探求工程教育与在线学习模式

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1在线学习模式

从21世纪早期开始，学习的社会环境已经悄无声息地发生了变化。学习者越来越多地依赖于技术来帮助自己适应复杂的、更多需求的生活。许多学生希望学校或学院提供技术环境，实现灵活的资源访问，进行多种形式的学习，并获得评价与反馈的机会；希望课堂外的交流、合作机会也成为学习过程中必不可少的环节。在现代信息与通信技术建立的新的在线学习模式，不仅创造了新的知识传播载体，还为学习者搭建了一个有效的学习情境，使个人可以跳出学校的约束，自由地选择自己需要的学习方式和内容环境，优质的学习系统还可对学习者的学习行为提供持续性的诱导、评价和支持，例如发出提示、建议，指出学习者的错误，帮助其形成科学的学习方法和习惯等。新的在线学习模式更加强调社交化的学习，学生可以通过博客、维基、3D虚拟世界和其他学习者交流协同，有效地寻求帮助。新的教育理念引导教师身份从“舞台上的智者”（sageonthestage)向“旁边的指导者”（guideontheside)转换。新的在线学习模式将以教师为中心的传授转向以学习者为中心的自由选择、主动获取。新的在线学习模式的结构如图1所示，这是一个以学习者为中心，依靠先进信息与通信技术提供学习材料与环境，执行教学方案，接受反馈并建立评估体系的过程。教育者根据实际需求和个人情况（如全日制学习、业余设计，以提高技能或增长知识为目的），选择与执行有效教学法（如小组项目、在线论坛、项目报告、同行讨论）与教学内容，增加行为评价和学习诱导的成份，提高教学效果，保证教学质量。

2在线学习模式的设计和开发

2.1技术支持

现有的在线学习模式使用虚拟学习环境（VirtualLearningEnvironment，VLE）平台,建立基于网络的课程和网站，教育者和学习者是平等的主体，在教学活动中相互协作，共同构建知识体系与学习体系，这种教学方式已经改变了传统在线教学模式。VLE平台通常包括以下功能。

（1）教学内容管理：建立、储存、访问和使用学习材料；

（2）教学大纲的定位和规划：课程计划，评估方案和个性化的体验学习法；

（3）学习者的参与和管理：访问学习者的信息和资源，跟踪学习进度和结果；

（4）交流与合作：电子邮件、通知、聊天工具、博客等。虚拟学习环境被学校、非盈利机构和政府等广泛采用以建立在线课程的环境。这些平台为学习者提供不同的学习模块，管理学习内容，记录学习者的历程纪录，更有针对性地进行教育训练。已颇有成效的在线学习案例有英国拉夫堡大学可再生能源系统技术远程学习计划，他们使用开源平台，通过通信网关，所有的材料（学习笔记、教程、视频讲座、以往考试试卷）和辅助系统（讨论论坛、反馈）被集成在平台中执行。通过附加功能更新材料和监控学生的参与和活动，提供完全的在线课程。

2.2学习材料与环境

（1）课程材料

课程材料的设计是在高等工程教育中发展在线学习的一个重要环节。在线学习通常采用和面授课程一致的在线学习材料，以确保学习成果和课程质量。新的在线模式利用信息和通信技术设立一些创新性的活动来提高教学效果，如查询式学习，模拟面对面的过程进行小组学习，同步提问与回答以及讨论与学术会议。设计课程材料主要包括学习目标确定、课程结构设计、学习进度规定。学习目标确定：学习目标应清楚地描述学生在成功完成课程之后的结果。同时将目标分成不同的层次，使学生循序渐进地完成学习过程。课程结构设计：在遵循课程目标的前提下，学习者应该非常清楚课程结构并且控制学习过程。通常一个学习模块应包括：一两个专业案例，以往学生完成的学习任务及作业的范例，参考文献的列表，以及供学生交流与协作的电子讨论区。在设计课程时，需要重视案例教学和现实问题的背景，选择基于实际工程项目的教学内容更有助于提高职业技能。学习进度规定：如果缺乏一个合理的学习进度参照时间表，学习者很容易懈怠或放弃。所以在每一个学习阶段都需要获得及时反馈：一方面要强调作业或报告的截止日期，另一方面鼓励学习者交流，学习者之间的沟通及其与教师间的交流是保证学习者跟上学习进度的重要因素。教师对学习过程的适当干预可以激发学生的积极性。所以在设计课程材料时从目标、结构和进度多方面综合考虑，才能充分调动学习者的积极性，提高其学习效率。

（2）在线实验室建设

在传统的工程教育教学中，实验是一个重要而且昂贵的环节，因为完成优质的教学过程需要购买专门的实验设备和聘请有经验的指导者，只有理论知识或看视频演示是不能提高实际动手能力的，这是制约在线学习发展的一个主要因素。信息和通信技术的进步，意味着可以开发基于计算机控制的在线远程实验室。在线远程实验室可以利用分布在不同地点的真实设备为学习者提供实验环境，而且将各高校的工科实验系统进行统一的协调管理，实现设备和数据的虚拟共享，既能节约资源又有利于教学质量的提高。在线远程实验环境的构建思想如下：学生通过互联网连接，通过网络操作远程实验室设备进行实验，并通过网络接受教师的指导，最后由实验系统或指导教师对实验给予评价。实时远程实验环境的软件部分主要由远程实验平台和远程实验管理系统组成。远程实验平台主要为学生显示和提供实验操作环境，学生可在平台中观察到远程实时实验的情况，例如通过在平台中编写代码或操作命令控制远程的数控机床进行实验。通过远程实时实验，学生可获得实验方面的知识和技能，提高操作能力。国外很多高校已经在开发和应用在线远程实验。TechnicalUniversityofCatalonia采用远程实验用于电力质量实验，该系统包括监测仪器和3个发电厂，监测仪器和发电厂由Web服务器控制，通过互联网与学生的互动，通过IP摄像头进行实时反馈；Karaetal.介绍了由7个不同国家组成的欧洲远程射频实验室（EuropeanRemoteRadioLaboratory，ERRL)，学习者可以在任何时间和地点通过自己的计算机执行基于网络的实验；AndrejaRojko与来自11个欧洲国家的13个合作伙伴建立了18门在线的远程控制实验室，包括课程、组织、远程控制和可视化，通过moodle、booking、labview等平台实现，然后利用校园网平台，采用模拟和现实相结合的教学方式，完成机电一体化的实验训练任务。这些实验模式为在线教学提供了良好的条件，为工程专业学生增加了实践机会，提高了动手能力。借鉴这些模式，可以开发适合我国教育环境和学生特点的在线实验与实践方式，从而更好地为学生提供锻炼的机会。

（3）在线辅导

在线学习的过程中，由于教师与学生不在同一时空活动，相互间的交流存在障碍，因而支持服务尤为重要。如通过电子邮件和网络讨论，让学生获得即时问题的及时反馈。一个典型的在线辅导过程包括以下步骤：学生阅读学习材料，然后上传相关问题的教程的回答；辅导教师整理所有的答案并评分，同时检查是否还有特殊的问题。在线辅导中技术支持人员保证所有书面问题都能通过聊天功能来处理。在辅导过程中教师会首先提出一个问题或场景，学生根据提供的相关信息合作分析、讨论，并提出方案来解决问题。通过在线会议的形式将探究式学习纳入学习和辅导过程，让学习者更多地参与、投入学习中，极大地提高其学习兴趣。

2.3评价和反馈

评价和反馈机制是一个系统和平台保持活力的重要因素，来自于学习者的大量评价可以为建立正确的学习模式提供宝贵的经验。对学习者及时地反馈信息能有效地表达需求与意见，是教育体系不断自我完善的基础。评估可以通过多种形式从不同的方面开展，如课程学习过程、在线实验、应用技术等。课程学习过程：通过统计在线学习者的出勤率和评估学生的表现，与传统课堂教学的学生比较成绩来分析在线学习的结果。在线实验：通过对比实验结果、实验数据设置和总结性的报告来分析在线实验的效果。应用技术：分析技术应用中的问题，比较不同的软件平台和用户的反馈。例如各种会议系统从功能上似乎大同小异，但在使用中却存在很多不同。有些系统要求用户在本地下载、安装程序，有些系统在记录文件或处理音频时有延迟，这些都会影响使用。同时要加强相关人员的培训，收集在应用中的问题，不断升级与完善功能。通过反馈和评价，可以提供最好的实践指导，加强使用者对教学模式的理解,为设计教学方法和制订教学活动积累经验，能进一步完善符合工程专业特点的在线学习质量管理系统，保证教学质量。

3结语在线学习的应用

为学习者提供了不受时间和地点限制的学习机会，使学习者不需要再奔波在去学校或图书馆的路上,节约了人力、时间和费用，可以实现资源整合和优质学习材料的再利用，而且能够自动集成统计信息到校园信息管理系统。但在工程专业领域实现优质的在线教学系统需要多方面的努力。

（1）教育部门和工程技术委员会合作制订和维护教育的标准，保证教学质量；

（2）制订科学的教学计划，以学生的需求为导向，以培养实际应用能力为目标，结合工业界的发展方向设计教学内容；

（3）应用新的通信与信息技术设计和开发优质的教学课程，加强相关人员的技能培训，开发在线教案，建立在线实验室环境，开通师生交流与意见反馈的通信平台；

（4）完善评估体系，建立学习行为评价和诱导平台，通过识别、收集和分析项目中的数据，采用定量和定性的措施判定教育学生的学习成果是否达到预定的目标，以进一步改善教学方法。新的在线学习模式将会在高等工程教育中进一步发展，使教育进一步向大众化发展，增加教育培训的拓展空间，提供专业教育、继续教育和终身学习的平台，培养企业、市场和社会需要的专业人才。

作者：周静 郭爱煌 单位：同济大学电子与信息工程学院