周細鳳，曾榮周，張向華，張平華

（1.湖南工程學院 電氣信息工程學院，湖南湘潭 411101； 2.電子科技大學電子薄膜與集成器件實驗室，成都610054；3.湖南信息職業(yè)技術學院電子工程學院，長沙410200）

“后MOOC時期”電信專業(yè)實驗教學的挑戰(zhàn)與改革

周細鳳1，曾榮周2，張向華1，張平華3

（1.湖南工程學院 電氣信息工程學院，湖南湘潭 411101； 2.電子科技大學電子薄膜與集成器件實驗室，成都610054；3.湖南信息職業(yè)技術學院電子工程學院，長沙410200）

實驗實踐教學是電信專業(yè)教學體系的關鍵組成部分，該文針對傳統(tǒng)實驗教學模式因受設備、場地、人員、制度等多方面的制約而發(fā)展緩慢的問題，分析和總結了電子信息專業(yè)的實驗教學在網(wǎng)絡化的進程中所面臨的瓶頸問題，提出了基于MOOC平臺的實驗教學體系。實踐表明，該實驗教學體系有效推進了“后MOOC時期”電信專業(yè)的實驗實踐教學的信息化進程。

電子信息專業(yè)；實驗教學；大規(guī)模開放在線課程；遠程虛擬實驗

大規(guī)模開放在線課程（Massive Open Online Course，MOOC）實質是大學通過網(wǎng)絡課程實施教學全過程，允許全世界有學習需求的人都能通過網(wǎng)絡進行學習。自從2012年誕生以來，MOOC就以其迅雷不及掩耳之勢席卷全球，世界各國的很多知名高等學校，都已推出了面向全球的求知者的開放課程。正如哈佛大學在線實驗學術委員會主席羅伯特·略教授所說，我們已處在“后MOOC”時期［1］。

目前流行的各類基于MOOC的教學模式探索，大部分都集中于理論課程的研究和應用。對于理論教學，MOOC模式下的在線課程能夠很好地完成，通過視頻與講義的結合可以讓學生有良好的臨場感。在線課程也可以通過論壇的形式與學生進行交互，在線安排課程答疑等。課程作業(yè)的提交和批改都可以在線上完成。在線教學能夠很好地完成理論教學［2-4］，但實驗教學相對理論教學，MOOC化進展就緩慢很多。

國外實驗教學開放共享較為普遍，并取得了較多成功的經(jīng)驗。美國、日本等發(fā)達國家的大學很早就提出開放式課程教學理念，以開放式實驗教學的方式培養(yǎng)不同學科、不同專業(yè)和不同層次的大學生和研究生［5］。我國高校實驗教學界在繼國家精品課程、大學網(wǎng)絡公開課之后，也開始思考MOOC浪潮中實驗教學的變革與創(chuàng)新之路。但是，因受設備、場地、人員、制度等多方面的制約，國內實驗環(huán)節(jié)的MOOC化目前還處于方興未艾的起步階段，如表1所示（統(tǒng)計數(shù)據(jù)截至2015年5月）。本文對國內知名的MOOC網(wǎng)站，如中國大學MOOC，學堂在線，好大學在線，超星慕課等的在線課程進行了調研分析，由表1可見，在電信專業(yè)的MOOC教學研究中，均集中于理論課程的實施，而實驗課程的MOOC化進程，則幾乎沒有進展。

表1 國內知名MOOC網(wǎng)站上課程對電信專業(yè)實驗教學課程的覆蓋情況

對于應用本科院校中的電信專業(yè)來說，其試驗實踐環(huán)節(jié)對培養(yǎng)兼具創(chuàng)新精神和實踐能力的工程應用型人才有著至關重要的作用。探索MOOC環(huán)境下如何開展新型的開放式實驗教學，借助MOOC平臺構建遠程虛擬實驗平臺，是抓住MOOC機遇、實現(xiàn)優(yōu)質學習資源的全面開放共享的基礎，具有十分重大的意義。

1 MOOC理念下實驗教學面臨的挑戰(zhàn)

實驗實踐是培養(yǎng)學生工程實踐能力的重要教學手段，探索如何更好地將理論教學與實踐教學相結合，如何由傳統(tǒng)的實驗教學模式向在線實驗模式轉變，讓工程實踐能力培養(yǎng)貫穿整個網(wǎng)絡教育過程，開展新型的開放式實驗教學，是“后MOOC”時期電信專業(yè)以及其他工程類專業(yè)均需探索的重要而緊迫的課題。

傳統(tǒng)的實驗教學模式和在線實驗室的差距較大，在線實驗室可有效地突破時空限制，實驗者可以隨時隨地進行實驗，而且實驗過程可回放和重復，有利于找出實驗過程中的失誤和失敗，并利用在線社區(qū)，和不同時空的實驗者分享和交流實驗心得。而傳統(tǒng)實驗教學的實驗手段落后，教學環(huán)境和實驗設備條件有限；實驗過程粗放難以滿足學生個性化培養(yǎng)要求。部分專業(yè)課程的實驗室教學資源有限，開放時間有限，不能滿足學生隨時進行自主學習和動手實踐的要求。部分理論教學要構建物理演示系統(tǒng)成本高、操作困難，缺乏讓學生動手實踐的條件。師資力量無法滿足大批量學生的設計能力提升。各類實踐活動缺乏細致有效的監(jiān)管?，F(xiàn)有的虛擬仿真系統(tǒng)，如Pspice、Multisim、Tina Pro、Circuit Maker、Proteus等，雖然能夠完成電子類的大部分仿真工作，但是依然有很多不足，如不是針對學校的實驗教學開發(fā)，學生使用不方便，沒有配套的實驗教學管理，教師和管理人員使用不方便，缺乏配套的知識輔助學習和指導，指導教師的工作量大等。另外，有些專業(yè)內容理論性很強，內容抽象，或者其涉及宏觀或者微觀層面的內容，現(xiàn)實的案例難以進行實物演示。而且工程領域某些小概率的事件，難以實現(xiàn)情景再現(xiàn)，尤其是某些危險實驗，難以確保實驗過程安全可靠。

在實驗教學MOOC化的進程中，所面臨的首要問題就是在線試驗模式下，實驗者的數(shù)量大大增加，傳統(tǒng)的教師逐一輔導和檢查模式，必將導致實驗師資嚴重缺乏。需要采用人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等技術，在實驗的不同階段，根據(jù)學生的不同問題進行個性化的因人施教。而做完實驗后，其實驗結果和實驗報告則需要通過網(wǎng)絡和物聯(lián)網(wǎng)進行自動化、智能化的輔助批改。另外，MOOC平臺的智能答疑系統(tǒng)，可以隨時對學生所提問題，進行自動回復。學生也可以通過該系統(tǒng)與教師實時互動或者與其他實驗者交流和共享實驗心得。而實驗管理者和教師通過MOOC實驗平臺所記錄的數(shù)據(jù)可以對實驗過程進行詳細的統(tǒng)計與分析，可及時發(fā)現(xiàn)實驗教學過程中的問題和紕漏，為進一步改進實驗教學提供參考依據(jù)。

大部分的軟件實驗，實驗者可在客戶端通過網(wǎng)絡遠程連接服務器上實施試驗，但對于硬件試驗，試驗設備和儀器不易獲取，難以實施，可借助MOOC平臺，將動畫模擬、虛擬仿真和實物實驗優(yōu)化組合，各取所長，增強學生對實驗的領悟和理解。

虛擬實驗缺乏教學的藝術性，從某種程度來說，教育是一門藝術。教師在傳統(tǒng)的教學過程中的講授、板書、演示等都各具特性，而那些具有創(chuàng)造性、美學價值的教學方法堪稱教學藝術。但是，在虛擬實驗教學的過程中，學生按照理論規(guī)則跟隨計算機程序運行，缺乏教師言傳身教的人文熏陶，和嚴謹?shù)膶嶋H操作訓練及實驗環(huán)境的浸染，這嚴重制約學生的非智力因素，如情感、意志、動機等方面的培養(yǎng)，不利于學生人格的健全發(fā)展。

由以上分析可見，因受制于設備、場地、人員、制度等多方面因素，實驗教學的MOOC化所面臨的問題十分棘手。如何構建一個突破傳統(tǒng)局限的、不受時間和地域限制的網(wǎng)絡化虛擬實驗室，如何高效地借助MOOC的開放、共享的特性，充分利用網(wǎng)絡資源引導學生自主學習和實驗，進一步完善高校實驗教學的信息化程度，是值得探討和研究的重要課題。

2 電信專業(yè)在線虛擬實驗室現(xiàn)狀

對于電信專業(yè)實驗教學在MOOC平臺運行遇到的問題，很多高校已進行的在線虛擬實驗室案例可以提供一些有價值的參考和借鑒。

如清華大學利用虛擬儀器構建了汽車發(fā)動機檢測系統(tǒng)、華中理工大學機械學院工程測試實驗室將其虛擬實驗室成果在網(wǎng)上公開展示供遠程教育使用，復旦大學、上海交通大學、暨南大學等一批高校，也開發(fā)了一批新的虛擬儀器系統(tǒng)用于教學和科研。

文獻［6］提出在清華大學計算機科學與技術系本科專業(yè)教育培養(yǎng)體系中，自然科學基礎課程、專業(yè)基礎課程、基本實踐訓練課程和專業(yè)核心課程中絕大部分的課堂講授類課程都可以在幾大MOOC平臺中找到對應的開放式課程。而對實驗類課程，MOOC目前較少涉及，將軟件類實驗搬到網(wǎng)絡平臺上進行，原則上應該沒有什么問題，甚至在很多情況下可以做得更好。硬件類實驗在MOOC課程中如何設置會遇到天然的困難，各MOOC平臺正在進行積極的嘗試，對硬件類實驗實現(xiàn)一定程度的虛擬化，研發(fā)所謂的虛擬實驗室。

文獻［7］針對電子信息類專業(yè)特點，提出了利用MOOC平臺來提供專業(yè)技術學習平臺，提高學生實驗實踐能力等觀點。

文獻［8］分析了網(wǎng)絡虛擬電子實驗室的優(yōu)勢，并利用Labview設計網(wǎng)絡虛擬電子實驗室，實現(xiàn)了實驗室設備儀器的硬件共享和軟件共享，提高了實驗室的開放利用率。

文獻［9-11］提出了基于Labview平臺設計的虛擬遠程實驗系統(tǒng)實現(xiàn)實驗環(huán)節(jié)的網(wǎng)絡虛擬化，允許用戶隨時隨地通過網(wǎng)絡進行遠程實驗，并在培養(yǎng)學生的實驗設計能力和探索創(chuàng)新能力方面取得了一定進展。

文獻［12］指出，網(wǎng)絡虛擬實驗室有兩種工作模式:1）軟件共享模式，即純軟件實驗模式，適用于虛擬仿真實驗；2）硬件共享模式，即半實物實驗模式，主要用于實時測控實驗。構建完整的網(wǎng)絡虛擬實驗教學平臺一般是兩種模式相輔相成、綜合應用，既克服實際實驗中設備、環(huán)境、時間等實驗條件的限制，又增強虛擬仿真實驗中學生實際操作儀器的真實感。

總之，目前已有案例要么專注研究MOOC理論課程體系改革和完善，要么單純研究遠程虛擬實驗系統(tǒng)的構建與應用，而借助 MOOC平臺的遠程虛擬在線實驗室，則較為少見。

3 解決方案

綜合已有的虛擬實驗室案例以及 MOOC平臺“開放、共享”的特性，借助如圖1所示的虛擬實驗系統(tǒng)，可有效地實現(xiàn)虛擬實驗室的在線化和網(wǎng)絡化。在這樣的實驗方式下，實驗者可以在遠程終端上通過網(wǎng)絡完成自主實驗，也可以進行遠程控制服務器與相互協(xié)作的實驗模式。

圖1 網(wǎng)絡虛擬實驗系統(tǒng)的結構

整個在線虛擬實驗室的大部分功能模塊采用軟件形式完成。結合MOOC平臺和電信專業(yè)傳統(tǒng)實驗教學的特點，分別以實驗者、教師、游客、管理員4個不同的身份來完成虛擬實驗，不同的身份有不同的權限和選擇項目。整個系統(tǒng)的軟件流程設計如圖2所示。

其中，實驗者模塊是整個虛擬實驗室系統(tǒng)的核心模塊，應包含電子信息類專業(yè)大部分的專業(yè)課程的實驗選項，實驗者選擇實驗分兩步進行:1）選擇課程，具體可選的課程體系如圖3所示；2）在所選課程體系里面，選擇相應的實驗項目。

圖2 虛擬實驗系統(tǒng)框圖

圖3 可選課程

圖4 高頻電子線路課程實驗項目

在實驗過程中將實驗內容分為演示驗證型、綜合應用型、創(chuàng)新研究型3類，根據(jù)不同的課程和實驗類型的特點以及其在實際實驗操作中的要求，采用不同的方法虛擬實現(xiàn)。如對于高頻電子線路來說，采用如圖4所示的實驗內容。其中演示驗證型實驗包括8個實驗，其目的是驗證、演示教材的相應知識點，或者熟悉相關儀器的操作，相對較為容易。實驗者只需按照實驗指導書，按部就班地完成實驗過程，就可鍛煉基本的實驗能力。綜合應用型和創(chuàng)新研究型都包括3個實驗，這兩部分內容的要求相對較高。其中，綜合應用型，要求實驗者能夠綜合考慮實驗內容、方法、手段等多方面因素，有利于培養(yǎng)其實驗和素質的綜合能力。而創(chuàng)新研究型要求實驗者具備一定的創(chuàng)造思維和創(chuàng)新能力，能對已有的綜合實驗進行探索研究，提出改進方法，有利于培養(yǎng)其產品開發(fā)和科學研究方面的能力。

4 結束語

伴隨著MOOC的迅速發(fā)展和MOOC平臺上課程數(shù)量的急速增長，實驗實踐教學作為整個電信專業(yè)課程體系的一個關鍵組成部分，急需不斷改革和創(chuàng)新。國內很多高校為解決傳統(tǒng)實驗教學信息化網(wǎng)絡化的問題，已經(jīng)研究出了諸多新型的在線虛擬實驗模式。但這些離MOOC平臺所要求的開放、共享、大規(guī)模特性，尚有很大的差距。如如何利用labview等虛擬技術構建具有高度真實感、直觀性和精確性在線虛擬仿真實驗教學平臺，如何實現(xiàn)軟件實驗和硬件實驗的良好配制，如何借助MOOC平臺更好地實現(xiàn)資源共享和交流，提供實驗教學實效，拓展實驗教學的深度和廣度。這些均是實驗教學的MOOC化過程中需解決的問題?？傊?，電信專業(yè)的實驗教學在MOOC浪潮中，是機遇與挑戰(zhàn)并存，在MOOC平臺下通過真實的人機交互界面遠程完成實驗，可有效地突破時空限制，促進實驗教學的信息化進程。

［1］祝智庭，劉名卓 .“后MOOC”時期的在線學習新樣式［J］.開放教育研究，2014（3）:36-43.

［2］康葉欽.在線教育的“后 MOOC時代”——SPOC解析［J］.清華大學教育研究，2014，35（1）:85-93.

［3］孫青，艾明晶，曹慶華.MOOC環(huán)境下開放共享的實驗教學研究［J］.實驗技術與管理，2014（8）: 192-195.

［4］張翠芳.面向MOOC的畢業(yè)設計環(huán)節(jié)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的探討——以電子信息類專業(yè)（本科）為例［J］.湖南郵電職業(yè)技術學院學報，2015（1）:92-96.

［5］朱敏.虛擬實驗與教學應用研究［D］.上海:華東師范大學，2006.

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［10］任樹飛.基于LabVIEW的虛擬實驗室的研究與開發(fā)［D］.山東青島:青島大學，2010.

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New Challenge and Reform of Experiment Teaching for Electronic Information Specialty in“Post-MOOC Era”

ZHOU Xifeng1，ZENG Rongzhou2，ZHANG Xianghua1，ZHANG Pinghua3
（1.College of Electrical and Information Engineering，Hunan Institute of Engineering，Xiangtan，411101，China；2.State Key Laboratory of Electronic Thin Films and Integrated Devices，University of Electronic Science and Technology of China，Chengdu 610054，China；3.School of Electronic Engineering，Hunan College of Information，Changsha 410200，China）

Experimental teaching is a key component in the experiment practical teaching system of electronic information specialty.However，the development of traditional experiment teaching has been hindered by many restricting factors，such as devices，work -places，teaching staffs and institutions.To ease the situation，the bottleneck which has been suffered during the networking for the experimental teaching in electronic information specialty are analyzed and summed up in this paper.And a novel experiment teaching for electronic information specialty has been obtained.It will offer more effective reference for the information of experimental teaching in electronic information specialty in“Post-MOOC Era”.

electronic information specialty；experimental teaching；MOOC；remote virtual experiment

G642.4

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2016.05.037

2015-08-09；修改日期：2016-09-05

湖南工程學院博士啟動基金（z15）；湖南工程學院教學改革研究項目（xjjx15z02）；2014年湖南省教學改革研究項目（湘教通［2014］247號）；湖南省教育科學“十三五”規(guī)劃省級一般資助課題（XJK016BXX004）；湖南省教育科學“十二五”規(guī)劃青年資助課題（XJK015QZY007）；湖南省教育廳科學研究項目（15C0982）。

周細鳳（1979-），女，博士，講師，主要從事電子信息專業(yè)理論和實踐教學、CMOS數(shù)?；旌铣呻娐吩O計等方面的研究。