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)格計算課程的本科教學(xué)實踐為例，探討研究型教學(xué)模式的特征和原則，介紹在網(wǎng)格計算課程中的教學(xué)實踐，并總結(jié)經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：研究型教學(xué)；教學(xué)模式；網(wǎng)格計算；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)造知識和傳播知識的雙重任務(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年著名的博伊報告——《重視本科教育：美國研究型大學(xué)發(fā)展藍圖》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)——創(chuàng)辦研究型大學(xué)，乃至形成崇尚研究、鼓勵創(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)實踐中采用研究型的教學(xué)模式，在傳授學(xué)生專業(yè)知識的同時，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，并形成教師個人科研和教學(xué)的良性互動。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，也有微觀層面的運用和實踐。下面介紹筆者在網(wǎng)格計算課程教學(xué)實踐中實施研究型教學(xué)模式的一些體會和經(jīng)驗。

1.研究型教學(xué)模式的特征和實施條件

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、培養(yǎng)創(chuàng)新能力，乃至作出實際創(chuàng)新的教育模式。

筆者認(rèn)為在一門課程的本科教學(xué)實踐中采用研究型教學(xué)模式應(yīng)該包含兩個方面：一是課程已有知識體系的傳授要遵循知識發(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)實踐的各個環(huán)節(jié)如教學(xué)方式、課堂內(nèi)容的準(zhǔn)備和組織、實踐環(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、實踐環(huán)節(jié)和考核環(huán)節(jié)等4個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（以期進一步改進），把學(xué)生的主動思考和學(xué)習(xí)融入到知識的講解過程中。

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

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

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

（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的交流；討論內(nèi)容也是靈活設(shè)立，可以是某一個問題、設(shè)計方案、案例解決方案、科研項目相關(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，如已有知識體系的傳授采用基于問題的學(xué)習(xí)方式，課程實踐環(huán)節(jié)采用指導(dǎo)性設(shè)計方式，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)容進行組織和準(zhǔn)備。

實踐環(huán)節(jié)是鍛煉學(xué)生應(yīng)用課程相關(guān)知識解決實際問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，任課教師需要精心設(shè)計實踐課題，制定要求和范圍，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)揮主動性自主設(shè)計課題，完成方案設(shè)計、實現(xiàn)和評估的完整的實踐環(huán)節(jié)，實踐環(huán)節(jié)可以采用指導(dǎo)性設(shè)計或案例研究等教學(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，重點考核學(xué)生對于課程知識體系的掌握程度（當(dāng)然有部分題目考核學(xué)生對于知識的運用）。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體系不是唯一的目標(biāo)，運用課程知識體系解決實際問題的能力、拓展課程知識體系的創(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，而且在各個教學(xué)環(huán)節(jié)的實踐中采用的教學(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)生主觀能動性的發(fā)揮。

研究型教學(xué)實踐中各個環(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)模式的實施條件

實施研究型教學(xué)模式需要在教學(xué)所涉及的各個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)展時期。

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

（3）學(xué)生和學(xué)風(fēng)：要求學(xué)生從被動的知識接受者轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃拥闹R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)實施的初期能夠提出以提倡和鼓勵為主的管理措施，在研究型教學(xué)的普遍實施階段具有規(guī)范管理的措施。

2.網(wǎng)格計算課程的研究型教學(xué)模式實踐

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

2.1網(wǎng)格計算及網(wǎng)格計算課程

網(wǎng)格是一種新型的計算基礎(chǔ)設(shè)施和計算技術(shù)，其基本思想是計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)格的具體實現(xiàn)形式——網(wǎng)格中間件Globus Toolkit（簡寫為GT）。網(wǎng)格計算是多種計算機技術(shù)融合的一門交叉學(xué)科，如計算機網(wǎng)絡(luò)、分布式計算、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、信息與網(wǎng)絡(luò)安全等；并采用了多種實現(xiàn)技術(shù)，如Java語言、XML、Web服務(wù)等。網(wǎng)格計算經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)具備自己的知識體系，目前處于快速發(fā)展中。

網(wǎng)格計算課程旨在為計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)高年級本科生介紹網(wǎng)格計算這一前沿技術(shù)，具有內(nèi)容前沿、技術(shù)新穎、綜合性強、研究性強等特點，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)知識體系：一方面網(wǎng)格計算課程通過運用多門先導(dǎo)性課程知識，起到了夯實知識體系基礎(chǔ)的作用；另一方面，通過掌握課程本身的知識，拓展了本科學(xué)生的知識體系，開拓了學(xué)生的眼界和視野。

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

2.2網(wǎng)格計算課程的教學(xué)實踐

2.2.1課堂教學(xué)內(nèi)容的選擇與組織

網(wǎng)格計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)格計算課程的目標(biāo)對網(wǎng)格計算的知識體系進行篩選，在課時要求內(nèi)選出網(wǎng)格計算技術(shù)的最為主要的內(nèi)容。

在篩選出主要內(nèi)容以后，運用基于問題的學(xué)習(xí)這一教學(xué)方式，對課堂內(nèi)容進行組織，把教學(xué)內(nèi)容組織為一個個粒度各異的問題，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)計算的發(fā)展需求、科學(xué)計算的發(fā)展需求、計算技術(shù)本身的進步等多個方面介紹背景，得出共同的需求——計算要在更為寬廣的范圍內(nèi)進行，從而得出網(wǎng)格計算的定義，即網(wǎng)格計算要解決的問題——“在廣泛分布、動態(tài)、自治的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中構(gòu)建虛擬組織”。而后續(xù)各個章節(jié)的內(nèi)容就是這個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)這個問題。最后一章——網(wǎng)格計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，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)格的運行環(huán)境和編程環(huán)境，通過編寫一個個具有代表性的WSRF實際程序，結(jié)合實例程序的代碼講解，并不斷與Java程序設(shè)計、設(shè)計模式等課程中的知識點相聯(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)格計算的研究方向介紹時，主要采用了基于問題的教學(xué)方式，把各個研究方向要解決的問題交代清楚，給出網(wǎng)格計算領(lǐng)域的主要學(xué)術(shù)期刊和國際會議名稱，供學(xué)有余力和有進一步研究興趣的學(xué)生參考。

網(wǎng)格計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實踐環(huán)節(jié)設(shè)計

為鍛煉學(xué)生的動手能力和解決實際問題的能力，安排了一個8學(xué)時的實踐環(huán)節(jié)：

（1）實驗內(nèi)容：搭建網(wǎng)格的運行環(huán)境和編程環(huán)境；設(shè)計并實現(xiàn)一個WSRF服務(wù)。

（2）實驗要求：①WSRF服務(wù)解決一個實際的問題；②完成問題確立、分析、設(shè)計、實現(xiàn)的全部過程，并在實驗報告中體現(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。

2.2.3考核環(huán)節(jié)設(shè)計

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部分考核成績綜合給出：一是實踐環(huán)節(jié)的成績，鼓勵實驗解決實際問題；二是布置學(xué)生閱讀網(wǎng)格計算相關(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，鼓勵提出自己的見解。

2.2.4與網(wǎng)格計算相關(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)是一個持續(xù)努力的過程。一門課程的有限能量在教學(xué)活動中可以通過兩個途徑得到彌補：一個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)加強相關(guān)技術(shù)的理解和運用；另一個途徑就是通過課外環(huán)節(jié)和實踐環(huán)節(jié)，吸引有興趣的學(xué)生利用課外時間或畢業(yè)設(shè)計，開展對該技術(shù)的深入學(xué)習(xí)和研究。

在網(wǎng)格計算課程結(jié)課后，我們在如下3個后續(xù)環(huán)節(jié)加強了培養(yǎng)：畢業(yè)設(shè)計、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)計環(huán)節(jié)設(shè)置網(wǎng)格計算技術(shù)相關(guān)的設(shè)計課題和研究性課題，進一步鼓勵學(xué)生在網(wǎng)格計算領(lǐng)域作出創(chuàng)新，吸引有興趣的學(xué)生參與網(wǎng)格計算方面的實際科研項目。

2.3網(wǎng)格計算方向科研與教學(xué)的互動

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。

筆者從2000年至今一直從事Web服務(wù)與網(wǎng)格計算領(lǐng)域的科研工作，先后參與了863計劃、國家自然科學(xué)基金重大研究計劃、教育部中國教學(xué)科研網(wǎng)格ChinaGrid等項目的科研工作，并主持了北京市教委網(wǎng)格計算方向的一些研究性項目。在Web服務(wù)運行環(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)格計算課程研究型教學(xué)的實施打下了很好的基礎(chǔ)。

3.結(jié)語

筆者在網(wǎng)格計算課程中實施研究型教學(xué)，收到了較好的效果。網(wǎng)格計算課程研究型教學(xué)模式在培養(yǎng)學(xué)生的批判思維、創(chuàng)新意識方面確實比傳統(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)模式的實施，需要具備較多的客觀和主觀條件，其實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、課堂授課的實際效果等，決定了教師主導(dǎo)地位的高低。要實施好研究型教學(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。

（2）學(xué)生的投入熱情和主觀能動性的發(fā)揮直接決定研究型教學(xué)的實際效果。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)模式就不會起到應(yīng)有的效果。研究型教學(xué)模式的成功實施要求學(xué)生對技術(shù)和知識具有敏感性。

（3）研究型教學(xué)模式的成功實施還需要一個恰當(dāng)?shù)拈_設(shè)時機。網(wǎng)格計算課程開設(shè)需要先導(dǎo)性課程，如計算機網(wǎng)絡(luò)、分布式計算、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)，就會影響課程效果。

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（編輯：郭田珍）