双创教育下的综合型实验课程与教学平台研究

朱思征 王丹

摘  要： 分析了当前实验课程的结构与模式，归纳总结了实验课程在创新创业教育开展中遇到的诸多问题，针对性的提出了综合型实验课程这一概念。对传统实验课程的教师构成和专业知识占比进行调整，以应对创新创业教育过程中实验课程面临的挑战，达到培养复合型人才的目的。为了高效实施开展综合型实验课程，引入协同工作这一概念，构建协同备课系统。

关键词： 创新创业教育; 综合型实验课程; 复合型人才; CSCW; 协同备课系统

中图分类号：G521          文献标志码：A     文章编号：1006-8228（2019）01-94-05

Abstract： This paper analyzes current structure and mode of experiment course， summarizes the problems presented in the development of innovation and entrepreneurship education， and put forward the concept of comprehensive experiment course to adjust the composition of teachers and the proportion of professional knowledge in traditional experiment course， so as to answer the challenges occurred in experiment course. In order to develop comprehensive experiment course efficiently， the concept of computer supported collaborative work is introduced to construct a collaborative lesson preparation system.

Key words： innovation and entrepreneurship education; comprehensive experiment course; inter-disciplinary talent; CSCW; collaborative lesson preparation system

0 引言

傳统教育与互联网的日益结合[1]，教育的方法、教育的模式与教育的层次等都得到了明显的改善与提升。而实验教学作为教育过程中的辅助环节，占据着教育领域不可替代的位置。

科学发展到今天，社会分工越来越细，研究一个项目，往往需要跨越几个行业的人员分工协调才能完成，只有复合型人才才能更好地将各部分工作协调成一个整体，共同完成整体项目。复合型人才不一定样样精通，而要具备总体高度、整体意识和协调能力。就目前开设的实验教学来看，单项课程所涉及的知识领域较为单一，例如：计算机实验教学[2]只注重对学生在计算机方面实践教学的培养，学生能够掌握的实践技能种类也十分有限，这恰恰阻碍了培养复合型人才的初衷，因此，对实验教学课程进行改革，突破实验教学课程局限性，任重道远。

复合型人才不代表一定需要由复合型教师培养，现有的实验教学师资力量与知识储备，通过合理安排同样可以达到理想的培养效果。考虑能否将教师的作业辅导模式由线下转变为线上，由一名教师辅导多名学生，转变为多名教师同时辅导多名学生，线上的多对多的辅导形式是否能够通过互联网实现实时性，最终需要哪些现有的先进技术来实现，将在接下来的部分详细讨论。

1 综合型实验课程的提出

1.1 传统实验课程改革面临的挑战

目前大部分高校为了培养学生的实践能力，开设了多门实践教学课程，并设立了若干实践教学部门，以我校为例，公共实验中心下设计算中心、工程实训中心、电工电子实验中心等七个实验教学支持部门，不同部门对应不同学科，在基础实践课程上开设多门程序设计及实践、多媒体技术与应用、材料力学实验等课程，并将当下的热门技术融入到实践课程中，为学生提供了多项实验课程选择。

但是面对当前实施的创新驱动发展战略和“互联网+”、“网络强国”等一系列重大发展战略[5]，我国亟需一批专业技术强、综合素质高的复合型人才，而交叉学科教育作为复合型人才培养的重要途径，其教学方式和内容都要在传统的教学课程基础上进行改革。在复合型人才培养过程中我们主要面临以下几个阻碍：一是现有课程涉及的学科专业知识较为单一，二是学生的学习时间和精力有限，学生想要选择更多感兴趣的课程往往心有余而力不足，三是复合型教师的培养同样需要一定的过渡期，随着本科教育的普及程度越来越高，各高校生源数量的不断上涨，教师的课程任务将越发繁重。现阶段，一门实验课程通常需要一名教师贯穿始末来完成，这就导致教师在开设特色新实验课程与培养创新创业复合型人才的工作上遇到阻力。

综上所述，在开展创新创业项目，培养创新创业复合型人才的工作的同时，也在面临形形色色的挑战。为了在一定程度上改善以上提出的几点关键性问题，从容应对各项考验，在这里我们提出一点关于实验课程模式改革相关的建议：开展一门或若干门具备创新创业特色的综合型实验课程，在线上实践教学中引入协同概念。

1.2 综合型实验课程介绍

综合型实验课程的概念可以简单解释为：一门实验课程由多种实验课程块构成，可由多位教师分阶段合作完成。目前我国开展的省市级、国家级的竞赛众多，以发掘与培养复合型人才为目的所主办选拔的创新创业项目也在逐年增长。我们可以总结归纳选取具备共性的竞赛或项目开展若干具备创新创业特色的综合型实验课程。颠覆传统的一门实验课程只包含单一专业知识内容，一门实验课程只能由一位教师任课的传统理念。更加实际的向培养创新创业复合型人才的目标靠拢。图1和2中，我们将传统实验课程的教学模式与综合型实验课程模式进行了简单的对比。

1.3 综合型实验课程的优势

开展具备创新创业与复合型人才培养特色的综合型实验课程的优势有以下几点：

⑴ 政策优势 国家正在实施创新驱动发展战略和“中国制造2025”“互联网+”“网络强国”“一带一路”等一系列重大发展战略[5]，培养科学基础厚、工程能力强、综合素质高的工程科技人才具有关键意义。

⑵ 提升教学效率 教师在开设一门普通专业实验课程时，通常需要较长的课程准备时间，因此在授课之余指导学生完成创新创业项目上分身乏术。综合型实验课程的一大特色即一名教师无需再课程中由始至终的承担教学任务，授课由多块构成，由多名教师按知识占比分配，教学工足量同样计算在教学规定任务量中，这种有针对性的教学方式，不仅能在一定程度上鼓励教师投身于创新创业工作中，也充分认可了教师的双创指导工作中的重要性。

⑶ 提升学习效率 综合型实验课程更强调整合、灵活地运用知识，不在于精通所有专业领域的知识，旨在激发学生的创新精神、提升创业能力，培养一专多才的复合型人才，而综合型直言課程的教学方式恰恰契合了对培养复合型人才的理解、归纳和融合能力的初衷，缩短学生的学习周期，提高学生的学习效率。

2 协同教学系统研发

2.1 综合型实验课程面临的挑战

综合型实验课程作为以培养复合型人才为目的，具备创新创业特色的新型实验课程。改变了传统实验课程内容分布及任职教师构成。多名教师的综合指导同时使我们在多方面面临着新的疑难问题。各教师在开课前需要根据实验课程内容决定知识占比，且在创新创业课程中，各知识领域之间不会都是相互独立的。如果一门课程准备100%的内容，实际涉及的主讲内容只有20%。那么剩余的80%将是教师在时间上的极大浪费。综合型实验课程开设的意义，也将由于备课效率过低而失去。如何高效地准备综合型实验课程，还需在一定程度上将各学科的知识相互关联起来。这里我们引用一个协同的概念。

2.2 CSCW简介

随着全球化、信息化的普及，为了提高工作效率，诸多领域采用分布式作业，使员工们可以跨平台、跨区域合作。而合作的方式，也随着工作量的增大，从个人负责整体中的部分独立模块，通过合并实现合作，逐步发展为多人、多地域甚至实时的负责不同或相同模块任务的合作方式。因此，群件系统、协同计算等一系列支持协作需求的产物应运而生。从20世纪八十年代依瑞·格里夫和保尔·喀什曼提出了计算机支持的协同工作（Computer Supported Cooperative Work， CSCW）概念[3]，直至今日实时协同领域的研究日渐成熟，并产生了大量的创新理论与实践开发工具。如支持产品设计的Co-CAD[4]、支持协同文档编辑的Codoxware、CoMaya，CoTable等。这使我们可以借鉴和引用此类协同应用去设计和构造框架，去构建一套适用于综合型实验课程的教学管理平台。

2.3 协同备课系统设计

结合CSCW的理念，将协同技术运用到教师在综合型实验课程的备课过程中，多名教师异步离线或同步在线备课，可选择在同一个课件上协同编辑，或将各自的课件上传的服务器上并对所有教师可见，实现教师之间的教学内容透明化，更好的完善自己的教学内容。我们称这种支持多名教师协同备课的系统为协同备课系统。

如图3所示，协同备课系统涉及多种综合型实验课程， 教师登录到协同备课系统后，首先选择自己的辅导课程，课程的种类我们主要分为竞赛辅导类、创新项目类和创业项目类，其中每种课程都会涉及一到多门的专业课程，课程选择完毕将选择将要协同编辑的课件类型，当前比较常用的课件类型多分为PPT课件、视频课件、网页课件等，课件类型选择后，教师们可以进入课件内部进行协同编辑，在这里我们将每门综合型实验课程中的多门专业知识内容融合在一个课件中，并将课件整体按照专业知识占比分成若干模块，教师在进入协同备课系统后，有两种协同模式：①编辑属于自己专业的课件模块，同时能够看到其他教师的实时编辑内容和编辑进度;②编辑整个课件中的若干或所有模块。

对于第一种协同模式，每位教师只负责编辑自己的模块，并将编辑内容实时上传到服务器，其他模块的内容将自动同步更新到本地的课件副本上，这种协同模式在编辑过程中不会出现内容冲突;而在第二种编辑模式中，教师若想编辑非自己专业模块的课件内容，首先需向该模块的教师请求编辑权限，该教师接收到请求后，判断是否授予编辑权限，若通过，两名教师可以同时编辑该模块中的内容。如图4所示，教师A～D各编辑课件中的模块一～模块四，此时教师C欲编辑教师B负责的模块二中的内容，首先向教师B发出请求，则模块二的编辑工作由教师B和教师C一同完成;而教师A拒绝了教师D编辑模块一的请求，则者没有共同编辑的模块区域。

2.4 模块冲突消解

协同备课系统开发的最终目标是在最大程度满足每位教师的编辑意愿的同时，保证本地最终副本的内容一致。对于这种存在角色权限，内容结构有层级关系的协同编辑系统，我们在前文中提出了移动平台下基于用户活跃度的结构性文档意图维护算法，简称MCPS2算法[6]，并给出了详细系统框架设计方案和一套完整的冲突消解和意愿维护算法。在一致性维护，也就是保证各教师端得到相同的课件副本方面，我们利用局部复制策略解决，另一方面，为了尽可能实现每位教师的编辑意愿，当多名教师同时编辑一个课件模块并产生意愿冲突时，我们利用动态更新的活跃度，对意愿优先级和执行顺序进行仲裁。

结合MCPS2算法和备课系统的开发需求，首先我们将课件的存储结构抽象为一个树形结构，如图5所示。课件标题作为树中的虚拟根节点，维护整个树形结构的完整性，模块层存储该课件模块的专业类型，如一个PPT课件中包含数学专业模块、物理专业模块、计算机专业模块和论文写作指导模块，在数学专业模块下共涉及n页的知识内容，每页内容包含文本text、图片image或表格table等素材。若存在多名教师同时编辑同一页面中的内容，那么虚线区域内容就会存在编辑冲突。产生的编辑冲突主要在于不同教师编辑了同一页面中的同一张图片或同一个文本位置或同一个表格中的单元格。对于此种情况，我们通过动态更新协同用户在所有节点上编辑的活跃度，并在冲突产生时对比活跃度值，来决定操作执行的优先级[6]，客观的，动态的，并在最大程度上维护所有教师的编辑意愿。

2.5 系统功能延伸

结合CSCW的理念，将协同技术运用到教师在综合型实验课程的备课过程中，多名教师异步离线或同步在线备课，可选择在同一个课件上协同编辑，或将各自的课件上传的服务器上并对所有教师可见，实现教师之间的教学内容透明化，更好的完善自己的教学内容。

教师间的协同工作模式，也可以延伸到学生的学习工作中，创新创业项目的完成依靠的是团队协作而不是个人单打独斗，项目实施过程中，任务的分工、进度的监控都能够通过计算机技术来实现，但如果将此过程变得更加实时化，让团队成员之间可以实时地查看到彼此工作内容、进度，甚至在线同时去完成一项工作，将大大提高團队合作的效率。

我们将新型实验课程与CSCW技术结合，如图6所示，将一门综合型实验课程的准备与实施大体分为三个阶段。

⑴ 教师间协同：综合型实验课程前期，教师协同备课阶段。

⑵ 学生间协同：创新创业项目团队中的学生，协同完成实验课程作业阶段。

⑶ 教师与团队：教师线上监控、执导学生完成作业阶段。

3 总结及展望

实验教学作为学生学习过程中的重要的实践部分，旨在促进学生将理论知识与实践相结合。在创新创业教育发展火热的今天，实验课程需要做出适当的改变，以培养出符合时代发展需要的复合型人才。本文提出了综合型实验课程这一新型课程概念，重新组织构建传统实验课程的组成结构，并结合计算机支持的协同工作技术，设计支持综合型实验课程建设的协同备课系统，最后将此核心概念延伸到学生在线作业中，构建教师与教师间、学生与学生间的双协同综合型实验课程教学系统。

后续的研究工作主要包括：①构建设计在线协同作业系统，支持学生团队内部的协同工作;②开展一两门综合型实验课程;③对比分析综合型实验课程和传统实验课程，分析总结完善综合型实验课程的课程体系。

参考文献（References）：

[1] 黄荣怀，刘德建，刘晓琳，徐晶晶互联网促进教育变革的基本格局[J].中国电化教育，2017.1：7-16

[2] 孙遒，吴长青，郑天翔.“互联网+”高校计算机基础教学新模式[J].计算机时代，2017.1：66-68

[3] C. Z. Sun and C. A. Ellis. Operational transformation inreal-time group editors： Issues， algorithms， and achievements[C]. Seattle： the ACM Conference on Computer Supported Cooperative Work，1998：59-68

[4] Zheng Y， Shen H F， Sun C Z. Leveraging single-user AutoCAD for collaboration by transparent adaptation[C]. USA： the 13th International Conference on Computer Supported Cooperative Work in Design，2009：78-83

[5] 陆国栋.“新工科”建设的五个突破与初步探索[J].中国大学教学，2017.5：38-41

[6] Dan Wang， Sizheng Zhu and Liping Gao. MCPS2：Intention Maintenance of Structure Document based MCPS under Mobile Platform[C]. Guilin： Chinese Conference on Computer Supported Cooperative Work and Social Computing，2018.