信息技术在工科远程教育中的应用研究

□ 陈 东

信息技术在工科远程教育中的应用研究

□ 陈 东

本文在文献分析和对我国网络教育精品课程案例调研的基础上，对工科远程教育中的可用技术进行了综合分析，从网络技术和移动通信技术两个主要方面介绍了它们的相关应用，包括一些典型的项目、实验及其研究成果，对进一步推动和提升信息技术在我国工科远程教育的应用研究具有参照意义。

工科；远程教育；虚拟学习环境；移动学习

一、工科远程教育现状与需求

工程技术人才对经济的发展一直起着巨大的推动作用。根据人事部门统计预测，我国今后几年内亟需人才主要有8大类，其中理工类占了6类，约占总需求的75%，且工科人才整体质量不高，能达到跨国公司用人标准的仅10%。大量高质量工程人才完全仅靠全日制教育来培养无法满足社会需求。目前国外已经有一些高校网络教育学院开展在线工科课程，如美国的国家科技大学，专门提供硕士层次的工程师继续教育。

目前，国内绝大多数试点高校网络教育学院仍以文科专业为主，从2009年参加全国网络教育精品课程评审的课程情况来看，工科课程仅占25%左右。工科课程开设数量少是由多方面的原因造成的，其中最为关键的因素是工科课程实验和实践环节在远程教育中难以实现[1]。远程教育中工科实验课程主要依赖传统的实验室面授教学，如英国开放大学早期主要是依靠分布在各地的教学中心或合作机构，采用定期集中或预约的办法实施课程实验教学，我国试点高校则通过本校或学习中心所拥有的实验设备来实施实验教学。

依靠传统学习中心模式来构建工科实验教学具有较大局限性，首先是时空限制，远程教育学生的分散性特点使得学生参与集中式课程实验存在困难；其次是成本因素，实验设备价格都比较高，难以在各个学习中心配备所有实验设备，无法满足所有远程教育学生的需求。

随着现代信息技术在远程教育中的应用，工科课程的实验与实践环节逐渐通过远程在线方式实现，既节省了实践环节的教学成本，又提高了工科远程教育的质量，特别是虚拟技术的应用，为工科远程教育的推广提供了广阔的前景。

二、网络技术在工科远程教育的应用

我国国家网络教育精品课程代表了国内网络教育（包括工科远程教育）的最高水平和最新网络技术的应用。本文在文献研究和对我国网络教育精品课程的案例调研的基础上[2]，从五个方面对网上教学平台中工科实践教学的应用进行综述：

（一）基于实践案例的在线讨论

案例分析与讨论有利于提高学生的问题分析与解决能力和协作能力，在一定程度上也有利于提高学习者积极性。截止2010年，在已经评出的219门网络教育精品课程中，有24门网络教育精品课程的案例提供视频讲解，有17门网络课程开展了案例的在线讨论。

其中，中国医科大学制药工程专业的《药理学》课程的在线讨论比较成功。该案例分析支持基于问题的（PBL-Problem Based Learning）小组主题讨论，其主题是具体的病例，学生可分组对各病例的病史、检查项、辅助检查项、医嘱、不良反应和处理6个步骤进行详细讨论，教师可对小组讨论进行引导，学生参与度很高。其主题讨论的功能主要包括：分组功能，可对同一主题分为若干小组，提供组成成员名单和操作权限；类似常见BBS的组内发帖、回帖和浏览功能。四川农业大学《植物学》课程中以汶川地震灾区植物的损坏情况调研和修复保护为主题，要求当地学生展开实地调研并进行讨论，学生积极参与，搜集了大量一手资料并提出了针对性的保护策略。

从上述案例来看，基于实践案例的在线讨论有三个关键要素：一是选题，要与实践紧密结合；二是讨论的分组组织与引导，尤其是教师的引导至关重要；其三是方便的论坛管理功能，支持教师进行讨论分组、权限设置和帖子管理等。

（二）实景教学或仿真教学

实景教学通常是在网上教学平台不支持虚拟实验，或面授实践教学、实验教学资源不足的情况下采用的方法。在219门网络教育精品课程中有14门课程提供了实景教学录像。实景教学或仿真教学有利于让学生在远程环境下获得身临其境的学习体验。

如北京交通大学的《铁路行车组织》课程提供有“客运站作业”、“货运站作业”等实景全程录像。四川农业大学的《植物学》提供有全程的室外植物教学录像，同时该课程还提供了大量的植物仿真动画，如植物细胞结构动画等。

（三）实验操作录像

实验操作录像也是在网上教学平台无法支持虚拟实验的情况下采用的方法。在219门网络教育精品课程中有近30门课程提供了实验操作录像。实验操作录像有助于学生的模仿操作和实践动手能力的提升。

对于实验操作录像，北京理工大学的《多媒体技术》课程提供有计算机组装的演示录像，西南交大的《画法几何与工程制图》提供了实物制图的全程录像，中国石油大学的《有机化学》提供了实验操作讲解录像。

（四）模拟实验

虚拟实验也称为模拟实验，是通过模拟实物的方式进行的实验。在219门网络教育精品课程中有18门课程提供了虚拟实验系统。虚拟实验可通过学生的参与直接促进学生理论知识应用和提高学生操作能力。模拟实验还可以降低实验成本和实验风险，如虚拟飞机驾驶系统实验在教学中的应用。

北京邮电大学的《计算机通信网》提供了非常完善的在线计算机组网模拟实验，学生可随意拖动各种计算机硬件设备，组配网络。试验中，各设备均提供有详细的名称、型号和器材属性说明。学生完成组网后，教师可对学生组网作业进行评分、指出存在的问题并提出改进建议。在西南大学的《园林植物造景设计》课程中提供了专门软件3D landscape进行模拟实验并支持提交实验作业。此外，浙江大学于2000年开始研制的，基于网络实验室的电气工程综合实验室NetLab,经过近8年的努力，现已顺利投入运行，用于浙江大学开展工科远程教育。

（五）虚拟现实

虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟技术，让使用者如同身临其境一般，可以全方位，无限制地观察三度空间内的事物。

虚拟现实有极强的趣味性，有利于提高学习者学习动机和学习质量。虚拟实验还可打破空间、时间的限制，大到宇宙天体、小至原子粒子，学生都可以进入这些物体的内部进行观察；一些需要几十年甚至上百年才能观察的变化过程，通过虚拟现实技术，可以在很短的时间内呈现给学生。例如，现实中的孟德尔遗传定律，果蝇实验往往要几个月的时间完成，而虚拟技术在一堂课内就可以实现。

目前虚拟现实在国内工科远程教育中的应用较少，在语言教学中有一个很好的案例，就是国内2009年推出的《乌龙学院》，它是一款以英语学习为目标的3D网络游戏。该游戏以乌龙星的乌龙学院为场景，参与者可自定角色，通过任务和打怪升级。无论是在完成任务，还是打怪升级，或者玩英语单词游戏的过程中，都要做大量的英语练习，其中包括听力和口语练习，从而不自觉地提高了自己的英语水平。

三、移动通信技术对于工科远程教育的促进

强大的移动通信功能、智能化的移动设备和庞大的移动设备用户群为教育带来了新的机遇和挑战，移动学习是未来的必然选择。移动学习在技术上被看做是通过IA（Information Appliance）设备实现的数字化学习，这些IA设备包括Palms、Windows CE设备和数字蜂窝电话等。移动学习在教育上被看做是使用任何设备，在任何时间任何地点进行的学习。

对移动学习而言，关键因素在于技术与教学法结合所创设的学习环境[3]，本文主要借鉴Frohberg有关移动学习环境的分类进行综述。

（一）自由环境

自由环境通常指的是学习者通过移动设备访问传统网上教学平台的内容。只需要网上教学平台能够向学习者提供学习内容即可，学习者能够在任何时间、任何地点访问所需内容。

目前这类移动学习项目中比较常见的是短信服务（SMS），即通过短信定期向学习者发送知识点，如英语课程中向学习者发送词汇短信，事实证明“推”技术的使用对于学习是有效的，这类技术能够促进工科的理论知识学习。

（二）真实情境

真实情境中移动技术的角色是采用数字化技术丰富物理环境，它支持以创新的方式与物理环境进行交互和对物理环境进行操作。

代表性的项目有参观英国泰特现代艺术博物馆旅游实验[4]。在该试验中，参观者使用iPAQ3850便携PC来观看视频和静态图片、听专家讲解，通过回答问题反思自己的体验，或混合声音片段来创建他们自己有关某作品的声音讲解。通过无线网络可以实现地域感知，能够根据学习者的位置自动进行信息解读，类似于国内旅游景点的解说器。

在工科课程中，如《构造地质学》课程中，可以设计成当学习者达到某一地理位置时，收到与该地点相关的地质信息，方便学习者基于此信息进一步学习。

（三）日常生活环境

远程教育中的移动学习技术可以为日常学习提供很好的支持，促进个体学习转向协作学习，加强学生之间、学生与教师之间、学生与远程教育机构之间的联系，从而消除孤独感。具体表现在两个方面：

1.资源共享与协作学习

代表性的项目有KLIV护士培训项目[5]，该项目允许护士见习生录制自己日常学习内容的短片，并将其上传到网上教学平台与其他人共享。此外，动态校园开发者（ActiveCampus Explorer）项目支持地域感知移动设备的应用，包括感知短信息和地图。此外，手持设备还能够提供周围伙伴、数字环境等的动态链接。这些技术可以运用到工程远程教育中，鼓励学习者将其实践、实验活动进行录制并与其他学习者共享。

2.日常学习管理

移动技术对日常生活学习的支持包括对学习者日常学习的跟踪、提醒和帮助等，符合了工科远程教学对学习过程控制的更高要求。

代表性研究有英国伍尔弗汉普顿大学的混合学习技术项目，该项目通过向本科计算机专业的学生发送课程时间表、评分和测试系统的反馈以及考试复习提示等短信息，对学生学习进行提醒和帮助，研究结果表明，接受短信服务的学生成绩更理想[6]。

“移动学习管理者”是由伯明翰大学开发的一套基于Pocket PC的综合软件工具，以研究哪些工具对学生学习最有用而著称。研究发现学生认为交流工具和时间表工具对他们的学习最有帮助[7]。

四、总结

以上远程教育实验与项目，尤其是工科课程项目的研究与实践表明，技术不仅对于实践教学有很好的支持，也对学生学习管理有很好的支持作用。技术应用的关键是要与适当的教学法相结合，创设合适的学习环境。

虚拟实验和虚拟现实技术对于工科远程教育有很好的促进作用，通过大型虚拟实验室的共享，可以进一步减少重复开发，降低成本，扩大用户群，提高效益。从远程教育的长远发展来看，应该集全国各试点高校优势，将国家远程虚拟实验中心的建设作为一项政府工程来实施。

[1]姚俊，程华，应卫勇.工科远程教育课程实验研究[J].化工高等教育，2008，（06）：52-55.

[2]邹应贵，袁松鹤，蔡永.网络教育精品课程的整体结构设计与核心要素研究[J].中国电化教育，2009，（7）.

[3]Frohberg,D.Mobile Learning is Coming of Age:What we have and what we still miss.Proceedings of DeLFI 2006,PP.327-338.

[4]Proctor,N and Burton,J(2003).Tate Modern multimedia tour pilots 2002-2003.Proceedings of MLEARN 2003:Learning with Mobile Devices.London,UK:LSDA,127-130.

[5]Eva Brandt and Per-Anders Hillgren.Self-produced video to augment peer-to-peer learning.In Jill Attewell und Carol Savill-Smith,Hrsg.,LearningwithMobileDevices.Researchand Development.London,2004.

[6]Riordan,B and Traxler,J(2003).Supporting computing students at riskusingblendedtechnologies.Proceedingsof4thAnnual Conference.Galway,Ireland:LTSN Centre for Information and Computer Science,174-175.

[7]Holme,O and Sharples,M(2002).Implementing a student learning organizer on the pocket PC platform.Proceedings of MLEARN 2002: EuropeanWorkshoponMobileandContextualLearning. Birmingham,UK,41-44.

责任编辑 柯南

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1009—458x（2011）04—0088—03

2011－03－15

陈东，硕士研究生，副研究员，四川农业大学远程与继续教育学院（625014）。