數學專業實驗課程教學模式探索論文
摘要：對數學專業實驗課教學現狀進行了分析，提出了基於雲平臺的數學實驗教學模式，給出了一種具體的雲平臺教學實驗室的硬體建設和軟體建設方案。該方案轉變了傳統數學實驗的管理模式和教學模式，解決了目前高校數學專業實驗教學模式單一、學生積極性低、實驗室建設成本高，管理效率、利用率、資源共享率低等問題，雲平臺的使用提高了實驗教學效果。
關鍵詞：雲平臺；數學專業實驗；虛擬化；虛擬桌面；實驗教學管理系統
中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2016)03-0155-02
國務院2014年公佈了國家實施創新驅動發展戰略，重點在於深化高等學校創新創業教育改革[1]。本科高校要緊緊圍繞地方經濟社會發展需要，在提高學校科研水平的同時，還要促進產教融合和校企合作，增強學生就業能力和創業能力。為適應資訊社會對數學人才的需要，數學類專業培養的學生要能靈活運用數學的思想、方法和所掌握的數學知識解決實際問題。數學專業實驗室是學生提高實踐能力的重要場所，實驗課教學水平直接影響學生實踐能力培養。為提高實踐課教學水平，高校開展專業實驗課程教學改革，其主要內容就是保證實驗課教學模式以及配套的實驗硬體環境要與時俱進。關於如何利用雲虛擬化技術改進實驗教學效果、提高實驗課時利用率等方面，許多學者與專家都對此問題進行了研究與探討[2-4,7-8]。
1數學實驗教學的目標與現狀
數學實驗是指利用數學軟體對數學模型進行計算、演繹、繪圖和最佳化等各項處理的實驗[5]。學生需要運用數學知識建立數學模型，藉助計算機和數學軟體來進行求解，透過解決實際問題的過程來學習和應用數學，是結合數學模型進行科學研究和教學的新型方法。
1.1數學實驗課教學的目標
數學實驗課的目標是使大學生初步掌握現代數學應用技術和技能，從中領悟到數學科學研究方法的社會價值。同時學生透過實驗理論聯絡實踐，可以提高學習興趣，加深對抽象概念的理解，訓練觀察問題的.敏銳性、思考問題的全面性和處理問題的靈活性，轉變學習方式。
1.2數學實驗課傳統教學模式的現狀
目前大多數高校的數學實驗課教學還是傳統的案例教學模式為主。以本校為例，數學專業實驗課的教學安排大致有兩種：一是作為獨立課程開設，往往作為數學理論課程的後繼課程，實驗專案也是對應理論知識點安排，一般每次實驗課完成實驗專案；另一種是數學專業課內包含少量的實驗學時，根據教學進度適當安排相應實驗。不管是哪種安排，主要的教學模式基本上為“案例式教學”，即大多數數學實驗都是從已知公式或理論出發，使用給定的資料和數學軟體在規定課時內驗證結論。每個結論推導過程的基本上包括“問題提出——建立數學模型——計算機處理——小結或進一步思考——填寫實驗報告”的過程。等，但相應的教學模式都是相同的：通常在課程的開始時介紹數學軟體的基本內容和操作指令，並要求學生進行適當的練習。在每一實驗開始時，先由教師介紹實驗案例的背景和要求、相關的建模方法、數學上的解析的或近似的求解方法，然後佈置實驗任務。學生分小組或獨立建立數學模型，設計模型的求解方案，再上機操作，最後完成實驗報告。這種教學模式實際操作中存在以下弊端：1)實驗課教學一般進度較快，而課堂上學生需要一段時間熟悉數學專業軟體的使用，缺乏必要的實驗預習和小組討論的時間，容易導致學生為了完成實驗報告而直接寫上最簡單、穩妥的標準答案。2)每次授課班人數至少是有30名學生，實驗過程中教師難以全面地考核各位學生實驗的情況，無法提供針對性的指導。3)每學期所有實驗課相關的資料、作業和資料都存放在分散的計算機上面，不便於集中歸檔和管理。實驗室難以利用這些寶貴的資料來為實驗教學提供有價值的服務。由於以上弊端的存在，數學專業實驗課教學模式必須創新才能實現它的教學目標。
2雲平臺內涵
雲平臺包括基礎設施即服務（IaaS），平臺即服務（PaaS）和軟體即服務（SaaS）三個層次，主要指將硬體和軟體資源進行整合，並透過網際網路以服務的形式提供給使用者。它具有大規模、虛擬化、高可靠性、高拓展性、多功能性等技術特點[6]。從2005年開始，雲計算、雲服務、虛擬化等技術興起，至今已發展10年，技術的成熟性、可靠性得到驗證，虛擬化技術得到大面積的推廣。在教學領域，雲計算與教學主體融合後，教育資訊化將超越“傳統課堂講授+電子教案”的模式，使用計算機的實驗課程不再是基於單一計算機或硬體終端的實驗。
3基於雲平臺的數學專業實驗教學改革方案
3.1平臺架構
雲實驗教學平臺需要硬體和軟體相結合，其建設原則是充分利用已有的硬體資源。本校數學專業實驗室原有200餘臺式計算機、少量伺服器及網路通訊裝置。透過對不同雲平臺建設方案的考察，選擇最具價效比的雲管理系統結合半虛擬化桌面的建設方案。數學專業實驗雲平臺包含虛擬桌面系統、實驗雲資源系統和雲實驗教學管理系統3個部分。硬體架構如圖1。3部分系統組合成一個完整的雲實驗平臺（模組構成如圖2）。1）虛擬桌面系統負責為實驗室的200多臺pc機器推送虛擬映象軟體和系統，可以設定並自動配置不同的實驗課採用不同的系統方案，效率遠高於網路克隆管理模式，同時穩定性高於純虛擬機器雲系統；2）實驗雲資源系統管理所有的實驗資源（如實驗講義、實驗報告、實驗影片等），並提供管理介面給其他系統；3）雲實驗教學管理系統（如圖3）基於B2C結構，負責提供基於雲平臺的實驗教學功能，教師或學生可以直接從瀏覽器訪問。例如，實驗員可以作為系統管理員，管理學生資訊匯入、實驗排課等實驗基礎工作；教師可提交實驗課所需資料，設定實驗教室和實驗環境，批閱實驗報告；學生可以訪問實驗課程資料，提交實驗報告等。
3.2優點
採用了新的實驗教學模式後，教師和學生的反饋意見提到有三個顯著的優點：1）基於雲平臺的數學實驗教學可以將相應的實驗資源虛擬化成雲資源庫，以雲資源庫為基礎向專業學生提供廣泛的雲實驗教學服務。在雲平臺中，學生不需要安裝伺服器程式或任何客戶端軟體就可以利用自己的移動裝置終端，在任意時間、任意地點透過瀏覽器訪問實驗教學雲資源，完成實驗課程學習和實驗報告提交；2）雲平臺極大提高了實驗教學效率。學生使用實驗計算機時，可以隨時切換不同的實驗系統環境，不用擔心因操作不當導致系統不穩定等問題。而以前計算機的實驗軟體和系統安裝是非常耗時繁瑣的工作，佔用了實驗人員大部分的維護時間，讓他們沒有更多時間參與到實驗課教學輔導工作，間接導致實驗教學效率難以提高；3）可以對實驗資料進行及時歸檔和利用。學生實驗資料儲存在學生賬戶下的私人儲存空間，實驗操作過程也可以儲存。實驗任課老師對實驗報告等資料進行實時統計、線上批改。
4結語
本文構建了基於雲平臺的數學專業實驗教學模式，突出3個特色：1）提供集理論教學與實踐教學為一體的平臺，為推進實驗教學深化改革奠定良好基礎；2）透過雲平臺提供的教學資源共享方便、快捷、易用；3）具有云技術帶來的其他優勢。基於雲計算、大資料、物聯網等新興IT技術與新商業模式的結合正在潛移默化地改變著教育方式，可以預見，高校教育的各個細分領域，從入學、學習、實習、到就業都將全面開啟一個智慧化的時代。
參考文獻:
[1]崔貫勳基於雲計算技術的計算機實驗教學平臺[J].實驗室研究與探索,2013(10).
[2]陳冬林,付敏,陳玲.基於混合雲的高校實驗教學平臺建設模式研究[J].實驗技術與管理,2013(5).
[3]張浩軍,趙玉娟,王曉松.建設一體化實踐教學平臺培養卓越軟體人才[J].實驗室研究與探索,2013(10).
[4]毛傑,桑世慶.基於雲桌面技術的服務外包人才培養教學平臺建設[J].科技通報，2013(10).
[5]樂勵華,戴立輝,劉龍章．數學建模教學模式的研究與實踐[J]．工科數學,2002(6):9-12.
[6]李滿玲.基於私有云的計算機課程教學模式的改革[J].牡丹江教育學院學報,2013(6).
[7]李春豔.雲計算環境下計算機基礎實驗教學模式探討[J].電腦知識與技術,2013(9).
[8]顧邦軍,萬華明.基於雲計算的校園私有云構架模式研究[J].蘇州科技學院學報:自然科學版,2014(2).
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