远程教育实验教学方法探索与实践

2021-04-27周明华王永楠

实验室研究与探索 2021年3期

沈翔，周明华，王永楠，董伟

（山东大学继续教育学院，济南 250100）

0 引言

实验教学是教学环节中的重点、难点问题，对于远程教育来讲，更是如此。实验教学一般需要在特定的空间中利用一定的设施和设备来进行，需要学生主动参与和操作来完成，而这恰恰是远程教育面临的困难和不足。近年来随着多媒体技术、虚拟现实技术的飞速发展，许多专家学者和教育研发部门，通过虚拟实验和虚拟现实技术，模拟真实实验过程进行实验教学资源建设，取得了一些成果［1］。教育部也将虚拟仿真实验教学中心和虚拟仿真实验教学项目纳入“质量工程”建设的范畴，极大地促进在线实验教学的开展。但是在利用网上实验教学资源，开展行之有效的实验教学的方式方法方面还存在许多薄弱环节。

近年来，我校在远程教育实验教学方面进行了有益的尝试和改革。针对当前远程教育实验教学的薄弱环节，积极探索远程教育中实验教学的组织保证和落实方案。充分发挥教师对教学的整体设计和导学的作用，将实验教学与学生实际相结合，将学习和学生的个性发展结合，将学生遇到的实际问题和实践实验结合，将虚拟实验和真实学习结合，挖掘学习者的学习兴趣和潜力［2］，让远程实验、仿真实验、在线虚拟实验成为传统实验的必要补充，使网络实验教学在时间和空间上得到有效的延伸，使实验教学的理念、手段、方法和环境适应形势发展的变化，学以致用，构建开放式实验教学体系，全面提升远程教育培养质量。

1 开放式远程实验教学体系设计原则

1.1 与学生实际相结合，强化学以致用

远程教育的学习者一般是在职学员，有着丰富的工作经验。他们将工作中的问题自觉带到学习中来，对实验环节充满期待。这种学习需求的驱动是推动实验教学环节的有效设计和组织实施的有利因素［3］。远程教育的实验教学应结合学习者的特点，以职业为导向，以提高学习者技能为目的，设计与工作结合的实验环节，将实验目标、实验任务及实验环境，采用问题引领、体验式学习模式导入实验内容，并量体裁衣式地有针对性地为学习者提供个性化学习内容、学习策略、学习指导，使学习者将实验学习与实践经验相结合，加深对所学专业的认识，真正学以致用［4］。

1.2 强化交互设计，建立学习型组织

学习是社会行为，是以社会的人通过语言、符号、工具等为中介进行的。网络教学过程中，学生的认识是一个复杂的过程；学生与学生、学生与教师之间的信息交流是形成知识建构的有效途径。针对学生兴趣和特点建立若干学习型小组，推动教师进行网上网下的交互设计，通过实验学习工具，提供实验环境系统，支持学习者就特定问题与同学和教师进行对话、交流与反馈［5］。利用虚拟工具，例如，概念、图表及其他解决问题的认知工具，虚拟环境以及模拟操作，使师生之间、学生之间形成互动，保证实验教学效果。

1.3 强化任务驱动，变“教”为“导”

学习是反思和认知行为，是从社会到个体的内化过程。这需要网上实验能适合学习者的行为发展需求，能有效借助实验教学任务、借助虚拟实验环境，提升学习者技能、推动创新［6］。在实验教学设计中，应转变老师的角色，由“教”变为“导”，分析学习者的个体差异，环境和技能情况，恰当运用互联网技术，强调任务和目标驱动，使学习者通过实验环节，在广度和深度上对学习进行总结和反思。恰当运用互联网技术，为学习者提供基于真实状况的实验学习环境，让学习者能顺利掌握实验目的，根据教师的指导、并能够适时与其他互动形式结合，独立完成操作，真正提升实验技能［7］。

2 开放式远程实践教学体系构建

2.1 实验教学体系

实验教学体系设计关系到人才的知识、能力和素质结构。对于实践性较强的专业，不仅要求学生应具备较全面的、综合的理论知识，还应拥有系统分析、实施、操作等实践能力。做到这些仅依靠课堂理论讲授还不够，必须通过课程设计、实验等多种教学方式相结合的手段，达到教学目标［8］。在长期远程教学实践中，探讨设计了“二四四”体系架构，即理论教学和实践教学两部分教学体系；课程实验、课程设计、社会实践、毕业设计4部分实验教学内容；虚拟与现实结合、线上与线下结合、实践与学习结合、自主与协作结合4种实验教学方式。

以工商管理专业信息化ERP实验教学为例，开放式远程实践教学体系如图1所示。

图1 开放式远程实践教学体系架构图

2.2 实验教学组织

在实验教学体系中，课程实验、课程设计、社会实践、毕业设计4部分实验教学内容关系到实验教学的质量和效果，但它们的侧重点各不相同。通常一门课程所对应的实验可以分为两类：①单项认知型实验：仅对某一理论进行验证或训练某一方面技能的实验；②综合型实验：运用多种知识和技能分析研究某个较复杂问题的实验。

从实验教学要求来看，对于不同的实验类型，与知识点的对应关系也有所不同。对于单项认知实验，往往对应的是某一特定的重要的知识点，运用实验的方式加强对该知识点的理解和掌握；对于综合型实验，对应的可能是来自不同章节的多个知识点，通过一个实验将这些知识点结合运用，培养学生综合运用所学知识解决实际问题的能力［8］。而课程设计的综合性较强，属于比较复杂的、较为高级的实验，因此应用的知识点不单单需要跨章节，还需要跨课程。将不同课程的不同知识点结合应用，起到综合训练的效果。

以ERP专业的实验教学为例，在“硬件”配备方面，搭建了“微型工厂”仿真实验环境，便于学员对工厂实际环境直观认识；对于ERP实施技能的训练，主要采用上机实验的形式实现。提供微软ERP、用友ERP、浪潮ERP等多种不同的ERP系统，学员可以了解目前主流ERP系统并自主选择实验软件。

目前，在现有实验的基础上，进行了新的探索，先后开发出了生产计划与控制、财务系统、销售系统、供应链与物流管理系统4大模块30多个ERP实验，通过这些实验的开设，充分锻炼学员ERP的实施技能。

2.3 实验教学实践

2.3.1 以新理念引导实验教学

远程教育的学生来自各行各业，自身的职业、知识、背景、需求各不相同，他们多数在职在岗、所从事的职业多数与所选择的专业方向密切相关。与普通教育相比表现出具有职业优势和实践经历、学习需求多元化、学习的目的性和针对性较强的特点。因此，远程教育实验教学应充分考虑新特点、新变化，转变理念［9］。①教师的角色应发生转变，教师应充当导学员、领航员，由“教”转变为“导”，注重为学生创设学习情境，根据学生的不同特点和需求，进行认知引导。②教学方法也由传统的单向灌输转变为启发建构，减少教师“讲”的内容，突出学生主体在学习中的地位，突出学生的个别化学习和小组学习，激发学生的求知欲，帮助学生构建自己的知识体系［10］。在具体的实验操作中，学生在老师的导学下积极参与远程实验，登录实验环境，跟随老师的要求一步步完成操作任务，遇到问题随时向老师请教，并能及时和同学沟通分享学习的乐趣和成果。③在实验内容选取上，应结合生源特点及培养目标、突出问题引领、体验性、参与性的实践教学，加强案例和实训，注重培养学生思考和解决实际问题的能力。实验教学组织必须考虑成人的特点，让学生根据自身的情况来自主侧重，充分尊重学习者的需求，将实践和学习有机结合。

针对远程教育的特点，对各实验教学环节进行精心设计，以实验活动引导学生完成任务。在“实验指导”中，对每一个实验都设置脉络清晰的导航，指引学生结合自身学习条件和个性化学习要求，根据学习模块量身定做适合自己的实验计划、实验目标、实验安排等内容，为学生进入实验学习提供充分的“热身”。在实验学习中，帮助学生把握重点和难点，并精心设计联系实际的“在线讨论”活动，使学生能够学以致用。同时为学生准备丰富的课后思考练习和阅读资料，引导学生在课程讨论区内开展小组交流活动，进一步巩固和拓展所学内容。教师在规定时间内对学生所完成的学习活动进行评价，给出反馈信息，引领学生每一步的学习［11］。

2.3.2 充分利用现代技术手段拓展实验活动

（1）搭建虚拟实验环境。虚拟学习环境由计算机、网络技术、信息技术搭建，不仅向学习者呈现文字、图形、图像，还提供多种交互方式，使学习者获得身临其境的感受。但由于受网络技术、虚拟现实技术、信息技术的限制，这种实验模式还难以完全取代真实的实验［12］；另外远程教育的学生从工作中来，带来了很多实际工作中的困惑和问题。因此，可以构建一种虚拟与现实相结合的实验教学模式；一方面将虚拟实验和真实实验结合；另一方面将实验教学与工作实践结合。通过虚拟实验重点培养和锻炼学生的设计能力、逻辑思维能力和创造能力；通过真实实验阶段重点锻炼学生的实际动手能力。

以计算机基础课程实验为例，开发了基于网络的远程教育虚拟实验环境，充分发挥虚拟学习环境的优势，开发远程模拟实验、远程控制实验和远程仿真实验等［13］；并根据不同知识点的要求开展人机交互，对学生进行实验指导。学生通过操作、测验、知识点互动，达到“做中学”的目的。如果学生虚拟实验操作顺利完成，系统自动提示需要测试的试卷目录供学生点击；如果学生虚拟实验操作出现错误，系统则会自动提示需要学习的知识点目录供学生点击学习。

图2为虚拟实验教学环境平台，图3为虚拟装机实验环节。

图2 虚拟实验教学环境

图3 人机交互虚拟装机

（2）拓展网络远程实验内容。根据远程教育的特点，开设网络远程实验具备更大的方便性和灵活性。①通过网络可以实现实验环境与实验时空的扩展。学生可以在任何时间、任意一台连网的计算机上登录实验服务器，下载实验指导书和查找相关的实验材料，增加了实验操作的灵活性。②利用网络计算机的多媒体交互功能，网络实验图文并茂、丰富多彩的人机交互实验方式，使得实验更为方便快捷，更容易被学生接受。③实验资源可以实现高度共享，满足不同类型学生的需求［14］。

以网络工程专业实验为例。图4、5是为网络工程专业搭建的网络远程实验平台。它作为一个衔接理论和实践的应用平台，为实验教学课程提供了仿真的环境和操作机会。图6、表1所示是利用网络远程实验平台设计的实验教学任务。学生通过远程登录管理的方式可以参与模拟网络诊断，企业网络模拟构建测试，进行流程化训练。