孫丹 趙帥

摘? ?要： 開放式實驗實踐教學(xué)作為一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，是培養(yǎng)具備綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力人才的重要環(huán)節(jié)。通過對高校開展實驗實踐教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研分析發(fā)現(xiàn)，目前實驗實踐教學(xué)模式依然存在開放程度不足、實驗實踐教學(xué)資源利用率低、缺乏實驗交流互動平臺等問題。結(jié)合學(xué)校辦學(xué)特色和實際情況，通過互聯(lián)網(wǎng)、移動媒體、VDI云桌面等技術(shù)搭建一個基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺，形成開放式的實驗實踐教學(xué)模式，促進(jìn)實驗實踐教學(xué)工作改革創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞： “互聯(lián)網(wǎng)+”? ?開放式教學(xué)? ?實驗實踐教學(xué)? ?教學(xué)改革

高等教育改革的不斷深入，對傳統(tǒng)實驗實踐教學(xué)發(fā)起了全新的改革升級挑戰(zhàn)，開放式實驗實踐教學(xué)作為一種新型的實驗實踐教學(xué)模式，越來越受到高等教育工作者的關(guān)注。互聯(lián)網(wǎng)以其對數(shù)據(jù)信息的高效互連和高速傳輸處理優(yōu)勢，不僅影響傳統(tǒng)的諸多行業(yè)，還促進(jìn)教育行業(yè)的改革創(chuàng)新。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”成為國家戰(zhàn)略，開放式實驗實踐教學(xué)基于互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成為迫切的要求[1]（272-274）。通過合理運用“互聯(lián)網(wǎng)+”實現(xiàn)開放式實驗實踐教學(xué)，不僅解決了實驗實踐教學(xué)過程中的質(zhì)量監(jiān)控和過程管理缺失、軟件維護(hù)和升級成本高問題，還實現(xiàn)了遠(yuǎn)程實驗實踐教學(xué)資源共享，更有助于形成實驗交流互動平臺，提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，增強協(xié)作創(chuàng)新意識。同時，該教學(xué)模式是目前高校教育的必然趨勢，能很好地實現(xiàn)教學(xué)的智能化、人性化和科學(xué)化管理。

一、開放式實驗實踐教學(xué)研究現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)查研究和翻閱大量相關(guān)文獻(xiàn)資料后發(fā)現(xiàn)，雖然眾多高校已經(jīng)將開放式實驗實踐教學(xué)作為人才創(chuàng)新培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，但傳統(tǒng)實踐教學(xué)模式仍占據(jù)主要地位，為“實驗”而實驗，為“實踐”而實踐的目的性過強，導(dǎo)致目前實驗實踐教學(xué)模式依然存在開放程度不足，實驗實踐教學(xué)資源利用率低，缺乏實驗交流互動平臺等問題。

（一）實驗實踐教學(xué)開放程度不足。

高校通常會建立校園網(wǎng)，然后通過教科網(wǎng)與外面的互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)互通，但是軟件資源的匱乏是如今大多數(shù)校園網(wǎng)的通病，用于實驗實踐管理和教學(xué)的實用性軟件更是少之又少，能提供給教師和學(xué)生的自由度和靈活性較低，開放程度明顯不足。白海等[2]（3-7）在研究時指出高校實驗實踐教學(xué)存在實驗實踐課不夠靈活、開放程度不足、實驗設(shè)備使用率低、實驗課缺乏創(chuàng)新性、學(xué)生的積極主動性不高等客觀問題。

（二）實驗實踐教學(xué)資源利用率低。

目前，高校實驗實踐教學(xué)資源還是以在實驗室實驗實踐為主，實驗實踐教學(xué)資源的更新?lián)Q代與技術(shù)發(fā)展速度之間有一定的滯后性，且維護(hù)成本高、利用率低下，實驗少量為設(shè)計性和綜合性實驗，多數(shù)為驗證性實驗，為“實驗”而實驗、為“實踐”而實踐的現(xiàn)象依然存在，學(xué)生的創(chuàng)新能力得不到全面培養(yǎng)和發(fā)展。此外，高校實驗資源大多采用分散式的管理模式，這種模式勢必導(dǎo)致電腦資源的閑置，且學(xué)生在分配到電腦后需要重新安裝自己需要的科研學(xué)習(xí)軟件，導(dǎo)致軟件安裝升級和維護(hù)時間成本較高。

（三）缺乏實驗交流互動平臺。

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式依然采用灌輸式的教學(xué)方式，教學(xué)模式單一，實驗課程主要依附于理論課程，缺乏創(chuàng)新性，導(dǎo)致學(xué)生投入實驗課程的興趣和精力有限，對實驗課程的反饋有限。因此，學(xué)生很難養(yǎng)成上課積極發(fā)言反饋的習(xí)慣，很難透徹地理解實驗，明白實驗的原理與實驗的過程，學(xué)生與教師之間溝通脫節(jié)，限制學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的提高和協(xié)作創(chuàng)新意識的增強。

二、基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的開放式實驗實踐教學(xué)研究意義

（一）建立虛擬實驗教學(xué)平臺，實現(xiàn)開放式的實驗實踐教學(xué)。

虛擬實驗教學(xué)把實驗教學(xué)過程中的網(wǎng)上選課、理論教學(xué)、實驗操作、結(jié)果測試和實時答疑等實驗教學(xué)環(huán)節(jié)通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在網(wǎng)上實現(xiàn)，為開放式實驗實踐教學(xué)服務(wù)提供基礎(chǔ)保障[3]（5-8）。為了降低維護(hù)費用和增強可靠性，高校虛擬實驗教學(xué)往往采用集中式管理模式，即讓一個甚至幾個學(xué)校共同使用同一個網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，再由專門的網(wǎng)絡(luò)管理員統(tǒng)一管理。此外，虛擬教學(xué)的開放性特點為教師和學(xué)生提供了最大的靈活性和自由度，任何教師和學(xué)生都可以隨時隨地通過接入互聯(lián)網(wǎng)的任一終端使用該教學(xué)平臺，突破時間和空間的限制。建立虛擬實驗教學(xué)平臺可以將分散的實驗教學(xué)通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的功能實現(xiàn)集中的網(wǎng)絡(luò)化管理，不僅能將校園網(wǎng)的資源合理充分地利用起來，還有力地支持了開放式實驗實踐教學(xué)，具有重要的現(xiàn)實意義和很高的實用價值。

（二）創(chuàng)建云實驗平臺，提高教學(xué)資源利用率。

云實驗平臺的創(chuàng)建，可以為傳統(tǒng)的實驗實踐教學(xué)帶來諸多好處。首先，高校實驗室眾多，但是缺乏宣傳平臺，致使不少實驗室不為學(xué)生熟悉，在一定程度上浪費了教學(xué)資源。云實驗平臺的創(chuàng)建，可以為實驗室提供有效的宣傳展示平臺。其次，在實驗教學(xué)過程中，為了合理地排課和開展實驗教學(xué)活動，需要統(tǒng)籌考慮任課教師的上課時間、人數(shù)和專業(yè)等因素，當(dāng)上課時間出現(xiàn)沖突時，需要對沖突的任課教師進(jìn)行協(xié)調(diào)，實驗室的維護(hù)和使用一直是非常復(fù)雜和煩瑣的。云實驗平臺的創(chuàng)建，可以很好地規(guī)避排課過程中各種因素所造成的沖突，有助于形成先進(jìn)有效的管理系統(tǒng)。最后，云實驗平臺的創(chuàng)建還可以實現(xiàn)科研實驗室的統(tǒng)一管理。在傳統(tǒng)的科研實驗室中，各實驗室分別管理自己的電腦資產(chǎn)，且往往配有資產(chǎn)管理人員。然而，分散式的管理模式勢必導(dǎo)致電腦資源閑置，且學(xué)生在分配到電腦后需要重新安裝自己需要的科研學(xué)習(xí)軟件，導(dǎo)致軟件安裝升級和維護(hù)時間成本較高。但是，云實驗平臺的創(chuàng)建可以很好地解決以上問題，大大提高電腦的利用率和科研效率。

（三）構(gòu)建實驗交流互動平臺，提升學(xué)生積極主動性。

利用社交平臺和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以為技術(shù)人員、管理人員、學(xué)生和教師營造出實時的在線交流互動空間。在這個空間中，通過應(yīng)用程序和社交平臺實時推送實驗實踐教學(xué)和實驗室管理信息，可以營造網(wǎng)絡(luò)泛在性實驗實踐教學(xué)環(huán)境，加強實驗實踐教學(xué)資源共享，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力，發(fā)揮學(xué)生協(xié)作創(chuàng)新和主動參與意識[4]（184-185）。由于擺脫了上課發(fā)言的束縛，學(xué)生的思維反而更加活躍，思路更加開闊。在實驗交流互動平臺上，學(xué)生不僅能夠分享實驗思路、實驗過程和實驗結(jié)果，還能提出問題或回答問題。通過與教師和其他同學(xué)分享實驗整過程，討論實驗過程中遇到的問題和困難，有助于更加透徹地理解實驗的原理和實驗過程。此外，在構(gòu)建的實驗交流互動平臺上，學(xué)生還能查看實驗的評價和評分并參與其中，通過瀏覽查看詳細(xì)的評價內(nèi)容和評分走勢圖，增加實驗的趣味性，大大提高學(xué)生的積極主動性。

三、基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺實施方案

（一）實施目標(biāo)。

本實施方案從創(chuàng)建虛擬實驗教學(xué)平臺、建立云實驗平臺、構(gòu)建實驗交流互動平臺和搭建開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺四個方面入手，以計算機輔助教學(xué)、移動媒體技術(shù)、虛擬化技術(shù)、VDI云桌面技術(shù)、基于關(guān)系圖譜的交流互動平臺搭建、負(fù)載均衡和隱私保護(hù)等技術(shù)理論研究為基礎(chǔ)，以開放式實驗實踐教學(xué)研究為主線，搭建出一個基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺。首先，創(chuàng)建虛擬實驗教學(xué)平臺，實現(xiàn)實驗課計算機輔助教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué);其次，建立云實驗平臺，更好地宣傳展示實驗室、形成先進(jìn)有效的實驗室管理系統(tǒng)和實現(xiàn)科研實驗室統(tǒng)一管理;再次構(gòu)建實驗交流互動平臺，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和增強協(xié)作創(chuàng)新意識，營造一個技術(shù)人員、管理人員、學(xué)生和教師實時在線交流的互動空間;最后，搭建一個開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺。通過對高校開展實驗實踐教學(xué)的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研分析，發(fā)現(xiàn)實驗實踐教學(xué)模式現(xiàn)狀和依然存在的問題。結(jié)合學(xué)校的辦學(xué)特色和實際情況，通過互聯(lián)網(wǎng)、移動媒體、VDI云桌面等技術(shù)搭建一個基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺，形成開放式的實驗實踐教學(xué)模式，促進(jìn)實驗實踐教學(xué)工作改革創(chuàng)新。

（二）實施思路。

本實施方案按照資料收集及調(diào)研、技術(shù)理論研究、系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā)、綜合平臺的設(shè)計和開發(fā)四個階段依次展開，遵從的實施思路如圖1所示。

（三）關(guān)鍵技術(shù)。

本實施方案利用VDI（Virtual Desktop Infrastructure）云桌面技術(shù)創(chuàng)建虛擬實驗教學(xué)平臺、建立云實驗平臺和構(gòu)建實驗交流互動平臺，最終搭建一個開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺。VDI云桌面技術(shù)作為開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺的關(guān)鍵技術(shù)，以靈活的用戶訪問、高效的桌面管理和安全可靠的數(shù)據(jù)保護(hù)等優(yōu)勢，廣泛地應(yīng)用于云桌面市場。VDI是一個桌面交付模型，通過將用戶數(shù)據(jù)、應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)等客戶端桌面工作負(fù)載托管在數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上并執(zhí)行，用戶可以使用終端通過PCoIP、ICA和RDP等遠(yuǎn)程協(xié)議進(jìn)行訪問，讓大規(guī)模的虛擬桌面得以高度集中化管理[5]（189-191）。該架構(gòu)通過桌面虛擬化技術(shù)將所有桌面虛擬機托管在服務(wù)器上，虛擬機在后臺服務(wù)器端生成后，再由虛擬機管理服務(wù)器向前端的客戶交付虛擬桌面;虛擬機跟每個用戶桌面形成一一對應(yīng)關(guān)系，可以根據(jù)實際需求快速消減虛擬機的數(shù)量或生成新虛擬機;用戶可以通過傳統(tǒng)PC機或?qū)Ｓ檬菘蛻舳说热魏谓?jīng)授權(quán)的設(shè)備訪問虛擬桌面。將存儲和計算在服務(wù)器上完成，而用戶端只負(fù)責(zé)呈現(xiàn)個性化操作系統(tǒng)桌面，使桌面的靈活性得到強化。VDI云桌面模式通過將服務(wù)器后臺與任何經(jīng)授權(quán)的設(shè)備連接，能實現(xiàn)高效的桌面管理，實現(xiàn)桌面的統(tǒng)一發(fā)布、集中更新和靈活、快捷的交付。由服務(wù)器端統(tǒng)一執(zhí)行多媒體教室終端的桌面系統(tǒng)維護(hù)、升級和更新工作，終端用戶無需任何操作就能獲得最新的服務(wù)和應(yīng)用。此外，用戶數(shù)據(jù)存在服務(wù)器端更加安全可靠，而且桌面系統(tǒng)能根據(jù)任課教師的需求進(jìn)行個性化桌面系統(tǒng)定制。VDI架構(gòu)如圖2所示。

（四）綜合平臺系統(tǒng)設(shè)計。

本實施方案以LabVIEW為開發(fā)環(huán)境設(shè)計一個基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺系統(tǒng)。LabVIEW可以用于數(shù)據(jù)存儲、分析、采集等操作，由于提供的接口眾多，因此可以與MATLAB、VB、DLL等多種軟件互相調(diào)用，在工業(yè)界、研究實驗室和學(xué)術(shù)界具有廣泛的接受度[6]（229-230）。綜合平臺系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)功能實現(xiàn)可以劃分為教學(xué)管理、實驗管理、交流互動管理和系統(tǒng)管理等四個模塊，其中，教學(xué)管理模塊包括理論知識、上傳內(nèi)容、動畫教學(xué)、實時備課、布置實驗和更新講稿等模塊內(nèi)容;實驗管理模塊包括接受任務(wù)、復(fù)習(xí)理論、領(lǐng)取資料、插件連接、實驗測試和上傳結(jié)果等模塊內(nèi)容;交流互動模塊包括提出問題、回答問題、實驗討論、經(jīng)驗分享、實驗評價和分支設(shè)置等模塊內(nèi)容;系統(tǒng)管理模塊包括實驗管理、組織資源、評價管理、建立題庫、身份管理和測試評卷等模塊內(nèi)容。除了實驗管理模塊中的模塊內(nèi)容必須按照指定的流程執(zhí)行以外，其余三個模塊中的模塊內(nèi)容均可獨立操作，為實驗實踐教學(xué)創(chuàng)新和組織相應(yīng)教學(xué)資源提供了自由靈活空間，更易形成個性化和創(chuàng)新性的實驗實踐教學(xué)模式。綜合平臺系統(tǒng)總設(shè)計如圖3所示。

此外，綜合平臺系統(tǒng)采用“動態(tài)載入子程序”設(shè)計，能將教學(xué)管理、實驗管理、交流互動管理和系統(tǒng)管理等作為子程序動態(tài)地載入系統(tǒng)中，其中，“動態(tài)載入子程序”設(shè)計可以應(yīng)用于實驗管理子程序中，將一些比較有代表性的實驗作為子程序動態(tài)載入實驗管理子程序中，進(jìn)一步增強系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和兼容性。整個系統(tǒng)程序采用While循環(huán)和事件結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式進(jìn)行系統(tǒng)程序設(shè)計，通過對程序內(nèi)的插件、工具包、函數(shù)、控件等進(jìn)行連線和屬性配置，在While循環(huán)內(nèi)添加功能相關(guān)的控件，最終完成綜合平臺的程序設(shè)計和開發(fā)。綜合平臺系統(tǒng)功能流程圖如圖4所示。

四、結(jié)語

“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的開放式實驗實踐教學(xué)作為一種創(chuàng)新的教學(xué)模式，是培養(yǎng)具備綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力人才的重要環(huán)節(jié)，承載了人才培養(yǎng)全新的歷史使命。本研究對傳統(tǒng)實驗實踐教學(xué)模式進(jìn)行了改善和更新，促進(jìn)了實驗實踐教學(xué)工作的改革創(chuàng)新，不僅解決了實驗實踐教學(xué)過程中的質(zhì)量監(jiān)控和過程管理缺失問題，豐富了實驗實踐教學(xué)資源，還增強了學(xué)生的協(xié)作創(chuàng)新意識，提高了自主學(xué)習(xí)能力，讓實驗實踐教學(xué)過程中的授課教師和學(xué)生都受益，實現(xiàn)了教學(xué)的智能化、人性化和科學(xué)化管理，推動了整個實驗實踐教學(xué)的轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展。此外，構(gòu)建開放式實驗實踐教學(xué)綜合平臺是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，只有不斷地實踐和探索，才能更好地完善開放式實驗實踐教學(xué)體系，為創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)人才培養(yǎng)提供有力的支撐[2]（3-7）。

參考文獻(xiàn)：

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課題來源：浙江工商大學(xué)研究生教育改革項目資助（YJG 2019226），浙江工商大學(xué)高等教育研究一般課題資助（4040 KU220129）。

通訊作者：趙? ?帥