教育新基建背景下的智适应实验教学模式思考

［摘 要］ 针对当前高校实验教学方式落后、方法陈旧等信息化手段不足的问题，提出基于教育新型基础设施建设的智适应实验教学模式，重点突破传统实验教学模式下学生自主性时间不足、教师重复性指导过多、教学评价运用不畅等实验教学难题，让学生听得进、学得懂、易掌握，让教师讲得清、教得易、易操作，让教育管理者易检查、易评估、易管理，为新时代人才培养提供一流的实验教学手段，进一步推进高校实验教学信息化建设。

［关键词］ 实验教学；人才培养；信息化建设

［基金项目］ 2021年度湖南省普通高等学校教学改革研究一般项目“教育新基建背景下的智适应实验教学模式研究”（HNJG-2021-0270）

［作者简介］ 李双勋（1979—），男，黑龙江哈尔滨人，博士，国防科技大学电子科学学院副研究员，主要从事雷达信号处理研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）12-0125-04 ［收稿日期］ 2022-04-25

引言

传统实验教学模式必备要素包括听课学生、授课教师、实验场地、授课手段（黑板或投影仪）、实验器材。传统实验教学评价好坏取决于授课教师对原理的讲授是否条理清晰、操作步骤辅导是否到位、实验过程问题解答是否清楚明白、授课手段（板书或多媒体）是否新颖、实验器材是否物尽其用。对于每天离不开网络和手机的“00后”学生来说，传统实验教学方式其实并不是最佳的教学方式。当前，人工智能、大数据、区块链等技术迅猛发展，不仅深刻改变了人才需求和教育形态，同时还影响教育的理念、文化和生态［1］。传统实验教学模式应与时俱进。本文提出智适应实验教学模式，在充分利用教育新型基础设施建设（以下简称教育新基建）所能够支撑的大数据、云计算等新一代信息技术，实现零散知识随时高效获取、个性教学按需精准指导、教学评价及时反馈利用等目的，打造智能、高效的实验教学课堂。

一、智适应实验教学模式拟解决的关键问题

（一）智适应实验教学模式目标

2021年7月，教育部等六部门印发《关于推进教育新型基础设施建设构建高质量教育支撑体系的指导意见》指出，教育新型基础设施是以新发展理念为引领，以信息化为主导，面向教育高质量发展需要，聚焦信息网络、平台体系、数字资源、智慧校园、创新应用、可信安全等的新型基础设施体系。教育新型基础设施建设是国家新基建的重要组成部分，是信息化时代教育变革的牵引力量，是加快推进教育现代化、建设教育强国的战略举措［2］。

紧抓国家布局新基建和“十四五”教育新基建的重大机遇，积极探索教育新基建赋能实验教学建设的创新举措，开展教育新基建背景下的智适应实验教学模式研究，重点突破传统实验教学模式下的学生自主性时间不足、教师重复性（非个性化）指导过多、教学评价运用不畅等实验教学难题，力争实现学生听得进、学得懂、易掌握，教师讲得清、教得易、易操作，教育管理者易检查、易评估、易管理的目的。进一步推进高校实验教学信息化建设，为新时代人才培养提供一流的实验教学手段和一流的条件保障。力争到2025年，能够基本形成结构优化、集约高效、安全可靠的教育新型基础设施体系，并通过迭代升级、更新完善和持续建设，实现长期、全面的发展［2］，为教育高质量发展提供数字化实验基础。

（二）拟解决的关键问题

1.学生补充零散实验知识的时间与较少的自主支配的时间如何实现智适应匹配。在传统实验教学模式下，学生在实验前的知识储备参差不齐，导致某个实验对一部分学生来说很容易，对另一部分学生来说难度较大。为解决这一问题，可在课前或课后等课余时间补充完成相关知识。然而，学生可以利用的课余时间严重不足，以我校2018级电子信息工程专业的学员为例，按大三下学期的课表统计，减去体能训练和节假日，学生实际可以用来排课的总时间约为550小时，然而整个学期安排授课学时为500小时，课程安排占用比例约为90.9%，数据表明学生几乎没有可以自主利用的时间，几乎没有课前准备，课后回顾以及对实验知识的巩固和补充的时间。因此，学生零散实验知识的补充与较少自主支配的时间存在矛盾。

2.教师授课的个性化实验指导与有限的精力如何智适应匹配。在传统实验教学模式下，教师需要在限定的时间和空间内讲授实验原理、操作实验步骤、谨记注意事项并随时解答所有学生在实验过程中可能遇到的问题，在此过程中教师会浪费大量的授课精力进行类似的各种重复性问题的指导，然而此时学生真正需要的是尽可能量身定做的个性化指导，好学生可能无师自通，学困生可能亟待点拨，或者需要从基础知识讲起。但是同时面对整个班级的学生，教师是没有精力和时间完成针对每个学生的个性化指导的。由此可见，教师授课的个性化实验指导与有限的精力不匹配。

3.及时高效的实验教学评价与学习成效如何智适应匹配。在传统实验教学模式下，一堂评价良好的实验教学课往往取决于授课教师原理讲授是否条理清晰、操作步骤辅导是否到位、实验过程问题解答是否清楚明白、授课手段（PPT或板书）是否新颖、实验器材是否物尽其用等。这种评价通常较为主观，缺乏较为客观的评价方法，亟待完善。教师授课评价好，学生不一定就学得好，教师讲得再好，知识再丰富，学生不听或者接受不了都没有用。由此可见，实验教学的评价与学习成效的反馈并没有完全匹配。

二、智适应实验教学模式实践思考

以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，全面贯彻党的教育方针，落实立德树人根本任务，准确把握新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局。以教育新基建促进实验教育发展，推动实验教学数字转型、智能升级，支撑教育高质量发展［3］。坚持需求导向，坚持创新引领，坚持协同推进，坚持统筹兼顾。

（一）实践总体思路

针对以上关键问题，本文提出教育新基建背景下智适应实验教学模式，其在实践中必须考虑的因素包括实验教学授课对象、可利用信息化资源、灵活多样的教学方法、丰富多彩的实验课题以及与时代发展相匹配的教学考评等，最终实现多因素融合，形成全新的与时代特征相匹配的智适应实验教学模式，供所有普通高校实验教育工作者参考。

（二）智适应实验教学模式实践考虑的因素

将教育新基建背景下的智适应实验教学模式作为教学改革实践的主题，需要全面总结传统实验教学模式的成效和优缺点，对素质教育、专业教育和创新教育进行一体化设计，围绕新时代创新人才的培养，探索研究一系列与智适应实验教学模式相关的因素。

1.目前高校实验教学受教学生的特点。以我校2021级学生为例，受数字化教育环境影响，传统教与学的师生关系受到了冲击。综合数字化教育环境的特点，以及建构主义、积极心理学、团体心理等理论，数字化时代教学中学习心理的特点进行研究，以综合模式重塑师生关系，能更加全面地满足师生的心理需要和教育需要［4］。目前，站在讲台上的教师多为10年前博士毕业留校教师，尽管这些教师的学识及本领能够紧跟时代发展，但他们内心潜移默化所形成的传统教学理念，是否能够真的匹配“00后”学生群体？对于“00后”来说，手机是他们出生时就有的科技成果，无法否认手机已成为其生活的重要部分，他们在手机上花费的时间也最多。为提高教学效果，可以转变思路，使教学方法适应学生的特点，开展智适应实验教学模式实践，充分利用生活中的碎片化时间，通过智能推送学生感兴趣的教学短片和教学信息，充分利用琐碎的时间完成学习，进一步引导学生进行时间管理，使学生正确使用手机辅助学习。

2.教育新基建给实验教学带来的优势技术。按照中央统一部署要求，教育新基建将纳入地方“十四五”规划，具体包括信息网络新型基础设施、平台体系新型基础设施、数字资源新型基础设施、智慧校园新型基础设施、创新应用新型基础设施、可信安全新型基础设施［2］。由此可见，教育新基建瞄准未来教育发展方向，孕育推动中国教育迈向高质量发展道路的新动能。教育新基建在构建高质量教育支撑体系方面，有望提供四个方面的助力：一是通过教育专网提供高速安全的教育信息传输能力；二是通过“互联网+教育”大平台与网络（智能）学习空间提供大规模的优质资源供给与服务能力；三是通过教育大数据中心提供海量数据的存储、计算、分析与挖掘能力；四是通过教育区块链提供可追溯、高可靠的教育评价能力。因此，未来教育的新局面必然是教育高度智能互联、教育高度数据贯通、教育高度人机协同和教育高度适应个性。由此可见，教育新基建为提出的智适应实验教学新模式提供了必要的技术支持。

3.灵活多样的实验教学方法。以本科专业教学质量国家标准为参考，根据创新人才培养规律，结合学校的办学宗旨和培养目标，设计符合时代发展、适应社会需求、与学校办学层次匹配的智适应实验教学方法。灵活多样的实验教学方法具体包括问题切入式的实验教学引导，有利于学生自主思考；抖音式浏览实验原理，有利于学生听得进；以爱奇艺短视频方式进行实验操作演示，避免教师的重复性指导；借鉴百度检索方式呈现知识图谱，有利于基础薄弱学生查缺补漏；在朋友圈共享实验记录，有利于学生相互启发思维。

所谓教育即传道、授业、解惑。传道是基础，可概括为对原理的陈述，使学生学会原理；授业是方法，可概括为对技能的讲解，让学生学会方法；解惑是精髓，可概括为传授本领，让学生学会思考。智适应的实验教学模式，就是尽可能地让教师与学生之间的“传道、授业、解惑”能够做到按需分配、按时分配，而且是自动分配。除了上述教学方法外，还应设置教学辅助选项，如助力砍价式的作业布置解答，有利于变被动学习为主动学习；抢红包式的学习成效反馈，有利于收集真实教学评价；新闻头条式推送知识，有利于学生的知识巩固；淘宝购物式收集知识，有利于了解学生的兴趣；外卖式解答疑难问题，有利于了解学生的薄弱之处。对于学生能够自学完成的内容，可借助教育新基建的智能推送功能，教师可留出更多时间对学生进行个性化指导和解答专项问题，培养学生的批判和创新思维。使学生了解学科进展、开拓研究思路、发现科学问题、学习科研方法，启迪创新“火花”、迸发创新“点子”、激发创新激情［5］。

4.多层次坚持问题导向的创新实验课题。结合社会和技术发展的热点创建相应的实验课题，努力打破实验课题的专业、学科和学院界限。适当打破本科生与研究生之间的实验课程教学界限，强化跨学科、跨高校的融合，突出学员的多样性。以小组讨论方式鼓励学生之间交流协作，取长补短，激发学生创新潜能。课题内容坚持以突出问题为导向，解决问题是价值创造的根本。课题内容坚持与市场和社会紧密结合，了解中国，服务中国，坚持突破学科和组织界限，有助于系统解决问题。实验教学教材和案例库的构建，是教育创新的重要一环，鼓励和支持教师在系统梳理关键的专业知识点的基础上，突出实践和行动导向，开发系列实验教材或实验指导书。

5.与时代相匹配的实验教学考核与评价方式。通过批判性和创造性地解决问题，形成创新思维与认知，探索行为是有效的学习方式，也是多数高校将创新教育作为推动教育教学改革抓手的主要原因。设计学生的课内智能化考核方法，充分利用网络化、数据化、云服务等先进手段，着手搭建考核网络平台、关联查重（防作弊）平台，建立智能客观的评阅制度。强调考查学生的知识掌握情况，注重考查学生运用知识分析、解决问题的能力。

三、智适应实验教学模式预期成效

教育新基建背景下智适应实验教学模式的目标是让教与学变得更加轻松，让学生与教师的自主时间变得更加充足，让教学管理变得客观、及时、有效。（1）学生减轻负担。让课前预习变成信息浏览，课上疑问变为知识补充，课下作业变成课上考核。（2）教师减轻负担。让知识查缺补漏变成图谱式按需检索，原理操作指导变成可重复视频指导，实验过程答疑变成个性化专门辅导。（3）教学管理提升。让实验考核变成游戏攻关，让质量评估变成数据统计，让疑问反馈变成授课素材。

结语

当前，智适应实验教学模式还没有相关的研究内容供借鉴和参考。数字化实验教学作为新兴教学方式，其教学效果评价方面仍处于探索阶段［6］。本文提出的智适应实验教学虽然也是数字化教学，但与现在的网课、MOOC、虚拟仿真实验室有本质区别。已有的数字化教学，如常规的网课等更强调知识输出（单向输出居多），没有教学反馈或反馈不足。学生能真正吸收的知识有限，不利于学生综合能力的培养。智适应实验教学强调专业化、信息化、智能化的授课辅导是关键，也是区别于其他数字化教学的独特之处。