利用信息技术促进实验教学.doc

运用现代信息技术提高实验教学水平 中国人民大学信息学院 陈禹在教育信息化中,利用现代信息技术大力提高实验教学的水平,是一个值得注意的方面。 在各类学校的教学活动中，实验教学和课堂教学、考试考核、图书资料、学籍管理等工作一样，是培养人才的一个重要的环节。它对于全面提高人才素质，对于现代社会所需要的全面发展的、既能动脑又能动手的新型人才的培养具有不可替代的作用。 在教育信息化的全局中，实验教学的改造和提高是体现现代信息技术作用的一个重要方面。因为现代信息技术在创造新型的学习和训练环境方面，具有特别突出的作用。与课堂教学、考试考核等环节相比，实验教学环节利用现代信息技术的效果和作用将会更为突出和显著。正是在这个环节上，现代信息技术使得一些原来做不到的事情变得可以实现，使得原来需要高昂费用的事情，可以用更低的代价完成，从而迅速而直接地体现出教育信息化的作用和效益。在这里，我们希望提请教育领域的同行们对于这个重要方面给予更多的关注。 实验教学是现代教育体系的重要环节 常言说得好,“听十遍不如动手做一遍”。国外教育专家的调查表明，一般来说，听一遍课能够掌握内容的30%，读一遍书可以掌握内容的50%，而动手做一遍则可以掌握有关内容的80%。这都表明，动手实践是掌握知识、培养能力的一条非常重要的途径。在学校教育的阶段，由于种种客观条件的限制，学生的学习主要是在校内进行的，社会实践和调查体验终究是局部的、短期的，不可能成为主要的学习方式。在这种情况下，在学校里面建立的、模拟的实践环境实验室就成为学生动手训练的主要场所。这就是我们所说的实验教学。 重视实验历来是科学精神的基本内容之一。近代科学的开山鼻祖弗朗西斯.培根就非常重视实验，把它作为科学研究的基本方法加以强调。根据史料记载，他还身体力行，亲自动手做实验、观察自然现象、记录实验数据。在这种思想的引导下,伽里略用一系列开创性的实验揭开了近代科学的序幕，至今为人们所称道。这种理念体现到教育中，就是利用各种类型的实验引导学生学习知识和掌握技能,就是把实验教学作为教学的基本环节之一。正因为这样，许多专业，特别是理工科专业，已经把实验室作为学科建设的基地。物理系、化学系的学生都不会忘记实验室中的日日夜夜，工科的学生更会终身铭记着趴在绘图板上的时光。所以，实验教学在近代教育中，已经占有重要的地位， 这是众所周知的事情。 然而，一直到现代信息技术产生之前，由于技术的限制，实验教学基本上是自然科学和技术学科的事情。理由很简单，社会现象太复杂,无法在实验室里加以模拟。在没有现代信息技术之前，确实是如此。然而，现代信息技术的迅速发展已经改变了这种状况。从管理到经济、社会、环境以至心理学，许多方面的现象和复杂系统，已经可以在不同程度上，在实验室条件下重建或模拟，有关的软件或系统已经出现，并且在实际的研究工作和教学工作中得到应用。同时，由于计算机模拟的越来越方便和越来越便宜，即使是技术领域的一些重大实验，如化工厂的流程、核武器的爆炸等，也已经可以用便宜得多的代价和少得多的时间在计算机中重现。这就使得在信息时代的教育中，实验教学可以发挥更大的作用，有了更加广阔的发展余地。这就是我们所强调的，在教育信息化的进程中，应当把实验教学放在重要位置的原因和背景。 现代信息技术对于实验教学的推动作用 由于上述的背景和情况，实验室和实验教学在教育信息化的进程中处于一个投入产出比高、效益显著、影响深远的特殊位置。具体地说，现代信息技术和注重实验的科学理念相结合，给教育领域带来了如下四个方面的新景象。 第一， 实验室和实验教学的概念已经从自然科学和技术领域扩展到了经济与其他社会科学的学科。从上世纪50年代开始，国外就出现了最早的“经济科学实验室”（例如美国Arizona大学的经济科学实验室），用现代信息技术对于经济管理中的复杂课题进行模拟和实验，对于市场行为、拍卖过程等经济领域的基础课题，从新的角度进行了研究和考察。经过几十年的探索，2002年，这一方向的首创者之一，Arizona大学经济科学实验室的创建者，Vernon Smith教授获得了诺贝尔经济学奖。这表明实验方法在经济科学领域已经被接受和认可。 我国自从中国人民大学在1994年建立国内第一个经济科学实验室以来，高校中的面向经济和其他社会科学的实验室已经发展到了近百个。实验教学与社会科学不搭界的局面已经在改变之中。这一变革将对于我国教育的发展，特别是社会科学学科的现代化产生深远的、积极的影响。再如，我国的法学教育领域也已经开始设立模拟法庭，作为培养法律人才的一个实践环节。至于电子商务、电子政务、会计实务、进出口贸易实务等实验环境，也已经相当普遍。再广泛一点，对于社会科学来说至关重要的文献资料的查询，现在也和计算机结合在一起，形成了数字图书馆和世界范围的查询网络的新格局。以计算机和网络为技术基础的图书馆，在某种意义也已经成为广义的实践基地，和实验室融合在一起。 第二，实验教学的地位和作用已经从主要为培养技能服务扩展到了对于研究和思想方法的培养。有一种看法认为: 实验教学只是培养人的动手能力，因而只适用于低层次的、操作人员级的教育。然而事实证明，今天的情况已经不再是这样的了。美国学者G.Klir把计算机称为“系统科学的实验室”，强调它对于培养人的思维能力的作用。著名的Santa Fe研究所把计算机作为主要的研究工具，并且利用暑假时间对中学师生进行建立模型的方法的普及，它所讲授的软件Starlogo是麻省理工学院开发的基于主体的建模平台。大家都知道，著名的物理学家丁肇中对于实验非常重视，认为物理学的发展和创新离不开实验，对于他的学生在这方面要求十分严格。这些都表明，建立在现代信息技术基础上的实验室不只是培养动手能力的场所，同时也是培养思维能力的场所，认为实验教学只是低层次教育的事情是不对的。（当然，以培养动手能力为主的实验室也很多，也需要发展，如培训驾驶员的系统、培训大型设备操作工人的系统等；实验教学在这方面作用也是非常重要的。我们这里只是强调它在所有层次上的普遍作用。） 第三，现代息技术的应用，使实验教学的成本大大降低，许多以前不可能做的实验今天已经有实施的可能。由于现代信息技术的飞速发展和普及，一些以前限于条件无法进行的实验变得可以实现了。通过建立计算机里的虚拟世界，诸如核爆炸、生物进化、环境保护、疾病传播、社会动乱等不可能真做的实验能够在实验室反复进行。这些事件的真实进行也许需要成千上万年的时间，也许会造成巨大的损失或付出高昂的代价。然而，通过建立在现代信息技术基础之上、在新型实验室里实现的虚拟世界，这些就成为普通学校都可以实施的事情了。考虑到我国教育规模迅速发展中所面临的许多困难，这一方面无疑提供了非常值得注意的应用可能性。 第四，建立在现代信息技术基础上的实验教学已经成为开发教育资源、提高教育资源利用效率、支持后进地区的有力工具。现代信息技术的一大特点是为资源的共享开辟了广阔的天地。在我国教育规模迅速扩大的情况下，教育资源的短缺是一个突出的问题。新型的实验室恰恰为解决这个问题提供了有利条件。无论是文科需要的海量资料，还是理工科需要的高速运算能力，当它们被组织到互相连接的、共享的实验平台或数字图书馆网络中的时候，这些资源的利用效率就可以成百倍地提高。特别是对于教育资源严重缺乏的西部地区和新办学校，利用不断降低价格的信息技术设备来弥补难以解决的教育资源短缺，应当是一种投入少、效益大、收效快的捷径。 总之，我们认为，实验教学是在教育信息化进程中值得大力投入、努力改进的一个重要环节。抓紧抓好这方面的开发和普及工作，将有利于尽快地体现出信息化的效益，解决西部地区和后进学校的教育资源短缺的问题，而且从长远来看，也是对于进一步深入的学科改造的有力推动。 大力开发和建设各种类型的实验环境 那么，如何推进实验环节的教育信息化呢？我们认为，当前需要从以下三个方面去入手。 第一，把新型的实验室建设作为教育信息化的一项任务。实验室是实验教学的基地。教育信息化在学校里也要有基地。目前在各级各类学校里，教育信息化的投入往往集中在三个方面：校园网络中心，数字图书馆或者是在课件的制作上。这三方面的工作无疑都是非常重要的。前者是建立信息化校园的必要的基础设施，后两者则从不同的方面提供教育信息资源。然而，在一些单位这几件事情是分割开的，缺乏有机的联系。比如，一些课件的制作脱离不开传统的教学内容，成为“课本搬家”；一些校园网的建设偏重于硬件，而与学科建设脱离甚远; 而图书馆则往往限于现有资料的简单查询。针对这样的情况，如果我们能够紧紧围绕学科建设这个教育信息化的核心，以实验教学为突破点，在校园网和数字图书馆的基础上（前者提供网络通道，后者提供基础资料），建立起面对特定学科的新型的实验室，把用来“听一遍”、“读一遍”的课件提升到“动手做一遍”的教学模拟环境，那么我们的工作就能够向前迈进一大步，使得有关的学科在信息化的条件下真正升级，从内容到形式跟上时代的步伐，从而符合既能动脑又能动手的新型人才培养的需要。应当说，到目前为止，许多地方对于实验室建设的理解和认识还停留在几十年前的旧思路之中，还没有从信息化建设的基地的高度去看待这件事。如果我们能够有针对性地集中投入，在较短的时间内建立起一批这样的新型实验室，并且通过网络使它们的资源（模拟系统、课件、资源库）能够为各校共享，那么，信息化的效益就能够迅速地、充分地显示出来。 第二，研制和开发一批重点课程的教学模拟环境。要建成这样的一批实验室，在目前校园网络已经普遍建立的情况下，当务之急是研制和开发重点课程的教学模拟环境。我们所说的教学模拟环境，是指能够让学生动手做实验的软件系统。它们不同于只用于课堂教学的课件。这里所说的实验既包括实际操作层次的，也包括理论研究层次的。以经济管理类的专业为例，学生们既需要在实验室学习和体验会计实务等操作过程，也需要在实验室建立和运行经济模型。这样的软件平台将是一种专门的、把专业理论和信息技术有机地结合在一起的、集中了各种信息技术手段的、人机交互的应用软件。需要说明的一点是，相应的产业所用的实际系统是不能直接作为教学模拟环境的。因为教学要求的知识和能力更加一般，不应当局限于特定的厂家和软件产品上。而且，教学还有教学自身的规律。可以预见，这类软件的开发将成为一个专门的产业。有远见的IT厂家，应当关注这个领域。 第三，培养和形成一支新型的实验教学的骨干教师队伍。教改的关键是教师，实验室建设的关键当然也在于实施的骨干队伍。我们之所以强调建立实验室这样一个基地，也正是希望通过这样一个基地，集中一批人员，形成一支队伍。目前，从事这方面工作的积极分子分散在各个学科之中。大家总感到力量分散、势单力薄，在实际工作中常常遇到在信息交流、资金投入、成果认定等种种方面的制约，而贻误了事业的发展。如果在学校里有这样一个基地，从领导上给予关注和支持，事情就能够进展得更快一点、更好一点。应当看到，十几年来，在教育领域已经逐步涌现出一大批热心于教育信息化的积极分子，现在需要的是从各个方面创造条件把这样一支队伍组织起来，进一步提高，为教育信息化的深入创造更有利的环境。 我们相信，在整个社会和经济的信息化的新高潮的大环境推动下，教育的信息化也必将走向更加务实、更加深入的新的阶段。我们希望，在现代信息技术的基础上的新型实验室的建设，将在体现教育信息化的效益方面发挥积极的作用。实验经济学与经济管理实验室专业委员会主任陈禹教授、专委会委员方美琪教授实验经济学与经济管理实验专业委员会于2007年1月6日成立，是由从事经济学管理学科研、教学的人员与从事经济学管理学的实际工作者组成的全国高等院校实验实践教育技术领域的群众性、学术性的社会团体，隶属于中国信息经济学会，受学会和教育部相关部门的直接领导和管理。陈禹 男，1944年生，工学硕士，教授，博士生导师，经济科学实验室主任，曾任信息学院院长，信息系主任。 电话: 62511183教材与专著编写：目前在写的有CAS理论及其应用信息经济学教程等。 国外有关领域的经典著作翻译：目前在进行的有社会网络分析、实验经济学经典论文集等五本。 参加学术交流：近一年内有国际、国内学术交流会议三个。主要研究方向：计算机应用,信息管理,系统科学等；对学生的培养要求参加研究项目：包括设计模型，编制软件，研究理论，在此基础上撰写论文。近期主持和参与的科研项目：资源运营的模式与支持技术研究(国务院发展研究中心项目)国家电子商务白皮书的编写（商务部项目） 教学数字化环境研究（教育部项目） 代表著作译著：信息系统的分析与设计，1986出版（电子工业出版社），2005最新版（高等教育出版社）。 软件开发工具2002新版，经济科学出版社。 信息时代的应知应会2001，高等教育出版社。 关于系统的对话1988，中国人民大学出版社。 系统科学概论2005，中国人民大学出版社。 信息系统与信息管理概论2005，中国人民大学出版社。主要工作经历：1981年开始从事本专业的教学与科研工作，现为中国人民大学信息学院教授、博士生导师