一、引 言

眾所周知，實(shí)現(xiàn)大學(xué)教育目標(biāo)的一個(gè)重要途徑就是通過(guò)實(shí)踐主線(xiàn)串聯(lián)起學(xué)生所學(xué)的分散知識(shí)[1]，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)于大學(xué)生尤其是工科大學(xué)生進(jìn)行有效學(xué)習(xí)的意義非常重要。疫情影響下，在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程能不能達(dá)到手工實(shí)驗(yàn)同等的效果，能不能提高學(xué)生的動(dòng)手能力，這是國(guó)內(nèi)高校和美國(guó)大學(xué)都要面臨的教學(xué)問(wèn)題。

在新冠病毒流行與全美之際，為了應(yīng)對(duì)危機(jī)，美國(guó)眾多高校及時(shí)做出了封校措施，并同時(shí)推出了一系列的在線(xiàn)教育措施。密歇根大學(xué)安娜堡分校是密歇根大學(xué)系統(tǒng)的旗艦校區(qū)，是位于美國(guó)密歇根州的一所世界頂尖著名公立大學(xué)。作者疫情期間正在美國(guó)密歇根大學(xué)安娜堡校區(qū)訪學(xué)，疫情發(fā)生后，學(xué)校及時(shí)地停止了一切課堂教學(xué)活動(dòng)，改為在線(xiàn)教學(xué)，開(kāi)始通過(guò)在線(xiàn)課程應(yīng)對(duì)危機(jī)。作者經(jīng)歷了密歇根大學(xué)由課堂教學(xué)轉(zhuǎn)為在線(xiàn)教學(xué)的過(guò)程，調(diào)研了密歇根大學(xué)的在線(xiàn)教學(xué)的情況。密歇根大學(xué)在線(xiàn)教學(xué)起步較早，目前形成了一整套線(xiàn)上教學(xué)系統(tǒng)和成熟的教學(xué)方法，其中有很多新穎的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)是值得國(guó)內(nèi)高校借鑒的。

同美國(guó)很多著名高校類(lèi)似，密歇根大學(xué)始終強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科協(xié)同教學(xué)，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科間的融合，促進(jìn)學(xué)生在多學(xué)科間取長(zhǎng)補(bǔ)短，這種做法是密歇根大學(xué)教學(xué)的主要特色。疫情下，這種在線(xiàn)教學(xué)方式體現(xiàn)的更加明顯，因?yàn)樗m應(yīng)了目前科學(xué)研究的多學(xué)科發(fā)展需求，學(xué)生可以接觸到各學(xué)科相關(guān)研究?jī)?nèi)容的最新進(jìn)展，促使自身尋找對(duì)應(yīng)研究目標(biāo)的學(xué)科間的結(jié)合點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生從不同研究方面質(zhì)疑、批判和提出問(wèn)題的能力。跨學(xué)科的教學(xué)方式不僅提供了學(xué)生的知識(shí)面，也給教師提供了相互學(xué)術(shù)和教學(xué)的溝通平臺(tái)，互通有無(wú)，相互促進(jìn)[2]。本文將從多個(gè)方面分析密歇根大學(xué)安娜堡校區(qū)的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)特點(diǎn)，以期給出國(guó)內(nèi)高校的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革建議。

二、全面開(kāi)放豐富的在線(xiàn)教學(xué)與科研資源

在2020年3月18日給教職員工的電子郵件中，密歇根大學(xué)校長(zhǎng)馬克·施利斯瑟（Mark Schlissel）承認(rèn)新冠疫情的大流行“使我們的個(gè)人和職業(yè)生活顛倒了，這也是我們共同面對(duì)，相互支持和幫助我們的挑戰(zhàn)。十年前由于網(wǎng)絡(luò)速度和網(wǎng)絡(luò)視頻會(huì)議技術(shù)的限制，我們不能實(shí)現(xiàn)好的在線(xiàn)教學(xué)，但目前的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)解決了這些問(wèn)題，使教學(xué)變得更加容易”。

圖1為密歇根大學(xué)校園網(wǎng)的遠(yuǎn)程工具資源的分類(lèi)說(shuō)明，相關(guān)資源不僅免費(fèi)使用，而且校方自動(dòng)按學(xué)生的ID 進(jìn)行了自動(dòng)注冊(cè)。

圖1 密歇根大學(xué)遠(yuǎn)程工具框架

疫情發(fā)生后，密歇根大學(xué)迅速建立了遠(yuǎn)程教學(xué)技術(shù)平臺(tái)，通過(guò)平臺(tái)豐富了遠(yuǎn)程教學(xué)資源，加強(qiáng)了在線(xiàn)教學(xué)管理。主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：

第一，視頻共享平臺(tái)Zoom和VoiceThread 是密歇根大學(xué)網(wǎng)上教學(xué)的重要平臺(tái)。在疫情之前他們已經(jīng)組織了有效的平臺(tái)使用的培訓(xùn)，學(xué)生也很熟悉這兩個(gè)平臺(tái)，可以配合教師進(jìn)行課程的學(xué)習(xí)。

第二，密歇根大學(xué)在線(xiàn)教學(xué)平臺(tái)的基礎(chǔ)是良好的服務(wù)工作，即針對(duì)在線(xiàn)教學(xué)可能碰到的問(wèn)題提供了充足的服務(wù)。bluejeans和Google meeting是學(xué)校推薦的兩款在線(xiàn)會(huì)議軟件，學(xué)校為每個(gè)師生自動(dòng)注冊(cè)了以學(xué)校郵箱的用戶(hù)名稱(chēng)，免費(fèi)使用兩款正版的會(huì)議軟件。同時(shí)，為解決在線(xiàn)教學(xué)中碰到的即時(shí)問(wèn)題，學(xué)校還安排了專(zhuān)職人員進(jìn)行工作時(shí)間的網(wǎng)絡(luò)即時(shí)聊天和電話(huà)服務(wù)。

第三，構(gòu)建富有愛(ài)心的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)課堂文化。由于線(xiàn)上和線(xiàn)下教學(xué)的很大不同點(diǎn)在于線(xiàn)上教學(xué)重點(diǎn)在于師生間的面部或語(yǔ)言交流，無(wú)法有效的進(jìn)行肢體交流。肢體交流是線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)課程的重要優(yōu)勢(shì)，因此在肢體和面部交流間建立溝通的方式便是線(xiàn)上教學(xué)尤其的關(guān)鍵。這需要師生在線(xiàn)上交流時(shí)融入更加有效的肢體交流，營(yíng)造更為真實(shí)的交流環(huán)境。

以作者所在的密歇根大學(xué)藥學(xué)院的計(jì)算生物學(xué)系為例，在實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生需要進(jìn)行短暫的組會(huì)，講述本次試驗(yàn)的原理、手段和目的。生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生準(zhǔn)備的對(duì)于新冠病毒分子結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)查詢(xún)學(xué)習(xí)的課件，以及他們演示的視頻界面如圖2所示。

圖2 遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備視頻會(huì)議界面

三、虛擬實(shí)驗(yàn)室的開(kāi)放

密歇根大學(xué)始終注重發(fā)展虛擬實(shí)驗(yàn)室的可移動(dòng)性和即時(shí)性。Pad 是學(xué)生的主要遠(yuǎn)程教學(xué)設(shè)備，通過(guò)預(yù)裝的適應(yīng)于各專(zhuān)業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的APP，學(xué)生可以完成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的提交，同時(shí)很多APP 都含有不同程度的數(shù)據(jù)處理功能，可以自動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)供學(xué)生和教師查看。另外，學(xué)校還配備了統(tǒng)一的云終端來(lái)永久存儲(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

學(xué)校封閉后，及時(shí)開(kāi)放了各虛擬實(shí)驗(yàn)室和對(duì)應(yīng)的硬件支持。這種支持硬件包括各種遠(yuǎn)程遙控裝置和物聯(lián)網(wǎng)通信裝置，同時(shí)還架設(shè)了通過(guò)網(wǎng)絡(luò)工具和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室，可以通過(guò)虛擬儀器進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)共享。

密歇根大學(xué)從電氣、機(jī)械、臨床醫(yī)學(xué)等動(dòng)手能力要求較強(qiáng)的專(zhuān)業(yè)，再到供應(yīng)鏈管理、金融投資、計(jì)算機(jī)編程等實(shí)訓(xùn)需求較大的專(zhuān)業(yè)，目前都相應(yīng)建立了虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室。在新冠疫情影響下正發(fā)揮著替代實(shí)際實(shí)驗(yàn)室的作用。以信息控制類(lèi)實(shí)驗(yàn)室為例，主要包括虛擬現(xiàn)實(shí)和虛擬仿真兩個(gè)方面的建設(shè)。

市、縣民政部門(mén)分別成立督查組，及時(shí)跟進(jìn)銜接工作進(jìn)展情況，督促各地按照《方案》要求，全面做好銜接工作，落實(shí)鄉(xiāng)鎮(zhèn)人民政府是審核城鄉(xiāng)低保救助申請(qǐng)的主體責(zé)任，落實(shí)責(zé)任追究。對(duì)低保工作不研究、不安排、不督查，存在應(yīng)保對(duì)象救助不及時(shí)、不準(zhǔn)確，“漏保”“錯(cuò)?！薄叭饲楸！爆F(xiàn)象，導(dǎo)致群眾意見(jiàn)大，工作中執(zhí)行政策走樣，違規(guī)問(wèn)題突出、濫用職權(quán)、玩忽職守、徇私舞弊，甚至引發(fā)重大輿情的，嚴(yán)肅追責(zé)問(wèn)責(zé)。

1.人性化的虛擬現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室

來(lái)自密歇根大學(xué)信息學(xué)院的葉米斯·博魯莫（Yemisi Bolumole）教授早在2015年就在她的物流和運(yùn)輸管理課程中使用了VDI（虛擬桌面系統(tǒng)）進(jìn)行教學(xué)。在該虛擬系統(tǒng)中，學(xué)生可以通過(guò)筆記本電腦、平板電腦或智能手機(jī)隨時(shí)訪問(wèn)“實(shí)驗(yàn)室”。

在空間設(shè)計(jì)上，密歇根大學(xué)高度互動(dòng)性計(jì)算機(jī)教育中心（Hi—CE）的課題負(fù)責(zé)人拜瑞·費(fèi)舍曼（Barry Fishman）博士提出了運(yùn)用視頻游戲營(yíng)造學(xué)習(xí)環(huán)境、運(yùn)用技術(shù)支持教師學(xué)習(xí)、基于標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)性的學(xué)校改革[3]，將創(chuàng)新的教室設(shè)計(jì)并命名為“參與和主動(dòng)學(xué)習(xí)的房間”（Rooms for Engaged And Active Learning，REAL）[4]，如圖3所示。

圖3 虛擬實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)

REAL 空間具有一個(gè)教員站，房間周?chē)兴膫€(gè)平板顯示器，每張桌子上都有雙平板顯示器。通過(guò)這種具有引導(dǎo)性的交互式空間，推動(dòng)建立起具有協(xié)作、動(dòng)手能力、計(jì)算機(jī)介入的學(xué)習(xí)氛圍與討論環(huán)境。

2.在線(xiàn)課程(MOOC)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室

密歇根大學(xué)的研究人員開(kāi)放了基于Lab-VIEW 創(chuàng)建的用于信息物理系統(tǒng)大規(guī)模開(kāi)放在線(xiàn)課程（MOOC）的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室[5]。信息物理系統(tǒng)（CPS，Cyber-Physical Systems）是一個(gè)綜合計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和物理環(huán)境的多維復(fù)雜系統(tǒng)，通過(guò)3C（Computing、Communication、Control）技術(shù)的有機(jī)融合與深度協(xié)作，實(shí)現(xiàn)大型工程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和信息服務(wù)。它是虛擬數(shù)字世界和實(shí)體物理世界的融合，跟工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的本質(zhì)基本一致，其根本的目的就是智慧制造[6-7]。

密歇根大學(xué)的虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室不僅讓學(xué)生能將真實(shí)機(jī)器人仿真、使用編程方法進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試、硬件控制等操作，在無(wú)需訪問(wèn)物理實(shí)驗(yàn)室或任何特定的NI 硬件的情況下在虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)的在線(xiàn)學(xué)習(xí)平臺(tái)（MOOC）上操作，還實(shí)現(xiàn)了該平臺(tái)能對(duì)學(xué)生的操作情況進(jìn)行自動(dòng)打分的功能[8]。研究人員使用LabVIEW 軟件開(kāi)發(fā)了兩個(gè)組件：一個(gè)是部署在虛擬或真實(shí)硬件上的模塊化控制程序，學(xué)生們可以使用C 或LabVIEW 狀態(tài)圖模塊開(kāi)發(fā)與平臺(tái)獨(dú)立的代碼；二是開(kāi)發(fā)了獨(dú)立運(yùn)行的簡(jiǎn)易應(yīng)用程序，提供直觀易懂的GUI 來(lái)進(jìn)行仿真、測(cè)試、提供自動(dòng)反饋，通過(guò)自動(dòng)評(píng)分機(jī)來(lái)進(jìn)行評(píng)分。

3.在虛擬實(shí)驗(yàn)教學(xué)中進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)與協(xié)同教學(xué)的融合

跨學(xué)科教學(xué)是密歇根大學(xué)的教學(xué)特征。密歇根大學(xué)認(rèn)為多學(xué)科間的融合不僅是科學(xué)研究的需要和趨勢(shì)，也是大學(xué)教育改革的重點(diǎn)。新冠疫情發(fā)生后，由于利用在線(xiàn)教學(xué)平臺(tái)可以較為容易地將各學(xué)科的教師進(jìn)入平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)[9]，為此，密歇根大學(xué)在二級(jí)學(xué)院建設(shè)、設(shè)施建設(shè)、教師及管理等方面進(jìn)行了大力改革，

密歇根大學(xué)的教學(xué)改革的思想主要以美國(guó)著名高等教育改革家塔潘（Henry Philip Tappan）提出的目的觀、教師觀與自治觀為指導(dǎo)，進(jìn)行多學(xué)科協(xié)同發(fā)展[10]。協(xié)同化實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要多學(xué)科教師間組成實(shí)驗(yàn)教學(xué)團(tuán)隊(duì)，共同設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，組合不同的遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)教學(xué)工具，綜合分析各個(gè)實(shí)驗(yàn)階段給出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，評(píng)價(jià)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)。這種方式可以最大化利用各類(lèi)在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)資源。

圖4 生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的跨專(zhuān)業(yè)課程分布

表1 生物信息學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的跨專(zhuān)業(yè)學(xué)生分布

四、協(xié)同化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方式

1.合作課程

合作課程由具有相關(guān)經(jīng)驗(yàn)的教師共同設(shè)計(jì)、講授。如作者所在的計(jì)算生物學(xué)系，“生物信息學(xué)”是重要的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，它涵蓋了計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)和生物學(xué)專(zhuān)業(yè)。在國(guó)內(nèi)，越來(lái)越多的工科也開(kāi)設(shè)了相關(guān)課程，但是往往缺乏和生物學(xué)專(zhuān)業(yè)的融合。在密歇根大學(xué)，該門(mén)課程是由各專(zhuān)業(yè)教師共同授課，共同安排各自的授課內(nèi)容，并充分基于跨學(xué)科的理念進(jìn)行授課。

2.集合式課程

協(xié)同式實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要多門(mén)課程共同參與，從而構(gòu)成課程集合。實(shí)驗(yàn)課程分為課前、課中和課后三個(gè)階段，課前主要按照學(xué)生討論的方式講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，課中安排學(xué)生的虛擬實(shí)驗(yàn)，課后以研討會(huì)的方式融合多學(xué)科的觀點(diǎn)[11]。眾所周知，美國(guó)高校的教學(xué)是小班授課，通常一個(gè)班級(jí)的學(xué)生不超過(guò)30人，這樣便易于安排研討和學(xué)生講解環(huán)節(jié)。如“游戲開(kāi)發(fā)”導(dǎo)論這門(mén)實(shí)驗(yàn)課程，便采用了多個(gè)階段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排，各部分實(shí)驗(yàn)都涉及到了游戲開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段。如游戲策略部分注重了游戲文化，游戲用戶(hù)界面部分涉及到了游戲的藝術(shù)性設(shè)計(jì)，游戲設(shè)計(jì)部分涉及到了人工智能和軟件開(kāi)發(fā)，游戲商業(yè)開(kāi)發(fā)則涉及到了游戲的盈利模式，等等。這幾部分平時(shí)單獨(dú)開(kāi)設(shè)，但是每周都會(huì)安排一至兩天時(shí)間，將這幾門(mén)課程整合在一起，進(jìn)行聯(lián)合講授或?qū)嶒?yàn)活動(dòng)[12]。

3.鏈接課程模式

同美國(guó)很多高校采用的討論式教學(xué)手段類(lèi)似，密歇根大學(xué)同樣采用了學(xué)生預(yù)先分析、教師結(jié)合學(xué)生的分析情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式。以密歇根大學(xué)計(jì)算生物學(xué)系為例，張揚(yáng)（Yang Zhang）教授是國(guó)際著名的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析學(xué)家，也是作者的指導(dǎo)教師。他在講述面對(duì)本科生開(kāi)設(shè)的生物信息學(xué)課程時(shí)，便非常強(qiáng)調(diào)學(xué)生的課程預(yù)習(xí)。在每節(jié)課程結(jié)束時(shí)，他會(huì)布置下節(jié)課的預(yù)習(xí)內(nèi)容，通常預(yù)習(xí)要求是某篇著名的學(xué)術(shù)論文。他按學(xué)號(hào)順序安排兩位學(xué)生在下節(jié)課以PPT 形式講解論文，講解時(shí)間是20分鐘并安排10分鐘答疑時(shí)間，該做法類(lèi)似與國(guó)內(nèi)高校的本科生答辯做法。這種高強(qiáng)度的學(xué)習(xí)要求極大地提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量，也保證了教師教學(xué)質(zhì)量，這有利于不同教師根據(jù)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行適時(shí)的教學(xué)推進(jìn)，有效地鏈接各門(mén)課程，組建學(xué)習(xí)組群。

4.以創(chuàng)新實(shí)踐為目標(biāo)的在線(xiàn)教學(xué)

密歇根大學(xué)在教學(xué)中始終堅(jiān)持以實(shí)踐為目標(biāo)的實(shí)踐教學(xué)理念。以電氣與計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)為例，它注重提供給本科生參與教授的科研工作的機(jī)會(huì)。這類(lèi)似中國(guó)礦業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院的大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃，讓對(duì)科學(xué)研究感興趣的本科生參與到科研團(tuán)隊(duì)中。電氣與計(jì)算機(jī)工程專(zhuān)業(yè)的多數(shù)課程和實(shí)踐結(jié)合緊密，學(xué)生在一個(gè)學(xué)期中需要至少完成2個(gè)創(chuàng)新制作。在疫情發(fā)生后，由于學(xué)院實(shí)驗(yàn)室關(guān)閉，學(xué)生被迫進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)和通過(guò)Zoom 進(jìn)行科研組會(huì)來(lái)探討科研項(xiàng)目。各項(xiàng)創(chuàng)新制作的評(píng)價(jià)強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生在創(chuàng)新課題的參與程度，并沒(méi)有像國(guó)內(nèi)那樣以考試為最后的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

為更好地讓學(xué)生參與項(xiàng)目的研制，系里專(zhuān)門(mén)開(kāi)設(shè)了項(xiàng)目設(shè)計(jì)（Design projects）課程，教學(xué)目標(biāo)是更好地幫助學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)行創(chuàng)新項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)，進(jìn)入項(xiàng)目運(yùn)行的全流程。這門(mén)課程是密歇根大學(xué)的特色課程，受到了學(xué)生的廣泛歡迎。課程中每個(gè)知識(shí)點(diǎn)是獨(dú)立的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)，需要學(xué)生尋找最適合消費(fèi)者的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案和商業(yè)營(yíng)銷(xiāo)策略。該課程進(jìn)行網(wǎng)上授課后，能夠利用會(huì)議平臺(tái)更方便地進(jìn)行師生交流，方便指導(dǎo)教師和課程協(xié)調(diào)員對(duì)學(xué)生提出的問(wèn)題進(jìn)行指導(dǎo)。但是課程無(wú)法為項(xiàng)目提出最優(yōu)的解決方案，導(dǎo)師僅考慮設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性做出評(píng)價(jià)，而不考慮具體細(xì)節(jié)以提升學(xué)生的想象空間和創(chuàng)造力。

工業(yè)訓(xùn)練（Industrial assignments）也是配合項(xiàng)目設(shè)計(jì)課程開(kāi)設(shè)的輔助課程，其教學(xué)目標(biāo)是為高年級(jí)的本科生開(kāi)設(shè)的，培養(yǎng)學(xué)生如何學(xué)會(huì)將自己的創(chuàng)新制作投向市場(chǎng)的能力。本課程是和企業(yè)合作的項(xiàng)目，學(xué)生還可通過(guò)企業(yè)面試進(jìn)入企業(yè)學(xué)習(xí)、鍛煉，并可作為聯(lián)合培養(yǎng)的方式和企業(yè)合作辦學(xué)。通過(guò)這門(mén)課程，學(xué)生可以獲得在企業(yè)環(huán)境中鍛煉的機(jī)會(huì)，把課堂上學(xué)到的知識(shí)和自己在項(xiàng)目設(shè)計(jì)課程中的作品在企業(yè)中實(shí)現(xiàn)。學(xué)生在企業(yè)的實(shí)習(xí)工作中不僅可以重新思考未來(lái)工程領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和工作方向，還可以通過(guò)閱讀大量的工程論文來(lái)提高科技論文的寫(xiě)作水平。

五、對(duì)我國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室在線(xiàn)教育的幾點(diǎn)啟示

1.提高重視程度，制定引入計(jì)劃

首先院校應(yīng)當(dāng)充分重視在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，將在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革作為教學(xué)改革項(xiàng)目中的重要內(nèi)容。一方面要強(qiáng)調(diào)在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)問(wèn)題，挖掘優(yōu)秀的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源和工具；另一方面要增強(qiáng)和完善在線(xiàn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，按照學(xué)校的學(xué)科發(fā)展方向，制定按照專(zhuān)業(yè)和學(xué)科發(fā)展方向的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革計(jì)劃，努力覆蓋全部專(zhuān)業(yè)。

2.增加經(jīng)費(fèi)支持，建立激勵(lì)政策

在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)開(kāi)放課程的建設(shè)需要投入相當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)資金，國(guó)內(nèi)院校需要積極地給予經(jīng)費(fèi)支持，并按年度給予經(jīng)費(fèi)安排，通過(guò)資金投入來(lái)激勵(lì)在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的方向。建設(shè)完成后還需要建立穩(wěn)定的監(jiān)督和驗(yàn)收督導(dǎo)小組進(jìn)行課程的全程跟蹤，以確保達(dá)到開(kāi)放課程的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，由此提升教師對(duì)于在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的重視程度。

此外，各高校需要建立在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的績(jī)效體系。其一，對(duì)于在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程的建設(shè)效果上，各高校需要建立課程學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)體系，以學(xué)校的教育技術(shù)中心和網(wǎng)絡(luò)中心為依托進(jìn)行在線(xiàn)教學(xué)的培訓(xùn)活動(dòng)，研究在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)方法，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課程考核的試題庫(kù)及采用仿真工具達(dá)到的仿真效果的評(píng)價(jià)。其二，要制定課程的驗(yàn)收規(guī)范，并且持續(xù)跟蹤3年內(nèi)的學(xué)生課程學(xué)習(xí)效果。對(duì)于批準(zhǔn)的在線(xiàn)開(kāi)放課程項(xiàng)目需要進(jìn)行定期評(píng)審，按照評(píng)審結(jié)果設(shè)定頒發(fā)獎(jiǎng)項(xiàng)與獎(jiǎng)金，以激勵(lì)課程負(fù)責(zé)人，從而進(jìn)行更加優(yōu)質(zhì)的在線(xiàn)課程改革。

3.加強(qiáng)教師培訓(xùn)，提升課程水平

在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程的建設(shè)需要在硬件和軟件上投入大量資金，并建立相應(yīng)的在線(xiàn)課程的管理機(jī)構(gòu)，制定詳細(xì)的管理制度。不同于理論課程的在線(xiàn)學(xué)習(xí)，在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程不僅使用了虛擬軟件和視頻軟件，而且還會(huì)用到某些可以遠(yuǎn)程控制的實(shí)驗(yàn)裝置，因此需要組織教師進(jìn)行培訓(xùn)，以加強(qiáng)教師在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的技術(shù)水平。疫情發(fā)生前，很多國(guó)內(nèi)高校在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平較低，主要原因是國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)的是學(xué)生參與的手工實(shí)驗(yàn)，往往忽視了在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)。以中國(guó)礦業(yè)大學(xué)為例，雖然電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心已經(jīng)自主開(kāi)發(fā)了虛擬儀器仿真系統(tǒng)，可以進(jìn)行在線(xiàn)的數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，但是由于學(xué)生更青睞于線(xiàn)下實(shí)驗(yàn)，采用虛擬儀器仿真系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并沒(méi)有全面實(shí)行。國(guó)內(nèi)大多數(shù)高校都存在類(lèi)似情況。當(dāng)疫情發(fā)生后，突然間，在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)便成為了唯一選項(xiàng)，這種突然變化使國(guó)內(nèi)高校的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在著或多或少的技術(shù)問(wèn)題和學(xué)生的適應(yīng)問(wèn)題。因此，我們應(yīng)當(dāng)學(xué)習(xí)以密歇根大學(xué)為代表的美國(guó)高校的實(shí)驗(yàn)開(kāi)放教學(xué)方法和培訓(xùn)方式，以提升我國(guó)的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)水平。

4.開(kāi)啟混合教學(xué)，推動(dòng)學(xué)生參與

對(duì)于國(guó)內(nèi)工科類(lèi)院校，大學(xué)生創(chuàng)新能力的提高往往放到了重要的位置，而創(chuàng)新能力提高的前提是需要有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，其次是具備優(yōu)秀的動(dòng)手實(shí)踐能力。傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式中主要缺點(diǎn)是缺乏有效的師生交流，而網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的主要缺點(diǎn)是缺乏師生面對(duì)面的交流，這兩種缺陷限制了學(xué)生在教師的技術(shù)指導(dǎo)下進(jìn)行有效地創(chuàng)新項(xiàng)目訓(xùn)練。因此國(guó)內(nèi)高校的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革應(yīng)當(dāng)搭建“線(xiàn)上”和“線(xiàn)下”相結(jié)合的混合教學(xué)體系。上課前，需要教師發(fā)布本次實(shí)驗(yàn)的要求和需要掌握的背景知識(shí)，解答預(yù)習(xí)中的問(wèn)題；需要學(xué)生提前自主選擇時(shí)間預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)預(yù)習(xí)掌握本次實(shí)驗(yàn)的原理和方法。課程開(kāi)始后，除了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段外，教師還需要鼓勵(lì)學(xué)生的獨(dú)立思考精神，對(duì)提出的創(chuàng)新做法和問(wèn)題給出適當(dāng)加分。疫情發(fā)生后，線(xiàn)上實(shí)驗(yàn)反而給師生間搭建了信息傳遞的途徑，教師可以一對(duì)一地和學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)情況交流，有利于理論課成績(jī)不好的學(xué)生增加學(xué)習(xí)興趣，增進(jìn)師生間的情感交流。在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)課程結(jié)束后，學(xué)生需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這種分析不僅包括在線(xiàn)平臺(tái)提供的自動(dòng)分析結(jié)果也應(yīng)當(dāng)包含學(xué)生自我的數(shù)據(jù)分析。除了數(shù)據(jù)處理，學(xué)生還需要完成規(guī)定問(wèn)題的解答和實(shí)驗(yàn)心得，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的提交。

通過(guò)以上的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段，可以轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)方式，可以規(guī)范學(xué)生的預(yù)習(xí)、課上學(xué)習(xí)和課下報(bào)告的時(shí)間點(diǎn)，可以讓師生在教學(xué)的過(guò)程中瞬間進(jìn)行一對(duì)一的交流，等等。

5.完善評(píng)價(jià)機(jī)制，提升課程質(zhì)量

實(shí)驗(yàn)課程的在線(xiàn)開(kāi)放課程平臺(tái)平臺(tái)不僅要滿(mǎn)足完善的在線(xiàn)教學(xué)任務(wù)，更重要的是建立完善的課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)機(jī)制，來(lái)評(píng)判學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程評(píng)價(jià)方式是以學(xué)生實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和規(guī)定實(shí)驗(yàn)的完成度來(lái)評(píng)價(jià)的，雖然有設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，但是最終設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)也歸為幾種定性的實(shí)驗(yàn)方案，所以目前國(guó)內(nèi)高校傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)方式還是一種“標(biāo)準(zhǔn)答案”的評(píng)價(jià)方法。在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上搭建的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)由于無(wú)法看到學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的身體行為，所以學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作是無(wú)法直接評(píng)價(jià)的。我們可以發(fā)揮平臺(tái)的時(shí)間控制優(yōu)勢(shì)，設(shè)置師生交流時(shí)間、學(xué)生提問(wèn)時(shí)間和有效問(wèn)題次數(shù)等量化指標(biāo)來(lái)作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。此外，還應(yīng)當(dāng)可以設(shè)定學(xué)生自評(píng)、實(shí)驗(yàn)小組互評(píng)和教師評(píng)價(jià)等評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，這樣可以讓學(xué)生通過(guò)互評(píng)找到自身實(shí)驗(yàn)的不足之處，從而提升自身的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，并緩解教師繁重的在線(xiàn)答疑任務(wù)。綜上，在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)應(yīng)提供多種科學(xué)的且易于實(shí)現(xiàn)的評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)，這樣教師可以根據(jù)自身教學(xué)特點(diǎn)通過(guò)組合來(lái)構(gòu)建自身的評(píng)價(jià)機(jī)制，提升課程質(zhì)量。

六、總結(jié)

疫情影響下，密歇根大學(xué)和美國(guó)多個(gè)著名大學(xué)做法相同，都及時(shí)地封閉了學(xué)校，進(jìn)行了在線(xiàn)教學(xué)，這種做法同國(guó)內(nèi)高校所提出的“停課不停學(xué)”相同[13-14]。由于密歇根大學(xué)在新冠疫情發(fā)生前邊進(jìn)行了充分的在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)準(zhǔn)備，在線(xiàn)上工具和線(xiàn)上資源上都有著系統(tǒng)性的準(zhǔn)備。例如在線(xiàn)上工具方面，密歇根大學(xué)在充分發(fā)揮針對(duì)實(shí)驗(yàn)器具的虛擬性實(shí)驗(yàn)外，還采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)縮短現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)間的差距。

密歇根大學(xué)利用疫情造成的在線(xiàn)教學(xué)契機(jī)進(jìn)行了多學(xué)科在線(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，有效地?cái)U(kuò)展了學(xué)生的知識(shí)面，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。由于學(xué)生的創(chuàng)新產(chǎn)品主要是面對(duì)不同領(lǐng)域的問(wèn)題而提出解決方案，所以通常對(duì)協(xié)同式教學(xué)方式非常歡迎，會(huì)主動(dòng)參與教學(xué)活動(dòng)。因此，這種教學(xué)模式對(duì)跨學(xué)科協(xié)同教育帶來(lái)了契機(jī)，對(duì)我國(guó)大學(xué)實(shí)驗(yàn)教育帶來(lái)了新的改革思路。