常燕

摘? 要：MOOC具有波及范圍廣、資源豐富等優(yōu)勢，使得MOOC時代下教學事業(yè)發(fā)生了巨大的變化。MOOC技術迅速發(fā)展應用對傳統(tǒng)教育模式及教育體制等方面產生了巨大改變，計算機是注重實踐的課程，計算機實驗教學為計算機教學主要環(huán)節(jié)，MOOC的出現(xiàn)是計算機實驗教學的機遇與挑戰(zhàn)，該文重點探索基于MOOC時代的計算機實驗教學意義及其發(fā)展情況等內容，為計算機硬件課程實驗教學改革發(fā)展奠定理論基礎。

關鍵詞：MOOC? 計算機硬件課程? 實驗教學

中圖分類號：TP303 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）11（c）-0134-02

《國家中長期教育改革發(fā)展規(guī)劃綱要》提出加強教學資源體系建設，開發(fā)網(wǎng)絡學習課程的要求，人才培養(yǎng)必須堅持以強化實踐教學為著力點，重點突破實驗教學環(huán)節(jié)，國家人才培養(yǎng)要求強調學生的動手能力。MOOC將世界最優(yōu)質的教育資源傳播到地球上每個角落，2013年以來，清華、北大、復旦等國內著名高校先后加入MOOC，MOOC具有易于使用、覆蓋人群廣等優(yōu)點，對高等教育產生巨大的影響，MOOC的快速發(fā)展在教育觀念、教學方式等方面產生了變化。計算機學科是實踐性強的學科，實驗教學是決定MOOC教學成敗的關鍵。

1? MOOC時代下計算機實驗教學的主要特征

傳統(tǒng)計算機實驗過程，實驗室大小受到制約，實驗操作選擇受到很多限制，MOOC在線服務能夠讓任何人自由加入網(wǎng)絡實驗，可自行選擇實驗內容。傳統(tǒng)計算機網(wǎng)絡實驗中，教師可按照自身意愿設置課程目標，課堂主要為完成教學任務[1]。MOOC時代計算機實驗教學中，學生可提出自身所需及計算機實驗中存在的問題，方便服務人員對MOOC實驗教學不斷改進，以滿足學生的真實需求。

大多數(shù)高校各專業(yè)針對數(shù)字邏輯實驗課程單獨設置環(huán)境，各實驗室通常在一個學期內僅使用二三十個小時，重復建設實驗環(huán)境造成教學資源浪費。計算機學科的課程內容具有很強的交叉性，教學中教師很難使學生對其前導課程完成的基礎能力做出要求，由于課程銜接不夠充分，學生在實驗后難以掌握扎實的知識。

2? MOOC時代下計算機實驗教學發(fā)展途徑

軟件實驗開展無需特殊設備，實驗人員通過線下將實驗完成，程序設計實驗是軟件實驗教學的重要部分，在線開展軟件實驗的難度在于實驗驗證方法。過去人工驗證方式無法適用大規(guī)模實驗。應通過在線測評系統(tǒng)輔助完成驗證工作。針對在線測評方面包含用戶注冊，對題庫的管理等，學生通過實驗過程將代碼上交測評系統(tǒng)對實驗檢查，評測系統(tǒng)可完成設計查重工作。當前MOOC系統(tǒng)中開始結合在線測評系統(tǒng)作為課程主要環(huán)節(jié)，保證MOOC計算機實驗教學。

硬件實驗教學是在線課程中的重點內容。實驗中一些情況復雜多變，實驗測評人工參與環(huán)節(jié)較多，硬件實驗對在線課程發(fā)展構成一定的阻礙。當前很多學校指出大規(guī)模在線課程中硬件實驗一些可行性構想，解決方案主要可歸類為本地實驗與遠程硬件實驗等。

本地實驗與傳統(tǒng)實驗模式相似，實驗地點是本地實驗，模擬實驗是普遍使用的在線實驗方法，通過虛擬設備完成實驗。遠程實驗輔以本地硬件實驗模式，借助網(wǎng)絡軟件對硬件設備控制。以硬件為基礎遠程實驗為結果最貼近傳統(tǒng)實驗方案。

3? MOOC實驗教學主要方法

MOOC的核心是開放共享，學界一直探索實驗教學新模式，實驗教學的開放是教學實踐追求的目標，開放有利于提高實驗室資源利用率。硬件課程實驗大多采用固定結構的實驗箱進行。部分硬件課程實驗課使用仿真軟件完成。為解決計算機硬件課程的在線虛擬實驗教學問題，應通過開發(fā)基于固定結構的仿真軟件的方法實現(xiàn)。

基于軟件的仿真實驗是純仿真實驗方式，其典型開發(fā)系統(tǒng)有Alterla公司的Quartus II，具有強大的仿真功能，可借助開發(fā)系統(tǒng)進行仿真，不需使用實驗箱驗證。數(shù)字邏輯電路設計實驗可以使用Quartus II開發(fā)系統(tǒng)，使用Quartus II仿真功能驗證實驗設計的正確性。使用Packet Tracer路由/交換仿真實驗軟件，在交換實驗教學中，讓學生在仿真平臺操作練習[2]。

E-Lab硬件仿真軟件是利用網(wǎng)絡技術開發(fā)的虛擬實驗軟件，固定結構實驗平臺是傳統(tǒng)實驗箱結構，讓學生直接在PC機上完成連線，操作方式與習慣同實際儀器一致。其不同是允許改善平臺開發(fā)者提供的不完善功能。目前開發(fā)的虛擬實驗平臺有數(shù)字邏輯虛擬實驗平臺等，基本可滿足計算機硬件課程實驗教學。

計算機硬件使用EDA技術，先設計實驗電路，利用實驗箱的輸出資源直觀觀地察實驗結果。目前很多高校使用FPGA計算機硬件實驗，在線實驗涉及軟硬件系統(tǒng)，解決實驗設備在線接入控制器的問題。軟件系統(tǒng)提供構建線實驗教學環(huán)境，在線完成對硬件設備的操作，達到與本地硬件實驗一樣的效果。

4? 實驗方式對比

純軟件實驗方式，有的是集成開發(fā)環(huán)境中仿真功能模塊，不基于任何硬件設備，只需購買軟件。使用Quatus II軟件作為實驗開發(fā)系統(tǒng)，電路經(jīng)過工程編譯后產生相應的輸出文件，通過開發(fā)系統(tǒng)提供的仿真功能，驗證電路邏輯功能。實驗方式的缺點是不夠直觀，軟件基本是單機版，開放性不夠[3]。

基于E-Lab硬件仿真軟件根據(jù)傳統(tǒng)實驗箱固定結構，開發(fā)虛擬實驗軟件。在線實驗不需要其他硬件設備隨時登錄網(wǎng)絡。根據(jù)實際測試箱開發(fā)了硬件仿真軟件，故障率極低，實驗效果較好。在理論課程教學中，可以將電子實驗室引入理論課堂，并結合知識進行講解，有利于培養(yǎng)學生的實踐能力

基于FPGA的計算機硬件虛擬實結合在線實驗室實驗模式采用遠程實驗與本地硬件模式相結合的方式，通過一定的網(wǎng)絡軟件對設備進行控制。在實驗中，硬件設備的故障干擾幾乎不存在，避免了不合理操作造成大量設備損壞。

3種實驗方式都可解決MOOC實驗教學問題，E-Lab硬件仿真軟件在線實驗適合MOOC時代計算機硬件課程實驗教學。實驗設備投入與實驗內容更新等方面具有明顯優(yōu)勢。實驗方式為學生提供充分自主操作時間，學生可進行創(chuàng)新實驗。

5? 計算機網(wǎng)絡實驗教學的改進

目前職業(yè)院校計算機網(wǎng)絡理論授課與實踐操作比重嚴重失調，部分學校受場地等因素限制，無法提供較好的實驗環(huán)境，部分學校沒有安排足夠的課時進行試驗，導致學生的動手能力較弱。未重視MOOC的優(yōu)勢，無法隨時為學生提供試驗場所，導致學生缺乏學習的自主性，需要對計算機網(wǎng)絡實驗教學進行改進。

5.1 計算機網(wǎng)絡實驗教學內容的改進

計算機網(wǎng)絡實驗教學重在實踐，目前學生大部分時間接受知識為理論范疇，大部分實驗都由教師按步驟提前安排好，學生只能被動接受知識，無需了解實驗結構，實驗內容大多比較陳舊，降低了學生的學習興趣[4]。

MOOC計算機實驗教學要求教師從實驗安排上考慮學生的實際掌握情況，通過繪制VALN功能拓撲圖等手段掌握學生的學習情況，將不同層次的學生進行分組，讓學生通過互聯(lián)網(wǎng)查詢不同命令的使用，使學生體驗到實驗成功的樂趣。根據(jù)當前最新的網(wǎng)絡知識設計，借助專業(yè)的實驗軟件，可以幫助學生了解數(shù)據(jù)包的發(fā)送等，通過計算機網(wǎng)絡實驗設計，讓不同層次學生的計算機實踐能力得到提升。

計算機網(wǎng)絡實驗涉及知識面較廣，學生做不同實驗需要用的知識不同，學生會對部分計算機網(wǎng)絡知識模糊，需要教師將計算機網(wǎng)絡知識點進行詳細劃分，將拍攝視頻發(fā)布到互聯(lián)網(wǎng)上，幫助學生在實驗中通過互聯(lián)網(wǎng)隨時查看需要的知識點，鞏固所學理論知識。

5.2 計算機網(wǎng)絡實驗教學方法

計算機網(wǎng)絡是計算機學院重要的專業(yè)必修課，通過計算機網(wǎng)絡課程學習，學生能全面掌握計算機網(wǎng)絡原理技術，培養(yǎng)解決網(wǎng)絡常見問題的能力，計算機網(wǎng)絡實驗是基于計算機網(wǎng)絡理論基礎，與C程序設計等課程相關的實驗，對提高學生的認知能力具有重要的直觀作用。要認識到計算機網(wǎng)絡在實驗中起到的作用，正確安排計算機網(wǎng)絡課程，增強學生對計算機網(wǎng)絡實驗的興趣。

計算機網(wǎng)絡實驗是教學的重要內容，可以提高學生的創(chuàng)新實踐能力。過去計算機網(wǎng)絡實驗室建設成本較高，學生很少能接觸到網(wǎng)絡硬件設備。為加強計算機網(wǎng)絡實驗的操作性，需從實驗項目設計，實驗延續(xù)性等方面進行強化，結合學生的掌握程序，本著基本操作機可編程原則設計不同層次的實驗，將實驗原理及關鍵技術通過MOOC方式展現(xiàn)，讓學生已經(jīng)自身學習情況選擇不同的網(wǎng)絡實驗。監(jiān)督學生的實驗過程，幫助其解決實驗中遇到的問題。在設計計算機網(wǎng)絡實驗時，要考慮到實驗的延續(xù)性，可讓學生通過企業(yè)等已存在的網(wǎng)絡案例學習，最終呈現(xiàn)完整的解決方案。

為提高學生的自主學習能力，鼓勵學生生成學習興趣小組等，學習實驗專業(yè)軟件，通過在線實驗區(qū)自主設計，為學生開放計算機網(wǎng)絡實驗室，讓學生有足夠空間對實驗進行真實驗證。考核是評價學生綜合學習能力的方式，合理的考核方式可以促進學生學習能力發(fā)展。可依據(jù)實驗難度，及學生自主設計實驗等方式進行考核，依據(jù)學生的實驗結果，獨立解決問題等方面進行加分，盡量通過量化方式規(guī)范學生的行為。

6? 結語

E-Lab硬件仿真軟件在線實驗教學模式利用現(xiàn)代信息技術，克服了傳統(tǒng)模式的不足。在實驗室管廊與實驗技術上開辟了新的模式。促進MOOC在高校的推廣。當前全球處于MOOC技術飛速發(fā)展階段，計算機實驗教學改革創(chuàng)新是必然趨勢。我國對實驗教學的網(wǎng)絡課程進行了大量的探索，網(wǎng)絡實驗教學發(fā)展具有很大的空間。如添置設備后如何完善云概念實驗，排除實際硬件平臺需要由虛擬平臺輔助，關注未來在線實驗需要著重處理的問題。

參考文獻

[1] 呂釗，張超.計算機硬件課程體系數(shù)字化實驗教學平臺初探[J].安順學院學報，2018，20（3）：129-132.

[2] 賴曉錚，畢盛，李垚圣，等.面向系統(tǒng)能力培養(yǎng)的計算機硬件課程實驗教學改革[J].計算機教育，2018（2）：161-165.

[3] 朱正東，郭如意，田靖軒，等.基于MOOC平臺的數(shù)字邏輯實驗教學模式[J].計算機教育，2017（7）：131-134.

[4] 竇彥玲.計算機硬件課程群實驗教學模式研究[J].信息與電腦：理論版，2016（12）：228-229.