基于慕课平台的 虚拟实验平台的研究与设计

杨爱民 夏文峰 杨舒嫒

摘要：本文提出了基于慕课平台的计算机语言类虚拟实验平台的研究与设计思想，即将现有的各类计算机语言实验系统通过中间库接口，与慕课平台对接，将学生实验环节融入慕课平台，从而实现理论与实践的一体化客观评价。

关键词：慕课平台;虚拟实验;中间库

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）12-0097-03

● 引言

随着互联网技术的飞速发展，各种网络教学平台层出不穷，如各级别的慕课平台、雨课平台、金课平台等，这些平台为学生提供了视频、动画、练习、答疑、测试等众多的功能，也为不同高校之间的教学提供了资源共享。但是，目前大多数的慕课平台普遍缺少基于慕课平台环境的虚拟实验系统，特别是工科类课程的虚拟实验系统，无法将这类课程的实践环节纳入到慕课平台整体考核范畴，这是当前各类慕课教学平台共同面临的一个问题。这主要是由各类工科课程实验的复杂性及各课程实验环境的独立性所决定的[1]，慕课平台想把所有的实验环境都統一到平台中，显然不大现实，那么，是否可以通过中间层接口将慕课平台与各课程实验平台连接起来，实现理论与实践的统一考评呢？这正是本文研究的问题。

本文研究的是基于慕课平台，设计一款计算机语言类的虚拟实验平台，将计算机语言类的实践环节纳入慕课平台整体考核范畴，这样，学生进行语言类的实验就完全可以脱离实验室环境，也无需任课教师亲临辅导，只要通过慕课平台进入到虚拟实验系统即可，系统对学生实验结果进行智能化评测，并将成绩统计并反馈到慕课平台，这不仅减轻了传统实验方式下因辅导教师及实验资源不足造成的压力，而且使得学生的课程实验不受地域空间和时间的限制。[2]另外，在新冠疫情期间，学生可以照常进行实验，教师也能保证实验教学的正常进行，从而真正实现理论与实践相结合。

● 研究思路与方法

1.研究思路

本文的研究基本思路是将已有的自主开发的计算机语言类课程的实验系统进行整合并完善，形成一个完整的语言类网上虚拟实验平台，并与浙江省高等学校在线开放课程共享平台、宁波慕课平台等相关慕课平台对接，构建基于慕课环境的计算机语言类课程虚拟实验平台，进而实现在慕课环境下将理论与实践考核融于一体，真正实现网络教学一体化的功能。

传统计算机类课程的实验安排一般比较单一，主要是任课教师根据讲课的内容设置一些实验项目，但一个班的学生实验人数往往有几十人，教师想在一节课中把所有学生的问题都解决，显然是不现实的。此外，某些固定模式的实验题目，容易导致学生之间相互参考，这样学生很快就会做完，剩余时间无事可做，甚至出现打游戏等情况，而且在传统实验课中，教师需要为学生考勤、批改作业、统计成绩等，这些都要耗费大量时间，导致课后辅导时间比较少，无法培养学生的实践能力。[3]而智能化的虚拟实验平台，提供了可供多种语言程序类课程使用的提交系统，以及数据库测试、仿真用例系统，适合于大多数的语言类课程，虚拟实验平台可以根据学生对所学知识的掌握程度按照游戏化进阶模式随机出题、即时评判，不需人工干预，对完成速度与质量都好的学生，系统会给予奖励，具体奖励策略是引入了一些类似游戏的奖励机制，如每做对一道题能够得到一定数目的金币，用这些金币可以换取积分卡、提示卡等特殊功能卡，这不仅提高了学生主动参与实验的积极性，而且每完成一道实验题目，学生都会有一种成就感。[4]在系统的教师端还提供了学生学习情况分析、上机实验、实验报告、讨论报告的智能评判、成绩统计、成绩单生成等功能，此外还可以自动考勤，记录迟到、早退、旷课以及抄袭别人答案等，实现了智能化的管理。该系统也为任课教师节省了大量的时间，避免了许多重复性的工作。

图1是自主研发的虚拟实验平台与慕课平台对接的结构图，由图1可以看出，对接后的平台系统不仅可以发挥原有慕课环境下的视频、动画、作业、测试、考试、答疑、讨论等强大的在线学习功能，而且还融入了虚拟实验平台提供的网上实验、进阶训练、仿真用例、项目设计、实验报告、讨论报告等实践环节的考核功能，最终实现“教学立体化，考核一体化”的综合平台功能。

2.研究方法

（1）调查法

本文通过对目前使用中国MOOC、浙江省高等学校在线开放课程共享平台、宁波市高校慕课联盟等慕课平台以及自主研发的网上实验系统等的几届学生及教师的问卷调查，得出了一手的实例数据，依据多数学生认知推理与操作习惯，总结完善现有的实践系统，并通过研究各慕课平台的实际情况，总结出最合适的对接方案。

（2）文献研究法

本文研究的课题参阅了大量的国内外文献资料，了解国内外研究动态，特别是肯定了在慕课环境下开发虚拟实验平台的必要性，汲取了同类系统开发的一些宝贵经验，为课题的顺利进行打下理论基础。

（3）实证研究法

笔者通过学生的使用与教师的考评，对现有系统做了大量改进，以游戏化、进阶制的形式智能化地对学生实验进行评判。课程还借助智能化网上实验系统提供的自动评价体系，将学生的上机实验整个过程按照学生实践提交过程速度、实验报告态度、进阶状况进行智能化评定，得出学生的实验分数，再将该成绩与考勤、实验报告、讨论报告、大作业融为一体，期末由系统自动生成一张学生分项成绩单，并可导出为Excel表格，直接上报教务。此外，学生随时可以上网查询自己的得分情况，充分体现了评价体系的即时性与客观性。大量的实证，验证了系统的可行性与可靠性，为整合慕课平台下的虚拟实验平台提供了实践依据。

● 与慕课平台对接技术

本文研究的核心问题是如何将虚拟实验平台与现有慕课平台对接，实现数据共享及考核一体化。由于慕课平台适合于大多数的常规性理论课程，平台为这些课程提供必要的视频、在线讲座、练习、考试等功能，而工科类课程因科目不同，实验环境也不尽相同。[5]

因此，本文提出了如下页图2所示的虚拟实验平台与现有慕课平台对接方案，慕课平台可以设定中间库的数据结构标准，如字段名称、类型长度以及数据库的接口方式等，为用户提供实践环节的考核成绩。在课程结束后，可由任课教师将虚拟实验平台的考核数据传至中间库，并通过中间库传至慕课平台原有数据库，然后在平台的统计库中纳入实践环节的成绩项，即将慕课平台原有的理论考核部分与新传过来的实践部分纳入统一考核体系，最后形成一张成绩单。这些工作均可由任课教师完成，届时在慕课平台所开的课程处，建立一个与虚拟实验平台的鏈接，即可将两个平台连成一体，这种方式是虚拟实验平台融入慕课平台代价最小的方案，而且基本不用改变原有慕课平台的结构，同时，也可实现统一管理、资源共享。

本研究的创新性主要体现在以下几个方面：

①理论与实践客观评价一体化。本案例最终可挂载到各慕课平台上，将学生的理论学习与实践考核融为一体，实现与慕课平台资源共享即理论与实践的一体化客观评价，从而解决现有慕课平台针对工科类课程实验环境缺乏统一客观评价的问题。这可为其他工科的实验体系与慕课平台对接提供技术参考。

②数据库用例通用性。案例可以通过接口程序，与目前市场上流行的主流数据库对接，实现了对主流数据库的测试、SQL访问，用例自动生成等相关的实验操作，具备了数据库用例的通用性。

③智能化、游戏化运行机制。本案例通过运用算法模型，设计语义知识库及表与字段的模型库，智能化地与应用案例数据库进行匹配。针对学生提交的答案，采用了游戏化的运行机制，即任务化、进阶化的实验模式，学生每进一阶，均有一定的“金币”奖励，这大大刺激了学生的做题欲望，提高了实验兴趣，也减轻了教师的工作量。

● 结论

本文提出的以改造成本最小的方式即中间库的方式，实现慕课平台与虚拟实验平台的对接，弥补了原有慕课平台因实践环节不足而带来的考评缺陷。如果这种方式得以实现，即可将大量已有的工科类实践系统纳入到慕课平台管理的范畴，这不仅减少了各高校对实验室经费的投入，还解决了线下辅导学生实验师资不足的问题。同时“教学立体化，考核一体化”的慕课平台将使学生和教师不再拘泥于各自高校的实验环境，而是开启了“全时区，全方位”的立体化教学模式，实现理论与实践资源共享。

参考文献：

[1]刘梦娇.我国慕课平台实验类课程开设现状统计分析[J].中国现代教育装备，2020（21）：62-64.

[2][3]刘萍萍，陆兆攀，刘白林.慕课环境下虚拟实验室建设研究[J].价值工程，2017，36（09）：191-193.

[4]杨爱民，吴俊萍.新工科背景下的高校实践教学体系改革思路探讨[J].中国信息技术教育，2019（10）：110-112.

[5]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（14）：32-35.

基金项目：“基于慕课环境下的计算机语言类课程虚拟实验平台的研究与设计”，市教科规划（2021YGHZX-YB06）。