数学专业实验课程教学模式探索论文
摘要：对数学专业实验课教学现状进行了分析，提出了基于云平台的数学实验教学模式，给出了一种具体的云平台教学实验室的硬件建设和软件建设方案。该方案转变了传统数学实验的管理模式和教学模式，解决了目前高校数学专业实验教学模式单一、学生积极性低、实验室建设成本高，管理效率、利用率、资源共享率低等问题，云平台的使用提高了实验教学效果。
关键词：云平台；数学专业实验；虚拟化；虚拟桌面；实验教学管理系统
中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2016)03-0155-02
国务院2014年公布了国家实施创新驱动发展战略，重点在于深化高等学校创新创业教育改革[1]。本科高校要紧紧围绕地方经济社会发展需要，在提高学校科研水平的同时，还要促进产教融合和校企合作，增强学生就业能力和创业能力。为适应信息社会对数学人才的需要，数学类专业培养的学生要能灵活运用数学的思想、方法和所掌握的数学知识解决实际问题。数学专业实验室是学生提高实践能力的重要场所，实验课教学水平直接影响学生实践能力培养。为提高实践课教学水平，高校开展专业实验课程教学改革，其主要内容就是保证实验课教学模式以及配套的实验硬件环境要与时俱进。关于如何利用云虚拟化技术改进实验教学效果、提高实验课时利用率等方面，许多学者与专家都对此问题进行了研究与探讨[2-4,7-8]。
1数学实验教学的目标与现状
数学实验是指利用数学软件对数学模型进行计算、演绎、绘图和优化等各项处理的实验[5]。学生需要运用数学知识建立数学模型，借助计算机和数学软件来进行求解，通过解决实际问题的过程来学习和应用数学，是结合数学模型进行科学研究和教学的新型方法。
1.1数学实验课教学的目标
数学实验课的目标是使大学生初步掌握现代数学应用技术和技能，从中领悟到数学科学研究方法的社会价值。同时学生通过实验理论联系实践，可以提高学习兴趣，加深对抽象概念的理解，训练观察问题的.敏锐性、思考问题的全面性和处理问题的灵活性，转变学习方式。
1.2数学实验课传统教学模式的现状
目前大多数高校的数学实验课教学还是传统的案例教学模式为主。以本校为例，数学专业实验课的教学安排大致有两种：一是作为独立课程开设，往往作为数学理论课程的后继课程，实验项目也是对应理论知识点安排，一般每次实验课完成实验项目；另一种是数学专业课内包含少量的实验学时，根据教学进度适当安排相应实验。不管是哪种安排，主要的教学模式基本上为“案例式教学”，即大多数数学实验都是从已知公式或理论出发，使用给定的数据和数学软件在规定课时内验证结论。每个结论推导过程的基本上包括“问题提出——建立数学模型——计算机处理——小结或进一步思考——填写实验报告”的过程。等，但相应的教学模式都是相同的：通常在课程的开始时介绍数学软件的基本内容和操作指令，并要求学生进行适当的练习。在每一实验开始时，先由教师介绍实验案例的背景和要求、相关的建模方法、数学上的解析的或近似的求解方法，然后布置实验任务。学生分小组或独立建立数学模型，设计模型的求解方案，再上机操作，最后完成实验报告。这种教学模式实际操作中存在以下弊端：1)实验课教学一般进度较快，而课堂上学生需要一段时间熟悉数学专业软件的使用，缺乏必要的实验预习和小组讨论的时间，容易导致学生为了完成实验报告而直接写上最简单、稳妥的标准答案。2)每次授课班人数至少是有30名学生，实验过程中教师难以全面地考核各位学生实验的情况，无法提供针对性的指导。3)每学期所有实验课相关的资料、作业和数据都存放在分散的计算机上面，不便于集中归档和管理。实验室难以利用这些宝贵的数据来为实验教学提供有价值的服务。由于以上弊端的存在，数学专业实验课教学模式必须创新才能实现它的教学目标。
2云平台内涵
云平台包括基础设施即服务（IaaS），平台即服务（PaaS）和软件即服务（SaaS）三个层次，主要指将硬件和软件资源进行整合，并通过互联网以服务的形式提供给用户。它具有大规模、虚拟化、高可靠性、高拓展性、多功能性等技术特点[6]。从2005年开始，云计算、云服务、虚拟化等技术兴起，至今已发展10年，技术的成熟性、可靠性得到验证，虚拟化技术得到大面积的推广。在教学领域，云计算与教学主体融合后，教育信息化将超越“传统课堂讲授+电子教案”的模式，使用计算机的实验课程不再是基于单一计算机或硬件终端的实验。
3基于云平台的数学专业实验教学改革方案
3.1平台架构
云实验教学平台需要硬件和软件相结合，其建设原则是充分利用已有的硬件资源。本校数学专业实验室原有200余台式计算机、少量服务器及网络通信设备。通过对不同云平台建设方案的考察，选择最具性价比的云管理系统结合半虚拟化桌面的建设方案。数学专业实验云平台包含虚拟桌面系统、实验云资源系统和云实验教学管理系统3个部分。硬件架构如图1。3部分系统组合成一个完整的云实验平台（模块构成如图2）。1）虚拟桌面系统负责为实验室的200多台pc机器推送虚拟镜像软件和系统，可以设定并自动配置不同的实验课采用不同的系统方案，效率远高于网络克隆管理模式，同时稳定性高于纯虚拟机云系统；2）实验云资源系统管理所有的实验资源（如实验讲义、实验报告、实验视频等），并提供管理接口给其他系统；3）云实验教学管理系统（如图3）基于B2C结构，负责提供基于云平台的实验教学功能，教师或学生可以直接从浏览器访问。例如，实验员可以作为系统管理员，管理学生信息导入、实验排课等实验基础工作；教师可提交实验课所需资料，设定实验教室和实验环境，批阅实验报告；学生可以访问实验课程资料，提交实验报告等。
3.2优点
采用了新的实验教学模式后，教师和学生的反馈意见提到有三个显著的优点：1）基于云平台的数学实验教学可以将相应的实验资源虚拟化成云资源库，以云资源库为基础向专业学生提供广泛的云实验教学服务。在云平台中，学生不需要安装服务器程序或任何客户端软件就可以利用自己的移动设备终端，在任意时间、任意地点通过浏览器访问实验教学云资源，完成实验课程学习和实验报告提交；2）云平台极大提高了实验教学效率。学生使用实验计算机时，可以随时切换不同的实验系统环境，不用担心因操作不当导致系统不稳定等问题。而以前计算机的实验软件和系统安装是非常耗时繁琐的工作，占用了实验人员大部分的维护时间，让他们没有更多时间参与到实验课教学辅导工作，间接导致实验教学效率难以提高；3）可以对实验数据进行及时归档和利用。学生实验数据保存在学生账户下的私人存储空间，实验操作过程也可以存储。实验任课老师对实验报告等数据进行实时统计、在线批改。
4结语
本文构建了基于云平台的数学专业实验教学模式，突出3个特色：1）提供集理论教学与实践教学为一体的平台，为推进实验教学深化改革奠定良好基础；2）通过云平台提供的教学资源共享方便、快捷、易用；3）具有云技术带来的其他优势。基于云计算、大数据、物联网等新兴IT技术与新商业模式的结合正在潜移默化地改变着教育方式，可以预见，高校教育的各个细分领域，从入学、学习、实习、到就业都将全面开启一个智能化的时代。
参考文献:
[1]崔贯勋基于云计算技术的计算机实验教学平台[J].实验室研究与探索,2013(10).
[2]陈冬林,付敏,陈玲.基于混合云的高校实验教学平台建设模式研究[J].实验技术与管理,2013(5).
[3]张浩军,赵玉娟,王晓松.建设一体化实践教学平台培养卓越软件人才[J].实验室研究与探索,2013(10).
[4]毛杰,桑世庆.基于云桌面技术的服务外包人才培养教学平台建设[J].科技通报，2013(10).
[5]乐励华,戴立辉,刘龙章．数学建模教学模式的研究与实践[J]．工科数学,2002(6):9-12.
[6]李满玲.基于私有云的计算机课程教学模式的改革[J].牡丹江教育学院学报,2013(6).
[7]李春艳.云计算环境下计算机基础实验教学模式探讨[J].电脑知识与技术,2013(9).
[8]顾邦军,万华明.基于云计算的校园私有云构架模式研究[J].苏州科技学院学报:自然科学版,2014(2).
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