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數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗課程教學(xué)模式探索論文
摘要：對數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗課教學(xué)現狀進(jìn)行了分析，提出了基于云平臺的數學(xué)實(shí)驗教學(xué)模式，給出了一種具體的云平臺教學(xué)實(shí)驗室的硬件建設和軟件建設方案。該方案轉變了傳統數學(xué)實(shí)驗的管理模式和教學(xué)模式，解決了目前高校數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)模式單一、學(xué)生積極性低、實(shí)驗室建設成本高，管理效率、利用率、資源共享率低等問(wèn)題，云平臺的使用提高了實(shí)驗教學(xué)效果。
關(guān)鍵詞：云平臺；數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗；虛擬化；虛擬桌面；實(shí)驗教學(xué)管理系統
中圖分類(lèi)號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2016)03-0155-02
國務(wù)院2014年公布了國家實(shí)施創(chuàng )新驅動(dòng)發(fā)展戰略，重點(diǎn)在于深化高等學(xué)校創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)教育改革[1]。本科高校要緊緊圍繞地方經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展需要，在提高學(xué)�？蒲兴降耐瑫r(shí)，還要促進(jìn)產(chǎn)教融合和校企合作，增強學(xué)生就業(yè)能力和創(chuàng )業(yè)能力。為適應信息社會(huì )對數學(xué)人才的需要，數學(xué)類(lèi)專(zhuān)業(yè)培養的學(xué)生要能靈活運用數學(xué)的思想、方法和所掌握的數學(xué)知識解決實(shí)際問(wèn)題。數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室是學(xué)生提高實(shí)踐能力的重要場(chǎng)所，實(shí)驗課教學(xué)水平直接影響學(xué)生實(shí)踐能力培養。為提高實(shí)踐課教學(xué)水平，高校開(kāi)展專(zhuān)業(yè)實(shí)驗課程教學(xué)改革，其主要內容就是保證實(shí)驗課教學(xué)模式以及配套的實(shí)驗硬件環(huán)境要與時(shí)俱進(jìn)。關(guān)于如何利用云虛擬化技術(shù)改進(jìn)實(shí)驗教學(xué)效果、提高實(shí)驗課時(shí)利用率等方面，許多學(xué)者與專(zhuān)家都對此問(wèn)題進(jìn)行了研究與探討[2-4,7-8]。
1數學(xué)實(shí)驗教學(xué)的目標與現狀
數學(xué)實(shí)驗是指利用數學(xué)軟件對數學(xué)模型進(jìn)行計算、演繹、繪圖和優(yōu)化等各項處理的實(shí)驗[5]。學(xué)生需要運用數學(xué)知識建立數學(xué)模型，借助計算機和數學(xué)軟件來(lái)進(jìn)行求解，通過(guò)解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程來(lái)學(xué)習和應用數學(xué)，是結合數學(xué)模型進(jìn)行科學(xué)研究和教學(xué)的新型方法。
1.1數學(xué)實(shí)驗課教學(xué)的目標
數學(xué)實(shí)驗課的目標是使大學(xué)生初步掌握現代數學(xué)應用技術(shù)和技能，從中領(lǐng)悟到數學(xué)科學(xué)研究方法的社會(huì )價(jià)值。同時(shí)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗理論聯(lián)系實(shí)踐，可以提高學(xué)習興趣，加深對抽象概念的理解，訓練觀(guān)察問(wèn)題的敏銳性、思考問(wèn)題的全面性和處理問(wèn)題的靈活性，轉變學(xué)習方式。
1.2數學(xué)實(shí)驗課傳統教學(xué)模式的現狀
目前大多數高校的數學(xué)實(shí)驗課教學(xué)還是傳統的案例教學(xué)模式為主。以本校為例，數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗課的教學(xué)安排大致有兩種：一是作為獨立課程開(kāi)設，往往作為數學(xué)理論課程的后繼課程，實(shí)驗項目也是對應理論知識點(diǎn)安排，一般每次實(shí)驗課完成實(shí)驗項目；另一種是數學(xué)專(zhuān)業(yè)課內包含少量的實(shí)驗學(xué)時(shí)，根據教學(xué)進(jìn)度適當安排相應實(shí)驗。不管是哪種安排，主要的教學(xué)模式基本上為“案例式教學(xué)”，即大多數數學(xué)實(shí)驗都是從已知公式或理論出發(fā)，使用給定的數據和數學(xué)軟件在規定課時(shí)內驗證結論。每個(gè)結論推導過(guò)程的基本上包括“問(wèn)題提出——建立數學(xué)模型——計算機處理——小結或進(jìn)一步思考——填寫(xiě)實(shí)驗報告”的過(guò)程。等，但相應的教學(xué)模式都是相同的：通常在課程的開(kāi)始時(shí)介紹數學(xué)軟件的基本內容和操作指令，并要求學(xué)生進(jìn)行適當的練習。在每一實(shí)驗開(kāi)始時(shí)，先由教師介紹實(shí)驗案例的背景和要求、相關(guān)的建模方法、數學(xué)上的解析的或近似的求解方法，然后布置實(shí)驗任務(wù)。學(xué)生分小組或獨立建立數學(xué)模型，設計模型的求解方案，再上機操作，最后完成實(shí)驗報告。這種教學(xué)模式實(shí)際操作中存在以下弊端：1)實(shí)驗課教學(xué)一般進(jìn)度較快，而課堂上學(xué)生需要一段時(shí)間熟悉數學(xué)專(zhuān)業(yè)軟件的使用，缺乏必要的實(shí)驗預習和小組討論的時(shí)間，容易導致學(xué)生為了完成實(shí)驗報告而直接寫(xiě)上最簡(jiǎn)單、穩妥的標準答案。2)每次授課班人數至少是有30名學(xué)生，實(shí)驗過(guò)程中教師難以全面地考核各位學(xué)生實(shí)驗的情況，無(wú)法提供針對性的指導。3)每學(xué)期所有實(shí)驗課相關(guān)的資料、作業(yè)和數據都存放在分散的計算機上面，不便于集中歸檔和管理。實(shí)驗室難以利用這些寶貴的數據來(lái)為實(shí)驗教學(xué)提供有價(jià)值的服務(wù)。由于以上弊端的存在，數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗課教學(xué)模式必須創(chuàng )新才能實(shí)現它的教學(xué)目標。
2云平臺內涵
云平臺包括基礎設施即服務(wù)（IaaS），平臺即服務(wù)（PaaS）和軟件即服務(wù)（SaaS）三個(gè)層次，主要指將硬件和軟件資源進(jìn)行整合，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)以服務(wù)的形式提供給用戶(hù)。它具有大規模、虛擬化、高可靠性、高拓展性、多功能性等技術(shù)特點(diǎn)[6]。從2005年開(kāi)始，云計算、云服務(wù)、虛擬化等技術(shù)興起，至今已發(fā)展10年，技術(shù)的成熟性、可靠性得到驗證，虛擬化技術(shù)得到大面積的推廣。在教學(xué)領(lǐng)域，云計算與教學(xué)主體融合后，教育信息化將超越“傳統課堂講授+電子教案”的模式，使用計算機的實(shí)驗課程不再是基于單一計算機或硬件終端的實(shí)驗。
3基于云平臺的數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)改革方案
3.1平臺架構
云實(shí)驗教學(xué)平臺需要硬件和軟件相結合，其建設原則是充分利用已有的硬件資源。本校數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗室原有200余臺式計算機、少量服務(wù)器及網(wǎng)絡(luò )通信設備。通過(guò)對不同云平臺建設方案的考察，選擇最具性?xún)r(jià)比的云管理系統結合半虛擬化桌面的建設方案。數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗云平臺包含虛擬桌面系統、實(shí)驗云資源系統和云實(shí)驗教學(xué)管理系統3個(gè)部分。硬件架構如圖1。3部分系統組合成一個(gè)完整的云實(shí)驗平臺（模塊構成如圖2）。1）虛擬桌面系統負責為實(shí)驗室的200多臺pc機器推送虛擬鏡像軟件和系統，可以設定并自動(dòng)配置不同的實(shí)驗課采用不同的系統方案，效率遠高于網(wǎng)絡(luò )克隆管理模式，同時(shí)穩定性高于純虛擬機云系統；2）實(shí)驗云資源系統管理所有的實(shí)驗資源（如實(shí)驗講義、實(shí)驗報告、實(shí)驗視頻等），并提供管理接口給其他系統；3）云實(shí)驗教學(xué)管理系統（如圖3）基于B2C結構，負責提供基于云平臺的實(shí)驗教學(xué)功能，教師或學(xué)生可以直接從瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)。例如，實(shí)驗員可以作為系統管理員，管理學(xué)生信息導入、實(shí)驗排課等實(shí)驗基礎工作；教師可提交實(shí)驗課所需資料，設定實(shí)驗教室和實(shí)驗環(huán)境，批閱實(shí)驗報告；學(xué)生可以訪(fǎng)問(wèn)實(shí)驗課程資料，提交實(shí)驗報告等。
3.2優(yōu)點(diǎn)
采用了新的實(shí)驗教學(xué)模式后，教師和學(xué)生的反饋意見(jiàn)提到有三個(gè)顯著(zhù)的優(yōu)點(diǎn)：1）基于云平臺的數學(xué)實(shí)驗教學(xué)可以將相應的實(shí)驗資源虛擬化成云資源庫，以云資源庫為基礎向專(zhuān)業(yè)學(xué)生提供廣泛的云實(shí)驗教學(xué)服務(wù)。在云平臺中，學(xué)生不需要安裝服務(wù)器程序或任何客戶(hù)端軟件就可以利用自己的移動(dòng)設備終端，在任意時(shí)間、任意地點(diǎn)通過(guò)瀏覽器訪(fǎng)問(wèn)實(shí)驗教學(xué)云資源，完成實(shí)驗課程學(xué)習和實(shí)驗報告提交；2）云平臺極大提高了實(shí)驗教學(xué)效率。學(xué)生使用實(shí)驗計算機時(shí)，可以隨時(shí)切換不同的實(shí)驗系統環(huán)境，不用擔心因操作不當導致系統不穩定等問(wèn)題。而以前計算機的實(shí)驗軟件和系統安裝是非常耗時(shí)繁瑣的工作，占用了實(shí)驗人員大部分的維護時(shí)間，讓他們沒(méi)有更多時(shí)間參與到實(shí)驗課教學(xué)輔導工作，間接導致實(shí)驗教學(xué)效率難以提高；3）可以對實(shí)驗數據進(jìn)行及時(shí)歸檔和利用。學(xué)生實(shí)驗數據保存在學(xué)生賬戶(hù)下的私人存儲空間，實(shí)驗操作過(guò)程也可以存儲。實(shí)驗任課老師對實(shí)驗報告等數據進(jìn)行實(shí)時(shí)統計、在線(xiàn)批改。
4結語(yǔ)
本文構建了基于云平臺的數學(xué)專(zhuān)業(yè)實(shí)驗教學(xué)模式，突出3個(gè)特色：1）提供集理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)為一體的平臺，為推進(jìn)實(shí)驗教學(xué)深化改革奠定良好基礎；2）通過(guò)云平臺提供的教學(xué)資源共享方便、快捷、易用；3）具有云技術(shù)帶來(lái)的其他優(yōu)勢�；谠朴嬎�、大數據、物聯(lián)網(wǎng)等新興IT技術(shù)與新商業(yè)模式的結合正在潛移默化地改變著(zhù)教育方式，可以預見(jiàn)，高校教育的各個(gè)細分領(lǐng)域，從入學(xué)、學(xué)習、實(shí)習、到就業(yè)都將全面開(kāi)啟一個(gè)智能化的時(shí)代。
參考文獻:
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