泛在网络下的高校虚拟项目团队协作学习平台*

2013-08-08朱李莉卢冰原黄传峰

中国远程教育 2013年17期

□ 朱李莉卢冰原黄传峰

随着国民经济与科学技术的发展，社会对高校毕业生综合素质的要求不断提升，如何加大对复合型创新人才的培养力度，已经成为我国高校亟待解决的现实问题。近年来，国内高校根据自身特点，在人才培养与教学模式等环节进行了积极的改革尝试，在校园信息化建设方面的投入也不断加大。但总体来说，在复合型创新人才培养方面，还存在着以下不足：首先，国内多数高校采用的仍然是基于学科专业“条块分割”的人才培养模式，学生缺乏跨学科、跨专业的知识融合与实践训练；其次，高校的实践教学环节相对薄弱，尤其是应用型专业，实验环境和技术方法与业界实际情况脱节现象严重；第三，很多高校近年来构建的软、硬件学习资源与各类教学辅助平台仍然难以满足学生“个性化”主动学习的需要[1]。

为了加强高校多学科（专业）交叉复合型创新人才的培养，本文引入虚拟项目理念，利用虚拟项目的多组织、动态合作、消除时空障碍等特性，对以培养“复合型、创新型”人才为目标的学习模式进行研究。在结合虚拟项目、虚拟企业与虚拟技术改进教学方面，学者们已经进行了一定的实践：马轶男引入了虚拟项目与虚拟工程的概念，同时将项目教学法贯穿到建筑类专业的人才培养过程中[2]；张志刚等采用虚拟软件工厂模式，将企业软件生产过程与程序设计项目教学模式相结合[3]；王基生等则对在教学中使用虚拟实践平台进行了探讨，进一步丰富了教学技术手段[4]。然而，目前教育界的尝试大都围绕个别专业或某门课程开展，很少涉及学科专业交叉，更没有上升到学校层面，支撑“虚拟项目”运作的信息平台建设也严重滞后，使得虚拟项目模式在复合型创新人才培养方面的优势难以充分发挥。

本文针对我国高校复合型创新人才培养中普遍存在的问题，在泛在网络技术快速发展的大环境下，遵循“学科交叉、多方参与”原则，引入具有良好合作关系的科研院所、相关企事业单位与相关社会团体等校外机构，面向在校师生、毕业校友与校外导师，给出了一种适用于泛在网络环境下以虚拟项目为驱动的开放式团队协作学习模式。本文同时还提出了一种基于泛在网络与知识管理相关技术、具有强大的终端控制与知识处理能力的信息平台，为虚拟项目团队协作学习提供技术支撑。

一、泛在网络下的高校虚拟项目团队协作学习模式

虚拟项目是项目的一种新的组织形式，是基于人才、技术、设备等资源的网络组织结构[5]。虚拟项目模式适用于高校内部不同学科专业之间、高校与校外相关合作单位之间的交流与协作，例如针对“物联网技术推广”等热点问题，高校的建筑工程学院可以与计算机学院、自动化学院以及校外物联网技术企业合作，设计“智能家居系统”、“智慧校园信息平台”等项目。除了面向理工科的科研项目外，虚拟项目同样可以涵盖人文、社科与经管等学科，还可以包括教研项目、学工项目等。虚拟项目需要一个团队来实施，虚拟项目团队是指一群跨越空间、时间和组织边界的人通过先进的通讯和信息技术，为了实现共同的目标而在有限的时间范围内协同工作的团队[5]。高校虚拟项目团队组织是一种动态联盟形式，包括一定数量的项目管理者和团队成员。高校在校学生依托虚拟项目，采用与行业当前发展情况接轨的技术与方法，以团队协作方式进行有目的学习，对增加复合型经验知识储备、培养创新应用能力是非常有益的。

近年来，随着物联网技术、无线宽带等通信技术的发展，以及智能终端与3G网络不断普及，泛在网络（ubiquitous network）环境日益成熟。泛在网络，也就是人置身于无所不在的网络之中，实现人在任何时间、地点，使用任何网络与任何人与物的信息交换[6]。在泛在网络技术支持下，虚拟项目团队协作更加便利。在上述基础上，本文给出了一种泛在网络环境下的高校虚拟项目团队协作学习模式，如图1所示。

高校虚拟项目团队协作学习模式，在推动复合型创新人才培养方面，具有以下优势：

首先，在虚拟项目设计上，突出了“多学科专业交叉”与“创新性”，学生通过参与此类项目，不仅可以增加其它相关专业的知识储备，而且可以提高应用能力与创新能力；其次，在虚拟项目合作单位方面，依托泛在网络技术，最大限度地拓展了合作单位选择范围，与高校有合作关系的国内外其它科研院所、企业、行业团体等都可以纳入进来，使得学生的学习空间彻底摆脱了高校内部固有资源的局限，可以在授权范围内充分利用合作单位的资源，开阔眼界；第三，在虚拟项目团队成员选择上，借助泛在网络技术，可以把项目团队成员从高校在校师生，扩展到包括外校师生、毕业校友、企业与社会团体中的工作人员等，通过协作学习，博采众长，可以接触到大量的新知识、新方法；第四，在虚拟项目团队成员协作学习方式上，基于泛在网络相关技术，团队成员可以随时随地利用智能终端参与协作交流与学习，还可以通过RFID、M 2M与传感网络等技术传输数据，并且对异地可编程硬件设备进行授权范围内的远程操控；最后，在信息平台建设方面，强化了知识库建设，使学习平台具备了较强的知识管理能力。

图1 高校虚拟项目团队协作学习模式

这种虚拟项目团队协作学习模式，对开拓学生视野，了解行业发展动态与需求，增加学生跨学科专业的知识储备，提高学生的创新能力与应用能力的推动作用是不言而喻的，也具备组织与管理上的可行性。该模式的运作，除了要进一步完善人才培养与协作机制外，还需要一个功能强大的综合信息平台作为技术支撑。

二、泛在网络下的高校虚拟项目团队协作学习综合信息平台

泛在网络是通信网、互联网、物联网的高度协同与融合。泛在网络技术使得个人和（或）设备在预订服务的情况下，具备不受时间、空间与方式限制的、以最少的技术限制接入到服务和通信的能力[7]。在体系结构上，泛在网络可以分为三层：感知延伸层、网络层和应用层，分别用来感知数据、传输数据，以及为行业需求提供具体的应用服务[8]。根据泛在网络的技术体系，本文给出了一种泛在网络下的高校虚拟项目团队协作学习综合信息平台模型框架，如图2所示，分为感知延伸层、网络层和应用层三个层次。

其中，感知延伸层由包括RFID标签与读写器、M 2M终端、传感器网络与传感器网关、MEMS传感器、GPS终端等设备组成，主要实现学习过程中终端设施的感知、识别与定位，远程实验设备信息的实时采集与获取。网络层将感知层获取的信息，通过现有的各类网络进行传递，实现信息的实时共享。应用层围绕虚拟项目团队协作学习的需求构建综合信息平台，根据系统功能结构，细分为虚拟项目管理平台、虚拟项目远程操作平台、虚拟项目实践社区和虚拟项目知识管理平台等等。信息平台通过统一数据接口，与高校内部以及合作单位的相关信息平台互联，通过在线或离线方式，进行交流协作和信息共享。本文分别对虚拟项目管理平台、虚拟项目远程操作平台、虚拟项目实践社区和虚拟项目知识管理平台进行介绍。

图2 虚拟项目团队协作学习综合信息平台框架

（一）虚拟项目管理平台

虚拟项目管理平台，主要面向高校虚拟项目管理机构、项目管理者两种角色提供相应的管理功能。本文给出了高校虚拟项目管理平台模型框架，分为数据层与应用层，如图3所示。

在应用层，面向高校虚拟项目管理机构，除了提供虚拟项目指南发布、虚拟项目立项审核、中期检查与结项审核外，还提供了项目合作单位与项目团队信息管理功能。与普通的科研管理平台相比，本文给出的项目管理平台中，新增了虚拟项目评估分析功能，即对已经结项、撤项、延期的项目，结合项目团队反馈，对项目成功与失败的原因、对合作单位在项目实施中的表现进行分析与总结，形成知识，保存在知识库中，作为未来项目指南规划和项目立项审批的参考依据。面向项目管理者，应用层提供了虚拟项目成员管理、虚拟项目设备管理、虚拟项目经费管理和虚拟项目过程管理等功能。其中项目成员管理包括对项目成员进行分工、对成员工作进行考评、对成员流动与变更进行管理。虚拟项目过程管理则对项目实施中的各阶段进度等进行管理。

图3 虚拟项目管理平台框架

数据层，包括数据库管理系统、文件管理系统、知识库管理系统。其中项目管理综合数据库是项目管理平台各功能模块对应的后台数据库的集合；文件系统负责管理包括项目申报书在内的项目生命周期内的有关文件；项目评估分析知识库中存放项目分析评估模块统计出来的知识，这些知识可以以项目管理者、项目合作单位、项目选题等为主题进行知识的组织。

（二）虚拟项目远程实验平台

在虚拟项目实施过程中，涉及大量的实验环节。很多相关的实验硬件设备与专业软件价格昂贵，或体积庞大，一般安装在高校或相关合作单位的专业实验室、实训中心与研发部门，受时间与地理位置限制，团队成员进行实地实验操作的机会非常有限。利用泛在网络与远程控制技术开展远程实验，操作者可以实时控制异地实验场所中的真实仪器，实验现象或实验结果可以实时、动态地反馈给操作者[9]。

高校虚拟项目中的远程实验，按照实验设备的不同，主要可以分为两类：操作者远程调用异地服务器中的专业软件，或者操作者远程调用异地的实验硬件设备。基于Internet的远程实验室的研究目前已经取得了一定的进展，而包括RFID、M 2M、传感网络、智能终端等在内的泛在网络技术的发展，使远程实验进一步普及。本文给出了虚拟项目远程实验平台框架（见图4），分为网络层、数据层和应用层。

从网络层角度看，在远程控制实验室网络架构中，除了各类通讯网络外，主要包括以下组成部分：网络控制服务器、网络被控制对象、管理服务器、用户控制终端[10][11]。网络控制服务器是通过网络为网络被控对象提供通用控制算法的计算机设备，可以控制任何具有标准接口的网络被控对象。网络被控对象是指包括执行机构、传感器等元器件，能通过网络接收控制信号，完成一定的功能，并能对执行结果进行检测的设备，比如计算机或具有网络接口的嵌入式设备。在远程控制实验室中，通常通过视频监控设备观察网络被控制对象的实时运行情况。用户控制终端是用户对于网络控制服务器和网络被控制对象进行操作的网络设备，PC、iphone、ipad等都可以作为用户控制终端。管理服务器则负责远程实验的管理与记录工作。

从应用层角度看，远程实验平台拥有用户信息管理、用户授权管理、实验设备远程操作、设备信息管理、设备分配管理、远程实验数据管理、实验过程监控等功能模块。在远程实验室所在单位工作的虚拟项目管理者，给项目团队中的有关成员开通授权账号，团队成员可以登陆实验管理平台，查询所需设备的状态信息，通过远程实验在线帮助了解操作步骤，在设备空闲的条件下进行远程实验操作，并通过包括摄像头在内的实验监控功能观察实验的进行。实验结束后，远程实验平台将实验结果反馈给团队成员，并将整个实验过程记录在数据库中，实验有关报告以及监控视频文件存储在文件系统中。

数据层存放远程实验过程中产生的实验数据和实验报告，远程实验视频监控产生的图像和视频信息专门存放在多媒体数据库中。

图4 虚拟项目远程实验平台框架

（三）虚拟项目实践社区

为了保障虚拟项目的实施，给项目团队创造一个协作交流、信息共享的便捷渠道，本文引入网络实践社区模式。实践社区指为了一个共同目的而实际形成某种工作联系，从而需要共享知识、经验的人群[12]。在虚拟项目实施中，项目管理者与团队成员主要通过网络实践社区进行协作学习。此外，从知识管理的角度来看，实践社区也是知识收集与知识共享的重要场所。本文给出的虚拟项目实践社区，包括项目成员个人网站、项目论坛和即时通讯工具。

项目成员个人网站，尤其是项目指导者网站，本身也是给项目成员提供学习资源与指导的一种载体。项目论坛为每一个被批准的虚拟项目开辟独立的版面，每个版面提供用户管理、版面信息管理、公告发布、搜索引擎、资源共享区等功能。公告版发布一些关于项目进展、项目例会的公告通知；文件共享区是项目管理者和团队成员上传的相关技术文档与多媒体资讯；搜索引擎则对社区中的文档资讯提供包括模糊查询在内的多种查询方式。论坛版面管理员由项目管理者担任，项目论坛是项目团队进行离线交流的主要渠道，当项目结题后，相关版面被删除，以释放网络空间。此外，虚拟项目实践社区还可以利用QQ群与MSN等进行多媒体实时交流与协作。

（四）虚拟项目知识管理平台

在虚拟项目的实施过程中，项目管理者与团队成员会把自己拥有的经验以及对新知识的需求，发布在虚拟项目实践社区中的项目对应版面，并以数据的方式保存在版面对应的后台数据库。通常对信息的检索，主要还是基于“字符串匹配”方式，既不支持“近义词”语义模式，也不支持对图像、视频等多媒体信息的基于内容的检索；而且对信息的检索以版面为单位，不支持在整个网站范围内的全局检索，这些因素给项目组成员在实践社区中搜寻知识造成了很大的困难。更重要的是，当某个虚拟项目结题以后，该版面被删除，对应的网络存储空间被释放，原来版面中积累的知识就会丢失。因此有必要建立独立的虚拟项目知识管理平台，将散布在实践社区中的离散无序的知识，以及项目成员拥有的隐性知识，经过整理、评估，以规范的格式永久保存在知识库中，并建立相关知识点之间的关联，为项目组成员提供便捷的知识服务。为此本文给出了一种虚拟项目知识管理平台框架，如图5所示。

图5 个性化学习知识管理平台框架

该平台的核心是知识库管理系统与知识库，并拥有具备web挖掘与文本挖掘能力的知识发现工具。通过用户界面提供知识追加、知识评估、知识导航、知识检索、知识派送等功能。项目管理者可以利用知识追加功能，将个人经验知识、收集整理的版面知识，以及通过知识发现工具从实践社区等途径获取的知识，根据知识的内容，提取关键字，编码并存储到知识库中；项目组成员同样可以追加知识，但要经过项目管理者评估审核，才能进入知识库。团队成员可以通过知识导航、知识检索等工具，在整个知识库范围内获取知识。知识检索能够支持多项搜索技术，包括自然语言检索、布尔检索、自动词根扩展、辞典综合、对象类型和索引领域检索、概念检索、模糊检索等。知识管理平台也可以根据团队成员的知识需求，主动向成员派送相关知识。

知识管理平台除了面向项目团队成员个体单独提供知识服务外，还可以充分利用实践社区等渠道广泛共享知识，实现知识管理的良性循环。

本文给出的泛在网络环境下的高校虚拟项目团队协作学习模式的相关机制并不复杂，也符合目前校所合作、校企合作进行科技孵化的趋势，在组织与管理上具备可操作性。虚拟项目团队协作学习信息平台建设的技术难点涉及泛在网络、远程实验和知识库技术。在泛在网络技术方面，智能终端和无线通讯技术早已普及，RFID技术、传感网络等技术也已经走入校园，在高校设备管理、校园安全管理等方面进行了成功的应用[13]；此外，远程实验室建设与知识库建设等技术也已经相对成熟[14][15][16]。因此，本文提出的泛在网络环境下的高校虚拟项目团队协作学习综合信息平台在技术实施方面也具备可行性。

三、高校虚拟项目团队协作学习平台建设中的关键事项

第一，在高校虚拟项目团队协作学习模式的管理与协调机制建设方面，应在优化人才培养方案、改革教学质量评价体系的基础上，完善校内不同学科专业间的交叉协作机制，建立健全高校与校外合作单位之间的交流协作与资源共享机制，并明确合作单位授权共享的软、硬件资源的范围与访问方式。

第二，在虚拟项目设计方面，要根据社会经济发展需求，追踪相关领域的技术前沿和发展动态，以培养跨学科专业的复合型创新人才，提高学生实践能力为目标，结合学校发展需要和学校的学科专业特色，统筹考虑非应用型专业的发展需要。学校可以组织校内外专家进行系统论证，给出虚拟项目指南；相关院系专业可以根据项目指南，与合作单位协商确定具体的项目方案。

第三，在虚拟项目团队中学生成员的吸纳与管理方面，指导教师首先在相关专业的班级进行宣传，吸收已经具备一定专业基础知识的研究生或高年级本科生作为成员骨干。此外，为了降低团队骨干成员因毕业等原因退出而对项目进程产生的不利影响，项目团队可通过适当考核吸纳部分低年级学生，这部分学生早期在团队骨干的指导下，从事基础性工作，随着个人技能的积累在团队中逐渐发挥更大的作用，当骨干成员因故退出时，这一批学生已经有能力取代相关空缺位置，使团队实现可持续的良性传承。在指导教师的协调下，团队参照企业项目管理模式进行合理的分工，每位学生明确彼此的职责与协作关系。

第四，在虚拟项目团体协作学习信息平台建设方面，首先，为了实现与合作单位的信息交流与资源共享，需要针对合作单位的异构数据源和软硬件平台，设计统一的数据接口进行存取，并最大限度地降低合作单位新增的信息化建设开支。其次，要强化泛在网络技术的应用。一方面，加强校园的无线网络建设，实现教学区、图书馆、宿舍区WI-FI的全覆盖，降低学生在网络方面的经济开销；另一方面，扩展RFID技术、M 2M等技术在远程实验室建设中的应用，完善远程实验环境。最后，要高度重视网络安全问题，通过权限设置与防火墙建设，降低包括未经授权的远程实验、信息泄漏、信息篡改等在内的安全隐患。

四、总结

本文针对我国高校在复合型创新人才培养方面存在的不足，在泛在网络技术迅猛发展的大环境下，给出了一种由高校内部不同院系，或者高校与校外合作单位共同参与的虚拟项目团队协作学习模式。该模式可以充分利用校外研究所、企业、实习基地等机构的资源与行业经验优势，极大地扩展高校学生的知识环境与资源空间，在协作机制与信息平台的支持下，这种协作模式也呈现出高度的便捷性与灵活性。本文同时给出了一种与该学习模式相适应的、适用于泛在网络环境的综合信息平台模型，该平台在扩充实践社区功能的基础上，明显提升了远程实验和知识管理等方面的功能。在管理与技术层面，本文提出的虚拟项目团队协作学习平台都具备实施可行性。

通过虚拟项目团队协作学习模式，尤其是以跨学科专业的创新型虚拟项目为驱动，不仅可以使学生开阔视野，掌握其它相关领域的知识，而且通过带着问题学习，提高了学生利用专业知识分析和解决实际问题的能力，以及团队合作水平。该学习模式对培养复合型创新人才，提高毕业生的社会竞争力，具有重要的现实意义。在后续研究中，我们还将对学习模式做进一步的完善。

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