高校“个性化、智慧化、泛在化”实验教学模式的实践与研究

杨开一 李 雪 薛友林

（1.辽宁大学教务处，辽宁 沈阳 110036；2.辽宁大学轻型产业学院，辽宁 沈阳 110036）

0 引言

2018年教育部发布的《教育信息化2.0行动计划》中提出“构建网络化、数字化、智能化、个性化、终身化的教育体系[1]，建设人人皆学、处处能学、时时可学的学习型社会，实现更加开放、更加适合、更加人本、更加平等、更加可持续的教育”的总体要求，为以真实问题为导向的实验教学新模式研究提供了方法论的指导。

1 高校实验教学的真实问题

当前高校实验教学中存在的真实问题，主要集中在以下八个方面，一是实验教学手段单一，教学理念滞后，教学任务与教学目标没有强支撑关系。二是师生和实验用户无法随时随地接收信息、参与实验教学。三是实验室资源不能对校内或校外开放共享，无法满足服务区域经济发展的迫切需求。四是实验室建设缺乏顶层设计和统一管理，传统实验室建设周期长，维护成本高，部分实验教学项目高危，实验过程不可及或不可逆。五是没有建立起教学和科研的有效连接，不利于学科交叉融合、学生综合能力和创新能力的培养。六是传统的实验无法为学生提供个性化实验项目，学生无法自由选择实验课程。七是无法实现实验自动批改和智能指导，无法通过数据分析实验项目使用情况及教学效果，无法从数据中提炼出有价值的决策信息。八是实验教学成效评价体系不立体、不具体、评价方式落后。

2 实验教学模式的结构框架与活动程序

实验教学模式是在实验教学过程中通过一定教学思想或教学理论的指导从而建立起来的较为稳定的教学活动框架和活动程序[2]。对这一概念的理解，要从结构框架与活动程序两方面加以考量。作为结构框架，突出了教学模式是从宏观上对教学活动整体及各要素之间内部关系和功能的把握[3]。作为活动程序，则突出了教学模式的有序性、系统性以及可操作性。据此，对实验教学模式的研究要首先明确影响教学活动的各功能要素，其次要结合其活动程序的有序性、系统性以及可操作性深刻理解实验教学模式的形成规律。

教学活动一般由教学内容、教学目标、教学任务、教学理念、教学方法、教学手段等各类功能要素组成，各要素之间具有内在紧密的联系。同时，作为一种活动程序，实验教学模式又分为上游、中游、下游三个环节。上游即“资源的投入”，解决的是实验教学内容的源头问题，中游即“生产”，聚焦的是实验教学内容转化为教学成效（教学目标）的实现路径，下游即“产出”，指向的是教学成效的评价。因此，实验教学模式既存在功能间的联系，也包含了“上中下游”的联系，这是创新实验教学模式的底层逻辑。基于对实验教学模式的认识基础，研究发现的八个实验教学问题显然需要通过厘清并创新实验教学模式的结构框架与活动程序来回答。

输入来源单一的实验教学内容、教学任务—采取线下指导的实验教学手段—实验成绩作为教学成效评价、教学目标达成的主要依据。图1为传统实验教学模式的结构框架与活动。

图1 传统实验教学模式的结构框架与活动程序

3 “个性化、智能化、泛在化”实验教学模式的创新路径

教育部在《关于2017——2020年开展示范性虚拟仿真实验教学项目建设的通知》（教高厅〔2017〕4号）中首次提出“积极探索线上线下教学相结合的个性化、智能化、泛在化实验教学新模式”，为高校实验教学和实验室管理信息化建设指明了方向。

首先，“三化”的基本含义。实验教学是培养学生创新思维能力的重要组成部分，创新的前提是“解放思想”，即立足能力培养目标为学生提供个性化人才培养“套餐”。而个性化一方面是为学生提供可供选择的个人发展方案；另一方面将个性化发展权利让渡给学生，教师、管理者在个性化培养过程中明确教育引导的功能，让学生自己认识自己，从而让学生逐渐树立个人发展目标；智能化的本质是满足人们的某种需求，是机械化的高级阶段，但不同于智慧化，智能化未进化到系统“思考”的阶段。智能化系统具有感知、分析、决策和执行能力，系统按照设定好的程序、指令、机制做出反馈；泛在的网络已不仅仅要解决人与人的交流，更需要实现的是人与物、物与物的交流，即达到“万物互联”的境界。其次是学生实时学、处处学的全天候学习体验，通过多设备终端分享学习教学资源。再者，泛在化的实验教学要实现人人皆学、处处能学、时时可学。

其次，“三化”的结构内涵如图2所示。因对实验教学模式的研究立意不同，在对个性化、智能化、泛在化的理解上当下比较主流的观点是“三化”指向的是教学手段。这里有两个认识误区，一是在理解“三化”的过程中割裂了其与实验教学模式的内在关联性，单纯地认为个性化、智能化、泛在化指代的是教学手段的信息化、数字化，二是片面地将实验教学模式的各功能要素与“三化”建立联系，而忽视了实验教学模式是一个完整的实验教学过程体系，包含了“上中下游”三个环节。从与实验教学模式的内在联系研究认为个性化、智能化、泛在化的实验教学新模式有两个表征，一是微观上的“三化”，通过教学内容、教学目标、教学任务、教学理念、教学方法、教学手段等各类功能要素来反映；二是宏观上的“三化”，通过实验教学的三个环节来映现。

图2 寓于实验教学模式中的“三化”内涵

需要强调的是，“个性化、智能化、泛在化”实验教学模式的构建始终坚持并遵循马克思主义哲学“实践—认识—实践”的认识论观点，并在此基础上，确定实验教学新模式的活动程序：科教融合、产学融通—虚拟仿真、实验室建设—创新创业竞赛、毕业设计。科教融合、产学融通既是启下也是承上。这一环节通过“三化”手段很好地丰富了实验教学内容与教学任务。虚拟仿真、线上线下混合教学、实验室建设是实验教学过程的中间环节，是通过教学手段、教学工具来作用于教学内容。这一环节通过“三化”手段极大地提高了教学生产力。创新创业竞赛、毕业设计是对教学成效、教学目标的综合评价。这一环节通过“三化”打通实践育人的最后一公里，打破传统实验成绩评定人才培养质量标准的藩篱，同时这一环节又与第一环节形成了闭环机制。

4 基于“个性化、智能化、泛在化”实验教学模式的实践

以辽宁大学为例，2019年以来，学校围绕实验教学模式不断探索，一方面继续加强“三化”与实验教学新模式的融合，另一方面培育丰富“上中下游”实验教学成果。在科教融合、产学融通环节，学校积极组织师生与各类企业开展产学合作协同育人项目合作。2020年，与辽宁向日葵教育科技有限公司合作的《教育信息化视角下辽宁高校数字教育平台建设与推广研究》项目获批教育部产学合作协同育人立项，项目围绕实践条件和实践基地建设展开研究。同年，教育部“新工科”项目《产教融通的新工科人才创新创业教育实践平台开发与保障》获批立项。在虚拟仿真、线上线下混合教学、实验室建设环节，学校统筹指导虚拟仿真一流课程建设申报工作，2020年《融媒体大型主题直播报道虚拟仿真实验》获批国家级虚拟仿真实验教学一流课程，2021年《“一带一路”国家商务谈判中文化情境识别与影响虚拟仿真实验》申报国家级虚拟仿真实验教学一流课程。此外，学校深入开展“线上+线下+虚拟仿真”实验教学模式研究，推进“半实物虚拟仿真工厂与虚拟仿真实训室”、新媒体视听采集与制作实验室，辽宁大学创新实践教学中心建设和发展。如图3所示，在创新创业竞赛、毕业设计环节，学校立足“育赛结合、以赛促教”的实验教学模式，对发挥实验教学在人才培养过程中的重要作用极具可推广的实践价值。

图3 实验教学新模式的结构框架与活动程序

5 创新高校实验教学模式的价值意蕴

实验教学是高等教育实践育人的重要教学环节，是培养学生综合能力与创新意识的重要手段。深化本科教育教学改革要求变革不合时宜的人才培养体系，创新人才培养模式。对实验教学模式的创新既是高等教育事业发展的必由之路，更是中国特色社会主义高校的时代使命。新形势下，要高举技术创新为教育发展赋能的旗帜，充分认识教育教学信息化不可逆转的历史趋势，站在新的历史起点，面对新的历史方位，以前所未有的战略眼光、披荆斩棘的改革魄力与勇气、严谨科学地钻研态度直击实验教学过程中的顽瘴痼疾。对“个性化、智能化、泛在化”实验教学模式的研究是在国家中长期教育战略背景下展开的。而对高等教学本科人才培养体系的改革，特别是教学模式的思考是高校以及每一位教育工作者的应尽之义。研究的本身具有里程碑意义，同时在研究过程中总结、形成的理论和实践成果将通过实验教学模式的改革带动课程建设、专业建设、学科建设，以致全面推动人才培养质量的提升。