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论OBE “计算机网络与应用”云实验教学

2021/10/18 阅读:

摘要:OBE理念的核心是培养学生的个性化能力,基于云平台的网络实验教学目的是随时随地进行重复建模、多视角评价。文章针对目前高校“计算机网络与应用”实验教学存在的问题,提出基于OBE理念将云平台应用在实验教学中,并从云平台搭建、云实验教学设计、教学实施策略等方面进行探索,为信息管理与信息系统专业教学改革提供参考。

关键词:OBE;“计算机网络与应用”;云实验;实践教学改革

0引言

OBE成果导向理念是目前高校教学的主流教育理念[1]。张京英等[2]基于OBE理念结合必修课和开放实验课,构建了全方位立体化机械制图教学新体系。郭虹琦等[3]介绍了基于OBE的大学生创新实验训练项目的实施过程,培养了学生的创新、策划等能力。为创新智能教育,解决网络实验资源利用率低、维护成本高、实验参与度低等问题,很多高校进行云端网络化实验教学,建立开放共享实验平台[4]。黄云等[5]建立了实践教学资源库及实践教学平台,引导高年级学生辅助低年级学生完成实践教学。崔勇等[6]基于云实验平台设计了无线传感器网络实验。吴迪等[7]设计了能提供虚拟网络实验环境的网络安全实验云平台,可简化实验环境构建,减少硬件投资。

1基于OBE的“计算机网络与应用”云实验教学设计

1.1“计算机网络与应用”实验课程教学现状

“计算机网络与应用”实验课的传统教学模式是预习、实施、提交报告,无过程管理,无法记录学生的学习轨迹及学生个性化成果的产出过程;以现场实验为主,受场地及时间限制,实验资源利用率低、更新成本高;现有的数字化实验教学平台或虚拟仿真平台多以验证性实验为主,学生在固定模型上体验学习,技术层面上缺乏扩展性,无法提高学生的个性化能力,很难作为多维度学业成果的素材。

1.2基于OBE的“计算机网络与应用”云实验教学设计

1.2.1基于OBE的云实验教学设计原理

基于OBE的云实验教学设计将“以学生为主”贯彻到每节课的教学过程和管理中,并以学生成果产出和持续改进为重点。首先,依据信息管理与信息系统专业的毕业要求设定学业成果目标,并将成果归属到既定课程,构成课程成果体系。其次,耦合细分成果与必修课程,制定支撑成果的云实验教学计划,按照逻辑设计递进式、组合式、并列式等实验形式,其中,递进式实验以时间顺序确定实验项目,前实验是后实验的基础,组合式实验各实验内容间独立,又可组合形成总的学业成果,并列式实验将实验划分为独立的单元,每个单元内又包含若干个对此单元起支撑作用的实验。接着,根据云实验间的逻辑关系,以提升能力与素质为目的,对各实验进行知识讲解和操作设计。知识讲解主要讲授建模过程、模型参数含义、差错控制手段等,操作设计着重布置能产出相应成果的课堂任务。然后,统计分项成果进行综合检验。一是检验学生达成学业成果的能力,检验方法为综合任务完成、随机建模、解释模型各环节原理等;二是检验教学,教师反思通过实验生成何种成果,成果能反映哪些能力,能力是否满足课程教学成果要求。最后,课程成果要反向通过课程目标的检验,课程目标要反向通过毕业要求的检验;各环节应能回溯重构,迭代提高实验教学效果。

1.2.2基于OBE理念的云实验教学设计

基于OBE理念的云实验教学设计分为教师教学活动和学生学习活动。教师:实验前,教师根据学生能力培养目标,确定某个云实验总成果目标并细化;创建若干云模型,并由模型运行结果梳理预期能力目标;经思维导图列出与实验相关的理论知识及实验要点;创建云实验项目。实验中,教师在云平台讲解运行模式、模型参数,并演示实验过程;云监控学生实验过程并在线指导;实时共享过程流畅、效果优良的实验案例,鼓励其他同学改进实验步骤、调整参数、重建模型,提高应用能力;实时答疑或远程控制助力学生解决突发问题。实验后,教师查询学生的实验结果、过程控制流程等,评价学生成绩及能力提升力度;对重复或创新实验的同学给予帮助;反馈目标达成效果并给出具体建议;评价教学效果,生成问题库,持续改进实验环节。学生:实验前,登录云平台获得实验计划、指导手册、知识导图、实验过程常见问题等资源;掌握该实验应具备的技能、明确能力目标、补充相应知识;查询云平台实验环境空闲状态,预约实验设备及时间。实验中,在线实验,调整参数、重建模型、重复实验并对比分析结果,与同学合作、讨论或请教老师,实时提高操作技能,达到能力目标;结果后,可在线互评、交流心得。实验后,提交实验报告到云平台;对课上未完成的或有异议的实验申请在线重做,并统计分析多次实验结果,将技能转化为知识;可在论坛里和同学讨论实验细节,互相学习改进实验效果;及时查成绩反馈和能力评价。

1.3基于OBE的“计算机网络与应用”云实验教学实施根据OBE“成果导向、以学生为中心、持续改进”的理念,提出云实验教学详细实施方案,共3个阶段。

1.3.1实验资源开发阶段

实验资源的开发基础是搭建云实验平台,云实验平台基于VMware桌面虚拟化系统,通过接口集成方式对资源进行集中管理。需要将系统功能模块化,实现实验环节的相互独立,使得实验平台的结构松耦合、可扩展。针对课前预习、课堂教学和课后作业等环节,云实验平台提供了课前预约管理、实验设计管理、实验过程管理、历史资源管理、实验课堂控制管理、实验报告管理、课后实验效果分析、重复实验申请管理等功能模块。本文开发的云平台实验系统采用B/S架构,学生及教师可随时通过移动终端的Web页面访问云平台,由用户、云实验平台、线下实验室3部分组成。实验资源来源于教师提供的原始资源及多届学生开发的再生资源。教师递进确定培养目标、课程能力目标、成果目标及实验模块;整合线下资源搭建云实验中心、建立5GWiFi网络教室、购买智能移动实验系统、建立实验模型,设定具体实验形式;上传实验指导书、实践能力评定表、教师对每个实验的演示及解析视频、实验中长期计划、知识导航等资源。另外,学生的实验过程、能力成长轨迹都存储于云平台,供同学参考;学生扩展实验的优秀成果反馈到平台,供教师参考改进实验案例、创新实验内容。

1.3.2实施阶段

实验前,教师需提前一周确定本次实验目标、调度实验及课程资源、具体任务,学生通过分配的账户从移动端登录云平台,接收任务、明确实验目标;看演示视频、查相关资料,记录疑难问题及预习实验步骤;在平台预约实验设备及时间。实验中,以OBE理念为指导,由简单验证性实验过渡到设计创新性实验,更进一步可引导优秀学生进行科研实验,不同难度的实验分别针对能力不同的学生,实现差异化教学。教师在平台演示实验过程、指导学生实验及时答疑,以递进式教学引导学生完成成果能力提升。实验后,教师评价实验结果、学生实践能力提升效果,并给出改进建议。最后,通过综合实验评定学生是否达成成果目标。

1.3.3效果评价

对学生进行多维度能力考核,提供两种考核模式:一种是从线上资源库抽取一些不同难度的实际问题,要求学生在固定时间及实验条件下独立完成,考查学生解决真实问题的能力。另一种是在云平台进行随机的个性化过程考核,其中,独创性任务成果占30%,对成果的解释及总结占30%,实验环节改进和解决问题能力的提升占40%。

2结果与分析

本文于2019年3—7月将基于OBE的云实验教学模式应用在信息管理与信息系统专业18级学生“计算机网络与应用”课的实验教学中。同时,对教学效果进行了问卷调查。

2.1调查问卷分析

为掌握学生对于基于OBE的云实验教学模式的认可度和教学效果,分别于学期开始及结束时进行了问卷调查,共发放问卷81份,收回有效问卷72份。统计结果为:进行了“计算机网络与应用”课程与专业相关性调查,65.28%的学生认为“计算机网络与应用”课程与信息管理与信息系统专业的培养目标相关性较强,只有1.39%的学生认为二者无相关性。进行了云实验教学与互联网大数据应用的关系调查,80.56%的学生认为云实验教学可加强网络课程与互联网大数据的结合,73.61%的学生认为基于云平台的实验数据可作为课程教学的互联网再生资源,68.06%的学生认为基于云平台的课程实验有助于提高学生利用互联网大数据的意识,41.67%的学生认为云计算能力的提高会成为计算机网络将来的发展方向。进行了云实验平台的教学效果调查,82.81%的学生认为云实验过程记录视频有利于学生不受时间地点限制重复学习,62.5%的学生认为云平台有利于查找实验所用各种资料,39.06%的学生认为云平台更方便同学之间讨论问题、改进实验,23.44%的人认为云实验平台可加强与教师的交流。可见,学生认为基于OBE的云实验教学模式可以提高学生的专业素质,利于学生建立课程资源与互联网大数据的关系,也利于提高创新能力,达成学业成果目标,整体上对该模式是肯定的。

2.2成绩分析

对西安财经大学信息管理与信息系统专业16,17,18级学生“计算机网络与应用”课程设计成绩进行t检验(见表1)。表中显示18级学生的课程设计实践课成绩较前两届学生有所提高;16级及17级实践成绩对比t值及P值分别为0.593和0.556,显示两级学生成绩无差异性;而17级和18级之间呈现出0.01水平的显著性(t=-5.093,P=0.000),17级的均值(68.26)明显低于18级的均值(79.38)。可见,基于OBE的云实验教学有助于提高学生的实践能力。

3结语

本文针对“计算机网络与应用”课实践教学中的问题,提出了基于OBE理念的云实验教学方法改革,并在教学过程中进行了实践验证。结果显示,基于OBE的理念在技术层面上具有基础性和可扩展性,可以达成信息管理与信息系统专业学生的专业培养目标。云实验教学方式有助于充分利用互联网资源改进实践教学环节,一方面,使得学生可利用自己的电脑在云平台上进行多次重复建模、多视角分析,避免传统实验受场地、时间等因素的限制;另一方面,云平台可实现师生零距离交流,记录每个学生的学习轨迹,推动学生个性化成果的产出;云平台的使用还可以锻炼学生使用现代工具、终身主动学习、方案设计与分析等方面的能力,推动学生未来的持续成功;最后,通过云平台的建立整合有限的实验室资源,同时降低经济成本。本文提出的教学方法为信息管理与信息系统专业“计算机网络与应用”课程的实践教学改革提供了新的方向。

参考文献

[1]顾佩华,胡文龙,林鹏,等.基于“学习产出”(OBE)的工程教育模式:汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究,2014(1):27-37.

[2]张京英,杨薇,佟献英,等.构建基于OBE的立体化制图教学新体系[J].图学学报,2019(1):201-206.

[3]郭虹琦,刘婷,王德义,等.OBE理念下大学生创新实验项目的探究与实践[J].化学教育,2020(8):67-71.

[4]罗国玮,兰瑞乐.基于云计算的高校科研实验平台构建研究[J].实验技术与管理,2012(4):115-117.

[5]黄云,洪佳明,覃遵跃,等.基于云平台的“程序设计基础”课程实验教学改革[J].实验室研究与探索,2016(2):191-223.

[6]崔勇,张茜,富立.基于云实验平台的无线传感器网络实验教学探索[J].实验技术与管理,2019(9):161-163.[7]吴迪,薛政,潘嵘.基于XEN云平台的网络安全实验教学[J].实验室研究与探索,2013(7):62-66.

作者:唐淑兰 单位:西安财经大学管理学院

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