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优势工科专业虚拟仿真实验建设的探索与实践

时间:2016-12-28 22:33来源:知行网www.zhixing123.cn 编辑:麦田守望者

《教育信息化十年发展规划(2011-2020年)》指出,“建设仿真实训基地等信息化教学设施,建设实习实训等关键业务领域的管理信息系统,建成支撑学生、教师和员工自主学习和科学管理的数字化环境。”在教育网络化的时代背景下,虚拟仿真实验建设是各大高校积极推进的方向。

虚拟仿真实验通过内容逼真、形象丰富,具有可选择性和可交互性的网络仿真实践教学,突破了时空限制,使实践教学在开放性的信息化环境中进行,有效解决了远程教育因师生分离带来的实践教学困难,能促进具有工科优势高校继续教育资源品牌的创建,有助于优势工科教学资源的广泛传播。

江南大学是我国轻工领域具有较高权威性和美誉度的教育部直属、国家“211工程”重点建设高校,在U.S.News发布的2016世界大学工科排行榜中江南大学排第81位,在中国大学专利技术转让100强中位居第四,具有较强的工科优势。为创建继续教育品牌资源,我校开展了虚拟仿真实验建设(以下简称项目)的探索与实践。本着“由点及面,稳步推进”的建设思路,2012年江南大学继续教育与网络教育学院(以下简称学院)进行了本校特色专业基础课程《无机及分析化学》部分内容的建设工作,通过该门课程虚拟仿真实验建设的实践摸索,初步形成了虚拟仿真实验建设的流程、规范和方法。2014年起学院加大了投入,规划建设本校工科特色优势专业所有实验课程的虚拟仿真实验,从原先的单门网上虚拟实验课程建设转变为模块化、组合式的虚拟实验平台建设。

一、立项论证、机制完善,确保项目顺利启动

建设经费和师资力量是虚拟仿真实验建设启动必不可少的前提条件,虚拟仿真实验建设的经费和师资是通过项目论证制度和教师激励机制得到保障的。

(一)虚拟仿真实验建设的立项论证

2013年学院成立了资源建设工作小组,并不断完善。小组成员由学院领导、教学管理人员、资源建设人员、学科专家、网络教育专家等组成。小组负责对拟立项的资源建设项目按相关规定和标准进行审核,并对建设完成的资源进行验收,保证资源建设的可操作和质量。

立项论证需提交论证申请报告。报告的内容包括项目建设的必要性、可行性、经费预算、硬软件配备条件、预期效果、应用前景、质量保障等方面的描述。

立项论证根据论证申请报告,明确建设师资、建设周期、建设目标,提供组织保障,确定经费支出等,并提出建设要求。论证过程及结果被写进论证报告,报告由建设小组组长签字,与会议记录一起由专人存档保管。

(二) 建立并完善师资建设激励机制

我校继续教育一直积极争取学校政策和相关学院的支持,建立教师管理制度和奖励制度,保证资源开发的顺利进行。在教师参加网络教育工作的报酬和科研成果申报等方面,学校予以政策上的倾斜和扶持,以校教学改革项目的方式对各院的网络多媒体课件开发予以支持。每年开展校内多媒体课件制作的评比,作为当年对院系和教师业绩以及教师教学工作量考核的重要依据之一。校内获奖的课件给予开发经费上的扶持。学校对进行校内本科多媒体教学的教师,进行了专门培训,考核合格由校人事处发给上岗证,教师持证上课。

虚拟仿真实验的师资聘请由学院负责人与相关学院负责人洽谈,相关学院负责协调和安排,成立虚拟实验建设的专业教师团队,并安排实验拍摄所需的实验场地及实验操作人员。

二、科学规划、合理布署,保证项目有序开展

虚拟仿真实验建设之前需进行科学规划,统一建设的指导思想、工作方针,明确总体建设目标和虚拟仿真实验的功能定位,并对各实施阶段及各阶段的各环节、各要素进行合理布署,对存在的风险与难点等提前考虑解决方案。

基于建设现状及可用资源的分析,充分考虑远程教学和实验教学的需求,经过调查、研究、集体讨论论证,形成了以下规划部署,确保了建设的有序开展。

(一)确定功能定位

1.远程实践教学的功能。能为校内外一切学习者提供不受时空限制的自主学习的条件和资源,实现学生学习理论、操作实验、交互讨论和实践评价的功能。

2.规范性和兼容性。以科学严谨的态度进行构建,保证实验内容、实验教学的规范准确;以本科层次教学标准,结合成人学习需求进行建设,并具备扩展延伸功能,即通过资源增添或重组满足其他层次学生的使用,适应递进式、多层次的教学需求。

3.无冲突性和无限共享性。技术的选择及使用应符合共享的要求,利于学校优势特色资源的共享和学习,并具有一定的前瞻性,适应学科知识的更新和进步,符合时代发展的需要。

(二)特色系列化建设

一是特色化建设,选择学校的优势特色资源进行建设;二是系列化建设,建设专业所有实验课程、课程所有实验的网络虚拟实验室,保证专业、课程实践教学的体系化、科学化。第三,共性实验共性建设及共享。通过具体实验课程建设的积累,将共性的建设元素如仪器、药品、基础实验等集合在一起,形成学科资源库或素材库,为某一学科或相近学科提供建设元素,减轻后期实验建设的压力,避免重复建设。

(三)强调以人为本的实验设计

如同建筑设计于建筑,实验设计的重要性是不言而喻的。虚拟仿真实验设计由学科教师、教学管理人员以及网络技术人员共同完成。

坚持以人为本的设计理念,在科学规范、交互协作、个性化研究型学习、使用方便等原则之下,在分析学生需求、教学需求、考虑学习者的个性特征、学习需求、动机和初始水平等方面的差异,以培养和帮助学习者提高自主学习及生存发展能力和创新意识为目标,开发内容先进的启迪型实验教学资源;以构建远程教育实践教学模式为目标充分考虑虚拟实验在学习、交互、管理等方面功能的全面性。通过合理设计,虚拟实验应具有先进性、易用性、交互性、实用性和适用性等特性。

三、动态管理、及时评估,提供项目质量保障

为提高建设的效率和质量。除通过招标的方式选择技术过硬、有经验的技术制作公司,加强人员培训外,学院实施了动态管理机制,即成立虚拟仿真实验建设领导小组和工作小组,落实工作责任,建立Tower工作平台,实施三方会议制度,加强交流和进度公开,强化团队之间的协作,及时发现问题,及时解决问题,根据环境变化适时对计划进行修改和补充。为确保实验建设的质量,研究制定虚拟仿真实验的建设标准,依据标准及时评估,及时总结,确保前期经验的及时运用,杜绝问题的重复出现。

(一)工作平台和三方会议制度确保了协调沟通的及时顺畅

Tower工作平台有上传文件、记录工作进程、分派任务、论坛讨论等的功能,能有效实现“时间、空间、内容”的三维开放机制,同时满足建设各方的不同需求,确保建设各方的及时联系,相互配合,及资源的共享、进度控制,并就相关问题及时讨论,及时解决,保证了建设效率的充分高效。工作平台还将整个建设过程的进度和完成过程详细的记录下来,便于查阅和总结。

虚拟仿真制作是一个集体探究的过程,每一细小的实验操作步骤的仿真呈现都需要发挥集体智慧设计出多种可能的表现方式,并从中选择仿真效果最好的一种方式。因此,虚拟仿真实验建设小组制定了三方会议制度,在需要学院、教师审定的开发、修改环节,如脚本确定、仿真呈现、成品修改等重要阶段,均按每个实验为单位,在学院、教师充分准备审定意见的基础上,由学院组织三方召开会议,讨论确定相关事宜,并做好会议记录,及时落实。三方会议是工作协调、沟通情况、酝酿协商的一种议事形式,目的是保证建设中的关键问题能得到及时协调和解决,使建设顺利进行。

(二)科学制定验收标准,及时评估,及时总结,确保建设质量

标准是成品检验的重要依据,决定成品建设的质量。经充分调查发现,目前国内还没有关于虚拟仿真实验的统一标准,学院虚拟仿真实验建设小组在建设过程中,边建设,边应用,注重学生、教学管理人员等用户的反馈意见,探索制定了一套虚拟仿真实验的建设标准。制定标准的同时制定验收方案,包括验收流程,验收方法和专家聘请等事项。验收分初步验收和最终验收,初步验收主要由学院执行,最终验收由专家审定。

虚拟仿真实验的建设遵循分段建设,分段测试,分段评估的原则,以便及时总结,及时发现问题。分段评估按初步验收的办法实施,由学院负责运行测试,并检查资料文档是否齐全。分段验收可以是一门课程的部分实验,也可以是一个实验,视具体情况而定,方便操作就可以。初步验收过程虽然操作灵活,但程序不会简化,严格按验收流程和要求执行,验收结论及反馈意见都有记载并存档,以备最终验收使用。最终验收一般是按课程为单位,学院组织,聘请相关专家进行验收。经过多次的初步验收,会形成多次的反馈意见,有利于制定更为科学的验收标准和可操作的验收程序,对后续建设有极大的参考指导作用,有效促进了建设质量的提高。

四、建设成果及应用

截止目前,我校继续教育已陆续建成食品专业课程《无机及分析化学》、《化工原理》、《食品工艺学》、《食品微生物学》等的虚拟仿真实验,在建课程《食品分析》、《仪器分析》也将于今年底完成。我校其他特色专业如生物工程专业的虚拟仿真实验建设也正在筹划之中。遵循边建设边应用不断完善的建设原则,建成的虚拟仿真实验已在我校继续教育及全日制学生中应用,并积极与兄弟高校共享,都取得了良好效果。

(一)应用于继续教育教学,有效实现了远程实践教学

为有效实现远程实践教学,江南大学继续教育建立了专门的实验平台,并强化“以人为本”的设计理念,实现学习、管理、交互、评价的多样功能,确保学生的业余学习能顺利完成。平台按课程分类,便于多专业同课程教学的实现。每门课程的具体实验包括实验指南、预习报告、演示与练习、操作及报告、资料与拓展等模块,给予学生理论指导和实验操作指导(演示)及相应的练习、自测,便于学生开展观摩学习、练习巩固、考核评价等循序渐进的学习过程;实验操作之前,学生可以选择仪器、设备、材料,自主搭建实验装置,有效培养学生的独立思考和创新能力;充分考虑学生层次水平的差异,给学生提炼各个实验的重点、难点,实验内容和实验操作(演示和练习)都能反复观看、多次操作,能满足不同学习进度学生的需求。

实验平台和虚拟仿真实验的有效结合适应基于网络的远程教学的需要,能有效实现远程实践教学。在江南大学网络教育食品科学与工程、食品安全与工程、食品加工技术等专业的学生(每年约有600人)中使用,不仅解决了远程教育实验场地缺乏的局限,也大大提高了实验教学质量,得到了学生和辅导老师甚至是校外学习中心的广泛好评。

(二)应用于我校全日制教学,虚实结合提高了实验教学效果

在我校食品学院食品科学与工程、食品质量与安全两个专业的全日制学生中应用,每年约600人,使用效果良好。学生通过在线预习,对实验操作及生产工艺有了很深的感性认识,明显提高了正式实验的动手能力和对实验的理解,普遍反映通过虚实结合的学习,提高了参与度,能够更好的强化对理论的理解。并能根据自己的学习进度安排实验时间,像做家庭作业一样在课余时间进行练习,有效地解决了有限的教学时数与学习技能提高之间的矛盾。在实际工作应用中减少了出错,提高了工作效率。调查结果显示:近95%学生增强了对以前所学理论知识的综合运用和再提高,超过99%的学生感受到科学视野变得开阔,学习兴趣变得浓厚。

随着生活水平的提高,江南大学其他专业的学生辅修、选修食品相关专业课程的人数日益增多,每年大约有1000多人。虚拟仿真实验在江南大学辅修、选修学生中使用,既增强了学生的感性认识和参与度,更新了学生传统的辅、选修观念,又解决了学校教学资源短缺的现实困难,得到了学生和老师的一致好评。

(三)积极与兄弟高校共享,共同推进继续教育实践教学研究

我校参与了“远程教育工科专业在线实验教学模式的研究与实践”项目的研究,荣获2014年国家教学成果二等奖(高教类)。该项目启动于2012年,由华东理工大学、江南大学、大连理工大学、山东大学和哈尔滨工业大学等5所工科类网络教育试点高校共同完成,其中江南大学为第二完成单位。经过这几年的研究,项目组初步完成了项目内高校合作的长效机制,建立了标准化开放实验资源平台,促进了高校优势特色工科专业教学资源的推广应用,也为校际资源共享及学分互认提供了参考。

在不断总结提高的建设进程中,我校继续教育将继续稳步推进虚拟仿真实验的建设,以期建设我校所有特色优势专业的虚拟仿真实验制作。并积极推广应用,实现我校特色优势资源的广泛共享,创建我校继续教育资源品牌。

(江南大学继续教育与网络教育学院)

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