，通过向名师学习可以提高自身的实验教学水平，再反过来教授指导学生。教师要注重学生创新创造能力的培养和训练，应该是学习环境的设计者，学生学习的促进者，创新学习的引导者，学习结果的评估者。教师通过网络将实验课程的内容、重点、难点问题放在网上，教师通过网络引导学生自己寻找达到学习目标的最佳途径，提高学生分析问题、解决问题的能力，为学生的预习和学习提供帮助。网上实验教学的过程性评估和测试是必不可少的，学生学习完一个阶段之后，要通过阶段测试，系统自动测验，评量系统自动评阅。如果不能通过，则不能进行下一阶段的学习。“慕课”教学使得学生的人际交往和沟通能力培养受到一定的限制，无法进行实地体验，使得需要动手操作的实验和实践课等不容易实现。[11]因此，培养学生主动学习的兴趣尤其重要，帮助学生克服因屏幕教学过程中所产生某些不利心理因素，引导学生充分发挥主体参与作用，使得学生在屏幕教学的新环境中能逐步提高自我监控、自我约束的能力，挖掘学生的创新力和创造力，培养他们的自然科学素养。[12]

六、结束语

为适应慕课时代这一新的发展趋势，在构建一个基于网络的实验教学平台的基础上，改进和丰富实验教学手段，探索适合于实验教学特色的混合式教学模式，创新实验教学的教学方式和学习方法，同时为推广应用到其它课程提供有益的经验和打下坚实的实践基础。[13]应用现代化的教学手段，节约实验教学经费共享教学资源。通过对这种大规模在线开放课程的学习，教师可以不断提高自身的教学水平；学生可以听到国内和世界知名院校教师的授课内容，提高对实验课程内容的认知水平，提高实验教学的质量和效益，满足培养信息时代所需人才的教育需求。其最大创新和特色在于：将信息化技术与实验教学相融合，将混合式、翻转式教学和网络教学的理念运用到传统的实验教学中。促进了我校教学方式的信息化改革，并将为今后逐渐形成适合于我校办学特色的慕课教学提供有价值的参考依据。

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[6]张扬.基于慕课的实验教学模型设计[J].中国现代教育装备，2015，（7）：32-35．

[7]陈萍，周会超，周虚，等.构建虚拟仿真实验平台，探索创新人才培养模式[J].实验技术与管理，2011，（3）:277-280.

[8]张丽明．以慕课为依托培养学生自主学习能力：以《Photoshop图像处理》课程为例[J]．科技教育，2014，（27）：136.

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[12]程效军，刘春.教育风暴“慕课”下的测量学课程改革与实践[J].井冈山大学学报：自然科学版，2015，（5）：17-20．