摘 要：網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是網(wǎng)絡(luò)教育的新熱點(diǎn)，其管理的科學(xué)性和有效性影響到高校教學(xué)的質(zhì)量。本文在對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的內(nèi)涵和三個主要模式進(jìn)行簡單介紹的基礎(chǔ)上，以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果好壞為最終評價依據(jù)，借鑒多元線性回歸模型，設(shè)計(jì)了相關(guān)的指標(biāo)評價體系，并通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對指標(biāo)體系進(jìn)行“訓(xùn)練”，目標(biāo)是能定性地得出實(shí)驗(yàn)效果的好壞，并在實(shí)踐積累的基礎(chǔ)上，找到適合培養(yǎng)不同學(xué)生的個性化實(shí)驗(yàn)方案。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式 評價體系 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號：G434文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-8454（2008）05-0082-03

信息化已成為教育現(xiàn)代化建設(shè)的重要標(biāo)志，無論是發(fā)達(dá)國家，還是發(fā)展中國家，都競相出臺了以教育信息化為特征的教育改革與發(fā)展計(jì)劃，以加快教育現(xiàn)代化建設(shè)的步伐，為提升各自的競爭力和培養(yǎng)高素質(zhì)的人才提供保障。為了使大學(xué)教育信息化持續(xù)地發(fā)展，迫切需要對大學(xué)教育信息化進(jìn)行評價，通過評價推動和引導(dǎo)教育信息化。[1]

目前，確定教育信息化的評價標(biāo)準(zhǔn)仍是一個難題。一方面，它涉及諸多因素；另一方面，教育信息化中的資源建設(shè)與整合、教育信息化模式等內(nèi)容又是人們正在探索的問題。[1] 有人認(rèn)為，從一定角度來看，教育信息化只不過是在傳統(tǒng)的教學(xué)中融入了多媒體計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)而已，只需從傳統(tǒng)教學(xué)評價觀念出發(fā)，在評價內(nèi)容中加入其環(huán)境即可。也有人想通過制訂幾條教育信息化資源的評價標(biāo)準(zhǔn)來鑒定其價值。但是，教育信息化本身應(yīng)當(dāng)是一個系統(tǒng)化工程，盡管它的評價標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建是一個難題，但并不是完全不可捉摸的。由于教育信息化的特殊性，它的資源及其運(yùn)用資源開展“學(xué)”與“教”的方式，比以往的任何方式都顯得重要。

本文在新的教學(xué)理論指導(dǎo)下，把先進(jìn)的教育技術(shù)、實(shí)驗(yàn)技術(shù)、信息資源、人力資源和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行有機(jī)的整合，尋找一種能更好地實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力的新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。本文在對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式進(jìn)行簡要介紹的基礎(chǔ)上，基于探索型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式設(shè)計(jì)出相關(guān)的指標(biāo)評價體系，并對該指標(biāo)評價體系進(jìn)行了“訓(xùn)練”、“檢驗(yàn)”和“優(yōu)化”。

一、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的內(nèi)涵

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是指在一定的教育思想、教育理論或?qū)W習(xí)理論的指導(dǎo)下，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動進(jìn)程的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)形式。實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基本要素包括教師、學(xué)生、實(shí)驗(yàn)器具和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。這幾個要素在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中彼此聯(lián)系、相互作用，形成一個有機(jī)的整體。

所謂開放性，就是要改變傳統(tǒng)意義上的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的封閉性，充分體現(xiàn)構(gòu)建主義學(xué)習(xí)理論所強(qiáng)調(diào)的“以學(xué)生為中心，認(rèn)為學(xué)生是認(rèn)知的主體，是知識意義的主動構(gòu)建者”的思想。開放性的實(shí)驗(yàn)環(huán)境可以為構(gòu)建自主學(xué)習(xí)環(huán)境提供幫助。

具體表現(xiàn)有：

（1）基礎(chǔ)和專題實(shí)驗(yàn)相結(jié)合：在開放性實(shí)驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)平臺上，設(shè)計(jì)適合開放性教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)劃，提出該課程的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺和專題實(shí)驗(yàn)平臺。基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)平臺是每位學(xué)生必做且必須掌握的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，主要是對學(xué)生進(jìn)行基本能力的訓(xùn)練，為專題實(shí)驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。專題實(shí)驗(yàn)平臺是在教師提出的選做實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，學(xué)生自己選擇若干個實(shí)驗(yàn)，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并完成實(shí)驗(yàn)。

（2）實(shí)驗(yàn)資源的開放：在選做實(shí)驗(yàn)時，網(wǎng)絡(luò)平臺上的所有實(shí)驗(yàn)資源對學(xué)生全面開放。

（3）實(shí)驗(yàn)組織的開放：實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)時間的可選擇。學(xué)習(xí)更有針對性，充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動性，給他們提供一個選擇自我發(fā)展方向的機(jī)會和體現(xiàn)自身特點(diǎn)的空間。

（4）實(shí)驗(yàn)評定的開放：實(shí)驗(yàn)成績的評定不是只以平時實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績來總評，更不是以死記硬背的答卷方式來進(jìn)行，而是要結(jié)合在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)過程中的表現(xiàn)，對學(xué)生實(shí)際能力進(jìn)行全面的評價。

二、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的三種主要模式

1．協(xié)同型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

協(xié)同型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)是：學(xué)生之間互相交流，在基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生為完成某個共同的實(shí)驗(yàn)任務(wù)而組成特定的小組，扮演不同的角色進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，利用E-mail或者BBS方式不斷針對某個特定任務(wù)進(jìn)行討論；學(xué)生可以通過與其一起實(shí)驗(yàn)的同學(xué)相互交流、探討問題的過程，彼此之間達(dá)到互教互學(xué)的效果，使得在傳統(tǒng)教學(xué)中學(xué)習(xí)伙伴的作用在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中得以延續(xù)。

2．探索型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

探索型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式是根據(jù)杜威的“從做中學(xué)”的理論，憑借網(wǎng)絡(luò)資源的豐富性和易獲取性，通過利用教師或其它機(jī)構(gòu)提供的有關(guān)資料，學(xué)生用一段時間收集、分析與總結(jié)實(shí)驗(yàn)相關(guān)資料，最終得出一定的結(jié)論。這種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式使學(xué)生處于積極主動的地位，因而能有效地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)造性。

3．啟發(fā)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

啟發(fā)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的特點(diǎn)是：教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求對學(xué)生進(jìn)行一定的引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)采用啟發(fā)方式，注重對問題的討論。在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行啟發(fā)型實(shí)驗(yàn)教學(xué)，常常采用BBS、聊天室或E-mail進(jìn)行有關(guān)特定問題的討論和解答。

圖1是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式圖：

三、基于探索型實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的評價標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)評價體系

網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使處于異地的師生可以實(shí)現(xiàn)同步或異步交流。網(wǎng)絡(luò)多媒體教學(xué)可以模擬真實(shí)課堂教學(xué)方式，進(jìn)行雙向甚至多向的實(shí)時交互式網(wǎng)絡(luò)教育， 突破時空限制，使傳統(tǒng)的單向、線性結(jié)構(gòu)的集體教學(xué)模式向多維、非線性結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代化教學(xué)模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了因材施教的個性化教學(xué)體系。教學(xué)資源可以實(shí)現(xiàn)校際間甚至是國際間開放共享，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)成果也可以收集入庫，以供交流。

一個完整的實(shí)驗(yàn)過程總是離不開實(shí)驗(yàn)參與要素之間的配合，比如教師、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（實(shí)驗(yàn)的硬件設(shè)施）、實(shí)驗(yàn)安排和學(xué)生等。但限于篇幅的問題，本文以學(xué)生的教學(xué)效果好壞為最終評價依據(jù)，設(shè)計(jì)相關(guān)的指標(biāo)評價體系。至于外部條件，比如網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、實(shí)驗(yàn)安排及教師信息，在此，我們假設(shè)實(shí)行各實(shí)驗(yàn)內(nèi)容獨(dú)立設(shè)課、實(shí)驗(yàn)安排合理、內(nèi)容豐富；網(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器配置齊全；教師具有敬業(yè)精神，能有效地組織和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。

圖2是對上述四大實(shí)驗(yàn)參與要素的評價標(biāo)準(zhǔn)的簡單描述。

四、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式指標(biāo)評價體系的模型檢驗(yàn)

我們希望通過建立該模型，對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進(jìn)行有效反饋，并能在大量實(shí)踐的基礎(chǔ)上，幫助老師找到最適合某個學(xué)生的教學(xué)方案和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。為了實(shí)現(xiàn)指標(biāo)評價體系的“動態(tài)”更新，模型分析運(yùn)用了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的推理方法進(jìn)行“訓(xùn)練”、“檢驗(yàn)”和“優(yōu)化”。所謂人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是理論化的人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是基于模仿人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能而建立的一種信息處理系統(tǒng)。[2] 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度的非線性，自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、容錯、并行處理等特性，其目的在于模擬大腦的某些機(jī)理與機(jī)制，實(shí)現(xiàn)某個方面的功能。[2]

在實(shí)驗(yàn)中，我們設(shè)置不同的溝通渠道來取得相關(guān)評價的信息。我們設(shè)置留言板來考察學(xué)生的獨(dú)立思考能力和提出問題的能力，只要提出的問題或者回答的問題能得到大家好評的，就給以加分（此處簡稱學(xué)生評價）；在實(shí)驗(yàn)過程中，電腦會從試題庫中隨機(jī)彈出一個試題框，進(jìn)行知識檢驗(yàn)，這部分可以考察學(xué)生的自學(xué)能力、資料收集能力和信息分析能力（此處簡稱知識評價）；在實(shí)驗(yàn)過程中還有一個撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告的任務(wù)，這部分可以以作業(yè)的形式上傳給老師，由老師給出一個合理的分?jǐn)?shù)（此處簡稱教師評價）；同時還包括一些諸如對出勤情況進(jìn)行在線時間測評，由電腦系統(tǒng)做相應(yīng)的記錄，每到一定的時間上限就進(jìn)行加減分處理。（此處簡稱在線時間評價）；其他不可量化的因素比如學(xué)生智力上的差距，我們在此稱之為隨機(jī)因素。當(dāng)然，隨著評價對象和評價目標(biāo)本身發(fā)生的變化，指標(biāo)的名稱、含義以及指標(biāo)權(quán)重都要作相應(yīng)調(diào)整。因此指標(biāo)體系要在實(shí)際應(yīng)用中不斷進(jìn)行修訂。

下面采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)推理方法，運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理，根據(jù)相應(yīng)的指標(biāo)體系，利用多元線性回歸模型對本開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式指標(biāo)評價體系進(jìn)行檢驗(yàn)。其具體做法為：

設(shè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果為Y，學(xué)生評價為X1，知識評價為X2，教師評價為X3，在線時間評價為X4，隨機(jī)因素為ε，則總體回歸模型為：Yj=β0+β1X1j+β2X2j+β3X3j+β4X4j+εj，其中β0、β1、β2、β3、β4稱為回歸系數(shù)。

為了找到主要因素和各因素之間的關(guān)系，以及各因素對學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果影響的大小，通過對以前學(xué)生的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行跟蹤，收集到各組數(shù)據(jù)。對這些分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析，得到各因素的相關(guān)系數(shù)表。因?yàn)橄嚓P(guān)系數(shù)矩陣式為一個對稱矩陣，故我們只需研究其上半部分即可。通過相關(guān)系數(shù)矩陣，可用Jacobi法求該矩陣的全部特征值及相應(yīng)的特征向量。根據(jù)所求的特征值，按其大小從大到小排列，可得出參加實(shí)驗(yàn)的各位學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果，并為日后對學(xué)生進(jìn)行有針對性的個性化教學(xué)提供可靠的參考依據(jù)。

為了得出各影響因素對學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果影響的大小，運(yùn)用回歸方程進(jìn)行分析：

Yj=β0+β1X1j+β2X2j+β3X3j+β4X4j+εj

由于每位學(xué)生在做每個實(shí)驗(yàn)時，會得到不同的指標(biāo)體系數(shù)據(jù)，故把Y分解如下：

Y1——第一個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況

Y2——第二個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況

通過參數(shù)估計(jì)，我們就可以得到參加實(shí)驗(yàn)的各位學(xué)生的線形回歸方程。從實(shí)際分析中出發(fā)，并不是各因數(shù)Xij的系數(shù)βi與其對學(xué)生實(shí)驗(yàn)效果的影響成正方向關(guān)系，這是因?yàn)楦鶕?jù)線性回歸方程的特點(diǎn)，是Xij和βi的乘積結(jié)果在影響它。

接下來我們進(jìn)行“樣本訓(xùn)練”。樣本訓(xùn)練組內(nèi)容及形式如下：

訓(xùn)練組（xk1i，xk2i，…，xkmi），k=1，…，j

（Tk1，Tk2，…，Tkm），k=1，…，j

其中：xij——第j個學(xué)生的第i個指標(biāo)，Tj——第j個學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用二層前饋型人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

所采用的傳遞函數(shù)為如下形式的函數(shù)：

（6）計(jì)算□W1ij=ηS1jxi□W2ij=ηS2jy1i

W1ij=W1ij+□W1ij，W2ij=W2ij+□W2ij

經(jīng)過各組樣本和上述BP算法步驟，所求出的W1ia、 W2aj即為訓(xùn)練好的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)值。對于經(jīng)過訓(xùn)練的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，只要輸入相關(guān)的實(shí)驗(yàn)評價指標(biāo)：（x1，x2，…，xn）經(jīng)過傳遞函數(shù)層層計(jì)算，就可得出學(xué)生的實(shí)驗(yàn)效果：（y1，y2，…，yn）。

五、結(jié)束語

本文對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式與評價進(jìn)行了探討，并利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對參加實(shí)驗(yàn)的學(xué)生的指標(biāo)體系進(jìn)行“訓(xùn)練”，以達(dá)到開放而具有針對性的教學(xué)目的，改進(jìn)了目前的教學(xué)形式和手段，更好地為教師實(shí)行網(wǎng)絡(luò)個性化的教學(xué)提供幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建偉.教育信息化的系統(tǒng)框架分析[J].教育技術(shù)通訊，2003(8）.

[2]劉全.動態(tài)組合型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測模型[J]. 統(tǒng)計(jì)與決策，2007(7).

[3]鄧華麗，張良均.模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在企業(yè)信用評級中的應(yīng)用[J].統(tǒng)計(jì)與決策，2007(7).

[4]胡習(xí)文.基于FNN的智能學(xué)生綜合素質(zhì)評估模型研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(信息與管理工程版)，2007(3).

[5]許江.高校開放實(shí)驗(yàn)室管理模式探索[J].西華師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2006(2).

[6]陳立君.基于模糊規(guī)則的教學(xué)評價系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].天津師范大學(xué)，2004.

[7]王洪君，趙輝.創(chuàng)新教育思想在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的體現(xiàn)與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2003(5).

[8]羅樂，劉成岳，尹錫榮，劉東.工科物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)與測評系統(tǒng)[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2002.

[9]陳丙義.高等學(xué)校教學(xué)評價體系建模與實(shí)證研究[D].天津大學(xué)，2001.

[10]王一兵.高等教育質(zhì)量保證機(jī)制:國外趨勢和中國面臨的戰(zhàn)略選擇[J].高等教育研究，2002(1).

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