趙楓朝　王勇

摘要：從研究型教學(xué)的微觀層面出發(fā)，以網(wǎng)格計(jì)算課程的本科教學(xué)實(shí)踐為例，探討研究型教學(xué)模式的特征和原則，介紹在網(wǎng)格計(jì)算課程中的教學(xué)實(shí)踐，并總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：研究型教學(xué)；教學(xué)模式；網(wǎng)格計(jì)算；本科教學(xué)

0.引言

研究型教學(xué)理念最初是為了創(chuàng)辦以學(xué)術(shù)研究和培養(yǎng)研究生為主的研究型大學(xué)而提出的。大學(xué)，特別是研究型大學(xué)，承擔(dān)著創(chuàng)造知識(shí)和傳播知識(shí)的雙重任務(wù)，研究型教學(xué)就是把大學(xué)的科研和教學(xué)聯(lián)系起來。由于本科教學(xué)的基礎(chǔ)性和重要性，研究型教學(xué)就作為一種人才培養(yǎng)模式和教學(xué)模式在本科教學(xué)中得以應(yīng)用。1998年著名的博伊報(bào)告——《重視本科教育：美國研究型大學(xué)發(fā)展藍(lán)圖》中提出改變本科教育的10大途徑的第一條就是“使得基于研究的學(xué)習(xí)成為標(biāo)準(zhǔn)”，即倡導(dǎo)在有條件的研究型大學(xué)的本科生教育中推行研究型學(xué)習(xí)和教學(xué)。

研究型教學(xué)理念既有宏觀層面的體現(xiàn)——?jiǎng)?chuàng)辦研究型大學(xué)，乃至形成崇尚研究、鼓勵(lì)創(chuàng)新的學(xué)術(shù)風(fēng)氣；也有微觀層面的體現(xiàn)——在具體的教學(xué)實(shí)踐中采用研究型的教學(xué)模式，在傳授學(xué)生專業(yè)知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，并形成教師個(gè)人科研和教學(xué)的良性互動(dòng)。研究型教學(xué)引入我國以來，許多學(xué)者開展了卓有成效的工作，既有宏觀層面的研究和論述，也有微觀層面的運(yùn)用和實(shí)踐。下面介紹筆者在網(wǎng)格計(jì)算課程教學(xué)實(shí)踐中實(shí)施研究型教學(xué)模式的一些體會(huì)和經(jīng)驗(yàn)。

1.研究型教學(xué)模式的特征和實(shí)施條件

研究型教學(xué)模式是指融合學(xué)習(xí)與研究于一體，由傳統(tǒng)的教師為主導(dǎo)的單向知識(shí)灌輸轉(zhuǎn)變?yōu)榻處熞龑?dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題、評估問題，最終獲取知識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，乃至作出實(shí)際創(chuàng)新的教育模式。

筆者認(rèn)為在一門課程的本科教學(xué)實(shí)踐中采用研究型教學(xué)模式應(yīng)該包含兩個(gè)方面：一是課程已有知識(shí)體系的傳授要遵循知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程和規(guī)律，引導(dǎo)學(xué)生以研究思維模式掌握已有知識(shí)體系；二是介紹課程的未來發(fā)展方向和熱門研究方向，引導(dǎo)學(xué)生接觸前沿研究問題，甚至作出實(shí)際創(chuàng)新。

1.1研究型教學(xué)模式的特征

研究型教學(xué)模式要求在課程教學(xué)實(shí)踐的各個(gè)環(huán)節(jié)如教學(xué)方式、課堂內(nèi)容的準(zhǔn)備和組織、實(shí)踐環(huán)節(jié)、考核方式以及教學(xué)方法、教學(xué)管理等方面進(jìn)行全新規(guī)劃和組織。

1.1.1教學(xué)環(huán)節(jié)方面的特征

從教學(xué)方式、課堂內(nèi)容的準(zhǔn)備和組織、實(shí)踐環(huán)節(jié)和考核環(huán)節(jié)等4個(gè)方面闡述研究型教學(xué)模式在教學(xué)環(huán)節(jié)方面的特征。

筆者提出如下幾種基于研究型教學(xué)模式的教學(xué)方式：

（1）基于問題的學(xué)習(xí)（Problem-basedLearning）：在教學(xué)實(shí)踐中引導(dǎo)學(xué)生提出問題、分析問題、解決問題、評估問題（以期進(jìn)一步改進(jìn)），把學(xué)生的主動(dòng)思考和學(xué)習(xí)融入到知識(shí)的講解過程中。

（2）指導(dǎo)性設(shè)計(jì)（Guided Design）：確立能夠覆蓋課程知識(shí)面的設(shè)計(jì)課題，引導(dǎo)學(xué)生給出設(shè)計(jì)方案，并完成課題的實(shí)現(xiàn)和測試，最后再完成對設(shè)計(jì)方案的評估，鍛煉學(xué)生運(yùn)用課程的相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

（3）案例研究（Case Study in Science）：設(shè)計(jì)實(shí)際的情景或者問題，引導(dǎo)學(xué)生給出解決方案，建立課程知識(shí)與實(shí)際的聯(lián)系。

（4）基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)（Project-basedLeaming）：介紹與課程緊密相關(guān)的科研項(xiàng)目的情況，最好是讓優(yōu)秀的學(xué)生參與實(shí)際的科研項(xiàng)目中，為項(xiàng)目作出貢獻(xiàn)的同時(shí)學(xué)習(xí)知識(shí)、鍛煉能力。

（5）論文研究（Research）：引導(dǎo)學(xué)生收集、閱讀、整理論文資料，從中發(fā)現(xiàn)問題，并采用合適的方法解決問題，然后整理成論文的形式發(fā)表，直接為課程相關(guān)學(xué)科和研究方向的發(fā)展作出貢獻(xiàn)。

（6）討論班（Seminar）：討論班的方式是隨意的，可以是一名或者若干名同學(xué)主講，也可以是有主題的針對性討論或無主題的心得體會(huì)的交流；討論內(nèi)容也是靈活設(shè)立，可以是某一個(gè)問題、設(shè)計(jì)方案、案例解決方案、科研項(xiàng)目相關(guān)的內(nèi)容或者論文的分析、論文新成果的討論等。

在研究型教學(xué)實(shí)踐中，可以根據(jù)課程不同內(nèi)容的需要靈活采用上述教學(xué)方式，如已有知識(shí)體系的傳授采用基于問題的學(xué)習(xí)方式，課程實(shí)踐環(huán)節(jié)采用指導(dǎo)性設(shè)計(jì)方式，未來研究方向的介紹采用論文研究和討論班的方式等。

課堂內(nèi)容的組織和準(zhǔn)備，需要根據(jù)內(nèi)容性質(zhì)的不同（如概念、原理、技術(shù)、規(guī)范等）選擇合適的教學(xué)方式，然后按照所選擇教學(xué)方式的要求對課堂內(nèi)容進(jìn)行組織和準(zhǔn)備。

實(shí)踐環(huán)節(jié)是鍛煉學(xué)生應(yīng)用課程相關(guān)知識(shí)解決實(shí)際問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，任課教師需要精心設(shè)計(jì)實(shí)踐課題，制定要求和范圍，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主動(dòng)性自主設(shè)計(jì)課題，完成方案設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)和評估的完整的實(shí)踐環(huán)節(jié)，實(shí)踐環(huán)節(jié)可以采用指導(dǎo)性設(shè)計(jì)或案例研究等教學(xué)方式。

傳統(tǒng)單向灌輸式教學(xué)模式的考核方式一般采用閉卷考試，重點(diǎn)考核學(xué)生對于課程知識(shí)體系的掌握程度（當(dāng)然有部分題目考核學(xué)生對于知識(shí)的運(yùn)用）。研究型教學(xué)模式教學(xué)過程的考核環(huán)節(jié)需要具有與研究型教學(xué)模式相適應(yīng)的考核方式。在研究型教學(xué)模式中學(xué)生掌握課程已有知識(shí)體系不是唯一的目標(biāo)，運(yùn)用課程知識(shí)體系解決實(shí)際問題的能力、拓展課程知識(shí)體系的創(chuàng)新能力是具有研究型教學(xué)模式鮮明特色的另外兩個(gè)重要目標(biāo)，課程考核中應(yīng)突出對這兩種能力的考核。

1.1.2教學(xué)方法方面的特征

研究型教學(xué)不僅在教學(xué)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)上區(qū)別于傳統(tǒng)的單向灌輸式教學(xué)模式，而且在各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)踐中采用的教學(xué)方法也有顯著區(qū)別。研究型教學(xué)模式以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體，在教學(xué)中尤其注重引導(dǎo)學(xué)生主觀能動(dòng)性的發(fā)揮。

研究型教學(xué)實(shí)踐中各個(gè)環(huán)節(jié)可以采用不同的教學(xué)方法，如表1所示。需要說明的是，這些教學(xué)方法對于研究型教學(xué)模式來說并不是完備的，任課教師可以采用其他的教學(xué)方法或者自創(chuàng)新的教學(xué)方法。

1.2研究型教學(xué)模式的實(shí)施條件

實(shí)施研究型教學(xué)模式需要在教學(xué)所涉及的各個(gè)方面具備一定的條件：如課程、任課教師、學(xué)生和學(xué)風(fēng)、學(xué)校管理等方面，這些條件不是絕對的，但是具備這些條件將更有利于研究型教學(xué)模式的實(shí)施：

（1）課程：課程所涉及的學(xué)科和研究方向已形成體系，并處于活躍的發(fā)展時(shí)期。

（2）任課教師：要求任課教師熟悉課程的已有知識(shí)體系以及科學(xué)研究的規(guī)律；在課程相關(guān)的學(xué)科具有實(shí)際的科研經(jīng)驗(yàn)，形成任課教師科研和教學(xué)的良性互動(dòng)。

（3）學(xué)生和學(xué)風(fēng)：要求學(xué)生從被動(dòng)的知識(shí)接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)的知識(shí)獲取者，學(xué)校要有提倡勤于鉆研的學(xué)風(fēng)。

（4）學(xué)校管理：學(xué)校在研究型教學(xué)實(shí)施的初期能夠提出以提倡和鼓勵(lì)為主的管理措施，在研究型教學(xué)的普遍實(shí)施階段具有規(guī)范管理的措施。

2.網(wǎng)格計(jì)算課程的研究型教學(xué)模式實(shí)踐

筆者在為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生開設(shè)的選修課網(wǎng)格計(jì)算課程中，嘗試實(shí)施研究型教學(xué)模式，取得了初步的效果。

2.1網(wǎng)格計(jì)算及網(wǎng)格計(jì)算課程

網(wǎng)格是一種新型的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施和計(jì)算技術(shù)，其基本思想是計(jì)算力能夠像電力一樣易于使用。19世紀(jì)90年代出現(xiàn)網(wǎng)格的具體實(shí)現(xiàn)形式——網(wǎng)格中間件Globus Toolkit（簡寫為GT）。網(wǎng)格計(jì)算是多種計(jì)算機(jī)技術(shù)融合的一門交叉學(xué)科，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式計(jì)算、軟件體系結(jié)構(gòu)、軟件組件技術(shù)、面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)、信息與網(wǎng)絡(luò)安全等；并采用了多種實(shí)現(xiàn)技術(shù)，如Java語言、XML、Web服務(wù)等。網(wǎng)格計(jì)算經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)具備自己的知識(shí)體系，目前處于快速發(fā)展中。

網(wǎng)格計(jì)算課程旨在為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)高年級本科生介紹網(wǎng)格計(jì)算這一前沿技術(shù)，具有內(nèi)容前沿、技術(shù)新穎、綜合性強(qiáng)、研究性強(qiáng)等特點(diǎn)，著力培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維、鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新能力和解決實(shí)際問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生基本的科研素質(zhì)等。此外，還在本科學(xué)生的培養(yǎng)中發(fā)揮以下作用：

（1）構(gòu)建專業(yè)知識(shí)體系：一方面網(wǎng)格計(jì)算課程通過運(yùn)用多門先導(dǎo)性課程知識(shí)，起到了夯實(shí)知識(shí)體系基礎(chǔ)的作用；另一方面，通過掌握課程本身的知識(shí)，拓展了本科學(xué)生的知識(shí)體系，開拓了學(xué)生的眼界和視野。

（2）鍛煉專業(yè)基本能力：在理論知識(shí)的講解中注意鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力，而實(shí)踐等環(huán)節(jié)可以鍛煉學(xué)生軟件系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)能力，以及解決實(shí)際問題的能力。

2.2網(wǎng)格計(jì)算課程的教學(xué)實(shí)踐

2.2.1課堂教學(xué)內(nèi)容的選擇與組織

網(wǎng)格計(jì)算目前沒有適合本科教學(xué)的成熟教材，這就需要按照本科教學(xué)的要求和網(wǎng)格計(jì)算課程的目標(biāo)對網(wǎng)格計(jì)算的知識(shí)體系進(jìn)行篩選，在課時(shí)要求內(nèi)選出網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)的最為主要的內(nèi)容。

在篩選出主要內(nèi)容以后，運(yùn)用基于問題的學(xué)習(xí)這一教學(xué)方式，對課堂內(nèi)容進(jìn)行組織，把教學(xué)內(nèi)容組織為一個(gè)個(gè)粒度各異的問題，按照背景介紹→提煉問題→分析問題→解決方案→方案評價(jià)的方式介紹課程內(nèi)容。如在第一課概述部分，首先從企業(yè)計(jì)算的發(fā)展需求、科學(xué)計(jì)算的發(fā)展需求、計(jì)算技術(shù)本身的進(jìn)步等多個(gè)方面介紹背景，得出共同的需求——計(jì)算要在更為寬廣的范圍內(nèi)進(jìn)行，從而得出網(wǎng)格計(jì)算的定義，即網(wǎng)格計(jì)算要解決的問題——“在廣泛分布、動(dòng)態(tài)、自治的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中構(gòu)建虛擬組織”。而后續(xù)各個(gè)章節(jié)的內(nèi)容就是這個(gè)最大粒度的問題的解決方案，在后續(xù)章節(jié)的講述中要注意呼應(yīng)這個(gè)問題。最后一章——網(wǎng)格計(jì)算的研究方向則隱含了對這一問題解決方案的發(fā)展和評價(jià)，如在介紹Web服務(wù)資源框架，通過介紹以業(yè)界為主提出的Web服務(wù)存在的問題——無狀態(tài)支持，得出“如何為Web服務(wù)提供狀態(tài)支持”這一問題。然后介紹兩種解決方案——開放網(wǎng)格服務(wù)基礎(chǔ)架構(gòu)和Web服務(wù)資源框架兩種解決方案。最后對兩種解決方案進(jìn)行評估，指出Web服務(wù)資源框架方案的優(yōu)勢所在。

在WSRF服務(wù)的編程技術(shù)相關(guān)章節(jié)的教學(xué)中，主要采用了示例法：搭建網(wǎng)格的運(yùn)行環(huán)境和編程環(huán)境，通過編寫一個(gè)個(gè)具有代表性的WSRF實(shí)際程序，結(jié)合實(shí)例程序的代碼講解，并不斷與Java程序設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)模式等課程中的知識(shí)點(diǎn)相聯(lián)系，使學(xué)生掌握不同類型的WSRF服務(wù)的編寫方法和流程。

在最后一章——網(wǎng)格計(jì)算的研究方向介紹時(shí)，主要采用了基于問題的教學(xué)方式，把各個(gè)研究方向要解決的問題交代清楚，給出網(wǎng)格計(jì)算領(lǐng)域的主要學(xué)術(shù)期刊和國際會(huì)議名稱，供學(xué)有余力和有進(jìn)一步研究興趣的學(xué)生參考。

網(wǎng)格計(jì)算課程的課堂授課內(nèi)容，以及所采用的教學(xué)方式方法如表2所示。

2.2.2實(shí)踐環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

為鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力，安排了一個(gè)8學(xué)時(shí)的實(shí)踐環(huán)節(jié)：

（1）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：搭建網(wǎng)格的運(yùn)行環(huán)境和編程環(huán)境；設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一個(gè)WSRF服務(wù)。

（2）實(shí)驗(yàn)要求：①WSRF服務(wù)解決一個(gè)實(shí)際的問題；②完成問題確立、分析、設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)的全部過程，并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中體現(xiàn)；③具有較好的程序演示效果。

（3）教學(xué)方式：指導(dǎo)性設(shè)計(jì)。

2.2.3考核環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

采取了與研究型教學(xué)相適應(yīng)的考核環(huán)節(jié)，課程的總成績由兩個(gè)部分考核成績綜合給出：一是實(shí)踐環(huán)節(jié)的成績，鼓勵(lì)實(shí)驗(yàn)解決實(shí)際問題；二是布置學(xué)生閱讀網(wǎng)格計(jì)算相關(guān)研究方向至少3篇研究論文，撰寫評述性讀后感，文章要求符合研究論文的格式，鼓勵(lì)提出自己的見解。

2.2.4與網(wǎng)格計(jì)算相關(guān)的后續(xù)環(huán)節(jié)培養(yǎng)

憑借一門課程的力量培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力是有限的，能力的培養(yǎng)是一個(gè)持續(xù)努力的過程。一門課程的有限能量在教學(xué)活動(dòng)中可以通過兩個(gè)途徑得到彌補(bǔ)：一個(gè)途徑是通過課程相關(guān)的課程群建設(shè)，尤其是后續(xù)課程的建設(shè)，繼續(xù)加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)的理解和運(yùn)用；另一個(gè)途徑就是通過課外環(huán)節(jié)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，吸引有興趣的學(xué)生利用課外時(shí)間或畢業(yè)設(shè)計(jì)，開展對該技術(shù)的深入學(xué)習(xí)和研究。

在網(wǎng)格計(jì)算課程結(jié)課后，我們在如下3個(gè)后續(xù)環(huán)節(jié)加強(qiáng)了培養(yǎng)：畢業(yè)設(shè)計(jì)、創(chuàng)新學(xué)分和星火基金等。目前，我們已經(jīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)設(shè)置網(wǎng)格計(jì)算技術(shù)相關(guān)的設(shè)計(jì)課題和研究性課題，進(jìn)一步鼓勵(lì)學(xué)生在網(wǎng)格計(jì)算領(lǐng)域作出創(chuàng)新，吸引有興趣的學(xué)生參與網(wǎng)格計(jì)算方面的實(shí)際科研項(xiàng)目。

2.3網(wǎng)格計(jì)算方向科研與教學(xué)的互動(dòng)

研究型教學(xué)模式對任課教師提出了更高的要求，要求任課教師不僅要熟練掌握課程已有知識(shí)體系，而且要掌握研究的方法，最好具備相關(guān)領(lǐng)域的研究經(jīng)驗(yàn)。

筆者從2000年至今一直從事Web服務(wù)與網(wǎng)格計(jì)算領(lǐng)域的科研工作，先后參與了863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃、教育部中國教學(xué)科研網(wǎng)格ChinaGrid等項(xiàng)目的科研工作，并主持了北京市教委網(wǎng)格計(jì)算方向的一些研究性項(xiàng)目。在Web服務(wù)運(yùn)行環(huán)境，基于服務(wù)的網(wǎng)格中間件、服務(wù)組合、網(wǎng)格工作流等方向取得了一定的研究成果，發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文40余篇。這些經(jīng)歷為網(wǎng)格計(jì)算課程研究型教學(xué)的實(shí)施打下了很好的基礎(chǔ)。

3.結(jié)語

筆者在網(wǎng)格計(jì)算課程中實(shí)施研究型教學(xué)，收到了較好的效果。網(wǎng)格計(jì)算課程研究型教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的批判思維、創(chuàng)新意識(shí)方面確實(shí)比傳統(tǒng)單向灌輸式教學(xué)模式具有優(yōu)越性，但是研究型教學(xué)模式的實(shí)施，需要具備較多的客觀和主觀條件，其實(shí)際效果要或多或少地受到這些條件的影響。

（1）任課教師主導(dǎo)地位的發(fā)揮最終取決于教師個(gè)人科研水平和教學(xué)水平：授課內(nèi)容的選擇、基于問題的學(xué)習(xí)等教學(xué)方式的準(zhǔn)備和教學(xué)內(nèi)容的整理、課堂授課的實(shí)際效果等，決定了教師主導(dǎo)地位的高低。要實(shí)施好研究型教學(xué)模式，就要求任課教師加大科研和教學(xué)的投入，并形成科研和教學(xué)的良性互動(dòng)。

（2）學(xué)生的投入熱情和主觀能動(dòng)性的發(fā)揮直接決定研究型教學(xué)的實(shí)際效果。教師的主導(dǎo)地位是一方面，但是如果在教學(xué)環(huán)節(jié)中提煉的問題不能引導(dǎo)學(xué)生思考、實(shí)踐環(huán)節(jié)和考核環(huán)節(jié)流于形式、學(xué)生對未來的研究方向不感興趣，研究型教學(xué)模式就不會(huì)起到應(yīng)有的效果。研究型教學(xué)模式的成功實(shí)施要求學(xué)生對技術(shù)和知識(shí)具有敏感性。

（3）研究型教學(xué)模式的成功實(shí)施還需要一個(gè)恰當(dāng)?shù)拈_設(shè)時(shí)機(jī)。網(wǎng)格計(jì)算課程開設(shè)需要先導(dǎo)性課程，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、分布式計(jì)算、面向?qū)ο缶幊痰?，這些先導(dǎo)性課程有的在本科階段沒有開設(shè)，就會(huì)影響課程效果。

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[7]馬岱，實(shí)施研究型教學(xué)的實(shí)踐與思考[J]，計(jì)算機(jī)教育，2009（10）：110-112.

[8]汪勁松，彭方雁，汪蕙，等，實(shí)施研究型教學(xué)，推進(jìn)創(chuàng)新性教育[J]，中國高等教育，2003（6）：26-28.

[9]趙衛(wèi)東，李銘，研究型教學(xué)對大學(xué)生創(chuàng)新能力的影響[J]，計(jì)算機(jī)教育，2009（4）：3-5.

[10]Foster I.Globus Alliance[EB/OL].[2013-01-23]，http：//www.globus.org/.

（編輯：郭田珍）