孙丹 赵帅

摘   要： 开放式实验实践教学作为一种创新的教学模式，是培养具备综合素质和创新能力人才的重要环节。通过对高校开展实验实践教学的现状进行调研分析发现，目前实验实践教学模式依然存在开放程度不足、实验实践教学资源利用率低、缺乏实验交流互动平台等问题。结合学校办学特色和实际情况，通过互联网、移动媒体、VDI云桌面等技术搭建一个基于“互联网+”的开放式实验实践教学综合平台，形成开放式的实验实践教学模式，促进实验实践教学工作改革创新。

关键词： “互联网+”   开放式教学   实验实践教学   教学改革

高等教育改革的不断深入，对传统实验实践教学发起了全新的改革升级挑战，开放式实验实践教学作为一种新型的实验实践教学模式，越来越受到高等教育工作者的关注。互联网以其对数据信息的高效互连和高速传输处理优势，不仅影响传统的诸多行业，还促进教育行业的改革创新。随着“互联网+”成为国家战略，开放式实验实践教学基于互联网的创新成为迫切的要求[1]（272-274）。通过合理运用“互联网+”实现开放式实验实践教学，不仅解决了实验实践教学过程中的质量监控和过程管理缺失、软件维护和升级成本高问题，还实现了远程实验实践教学资源共享，更有助于形成实验交流互动平台，提高学生的自主学习能力，增强协作创新意识。同时，该教学模式是目前高校教育的必然趋势，能很好地实现教学的智能化、人性化和科学化管理。

一、开放式实验实践教学研究现状

经调查研究和翻阅大量相关文献资料后发现，虽然众多高校已经将开放式实验实践教学作为人才创新培养的重要环节，但传统实践教学模式仍占据主要地位，为“实验”而实验，为“实践”而实践的目的性过强，导致目前实验实践教学模式依然存在开放程度不足，实验实践教学资源利用率低，缺乏实验交流互动平台等问题。

（一）实验实践教学开放程度不足。

高校通常会建立校园网，然后通过教科网与外面的互联网互联互通，但是软件资源的匮乏是如今大多数校园网的通病，用于实验实践管理和教学的实用性软件更是少之又少，能提供给教师和学生的自由度和灵活性较低，开放程度明显不足。白海等[2]（3-7）在研究时指出高校实验实践教学存在实验实践课不够灵活、开放程度不足、实验设备使用率低、实验课缺乏创新性、学生的积极主动性不高等客观问题。

（二）实验实践教学资源利用率低。

目前，高校实验实践教学资源还是以在实验室实验实践为主，实验实践教学资源的更新换代与技术发展速度之间有一定的滞后性，且维护成本高、利用率低下，实验少量为设计性和综合性实验，多数为验证性实验，为“实验”而实验、为“实践”而实践的现象依然存在，学生的创新能力得不到全面培养和发展。此外，高校实验资源大多采用分散式的管理模式，这种模式势必导致电脑资源的闲置，且学生在分配到电脑后需要重新安装自己需要的科研学习软件，导致软件安装升级和维护时间成本较高。

（三）缺乏实验交流互动平台。

传统的实验教学模式依然采用灌输式的教学方式，教学模式单一，实验课程主要依附于理论课程，缺乏创新性，导致学生投入实验课程的兴趣和精力有限，对实验课程的反馈有限。因此，学生很难养成上课积极发言反馈的习惯，很难透彻地理解实验，明白实验的原理与实验的过程，学生与教师之间沟通脱节，限制学生自主学习能力的提高和协作创新意识的增强。

二、基于“互联网+”的开放式实验实践教学研究意义

（一）建立虚拟实验教学平台，实现开放式的实验实践教学。

虚拟实验教学把实验教学过程中的网上选课、理论教学、实验操作、结果测试和实时答疑等实验教学环节通过互联网技术在网上实现，为开放式实验实践教学服务提供基础保障[3]（5-8）。为了降低维护费用和增强可靠性，高校虚拟实验教学往往采用集中式管理模式，即让一个甚至几个学校共同使用同一个网络服务器，再由专门的网络管理员统一管理。此外，虚拟教学的开放性特点为教师和学生提供了最大的灵活性和自由度，任何教师和学生都可以随时随地通过接入互联网的任一终端使用该教学平台，突破时间和空间的限制。建立虚拟实验教学平台可以将分散的实验教学通过网络数据库的功能实现集中的网络化管理，不仅能将校园网的资源合理充分地利用起来，还有力地支持了开放式实验实践教学，具有重要的现实意义和很高的实用价值。

（二）创建云实验平台，提高教学资源利用率。

云实验平台的创建，可以为传统的实验实践教学带来诸多好处。首先，高校实验室众多，但是缺乏宣传平台，致使不少实验室不为学生熟悉，在一定程度上浪费了教学资源。云实验平台的创建，可以为实验室提供有效的宣传展示平台。其次，在实验教学过程中，为了合理地排课和开展实验教学活动，需要统筹考虑任课教师的上课时间、人数和专业等因素，当上课时间出现冲突时，需要对冲突的任课教师进行协调，实验室的维护和使用一直是非常复杂和烦琐的。云实验平台的创建，可以很好地规避排课过程中各种因素所造成的冲突，有助于形成先进有效的管理系统。最后，云实验平台的创建还可以实现科研实验室的统一管理。在传统的科研实验室中，各实验室分别管理自己的电脑资产，且往往配有资产管理人员。然而，分散式的管理模式势必导致电脑资源闲置，且学生在分配到电脑后需要重新安装自己需要的科研学习软件，导致软件安装升级和维护时间成本较高。但是，云实验平台的创建可以很好地解决以上问题，大大提高电脑的利用率和科研效率。

（三）构建实验交流互动平台，提升学生积极主动性。

利用社交平台和互联网技术，可以为技术人员、管理人员、学生和教师营造出实时的在线交流互动空间。在这个空间中，通过应用程序和社交平台实时推送实验实践教学和实验室管理信息，可以营造网络泛在性实验实践教学环境，加强实验实践教学资源共享，提高学生自主学习能力，发挥学生协作创新和主动参与意识[4]（184-185）。由于摆脱了上课发言的束缚，学生的思维反而更加活跃，思路更加開阔。在实验交流互动平台上，学生不仅能够分享实验思路、实验过程和实验结果，还能提出问题或回答问题。通过与教师和其他同学分享实验整过程，讨论实验过程中遇到的问题和困难，有助于更加透彻地理解实验的原理和实验过程。此外，在构建的实验交流互动平台上，学生还能查看实验的评价和评分并参与其中，通过浏览查看详细的评价内容和评分走势图，增加实验的趣味性，大大提高学生的积极主动性。

三、基于“互联网+”的开放式实验实践教学综合平台实施方案

（一）实施目标。

本实施方案从创建虚拟实验教学平台、建立云实验平台、构建实验交流互动平台和搭建开放式实验实践教学综合平台四个方面入手，以计算机辅助教学、移动媒体技术、虚拟化技术、VDI云桌面技术、基于关系图谱的交流互动平台搭建、负载均衡和隐私保护等技术理论研究为基础，以开放式实验实践教学研究为主线，搭建出一个基于“互联网+”的开放式实验实践教学综合平台。首先，创建虚拟实验教学平台，实现实验课计算机辅助教学和网络教学;其次，建立云实验平台，更好地宣传展示实验室、形成先进有效的实验室管理系统和实现科研实验室统一管理;再次构建实验交流互动平台，提高学生自主学习能力和增强协作创新意识，营造一个技术人员、管理人员、学生和教师实时在线交流的互动空间;最后，搭建一个开放式实验实践教学综合平台。通过对高校开展实验实践教学的现状进行调研分析，发现实验实践教学模式现状和依然存在的问题。结合学校的办学特色和实际情况，通过互联网、移动媒体、VDI云桌面等技术搭建一个基于“互联网+”的开放式实验实践教学综合平台，形成开放式的实验实践教学模式，促进实验实践教学工作改革创新。

（二）实施思路。

本实施方案按照资料收集及调研、技术理论研究、系统设计和开发、综合平台的设计和开发四个阶段依次展开，遵从的实施思路如图1所示。

（三）关键技术。

本实施方案利用VDI（Virtual Desktop Infrastructure）云桌面技术创建虚拟实验教学平台、建立云实验平台和构建实验交流互动平台，最终搭建一个开放式实验实践教学综合平台。VDI云桌面技术作为开放式实验实践教学综合平台的关键技术，以灵活的用户访问、高效的桌面管理和安全可靠的数据保护等优势，广泛地应用于云桌面市场。VDI是一个桌面交付模型，通过将用户数据、应用程序和操作系统等客户端桌面工作负载托管在数据中心的服务器上并执行，用户可以使用终端通过PCoIP、ICA和RDP等远程协议进行访问，让大规模的虚拟桌面得以高度集中化管理[5]（189-191）。该架构通过桌面虚拟化技术将所有桌面虚拟机托管在服务器上，虚拟机在后台服务器端生成后，再由虚拟机管理服务器向前端的客户交付虚拟桌面;虚拟机跟每个用户桌面形成一一对应关系，可以根据实际需求快速消减虚拟机的数量或生成新虚拟机;用户可以通过传统PC机或专用瘦客户端等任何经授权的设备访问虚拟桌面。将存储和计算在服务器上完成，而用户端只负责呈现个性化操作系统桌面，使桌面的灵活性得到强化。VDI云桌面模式通过将服务器后台与任何经授权的设备连接，能实现高效的桌面管理，实现桌面的统一发布、集中更新和灵活、快捷的交付。由服务器端统一执行多媒体教室终端的桌面系统维护、升级和更新工作，终端用户无需任何操作就能获得最新的服务和应用。此外，用户数据存在服务器端更加安全可靠，而且桌面系统能根据任课教师的需求进行个性化桌面系统定制。VDI架构如图2所示。

（四）综合平台系统设计。

本实施方案以LabVIEW为开发环境设计一个基于“互联网+”的开放式实验实践教学综合平台系统。LabVIEW可以用于数据存储、分析、采集等操作，由于提供的接口众多，因此可以与MATLAB、VB、DLL等多种软件互相调用，在工业界、研究实验室和学术界具有广泛的接受度[6]（229-230）。综合平台系统的设计根据系统功能实现可以划分为教学管理、实验管理、交流互动管理和系统管理等四个模块，其中，教学管理模块包括理论知识、上传内容、动画教学、实时备课、布置实验和更新讲稿等模块内容;实验管理模块包括接受任务、复习理论、领取资料、插件连接、实验测试和上传结果等模块内容;交流互动模块包括提出问题、回答问题、实验讨论、经验分享、实验评价和分支设置等模块内容;系统管理模块包括实验管理、组织资源、评价管理、建立题库、身份管理和测试评卷等模塊内容。除了实验管理模块中的模块内容必须按照指定的流程执行以外，其余三个模块中的模块内容均可独立操作，为实验实践教学创新和组织相应教学资源提供了自由灵活空间，更易形成个性化和创新性的实验实践教学模式。综合平台系统总设计如图3所示。

此外，综合平台系统采用“动态载入子程序”设计，能将教学管理、实验管理、交流互动管理和系统管理等作为子程序动态地载入系统中，其中，“动态载入子程序”设计可以应用于实验管理子程序中，将一些比较有代表性的实验作为子程序动态载入实验管理子程序中，进一步增强系统的可扩展性和兼容性。整个系统程序采用While循环和事件结构相结合的方式进行系统程序设计，通过对程序内的插件、工具包、函数、控件等进行连线和属性配置，在While循环内添加功能相关的控件，最终完成综合平台的程序设计和开发。综合平台系统功能流程图如图4所示。

四、结语

“互联网+”背景下的开放式实验实践教学作为一种创新的教学模式，是培养具备综合素质和创新能力人才的重要环节，承载了人才培养全新的历史使命。本研究对传统实验实践教学模式进行了改善和更新，促进了实验实践教学工作的改革创新，不仅解决了实验实践教学过程中的质量监控和过程管理缺失问题，丰富了实验实践教学资源，还增强了学生的协作创新意识，提高了自主学习能力，让实验实践教学过程中的授课教师和学生都受益，实现了教学的智能化、人性化和科学化管理，推动了整个实验实践教学的转型和高质量发展。此外，构建开放式实验实践教学综合平台是一项复杂的系统工程，只有不断地实践和探索，才能更好地完善开放式实验实践教学体系，为创新能力和综合素质人才培养提供有力的支撑[2]（3-7）。

参考文献：

[1]郭磊，阚欢，范方宇，刘云，张雪春.“互联网+”时代下高校食品专业开放实验室的改革与探索——以西南林业大学为例[J].安徽农业科学，2020，48（01）.

[2]白海，李红波，刘兆剑.新工科背景下汽车专业开放式实验教学模式的研究与实践[J].教育观察，2019，8（35）.

[3]赵新生，聂新明，韦露.高校青年实验技术人员多层次、多元型培养体系的探索[J].高教学刊，2020（27）.

[4]范建林.互联网+高校创新型实验室建设的研究与探索[J].科教导刊（上旬刊），2016（01）.

[5]黄国富，王海.VDI云桌面技术在多媒体教室管理中的应用[J].电脑知识与技术，2018，14（02）.

[6]宁芬.基于LabVIEW的信号与系统虚拟实验教学系统设计[J].南方农机，2018，49（04）.

课题来源：浙江工商大学研究生教育改革项目资助（YJG 2019226），浙江工商大学高等教育研究一般课题资助（4040 KU220129）。

通讯作者：赵   帅