探求工程教育與在線學(xué)習(xí)模式

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1在線學(xué)習(xí)模式

從21世紀(jì)早期開始，學(xué)習(xí)的社會環(huán)境已經(jīng)悄無聲息地發(fā)生了變化。學(xué)習(xí)者越來越多地依賴于技術(shù)來幫助自己適應(yīng)復(fù)雜的、更多需求的生活。許多學(xué)生希望學(xué)?；?qū)W院提供技術(shù)環(huán)境，實現(xiàn)靈活的資源訪問，進(jìn)行多種形式的學(xué)習(xí)，并獲得評價與反饋的機(jī)會；希望課堂外的交流、合作機(jī)會也成為學(xué)習(xí)過程中必不可少的環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代信息與通信技術(shù)建立的新的在線學(xué)習(xí)模式，不僅創(chuàng)造了新的知識傳播載體，還為學(xué)習(xí)者搭建了一個有效的學(xué)習(xí)情境，使個人可以跳出學(xué)校的約束，自由地選擇自己需要的學(xué)習(xí)方式和內(nèi)容環(huán)境，優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)還可對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)行為提供持續(xù)性的誘導(dǎo)、評價和支持，例如發(fā)出提示、建議，指出學(xué)習(xí)者的錯誤，幫助其形成科學(xué)的學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣等。新的在線學(xué)習(xí)模式更加強(qiáng)調(diào)社交化的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以通過博客、維基、3D虛擬世界和其他學(xué)習(xí)者交流協(xié)同，有效地尋求幫助。新的教育理念引導(dǎo)教師身份從“舞臺上的智者”（sageonthestage)向“旁邊的指導(dǎo)者”（guideontheside)轉(zhuǎn)換。新的在線學(xué)習(xí)模式將以教師為中心的傳授轉(zhuǎn)向以學(xué)習(xí)者為中心的自由選擇、主動獲取。新的在線學(xué)習(xí)模式的結(jié)構(gòu)如圖1所示，這是一個以學(xué)習(xí)者為中心，依靠先進(jìn)信息與通信技術(shù)提供學(xué)習(xí)材料與環(huán)境，執(zhí)行教學(xué)方案，接受反饋并建立評估體系的過程。教育者根據(jù)實際需求和個人情況（如全日制學(xué)習(xí)、業(yè)余設(shè)計，以提高技能或增長知識為目的），選擇與執(zhí)行有效教學(xué)法（如小組項目、在線論壇、項目報告、同行討論）與教學(xué)內(nèi)容，增加行為評價和學(xué)習(xí)誘導(dǎo)的成份，提高教學(xué)效果，保證教學(xué)質(zhì)量。

2在線學(xué)習(xí)模式的設(shè)計和開發(fā)

2.1技術(shù)支持

現(xiàn)有的在線學(xué)習(xí)模式使用虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境（VirtualLearningEnvironment，VLE）平臺,建立基于網(wǎng)絡(luò)的課程和網(wǎng)站，教育者和學(xué)習(xí)者是平等的主體，在教學(xué)活動中相互協(xié)作，共同構(gòu)建知識體系與學(xué)習(xí)體系，這種教學(xué)方式已經(jīng)改變了傳統(tǒng)在線教學(xué)模式。VLE平臺通常包括以下功能。

（1）教學(xué)內(nèi)容管理：建立、儲存、訪問和使用學(xué)習(xí)材料；

（2）教學(xué)大綱的定位和規(guī)劃：課程計劃，評估方案和個性化的體驗學(xué)習(xí)法；

（3）學(xué)習(xí)者的參與和管理：訪問學(xué)習(xí)者的信息和資源，跟蹤學(xué)習(xí)進(jìn)度和結(jié)果；

（4）交流與合作：電子郵件、通知、聊天工具、博客等。虛擬學(xué)習(xí)環(huán)境被學(xué)校、非盈利機(jī)構(gòu)和政府等廣泛采用以建立在線課程的環(huán)境。這些平臺為學(xué)習(xí)者提供不同的學(xué)習(xí)模塊，管理學(xué)習(xí)內(nèi)容，記錄學(xué)習(xí)者的歷程紀(jì)錄，更有針對性地進(jìn)行教育訓(xùn)練。已頗有成效的在線學(xué)習(xí)案例有英國拉夫堡大學(xué)可再生能源系統(tǒng)技術(shù)遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)計劃，他們使用開源平臺，通過通信網(wǎng)關(guān)，所有的材料（學(xué)習(xí)筆記、教程、視頻講座、以往考試試卷）和輔助系統(tǒng)（討論論壇、反饋）被集成在平臺中執(zhí)行。通過附加功能更新材料和監(jiān)控學(xué)生的參與和活動，提供完全的在線課程。

2.2學(xué)習(xí)材料與環(huán)境

（1）課程材料

課程材料的設(shè)計是在高等工程教育中發(fā)展在線學(xué)習(xí)的一個重要環(huán)節(jié)。在線學(xué)習(xí)通常采用和面授課程一致的在線學(xué)習(xí)材料，以確保學(xué)習(xí)成果和課程質(zhì)量。新的在線模式利用信息和通信技術(shù)設(shè)立一些創(chuàng)新性的活動來提高教學(xué)效果，如查詢式學(xué)習(xí)，模擬面對面的過程進(jìn)行小組學(xué)習(xí)，同步提問與回答以及討論與學(xué)術(shù)會議。設(shè)計課程材料主要包括學(xué)習(xí)目標(biāo)確定、課程結(jié)構(gòu)設(shè)計、學(xué)習(xí)進(jìn)度規(guī)定。學(xué)習(xí)目標(biāo)確定：學(xué)習(xí)目標(biāo)應(yīng)清楚地描述學(xué)生在成功完成課程之后的結(jié)果。同時將目標(biāo)分成不同的層次，使學(xué)生循序漸進(jìn)地完成學(xué)習(xí)過程。課程結(jié)構(gòu)設(shè)計：在遵循課程目標(biāo)的前提下，學(xué)習(xí)者應(yīng)該非常清楚課程結(jié)構(gòu)并且控制學(xué)習(xí)過程。通常一個學(xué)習(xí)模塊應(yīng)包括：一兩個專業(yè)案例，以往學(xué)生完成的學(xué)習(xí)任務(wù)及作業(yè)的范例，參考文獻(xiàn)的列表，以及供學(xué)生交流與協(xié)作的電子討論區(qū)。在設(shè)計課程時，需要重視案例教學(xué)和現(xiàn)實問題的背景，選擇基于實際工程項目的教學(xué)內(nèi)容更有助于提高職業(yè)技能。學(xué)習(xí)進(jìn)度規(guī)定：如果缺乏一個合理的學(xué)習(xí)進(jìn)度參照時間表，學(xué)習(xí)者很容易懈怠或放棄。所以在每一個學(xué)習(xí)階段都需要獲得及時反饋：一方面要強(qiáng)調(diào)作業(yè)或報告的截止日期，另一方面鼓勵學(xué)習(xí)者交流，學(xué)習(xí)者之間的溝通及其與教師間的交流是保證學(xué)習(xí)者跟上學(xué)習(xí)進(jìn)度的重要因素。教師對學(xué)習(xí)過程的適當(dāng)干預(yù)可以激發(fā)學(xué)生的積極性。所以在設(shè)計課程材料時從目標(biāo)、結(jié)構(gòu)和進(jìn)度多方面綜合考慮，才能充分調(diào)動學(xué)習(xí)者的積極性，提高其學(xué)習(xí)效率。

（2）在線實驗室建設(shè)

在傳統(tǒng)的工程教育教學(xué)中，實驗是一個重要而且昂貴的環(huán)節(jié)，因為完成優(yōu)質(zhì)的教學(xué)過程需要購買專門的實驗設(shè)備和聘請有經(jīng)驗的指導(dǎo)者，只有理論知識或看視頻演示是不能提高實際動手能力的，這是制約在線學(xué)習(xí)發(fā)展的一個主要因素。信息和通信技術(shù)的進(jìn)步，意味著可以開發(fā)基于計算機(jī)控制的在線遠(yuǎn)程實驗室。在線遠(yuǎn)程實驗室可以利用分布在不同地點的真實設(shè)備為學(xué)習(xí)者提供實驗環(huán)境，而且將各高校的工科實驗系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的協(xié)調(diào)管理，實現(xiàn)設(shè)備和數(shù)據(jù)的虛擬共享，既能節(jié)約資源又有利于教學(xué)質(zhì)量的提高。在線遠(yuǎn)程實驗環(huán)境的構(gòu)建思想如下：學(xué)生通過互聯(lián)網(wǎng)連接，通過網(wǎng)絡(luò)操作遠(yuǎn)程實驗室設(shè)備進(jìn)行實驗，并通過網(wǎng)絡(luò)接受教師的指導(dǎo)，最后由實驗系統(tǒng)或指導(dǎo)教師對實驗給予評價。實時遠(yuǎn)程實驗環(huán)境的軟件部分主要由遠(yuǎn)程實驗平臺和遠(yuǎn)程實驗管理系統(tǒng)組成。遠(yuǎn)程實驗平臺主要為學(xué)生顯示和提供實驗操作環(huán)境，學(xué)生可在平臺中觀察到遠(yuǎn)程實時實驗的情況，例如通過在平臺中編寫代碼或操作命令控制遠(yuǎn)程的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行實驗。通過遠(yuǎn)程實時實驗，學(xué)生可獲得實驗方面的知識和技能，提高操作能力。國外很多高校已經(jīng)在開發(fā)和應(yīng)用在線遠(yuǎn)程實驗。TechnicalUniversityofCatalonia采用遠(yuǎn)程實驗用于電力質(zhì)量實驗，該系統(tǒng)包括監(jiān)測儀器和3個發(fā)電廠，監(jiān)測儀器和發(fā)電廠由Web服務(wù)器控制，通過互聯(lián)網(wǎng)與學(xué)生的互動，通過IP攝像頭進(jìn)行實時反饋；Karaetal.介紹了由7個不同國家組成的歐洲遠(yuǎn)程射頻實驗室（EuropeanRemoteRadioLaboratory，ERRL)，學(xué)習(xí)者可以在任何時間和地點通過自己的計算機(jī)執(zhí)行基于網(wǎng)絡(luò)的實驗；AndrejaRojko與來自11個歐洲國家的13個合作伙伴建立了18門在線的遠(yuǎn)程控制實驗室，包括課程、組織、遠(yuǎn)程控制和可視化，通過moodle、booking、labview等平臺實現(xiàn)，然后利用校園網(wǎng)平臺，采用模擬和現(xiàn)實相結(jié)合的教學(xué)方式，完成機(jī)電一體化的實驗訓(xùn)練任務(wù)。這些實驗?zāi)Ｊ綖樵诰€教學(xué)提供了良好的條件，為工程專業(yè)學(xué)生增加了實踐機(jī)會，提高了動手能力。借鑒這些模式，可以開發(fā)適合我國教育環(huán)境和學(xué)生特點的在線實驗與實踐方式，從而更好地為學(xué)生提供鍛煉的機(jī)會。

（3）在線輔導(dǎo)

在線學(xué)習(xí)的過程中，由于教師與學(xué)生不在同一時空活動，相互間的交流存在障礙，因而支持服務(wù)尤為重要。如通過電子郵件和網(wǎng)絡(luò)討論，讓學(xué)生獲得即時問題的及時反饋。一個典型的在線輔導(dǎo)過程包括以下步驟：學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)材料，然后上傳相關(guān)問題的教程的回答；輔導(dǎo)教師整理所有的答案并評分，同時檢查是否還有特殊的問題。在線輔導(dǎo)中技術(shù)支持人員保證所有書面問題都能通過聊天功能來處理。在輔導(dǎo)過程中教師會首先提出一個問題或場景，學(xué)生根據(jù)提供的相關(guān)信息合作分析、討論，并提出方案來解決問題。通過在線會議的形式將探究式學(xué)習(xí)納入學(xué)習(xí)和輔導(dǎo)過程，讓學(xué)習(xí)者更多地參與、投入學(xué)習(xí)中，極大地提高其學(xué)習(xí)興趣。

2.3評價和反饋

評價和反饋機(jī)制是一個系統(tǒng)和平臺保持活力的重要因素，來自于學(xué)習(xí)者的大量評價可以為建立正確的學(xué)習(xí)模式提供寶貴的經(jīng)驗。對學(xué)習(xí)者及時地反饋信息能有效地表達(dá)需求與意見，是教育體系不斷自我完善的基礎(chǔ)。評估可以通過多種形式從不同的方面開展，如課程學(xué)習(xí)過程、在線實驗、應(yīng)用技術(shù)等。課程學(xué)習(xí)過程：通過統(tǒng)計在線學(xué)習(xí)者的出勤率和評估學(xué)生的表現(xiàn)，與傳統(tǒng)課堂教學(xué)的學(xué)生比較成績來分析在線學(xué)習(xí)的結(jié)果。在線實驗：通過對比實驗結(jié)果、實驗數(shù)據(jù)設(shè)置和總結(jié)性的報告來分析在線實驗的效果。應(yīng)用技術(shù)：分析技術(shù)應(yīng)用中的問題，比較不同的軟件平臺和用戶的反饋。例如各種會議系統(tǒng)從功能上似乎大同小異，但在使用中卻存在很多不同。有些系統(tǒng)要求用戶在本地下載、安裝程序，有些系統(tǒng)在記錄文件或處理音頻時有延遲，這些都會影響使用。同時要加強(qiáng)相關(guān)人員的培訓(xùn)，收集在應(yīng)用中的問題，不斷升級與完善功能。通過反饋和評價，可以提供最好的實踐指導(dǎo)，加強(qiáng)使用者對教學(xué)模式的理解,為設(shè)計教學(xué)方法和制訂教學(xué)活動積累經(jīng)驗，能進(jìn)一步完善符合工程專業(yè)特點的在線學(xué)習(xí)質(zhì)量管理系統(tǒng)，保證教學(xué)質(zhì)量。

3結(jié)語在線學(xué)習(xí)的應(yīng)用

為學(xué)習(xí)者提供了不受時間和地點限制的學(xué)習(xí)機(jī)會，使學(xué)習(xí)者不需要再奔波在去學(xué)校或圖書館的路上,節(jié)約了人力、時間和費用，可以實現(xiàn)資源整合和優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)材料的再利用，而且能夠自動集成統(tǒng)計信息到校園信息管理系統(tǒng)。但在工程專業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)優(yōu)質(zhì)的在線教學(xué)系統(tǒng)需要多方面的努力。

（1）教育部門和工程技術(shù)委員會合作制訂和維護(hù)教育的標(biāo)準(zhǔn)，保證教學(xué)質(zhì)量；

（2）制訂科學(xué)的教學(xué)計劃，以學(xué)生的需求為導(dǎo)向，以培養(yǎng)實際應(yīng)用能力為目標(biāo)，結(jié)合工業(yè)界的發(fā)展方向設(shè)計教學(xué)內(nèi)容；

（3）應(yīng)用新的通信與信息技術(shù)設(shè)計和開發(fā)優(yōu)質(zhì)的教學(xué)課程，加強(qiáng)相關(guān)人員的技能培訓(xùn)，開發(fā)在線教案，建立在線實驗室環(huán)境，開通師生交流與意見反饋的通信平臺；

（4）完善評估體系，建立學(xué)習(xí)行為評價和誘導(dǎo)平臺，通過識別、收集和分析項目中的數(shù)據(jù)，采用定量和定性的措施判定教育學(xué)生的學(xué)習(xí)成果是否達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，以進(jìn)一步改善教學(xué)方法。新的在線學(xué)習(xí)模式將會在高等工程教育中進(jìn)一步發(fā)展，使教育進(jìn)一步向大眾化發(fā)展，增加教育培訓(xùn)的拓展空間，提供專業(yè)教育、繼續(xù)教育和終身學(xué)習(xí)的平臺，培養(yǎng)企業(yè)、市場和社會需要的專業(yè)人才。

作者：周靜 郭愛煌 單位：同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院