探求工程教育與在線學習模式
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1在線學習模式
從21世紀早期開始，學習的社會環(huán)境已經(jīng)悄無聲息地發(fā)生了變化。學習者越來越多地依賴于技術(shù)來幫助自己適應復雜的、更多需求的生活。許多學生希望學校或?qū)W院提供技術(shù)環(huán)境，實現(xiàn)靈活的資源訪問，進行多種形式的學習，并獲得評價與反饋的機會；希望課堂外的交流、合作機會也成為學習過程中必不可少的環(huán)節(jié)。在現(xiàn)代信息與通信技術(shù)建立的新的在線學習模式，不僅創(chuàng)造了新的知識傳播載體，還為學習者搭建了一個有效的學習情境，使個人可以跳出學校的約束，自由地選擇自己需要的學習方式和內(nèi)容環(huán)境，優(yōu)質(zhì)的學習系統(tǒng)還可對學習者的學習行為提供持續(xù)性的誘導、評價和支持，例如發(fā)出提示、建議，指出學習者的錯誤，幫助其形成科學的學習方法和習慣等。新的在線學習模式更加強調(diào)社交化的學習，學生可以通過博客、維基、3D虛擬世界和其他學習者交流協(xié)同，有效地尋求幫助。新的教育理念引導教師身份從“舞臺上的智者”（sageonthestage)向“旁邊的指導者”（guideontheside)轉(zhuǎn)換。新的在線學習模式將以教師為中心的傳授轉(zhuǎn)向以學習者為中心的自由選擇、主動獲取。新的在線學習模式的結(jié)構(gòu)如圖1所示，這是一個以學習者為中心，依靠先進信息與通信技術(shù)提供學習材料與環(huán)境，執(zhí)行教學方案，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（如全日制學習、業(yè)余設(shè)計，以提高技能或增長知識為目的），選擇與執(zhí)行有效教學法（如小組項目、在線論壇、項目報告、同行討論）與教學內(nèi)容，增加行為評價和學習誘導的成份，提高教學效果，保證教學質(zhì)量。
2在線學習模式的設(shè)計和開發(fā)
2.1技術(shù)支持
現(xiàn)有的在線學習模式使用虛擬學習環(huán)境（VirtualLearningEnvironment，VLE）平臺,建立基于網(wǎng)絡的課程和網(wǎng)站，教育者和學習者是平等的主體，在教學活動中相互協(xié)作，共同構(gòu)建知識體系與學習體系，這種教學方式已經(jīng)改變了傳統(tǒng)在線教學模式。VLE平臺通常包括以下功能。
（1）教學內(nèi)容管理：建立、儲存、訪問和使用學習材料；
（2）教學大綱的定位和規(guī)劃：課程計劃，評估方案和個性化的體驗學習法；
（3）學習者的參與和管理：訪問學習者的信息和資源，跟蹤學習進度和結(jié)果；
（4）交流與合作：電子郵件、通知、聊天工具、博客等。虛擬學習環(huán)境被學校、非盈利機構(gòu)和政府等廣泛采用以建立在線課程的環(huán)境。這些平臺為學習者提供不同的學習模塊，管理學習內(nèi)容，記錄學習者的歷程紀錄，更有針對性地進行教育訓練。已頗有成效的在線學習案例有英國拉夫堡大學可再生能源系統(tǒng)技術(shù)遠程學習計劃，他們使用開源平臺，通過通信網(wǎng)關(guān)，所有的材料（學習筆記、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)控學生的參與和活動，提供完全的在線課程。
2.2學習材料與環(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)展在線學習的一個重要環(huán)節(jié)。在線學習通常采用和面授課程一致的在線學習材料，以確保學習成果和課程質(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效果，如查詢式學習，模擬面對面的過程進行小組學習，同步提問與回答以及討論與學術(shù)會議。設(shè)計課程材料主要包括學習目標確定、課程結(jié)構(gòu)設(shè)計、學習進度規(guī)定。學習目標確定：學習目標應清楚地描述學生在成功完成課程之后的結(jié)果。同時將目標分成不同的層次，使學生循序漸進地完成學習過程。課程結(jié)構(gòu)設(shè)計：在遵循課程目標的前提下，學習者應該非常清楚課程結(jié)構(gòu)并且控制學習過程。通常一個學習模塊應包括：一兩個專業(yè)案例，以往學生完成的學習任務及作業(yè)的范例，參考文獻的列表，以及供學生交流與協(xié)作的電子討論區(qū)。在設(shè)計課程時，需要重視案例教學和現(xiàn)實問題的背景，選擇基于實際工程項目的教學內(nèi)容更有助于提高職業(yè)技能。學習進度規(guī)定：如果缺乏一個合理的學習進度參照時間表，學習者很容易懈怠或放棄。所以在每一個學習階段都需要獲得及時反饋：一方面要強調(diào)作業(yè)或報告的截止日期，另一方面鼓勵學習者交流，學習者之間的溝通及其與教師間的交流是保證學習者跟上學習進度的重要因素。教師對學習過程的適當干預可以激發(fā)學生的積極性。所以在設(shè)計課程材料時從目標、結(jié)構(gòu)和進度多方面綜合考慮，才能充分調(diào)動學習者的積極性，提高其學習效率。
（2）在線實驗室建設(shè)
在傳統(tǒng)的工程教育教學中，實驗是一個重要而且昂貴的環(huán)節(jié)，因為完成優(yōu)質(zhì)的教學過程需要購買專門的實驗設(shè)備和聘請有經(jīng)驗的指導者，只有理論知識或看視頻演示是不能提高實際動手能力的，這是制約在線學習發(fā)展的一個主要因素。信息和通信技術(shù)的進步，意味著可以開發(fā)基于計算機控制的在線遠程實驗室。在線遠程實驗室可以利用分布在不同地點的真實設(shè)備為學習者提供實驗環(huán)境，而且將各高校的工科實驗系統(tǒng)進行統(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質(zhì)量的提高。在線遠程實驗環(huán)境的構(gòu)建思想如下：學生通過互聯(lián)網(wǎng)連接，通過網(wǎng)絡操作遠程實驗室設(shè)備進行實驗，并通過網(wǎng)絡接受教師的指導，最后由實驗系統(tǒng)或指導教師對實驗給予評價。實時遠程實驗環(huán)境的軟件部分主要由遠程實驗平臺和遠程實驗管理系統(tǒng)組成。遠程實驗平臺主要為學生顯示和提供實驗操作環(huán)境，學生可在平臺中觀察到遠程實時實驗的情況，例如通過在平臺中編寫代碼或操作命令控制遠程的數(shù)控機床進行實驗。通過遠程實時實驗，學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)和應用在線遠程實驗。TechnicalUniversityofCatalonia采用遠程實驗用于電力質(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服務器控制，通過互聯(lián)網(wǎng)與學生的互動，通過IP攝像頭進行實時反饋；Karaetal.介紹了由7個不同國家組成的歐洲遠程射頻實驗室（EuropeanRemoteRadioLaboratory，ERRL)，學習者可以在任何時間和地點通過自己的計算機執(zhí)行基于網(wǎng)絡的實驗；AndrejaRojko與來自11個歐洲國家的13個合作伙伴建立了18門在線的遠程控制實驗室，包括課程、組織、遠程控制和可視化，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)合的教學方式，完成機電一體化的實驗訓練任務。這些實驗模式為在線教學提供了良好的條件，為工程專業(yè)學生增加了實踐機會，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)境和學生特點的在線實驗與實踐方式，從而更好地為學生提供鍛煉的機會。
（3）在線輔導
在線學習的過程中，由于教師與學生不在同一時空活動，相互間的交流存在障礙，因而支持服務尤為重要。如通過電子郵件和網(wǎng)絡討論，讓學生獲得即時問題的及時反饋。一個典型的在線輔導過程包括以下步驟：學生閱讀學習材料，然后上傳相關(guān)問題的教程的回答；輔導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。在輔導過程中教師會首先提出一個問題或場景，學生根據(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習納入學習和輔導過程，讓學習者更多地參與、投入學習中，極大地提高其學習興趣。
2.3評價和反饋
評價和反饋機制是一個系統(tǒng)和平臺保持活力的重要因素，來自于學習者的大量評價可以為建立正確的學習模式提供寶貴的經(jīng)驗。對學習者及時地反饋信息能有效地表達需求與意見，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，如課程學習過程、在線實驗、應用技術(shù)等。課程學習過程：通過統(tǒng)計在線學習者的出勤率和評估學生的表現(xiàn)，與傳統(tǒng)課堂教學的學生比較成績來分析在線學習的結(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。應用技術(shù)：分析技術(shù)應用中的問題，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。同時要加強相關(guān)人員的培訓，收集在應用中的問題，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，加強使用者對教學模式的理解,為設(shè)計教學方法和制訂教學活動積累經(jīng)驗，能進一步完善符合工程專業(yè)特點的在線學習質(zhì)量管理系統(tǒng)，保證教學質(zhì)量。
3結(jié)語在線學習的應用
為學習者提供了不受時間和地點限制的學習機會，使學習者不需要再奔波在去學?；驁D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)學習材料的再利用，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教育的標準，保證教學質(zhì)量；
（2）制訂科學的教學計劃，以學生的需求為導向，以培養(yǎng)實際應用能力為目標，結(jié)合工業(yè)界的發(fā)展方向設(shè)計教學內(nèi)容；
（3）應用新的通信與信息技術(shù)設(shè)計和開發(fā)優(yōu)質(zhì)的教學課程，加強相關(guān)人員的技能培訓，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，建立學習行為評價和誘導平臺，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生的學習成果是否達到預定的目標，以進一步改善教學方法。新的在線學習模式將會在高等工程教育中進一步發(fā)展，使教育進一步向大眾化發(fā)展，增加教育培訓的拓展空間，提供專業(yè)教育、繼續(xù)教育和終身學習的平臺，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：同濟大學電子與信息工程學院
