道路规划与几何设计课程设计是道路工程领域的专业特色课，本课程主要研究道路平面、纵断面及横断面设计方法。通过本课程的教学与实践，使学生具有公路与城市道路规划与几何设计的原理与实用方法。从而，具备独立进行道路路线勘测设计的能力，为就业后的设计工作及科学研究打下基础。设定道路规划与几何设计课程设计的教学目标和内容是制定教学计划的先决问题。在设置有道路规划与几何设计课程的不同专业中，对具体的道路几何设计方法要求掌握的侧重点不同。有的侧重理论分析能力，突出对道路几何设计基础汽车行驶理论的掌握；有的侧重培养对规范的熟悉程度、软件使用能力和制图能力，突出对设计的熟练性掌握。因此在道路规划与几何设计课程设计的教学模式时，应该针对交通土建工程的不同专业分工，有针对性地进行设计。但目前道路规划与几何设计课程设计在各相关专业的教学中却是比较相似，在教学内容、案例分析、课程实践和考核方式等方面比较接近，都没有系统考虑到不同专业分工的差异。“卓越工程师教育培养计划”（简称“卓越计划”）是贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010―2020年）》和《国家中长期人才发展规划纲要（2010―2020年）》的重大改革项目，是促进我国由工程教育大国迈向工程教育强国的重大举措，旨在培养造就一大批创新能力强、适应经济社会发展需要的高质量各类型工程技术人才，为国家走新型工业化发展道路、建设创新型国家和人才强国战略服务。
因此，“卓越计划”，提升教学质量，使道路规划与几何设计课程设计真正为交通土建专业的特色课程，兼顾交通工程和道路工程专业的培养目标与要求，探索不同的教学模式。
一、课程内容体系
1.“卓越计划”的特点。根据教育部相关文件，“卓越计划”的特色点为：一是行业企业深度参与培养过程；二是学校按通用标准和行业标准培养工程人才；三是强化培养学生的工程能力和创新能力。
而从交通工程专业的特性来看，“道路规划与几何设计”本身是主干课程，而道路规划与几何设计课程设计是要求学生对道路规划与几何设计教学内容的综合运用，所以交通工程专业的学生不但需要掌握扎实的专业知识，更需要掌握计算机辅助设计软件、熟悉道路设计规范的基本能力。
2.交通工程专业特点。交通工程专业属于工程技术与管理技术交叉复合型工程领域。该领域的特点是强调系统观念和工程意识，重视研究对象的统筹规划、整体优化和综合原理。因此，领域涉及的主要学科领域有数学、系统科学、工程技术、计算机科学等，综合采用规划手段、工程设计手段、管理手段来解决交通系统的问题。
从交通工程专业学生毕业后的就业情况看，大部分学生就业于道路设计、道路施工和监理工作，而道路规划与几何设计课程设计和这些实际工作是密切相关的，甚至是一致的。所以，实践性是本课程的最大特点。故而，本课程应完全围绕卓越计划的特点进行课程内容的设置和教学形式的展开。
3.课程内容设置。由于道路规划与几何设计课程设计涉及的知识面广，既包含基础知识也包含计算绘图知识，既要懂理论也要懂技术，而且很难通过教材将设计知识讲得很透彻。本课程的主要教学内容分成三个部分：第一部分为公路的选线与定线，主要包括：道路的总体布局与方案比较、道路选线的要求与步骤、自然条件对公路路线的影响、平原区道路选线、山岭区道路选线和丘陵区道路选线、道路纸上定线和道路实地定线；第二部分内容为计算机辅助设计软件的使用，主要包括：文件的管理、数字地形模型的应用、平纵横设计工具的使用；第三部分为：让学生独立完成一山区低等级公路的道路平面、纵断面和横断面设计，达到实际道路建设工程中初步设计文件编制的要求。
二、教学形式
1.现状分析。以往的道路规划与几何设计课程设计的教学形式主要为：让学生独立在一张1∶2000的纸制地形图上进行一条山区公路的纸上定线和道路平、纵、横设计，设计路线的长度约为1.5km～2.2km。所有计算和绘图工作要求手工完成。期间，教师对主要设计方法进行讲述，并对主要设计过程进行监督。通过多年教学，发现主要存在的问题为：（1）学生初次接触设计问题，从原来的习题式作业变为了实际工程作业，非常不适应。（2）学生之间要么缺乏相互交流，要么交流过足直接抄袭。（3）手工绘图工作量大，不利于反复修改提高设计经验，并与实际工程设计方法脱节较大。
2.完善课程实践形式。完善课程实践的首要任务就是要形成多样化的实践教学形式。PBGS，即Project- based Group Study（基于项目的团队学习模式），在西方国家属于比较流行的教学方式，就是将学习内容与带有复杂性与实用性的项目结合起来，以小组合作的方式让学生互相帮忙解决项目中的各种问题，进而能够了解和认识隐藏在问题背后的知识链，在学生的锻炼过程中提高学生分析问题和独立学习的能力。然而，PBGS在国内本科教学中往往会碰到这样一个障碍，即工作最终落到组内一个优秀学生的工作，而且其他组员却很少干活儿，反而起到了不好的教学效果。故而，必须结合本课程的特点对PBGS进行改进，本课程提出：PBGS（Project-based Group Study基于项目的团队学习模式）的设计校对审核制度。选择新疆G207国道实际工程作为设计背景，每3个学生组成一个项目组，每个学生单独完成一个设计，其他两位学生分别担任这一项目的校对和审核工作。如此，不但保证了每个学生独立完成了设计，还保证了团队内的充分讨论。进而，这与设计单位的实际设计工作的步骤也是一致的。根据道路几何设计的特点，平纵横设计的每一环节息息相关，如放坡方案不合理，直接导致导线方案不合理，也就不会有好的平纵横方案。为保证学生设计工作的质量，教师必须对每个学生的设计方案的关键环节进行一一把关，这些关节主要为：放坡方案、导线方案、平面方案、纵断面方案。道路规划与几何设计课程设计的理论教学环节主要是道路的选线和定线，一般为6～8个学时。让学生理解：如何根据规划路线，初步确定路线总体布局，拟定路线的基本走向，如何选定路线的有利地带，决定路线分段布局，选定轮廓线位；如何按照选定的路线方案，在地面上确定道路中线的具体位置就是道路定线。在此期间，须引入大量的实际工程，让学生讨论每个设计方案的优缺点。以此，为后续的实际设计提供经验和帮助。同时在课堂教学方面教授学生设计实践时基本步骤，即对山区复杂路段及重要路线，可利用1∶500～1∶2000比例的地形图先在纸上定线，最后实地现场布线。纸上定线时，先按路线平均纵坡拟定导向线（零点线），再拟定交角点及曲线半径，具体布设路线。同时绘出导向线的纵坡线，比较研究最后确定路线方案。另外，目前计算机辅助设计软件技术已经非常成熟，目前，国内常用的道路辅助设计软件主要有纬地道路、路线大师、EICAD、海地等。纬地道路辅助设计系统（HintCAD）是路线与互通式立交设计的大型专业CAD软件。该系统具有专业性强，与实际工程设计结合紧密、符合国人习惯、实用灵活等特点。系统使用ObjectARX及Visual C++编程，支持AutoCAD R2000-R2012平台WindowsXP-Windows8等操作系统，系统主要功能包括：公路路线设计、互通立交设计、三维数字地面模型应用、公路全三维建模（3DRoad）等适用于高速、一级、二、三四级公路主线、互通立交、城市道路及平交口的几何设计。在学生设计实践时，使学生在设计的过程中掌握软件的使用也是非常重要的。
三、考核方式
关键词： 网络课程 游戏教学 教学方案
1.引言
国外游戏在教育服务方面已有所实践，内容相对丰富。国内教育游戏的开发尚处于初级阶段，与具体课程的结合相对较少，结合游戏开展的教育活动还不成形，甚至基本上处于空白。[1]教师在课堂教学过程中要有意识地创设情境，提出一些与所讲内容有关的富有启发性的问题，将学生引入情境之中，让学生参与，营造活跃的课堂气氛，让学生轻松地学习，充分体会到学习的乐趣。[2]在多媒体教学软件制作课程实际教学中，我根据课程的教学目标、教学内容有针对性地制作了一些小而有趣味的教育游戏，如打字练习游戏、接球游戏等，将它们以教学软件制作实例的形式介绍给学生。纵观以上研究，我们不难发现游戏式教育还存在众多缺点和不足。首先，游戏情境教学缺少灵活性、系统性。而且，教育游戏设计没有结合具体课程的特点。本文的研究就是以网络课程为例，解决好游戏教学的诸多问题。
2.方案
（1）灵活、系统地设计情境数据库。
情境数据库的设计是为了教师更好地进行课堂教学。情境事例的设计不仅要跟网络课程相关知识点紧密联系，还要跟学生的专业、研究方向、业余兴趣和上课的状态等因素紧密联系。例如，对于同一个网络知识点，不同专业的学生有不同的情境事例偏好。因此，情境数据库中情境表应该有学生的专业、研究方向、业余兴趣、上课的状态、章节、知识点和情境事例等相关字段。
另外，应该设计情境数据库的相应操作，包括添加、删除、查询等操作，以便教师能够对数据库进行维护和查询。例如，教师可以根据学生的专业、研究方向、业余兴趣、上课状态等查询情境事例讲解相关知识点。
（2）概念游戏方案设计
根据以往上课的经验，学生的网络概念不清楚时，其网络配置与操作也很茫然。掌握概念可以概括为两个部分：概念的含义和概念所在的领域。概念游戏方案设计就是要把概念的含义和概念所在的领域反映到游戏当中。常见的游戏规则有配对相消（如，QQ游戏中对对碰游戏约定同一种动物头像相消）和领域归类（如，扑克牌游戏中要求方块、黑桃、红星和梅花四种牌各归一类）。
由于整个课程是分章节的，我们在概念游戏方案设计中应该分章节概念游戏和专题概念游戏。章节概念游戏把概念按章节划分，每一个章节的概念按概念名和对应的含义相消或者按同一领域中的概念归为同一类设计游戏。专题概念游戏则把整个课程中的概念按专题（如，湖州职业技术学院组网时涉及的网络概念）划分，每一个专题中的概念按概念名和对应的含义相消或者按同一领域中的概念归为同一类来设计游戏。
（3）参数设置游戏方案设计
根据以往上课的经验，在网络配置与操作过程当中必须进行参数设置。参数设置要达到一定的效果，如，两台计算机的IP和MASK参数设置是否在同一个网段上。参数设置有相同效果的参数设置可以进行配对相消，因此可以通过游戏方案设计参数设置。
类似于概念游戏方案设计，可以把参数设置游戏方案设计分成章节参数设置游戏和专题参数设置游戏。
（4）网络配置步骤游戏方案设计
根据以往上课的经验，在网络配置与操作过程中往往具有步骤性。如，制作双绞线按顺序分为5步：
用压线钳将双绞线端头剪齐，再将双绞线的外皮除去2—3cm。
将绿色对线与蓝色对线放在中间位置，橙色对线和棕色对线放在靠外的位置保持不动，从左到右的色序为：橙，绿，蓝，棕。
剥开双绞线的每一对线，将8根有色导线整理平行，按EIA/TIA568B标准（白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕色）顺时针方向平行排列，并拢后剪齐，并留下约15mm的长度。
一手捏住水晶头，将水晶头有弹片一侧向下，另一手捏平双绞线，白橙线对着RJ-45连接头的第一脚（余类推），稍用力将排好的线平行插入水晶头内的线槽中，8条导线顶端应插入线槽顶端。
确定双绞线的每根线已经放置正确之后，将RJ-45连接头放入压线钳槽中，用力压接。
网络配置与操作过程中的步骤性可以反映到游戏当中。如，台球游戏中，桌面上的球要求按顺序入带。如果把某一网络操作中的步骤和桌面上的球进行对应，那么此网络操作就可以转换成某一台球游戏。
类似于概念游戏方案设计，可以把网络配置步骤游戏方案设计分成章节网络配置步骤游戏和专题网络配置步骤游戏。
（5）课程考核方案设计
由于教育游戏的存在，网络课程的考核不是简单地分为理论考试和实践考试，而是可以根据学生完成游戏的情况进行考核。可以结合学生完成游戏的情况采用理论免考、实践免考、部分理论免考和部分实践免考等课程考核方式。
3.结语
通过游戏教学与教学方案的设计，可以有效消除高职学生的厌学心理，提高教与学效率，同时使得游戏教学与具体课程相结合，提高游戏教学的灵活性。
参考文献：
关键词:医学遗传学;混合式学习;教学改革
2017年《国务院办公厅关于深化医教协同进一步推进医学教育改革与发展的意见》提出，未来五年制临床医学将成为医学本科教育的主流，到2020年全科、儿科等紧缺人才培养得到加强。作为几乎涉及所有专科的基础跨学科课程，医学遗传学的学科重要性日益凸显。在实际人才需求上，与欧美等国家相比，我国临床遗传咨询人才短缺严重，因此，增设了临床遗传专科进行规范化培训。随着近年来遗传学理论的快速更新、精准医学理念的提出，基因编辑、高通量的测序等技术日趋成熟、成本快速下降，许多疾病的预测、诊断和治疗正在逐步成为现实［1］。作为生命科学领域发展最迅速的前沿学科之一，从理论知识到实践运用，无一不对医学遗传学的人才培养和教学质量提出了更高要求。然而，我国地方高校本科临床医学专业的医学遗传学课程教学却存在与临床需求脱节的情况:在校授课教师多为基础医学相关领域的研究型人员，且研究领域的局限性导致无法将知识点之间融会贯通，出现课程知识点堆砌导致体系散乱、单元孤立等状况。另一方面，教师在授课过程中，由于知识点繁多、课时紧张等因素，课堂上难以开展充分的案例讨论和临床前沿的学习［2］。前期我们初步探索并建立了基于智慧教学工具雨课堂的混合式学习模式，即“课前预习－课堂讨论－课后提升”的学习过程［3］。课程设计方案的优化主要分为两块:①进行知识点分块，基于两个维度开展:一是立足学习要求分块的信息传递类和能力素养类知识;二是立足实际学情和人才培养要求的重难点分块。②明确教学方案，主要包括课前、课堂、课后的学习内容和课堂开展形式，在此基础上制作了覆盖课程所有环节的全周期智慧教学课件包。本文是在前期基础上进一步凝练课程知识点、对课堂环节进行再设计的实践与思考。
1混合式学习模式构建的核心思路
混合式学习模式的设计并非简单地添加线上内容，而应在学习内容上突出课程特色，教学设计突出重点。医学遗传学是一门强调基础与临床相融合的交叉学科。为了帮助学生在看似不同的章节之间挖掘知识网络之间的内在联系，完善和构建遗传学的知识体系，我们从课程改革之初便确立了核心思路:以教师成长为基石，以学生的未来发展为中心，简单知识线上学，复杂内容线下学。所谓的简单知识，指的是以记忆、理解、应用等低层次目标为学习要求的知识点;学生往往对这些知识点有所基础，或知识点本身简单易懂。而复杂内容则以分析、评价、创造等高层次目标为学习要求，需要通过充分的思考、交流、试错和修订的过程才能使学生形成深度学习的延伸和拓。此外，由于医学自身的特点，这部分线下学习还包括医患沟通的艺术等医学人文精神的培养［4］。其中，课程的建设核心是“线下”，一切线上资源的设计与整合都是为了线下服务，而线下课堂的建设集中在临床案例库的建设和教学环节的设计。
2混合式学习模式的设计与实践
课程总学时为24个理论学时，课程考核主要由三部分构成:一是平时的课前/课上/课后的任务或小测，占比20%;二是分组学习的课堂表现，包括案例讨论、情景模拟等，占比20%;三是期末考核，占比60%。
2．1突出课程特色，构建医教协同教学模式，建立案例库
我国在遗传专科的建设方面推进缓慢，本科临床专业学生的医学遗传学课程的实验课时数少，有些医学院甚至没有安排实验课。教师的讲解常停留于教材，与临床脱节。因此，课程组于2015年起开始与本地三甲医院的临床遗传室建立起稳定的教学合作关系，每届均挑选学生在假期到遗传室开展2周的临床见习。见习学生将在课堂上与班级同学分享见习经历，从而带动全班学生加深对遗传专科相关科室的认识。5年以来，临床见习方案不断完善。考虑到临床学生早临床、早科研、早社会的培养要求，目前已形成“临床+科研”为构架的学习方案。其中，临床板块包括染色体核型分析操作、遗传咨询学习等内容;科研板块则以某种遗传方式的遗传性疾病相关研究的文献阅读和思考为主。这些来自临床一线的学习内容的设计，极大程度丰富了见习学生的眼界，提升了学生的临床思维能力和科研学习能力。另一方面，课程组与临床合作建设和完善教学案例库。案例库分为3组:①经典孟德尔遗传的典型案例;②非经典孟德尔遗传的典型案例;③子病风险估算类案例。在此基础上，我们设计了环环相扣的问题，通过问题来引导学生思考和发现基础知识与临床实践之间的关系，目前已连续实践至第4年。案例教学方法促进了理论知识与临床实践的结合，为医学生将来进入临床工作起到了很好的铺垫作用［5］。
2．2立足培养目标，重塑课程内容，设计总体学习方案
为了合理梳理线上和线下学习的知识点，主讲教师秉持以学促教的理念，连续多年参加省医学会的医学遗传学分会学术会议，接受了临床遗传咨询师的培训，明确了本科教学培养方案和临床实际人才需求上的契合点。立足本科教学的培养目标，我们进一步把课程划分为两个维度:第一个维度的考虑是知识点是否能够通过直接输入完成学习，划分为信息传递类和能力素养类。前者包括医学遗传学相关的经典概念、特殊概念、常见疾病遗传方式、表型和机制等知识点的记忆、理解和简单应用能力;后者以临床思维、科研思维以及医学人文精神培养等为主，属于高阶性的培养目标，包括遗传性疾病案例的讨论和剖析能力、相关诊疗方案或基础研究前沿的学习能力以及在分组讨论和情景模拟中的团队协作能力、医患换位思考的能力等。另一个维度是基于临床实际进展和知识点的难易程度，划分为重点、难点和重难点。重点指基于临床应用和科学前沿2个角度，要求学生必须熟练掌握的内容，需要练习和简要讲解加以巩固。而难点则指学生较难快速理解的晦涩概念或临床复杂现象背后的机制，需要教师的讲解结合学生的充分思考和讨论才能达成学习目标。将所有知识点划分到上述两个维度后，针对信息传递类的重点知识通过“布置课前练习+课堂小测”达成低阶性的学习目标，而难点知识则增加课堂讨论以加深理解。例如人类基因、基因突变、人类染色体、染色体畸变等章节的大部分内容均属于重点知识，其中的移码突变、三核苷酸重复扩增等突变类型、罗伯逊易位携带者的遗传效应等则属于难点知识。针对能力素养类的重难点则主要通过充分的案例讨论、情景模拟等方式达成高阶性的学习目标，例如地中海贫血、唐氏综合征等遗传性疾病的分子机制、诊疗方案、预防措施等内容。
关键词：MOOCs；教学设计；样式；
作者简介：刘名卓：博士，副研究员，资源部主任，研究方向为网络教育、数字化教学设计及教育软件可用性测试
MOOCs自2012年以来，受到了教育工作者的广泛关注和实践探索，特别在高等教育界，国内外掀起了一股对MOOCs理念、高等教育变革、课程建设、平台建设、以及应用前景探索的热潮。知名媒体人托马斯·弗里德曼(ThomasL.Friedman)说，“没有哪样事有这么大的潜力，能让我们重新构想高等教育”[1]。哈佛大学社会学教授米切尔·史蒂文斯(MitchellStevens)如是说“观察高等教育25年来，我还从没有见如MOOCs发展这么神速的。”但综观近年来学术界对于MOOCs的研究，渗透到在线教学设计即教学法层面的研究并不多。教学设计是现代教学过程中不可或缺的重要环节，有效的教学设计是提高教学质量的可靠保证，若对MOOCs的教学设计没有系统的科学研究，势必影响MOOCs生态的良性发展。
一、主流MOOCs的教学局限性
MOOC作为一种新型的教学与学习方法，对促进高等教育的教学变革作出了积极贡献。总体来说，所有的MOOC模式都有一些共同特点，如课程的参与者遍布全球、同时参与课程的人数众多、课程内容可以自由传播、实际教学不局限于单纯的视频授课，而是同时横跨博客、网站、社交网络等多种平台。此外，这种类型的课程虽然没有严格的时间规定，但依然希望参与者能够按照课程的大致时间进行学习，以便获得最好的效果。总体来说，MOOC具有易于使用、费用低廉(绝大多数MOOC是免费的)、覆盖人群广、自主学习、学习资源丰富等优点[2]。
然而，MOOC的劣势也不容忽视，除了“飚高的中途退课率”和“学习MOOC的终端设备单一”之外，比较突出的还有以下两方面：(1)教学模式单一。虽然新兴的MOOC平台在支持大规模学习群体的自主学习方面做了有益探索[3]，例如，吻合人类学习规律的微视频设计，促进长时记忆的互动反馈设计等，但是教学模式相对单一，平台较已有的在线教学平台(如Blackboard、Sakai等)功能简单，如没有提供内容共享/复用、多模式课程模板、课组管理等功能，不能支持教师采用适合自身课程目标和内容的教学模式、课程的复用和共享、同一个教师任不同课程或者多个教师任同一门课程等多种需求[4]。另外，教学活动主要是以知识为中心的理解类活动，包括视频讲座、案例研读、资料阅读、操作演示、讨论交流等，而对创建类活动(如问题探究)、分享类活动(如成果展示与互评)、评估类活动(如互评、自评)等活动的设计并不多。(2)教育理念较之传统课堂教学没有大的突破。对目前国际上三大主流MOOC平台——Coursera、Edx和Udacity课程教学模式进行分析发现，目前主流的MOOC课程教学模式基本延续了传统课程结构与教学流程，注重学科内容固有的知识体系和逻辑结构，以学科内容为中心，通过教师的知识讲解，并辅以一定的实践活动和练习测试，以帮助学习者达到一定的学习目标，类似于课堂搬家。活动设计主要以获得学习为主，而对探究学习、个性化学习和协作学习重视不足。
二、主流MOOCs的结构分析
Coursera是目前提供MOOCs数量最多、规模最大、覆盖面最广的在线课程平台。下面以Coursera中的MOOC课程为例，说明主流MOOCs的教学样式结构。随机选取Coursera中的MOOCs进行分析，得到如图1所示的一般课程结构图。
从图1可以看出，在Coursera中，每门MOOC基本都包括课程信息、学习内容、学习评价和交互活动四个模块，这些模块显示在第一层；第二层是第一层中各模块的子项，如学习内容又包括视频讲座、资料阅读；学习评价又包括测验、调查等，交互活动包括论坛、Wiki等；第三层是按时间顺序排列的学习内容和学习活动，如第一周需听讲的视频讲座、需阅读的文章、需进行的测验与讨论等。针对每一周的视频讲座，除了在线观看外，还会提供PPT课件下载、讲稿文字下载和讲座视频(MP4格式)下载的功能，每一周都会提供与学习内容相关的讨论与在线测试。
三、MOOCs教学设计新视域——在线教学样式
由以上所述可见，当前xMOOCs主要以“获得学习”为主，而对探究学习、协作学习等考虑不足，所以体现出的课程结构和教学模式也比较单一。实际上，网络环境为探究学习和协作学习提供了更大的空间和条件，强化对在线学习规律的研究。创新在线教学模式，将是改善MOOCs教育成效的不变命题。对于教师来说，除了教育观念的转化，重要的是还要具备在线教学设计与实施技能。但是我们注意到目前MOOCs建设存在一个瓶颈：大多数教师来自于传统的面对面教学，对在线教学不熟悉，缺乏在线教学的“设计”策略与方法，很难进行有效的MOOCs设计。在面对面教学中，已有一些比较成熟的教学设计模式，但在这些模式的使用过程中，我们深深体会到，教学设计的理论比较抽象、宏观，缺乏可操作性的实践环节，即使教学专家都很难把握其实质，而对于新手教师难度更大，所以本文主要从教学样式的视角，力求以多种通用且操作性强的样式来指导MOOCs的教学设计。
教学样式是获取教学实践中的专家经验的方法，目的是以一种简洁的形式记录教学实践的专家知识，使得需要这些知识的人可以方便地获得。教学样式的本质是提供一种分享成功教学实践的格式和方法，它能够保证成功的实践可以被不同的人在不同的教学情境中以不同的方式使用[5]。如图2所示，教学样式界于教学模式和教学案例之间，即介于教师的教学实践和理论之间，教学模式对于一线教师来说比较抽象，可操作性差，而教学案例又比较具体，与具体的学科知识关联度高，不适于作为一般性的设计参考支架。
样式(Pattern)研究起源于建筑学，最早是由建筑理论家Alexander在20世纪70年代提出的。随后，样式思想慢慢影响了软件行业，许多人开始用样式来记录软件设计的专业经验。伽玛等软件工程学者出版了《设计样式》一书，详细呈现了信息系统应用的成功样式，成为样式在软件行业应用地位的奠基之作。同时，一些美国和德国具有丰富计算机教学经验的学者，也将基于样式的方法应用到问题解决中，开展了教法样式项目(PedagogicalPatternsProject)的研究[6]。此外，欧盟ELEN项目(2003)[7]、IMS全球学习联盟UNFOLD项目等都对信息化环境下学习的样式进行了有益实践，出现了在线学习的设计样式(DesignPatternsfore-Learning)，研究了在线学习环境中从课程内容到教学组织的设计经验。DianaLaurillard在2012年新出版的Teachingasadesignscience-buildingpedagogicalpatternsforlearningandtechnology一书中，提出了教学是一种设计科学的观点[8]，并且探讨了“获得学习”“探究学习”“讨论学习”“实践学习”和“合作学习”等教学样式。我国的胡小勇老师提炼出三种优质网络课程的收敛样式：理论导学型、技能训练型和问题研学型[9]。
一方面我们努力汲取传统教育框架下教学法、认知科学和教学设计等方面的经验，这些知识为我们提供了丰富的养料，如优质的教学设计模式和案例。另一方面，根据多年来在网络课程建设方面积累的经验和研究成果[10]，以及对我国网络精品课程、精品资源共享课和主流MOOCs的设计分析，我们提出了七种MOOCs在线教学样式，分别是理论导学型(基于内容的设计)、技能训练型(基于技能的设计)、问题研学型(基于问题的设计)、情景模拟型(基于情景的设计)、案例研学型(基于案例的设计)、自学探究型(基于探究的设计)和实验探究型(基于实验的设计)，这些设计样式适用于对整门课程、学习模块、学习单元或者某一知识点的教学设计。在同一门课程中，各种设计样式可混合使用。各种设计样式有统一的结构，均由名称、解释、信息结构模型几部分组成，下面分述之。
(一)理论导学型
1.名称：理论导学型(基于内容的设计)
2.解释：理论导学型设计样式注重学科内容固有的知识体系和逻辑结构，以学科内容为中心，通过教师的知识讲解，辅以一定的实践活动和练习测试，帮助学习者达成学习目标。通常，理论类的课程采用此种设计样式，如教育概论、心理学导论、外国文学史等课程。该类样式主张知识体系的完整性和系统性。
3.解决方案：每周或每一学习单元中的活动设计与排列可采用如图3所示的结构。
对于具体学习单元或者每周的学习活动设计，一般采用图3中的“学习指导”“学习导入”“教师精讲”“实践活动”和“学习评价”五类学习板块/活动，当然这五类活动只是MOOCs课程的共性提炼，每一门课程会随具体情况有所不同。当前xMOOCs基本都采用这种样式。
(二)技能训练型的设计样式
1.名称：技能训练型(基于技能的设计)
2.解释：技能训练型设计样式注重学习者某种技能或技巧的培养，以学习者参与和体验为特点，为他们提供一系列操练和模拟体验的机会，从而使学习者达成学习目标。通常，操作类、实训类以及实践类课程可以采用此种设计样式，如计算机软件、硬件组装、家用电器维修、医学上的解剖学、航空航天、旅游、汽车组装、足球、游泳等课程。
3.解决方案：每周或每一学习单元中的活动设计与排列如图4所示。
对于具体学习单元或者每周的学习活动设计，可采用图4中“学习指导”“体验”“教师精讲”“再体验”和“巩固练习”五类学习活动，当然这五类活动只是技能训练型课程的共性提炼，每一门课程可根据具体情况适度增加学习活动，原则上以这五类活动为准。
(三)问题研学型的设计样式
1.名称：问题研学型(基于问题的设计)
2.解释：问题研学型设计样式以问题为导向，在教师的指导下建立问题与知识间的联系，学习者通过自学与助学相结合的方式围绕问题展开研习，教师通过主观与客观相结合的方式对知识技能进行测评，最终通过知识的迁移提升学习者解决现实问题的能力。此类课程的设计核心在于问题情境的设置，适用于经济学、管理学、教育学、医学等学科课程的设计。
3.解决方案：每周或每一学习单元中的活动设计与排列。
对于具体学习单元或者每周的学习活动设计，可采用图5中“学习指导”“抛出问题”“研习问题”“评价总结”和“应用迁移”五类学习活动，当然这五类活动只是问题研学型课程的共性提炼，每一门课程可根据具体情况适度增加学习活动，原则上以这五类活动为准。
(四)情境模拟型的设计样式
1.名称：情境模拟型(基于情境的设计)
2.解释：情境模拟型设计样式以情境体验为中心，在教师的指导下，学生利用所学的理论知识在模拟或虚拟的情境中通过情景观摩或者角色扮演等方式在体验中应用所学知识。它在假设的情境中进行，在教师的指导或协助下，学生设计出与知识应用相关联的实践场景，并置身于该场景，学生是情境的主要推动者，并在情节的发展中促进深层学习目标的完成。该类设计样式一般适用于实践性或应用性较强的课程，如高职高专中的医药卫生、公共事业、法律、旅游等课程，本科教育中的文学类、经济学类、管理学类、法学类等课程。
3.解决方案：每周或每一学习单元中的活动设计与排列如图6所示。
对于具体学习单元或者每周的学习活动设计，可采用图6中“学习指导”“情境创设”“内容解析”“体验情境”和“评价总结”五类学习活动，当然这五类活动只是情境模拟型课程的共性提炼，每一门课程可根据具体情况适度增加学习活动，如小组讨论、成果互评等，原则上以这五类活动为准。
(五)案例研学型的设计样式
1.名称：案例研学型(基于案例的设计)
2.解释：案例研学型设计样式最突出的特征是案例的运用，教师根据一定的教育目标，以案例为基本的教学材料，将学习者引入学习的情境之中，通过师生之间、生生之间的多向互动、平等对话和积极研讨等形式，引导学生在思考分析的过程中习得知识并能创造性地运用知识。案例研学型设计样式能够较好地将学习内容与实践情景结合起来，主要适用于医学、管理学、法学等领域的课程，且这些领域的课程有比较丰富的结构良好案例，如哈佛大学商学院案例库、北京大学中国企业管理案例库等著名的案例库。
3.解决方案：每周或每一学习单元中的活动设计与排列如下页图7所示。
对于具体学习单元或者每周的学习活动设计，可采用下页图7中“学习指导”“案例”“案例研习”“案例讨论”“案例总结”和“应用迁移”六类学习活动，当然这六类活动只是案例研学型课程的共性提炼，每一门课程可根据具体情况适度增加学习活动，原则上以这六类活动为准。
(六)自主探究型的设计样式
1.名称：自主探究型(基于探究的设计)
2.解释：自主探究型设计样式主要是指学生在教师指导下，模拟科学研究的方法和步骤，从自然、社会和生活中选择和确定专题进行研究，并在研究过程中主动获取知识、应用知识，以解决问题。该设计样式的特色是探究活动，即以活动为主线开展教学。自主探究型的课程多见于以主题为线索的、综合的、开放的甚至跨学科的学习内容，短的可以是1到2个课时，长的则可以达到几周。自主探究的主题应能够引导学生进行采集、观察、试验、辩论、设计、反思、判断、汇报及创造等一系列活动，实现有意义的学习。
3.解决方案：每周或每一学习单元中的活动设计与排列如图8所示。
对于具体学习单元或者每周的学习活动设计，可采用图8中“探究导言”“探究任务”“探究过程”“探究资源”“探究评估”和“探究总结”六类学习活动。
(七)实验探究型的设计样式
1.名称：实验探究型(基于实验的设计)
2.解释：实验探究型设计样式是用来检验某个理论或证实某种假设而进行的一系列操作或活动，是科学研究的基本方法之一。根据研究目的，利用专门的仪器、设备来控制或模拟研究对象、条件或环境等因素，使某些新事物的生成、现象或过程再现，从而去发现、认识自然现象、事物性质和科学规律。实验是通过某些手段来解决问题，在研究领域中检验或验证某种假设、原理、理论而进行的明确、具体、可操作的技术操作行为，主要有演示实验、分组实验、验证性实验、探究性实验、虚拟仿真实验等。
3.解决方案：每周或每一学习单元中的活动设计与排列
对于具体学习单元或者每周的学习活动设计，可采用图9中“学习指导”“实验介绍”“实验指导”“实验演示”和“实验总结”五类学习活动，当然这五类活动只是实验探究型课程的共性提炼，每一门课程可根据具体情况适度增加学习活动，原则上以这五类活动为准。
总起来说，每一种有代表性的在线教学设计样式都有一定的指向性，都反映了特定的教学目标、哲学假设、课程观和价值取向，所以都有某种合理性。这些相对收敛的设计样式，反映了在线教学的设计规律，有效提升了教师/教学设计人员间分享成功教学实践的格式和方法，保证了成功的实践可以被不同的人在不同的教学情境中以不同的方式使用；使得课程更加易于维护、管理和评价；使得学习者的学习更加高效，提高其学习满意度，形成良好的学习体验。
四、小结与展望
关键词：系统案例；教学方法；计算机图形学
计算机图形学是近年来发展最快的计算机学科方向之一，是计算机应用专业的必修课程。但在实际的教学过程中，按照传统的教学方式，我们发现计算机图形学涉及到大量的数学知识，包括各种生成算法、处理技术和显示过程，涉及到数学模型和复杂的公式推导，在理解上要求具有比较强的空间想象力，学生理解上比较困难。本文结合二类本科院校培养具有一定创新能力的应用型人才的要求，根据十多年的教学实践，提出了图形系统案例教学方法，将计算机图形学知识和实现图形系统结合起来，从现有系统中找灵感，从计算机图形学课程中学理论，搭建自己的图形系统，使学生真正理解计算机图形学的本质，达到理论与实践双丰收，取得了比较明显的教学效果。
一、课程特点和教学模式
1.课程特点
(1) 计算机图形学不仅涉及到图形硬件、软件和大量的实现算法，而且与微电子学、信息科学、几何学、图论学等专业学科密切相关，并在发展中逐步与图像处理、模式识别、人工智能、计算机网络和计算机语音处理结合起来，要求授课教师具有比较全面的知识结构，讲解有所侧重，合理取舍。
(2) 计算机图形学需要用到大量的数学模型和算法。计算机图形学作为图形显示和处理的一门学科，具有很深的数学理论基础和实用技术。计算机图形学的基础是数学，任何图形的显示都必须首先构造出数学模型，然后再通过算法程序实现图形的显示和处理。另一方面，为了在计算机上显示和处理复杂的图形，要求人们不断地学习和研究数学，构造精巧的数学模型和实现算法，这就是计算机图形学的实质。但对于初学者来说，应当讲授较少的数学知识，或者直接采用数学结论，而简略中间繁琐的数学推导过程。在讲课过程中，如果过分注重图形学所涉及到的理论知识、数学模型和构造算法，学生就会感到比较抽象和难懂。
(3) 计算机图形学是一门实践性很强的课程，不仅要求学量的理论知识，而且更多的是要求算法的实现，要求程序的编写和调式能力，因此需要更加重视实验环节。学习计算机图形学的目的在于构建图形系统，包括计算机图形硬件的搭建和图形软件的编写。计算机图形学是设计AutoCAD、Photoshop、CoreDraw等图形系统软件的理论基础。
学习计算机图形学，要与使用图形系统软件区分开来。计算机图形学是设计图形系统软件的基础，而学习现有的图形软件则是为了进行计算机平面设计、动画设计、影视制作、CAD等具体的应用领域。反过来，参考和学习这些现有的图形系统软件可以帮助理解计算机图形学的知识和方法。
根据用户和计算机图形系统的关系，可以把利用计算机图形学的用户分为三类：一是图形理论研究，二是系统设计程序员，三是图形系统的操作员。
计算机图形学的目标在于培养前两种人才，即图形理论研究与图形系统实现者，研究图形学新的理论和技术，编写各种专业图形处理软件，品设计人员使用。
2.系统案例教学模式
案例教学作为一种教学手段已经得到广大师生的认可。该教学法是在教师的精心策划和指导下，根据教学目的和教学内容的要求，运用典型案例，将学生引入到特定实践环节情境中，并以学生为中心对案例进行交互式讨论和探索的过程。案例教学具有下面四个共同的特点：一是真实性，案例必须是真实可靠的事件；二是典型性，必须是包括特殊情境和具有代表性的问题；三是浓缩性，必须多角度地呈现问题，提供足够的信息；四是启发性，必须是经过研究，能够引起讨论，提供分析和反思。
系统案例教学法是以设计实际的系统为目标，制定系统总体框架，结合理论教学，布置相关实验任务和实践环节，最后将各个独立的实验程序整合在一起，搭建起一个小型实用系统。系统案例教学法要求学习目标要明确，方案设计要合理，理论与实践要一致。针对计算机图形学课程，采用系统案例教学法还要注意以下事项：
(1) 以学生为中心，充分发挥学生能动性。由于所定目标软件系统功能复杂，而课堂教学时间有限，不可能面面俱到。因此，要充分调动学生学习兴趣，发挥主观能动性。学生是案例教学的主角，老师在讲授理论基础上，更重要的是启发和辅导。
(2) 系统案例教学法是一种模拟系统实践的教学过程。虽然类似的软件系统市面上已经有很多，但我们的目的是学生模仿实现，所用到的理论知识在课堂上同步学习，加强学生对理论课程学习兴趣，并结合学生自己的理解和体会，亲自动手实现自己的系统。
(3) 系统案例教学又是一种动态的、开放的教学方式。课堂上讲授的系统理论相同，但系统实现的方法可以不同，在系统实现的过程中锻炼学生运用各种理论知识、综合分析和解决实际问题的能力。
(4) 系统案例教学注重的是系统实现的过程，要的是结果，但这样的要求也反过来促进学生对理论知识的学习，同时也锻炼了学生实际动手能力。
二、系统案例教学方案实施
计算机图形学课程内容包括了图形学的基本概念、图形系统和图形标准、基本图形生成技术、图形几何变换、曲线和曲面、真实图形和计算机动画等，这些内容是设计一个图形系统必备的理论体系。为了实现系统案例教学，实施方案如下：
第一步：明确目标、搭建平台。计算机图形学第一章概述部分主要讲解课程目标和目的、国内外的发展状况和应用领域，加深学生对课程的认识。图形系统和图形标准则是实现图形系统所用到的硬件设备和软件系统，以及图形系统的国际标准。这两部分为学生明确学习目标、搭建系统平台奠定了基础。为了编写图形系统，在第三部分讲解了Visual C++图形程序设计，主要介绍Visual C++集成编成环境的使用、图形设备接口、图形程序设计方法、鼠标编程以及菜单设计等基础，目的是通过对Visual C++的学习，掌握Visual C++图形程序设计的方法，为计算机图形学原理部分的算法实现提供程序工具和方法。
第二步：系统设计、分步实施。按照课程体系和实际图形系统的要求，我们精心设计10个实验项目，覆盖了计算机图形学大部分的知识点，包括：
(1) Visual C++图形程序设计。主要学习Visual C++图形程序设计的方法，掌握Visual C++集成编成环境的使用、图形设备接口和常用图形程序设计、鼠标编程、橡皮筋交互技术、画刷与画笔以及菜单设计等，使学生能够熟练掌握Visual C++图形程序设计。
(2) 直线的生成。理解直线生成算法思想，写出实现程序；添加鼠标功能，实现交互式画直线程序；将10个像素作为步距单位，编出Bresenham算法的示例。
(3) 圆与椭圆的生成。编写中点画圆法的扫描转换程序，考虑原点在(x0，y0)处程序的改动；添加鼠标程序，实现交互式画圆；编写中点画椭圆法的扫描转换程序；添加鼠标程序，实现交互式画椭圆；
(4) 区域填充算法。多边形有序边表算法程序设计；边填充算法和边标志填充算法；简单的种子填充算法和扫描线填充算法；区域填充图案程序设计；要求实现种子填充算法、扫描线填充算法和图案填充算法。
(5) 裁剪算法。编码裁剪算法程序设计；要求用鼠标画线技术，实现交互式裁剪效果；
(6) 交互式技术和用户接口。学习VC++菜单资源编辑器，菜单程序设计举例；学习Autocad绘图的基本方法，了解常用的交互式技术；
(7) 曲线与曲面；抛物线程序设计；Hermite曲线程序设计；Bezier曲线的算法实现；B样条曲线的程序设计。要求加入鼠标和橡皮筋技术，实现交互式生成曲线，并且可以通过调整控制点来随意修改曲线的形状。
(8) 二维几何变换。通过二维几何变换的数学模型，编写平移、旋转、放缩、对称变换；加入鼠标功能，实现交互式移动图形；
(9) 真实图形技术。实现一种消隐技术和光照模型。
(10) 计算机动画。利用一种动画技术，实现一个小型动画。
每个实验都详细地列出了实验目的、实验任务、实验步骤、实验结果分析和实验总结和思考，通过改进程序和算法，提高学生的思考问题和编程动手能力。
第三步：系统整合、实现系统。利用Visual C++菜单编程、工具栏和图标技术，选择实用的绘图实验程序，挂在累累菜单上，并设计出工具栏，就可以进行简易的图形绘制。
第四步：综合评价，创新考核。我们学校开设的计算机图形学是考查课(必修课)，主讲教师可以比较方便的安排最后的考核方式。按照系统案例法的思想，我们注重理论结合实践，看重的是系统设计的过程和最后的结果，不能采用一张试卷定成绩的方式，而是采用了50＋30＋20的考核方式，即最后的系统设计技术报告和系统软件演示占50分，要求技术报告撰写规范，总体设计和分步实施详细，总结部分包括理论学习的知识点、系统实现的优缺点以及系统的扩展和展望等。平时的分步实验结果和实验报告占30分，督促学生课下及时预习和准备实验，并写好实验报告。平时上课考核和作业占20分。这种考核方式可以将学生的考试压力分散到平时，也可以保证系统案例教学的效果。
三、效果分析
经过三年系统案例教学方法的实践，明显地达到了以下教学效果：
(1) 提高了学生学习兴趣。兴趣是最好的老师，通过课程讲解和引导、系统目标设计、分步实验实施、学生小组研讨等方式，激发学生对该门课程的学习兴趣，进而引导学生积极主动的学习。
在校园无线网络建设需求中，主要存在四种典型应用：
第一是校园内户外公共区域覆盖；
第二是局部开放的室内大环境，如大型公共教室、图书阅览室等无线覆盖；
第三是房间多、用户分散的楼宇，如教学办公楼、宿舍区等的无线覆盖；
第四是实现以地区教育局为中心的整个地区教育系统的无线联网。
一、室外区域无线覆盖方案
学校体育场、中心广场、教学楼宇间公共区域等，一般是学校需要实现无线覆盖的室外公共区域。根据需覆盖的室外区域的实际情况，可以设计建立多个无线覆盖基站，采用重叠交叉无线覆盖的方式，完成区域的无缝无线覆盖。实际无线校园网建设项目中，选用电信级室外无线AP，配合室外大夹角定向天线，即可成功实现系统设计目标。
二、室内区域无线覆盖方案一
室内覆盖区域的大小和建筑结构的复杂程度往往差别很大，需要根据具体需求，设计多种室内覆盖解决方案。
一般来讲，针对局部开发的室内大环境，如图书阅览室、礼堂、体育馆、大教室等，网络用户数量较多而集中，推荐设计以单个AP小面积覆盖，多个AP整合交叉覆盖形成大面积覆盖区域，每个AP都独立接到交换机上，以保证有更高的带宽。实际无线校园网建设项目中，采用兼容802.11b/g标准的无线AP设备，完成无线网络的室内覆盖。
三、室内区域无线覆盖方案二
针对办公楼、教学楼等结构较为复杂的室内区域，可根据建筑结构具体情况，选用以下两种方案：
方案A，采用高灵敏度的无线AP设备，配合分离式吸顶天线，以一个AP配合一个天线，或一个AP配合多个天线，完成室内区域的完全覆盖。实际无线校园网建设项目中，选用兼容802.11b/g标准的电信级无线AP设备，配合室内吸顶天线，完成楼宇内部无线覆盖。该无线AP支持使用分离式天线，可以适应无线设备与高增益天线的连接使用，以保障高质量的无线信号能够覆盖更远距离，同时增强设备在干扰较大的频率环境中使用的能力。
方案B，采用室外覆盖方式，选用室外无线AP，通过天线聚集无线信号，使无线覆盖范围更大、更远，穿透能力更强。设备与天线安置于楼宇顶部或底部，以无线信号向下或向上整体覆盖楼宇。实际无线校园网建设项目中，采用兼容802.11b/g标准的电信级无线AP设备，配合全向天线或定向天线，完成无线网络覆盖要求。
四、 校校通无线联网系统
另一部分主讲教师，把本科运动技能教学内容“三大球”重新给一线骨干教师上一遍，甚至把本科阶段的科研方法、体能测试统计、训练方法与论文的写作重新给一线体育老师讲一遍，讲课的内容陈旧，没有一线体育教师想学的教学设计、教学计划、新兴的体育运动项目以及如何选择教学内容的方法，一线教师们也感到诧异，不知道是培训教学技能，还是培训运动技能？关键是那些讲座内容大都是大学的专业课程，如：怎样进行体育科研，国内外体育课程改革趋势，或者是课改的理念，大都是照本宣科，案例陈旧。
部分地区培训效果欠佳的另一个原因是，由教授定内容，请一些有一定职务的“圈里人”讲课，不管他是否对中小学课程标准有研究，这样，既浪费了财政拨款，又浪费了教师的时间。这是造成培训内容不符合一线体育教师需要、没有学到急需和想学内容的主要原因。难怪一些教师调侃“从未有过中小学教育教学经验的人在告诉中小学教师怎样做好教师”的现象，让培训效果大打折扣。
解决的办法是各级培训参照“国培课程标准”的程序选择培训内容、专家，规范培训工作，保证新一轮的课程改革不偏离方向。具体做法：
第一，一线体育教师喜欢实际案例、解题式的讲解，起点要低，要贴近中小学，深入浅出的教学计划才能引起体育教师的共鸣；案例实在、鲜活，有说服力，讲的内容能引起体育教师的思考，通过提供给体育教师的教学设计实例分析，让体育教师参与进来，一起动手，交给一线体育教师解决问题的钥匙，给一线体育教师提供生动、完整的设计案例供参考、借鉴，让参加培训的老师明白，其实把2011版课程标准提出的目标落实在教学中并不难。
第二，一个好的专家要把难的东西变成简单的、可以操作的、一线体育教师可以使用的教学计划和教学设计，才能受到一线体育教师的欢迎，而不受欢迎的专家是把简单的东西复杂化，云里雾里讲理论，讲趋势，讲一大堆大学的课程，居高临下，以其昏昏，使人昭昭。这不能怪他们，因为他们没有在中小学工作的经历，他们只能讲这些东西。
第三，一线体育教师工作具有实践性，如果培训内容仅仅停留在理论层面，培训者坐而论道，甚至攻击课程标准，培训内容严重脱离参培教师教育教学工作实际，使参加培训的教师不知如何操作，不知道该相信谁。要尊重一线体育教师已有的教育教学经验，他们作为成人，具有丰富的经验，他们在参培过程中关注为什么学、怎样学和学习效果如何，喜欢把新知识与旧经验做比较，并依据经验加以判断。受欢迎的培训者往往遵循成人的学习规律，尊重一线体育教师已有的教育教学经验，将教师看成重要的课程资源，采用案例设计、剖析等多种方式，鼓励他们共同参与到培训活动中，只有这样才能提高培训实效性。
在线实验模拟了现场实验的场景，但却不是现场实验的简单网络化移植，实验设计本身发生了较大变化。由于在线实验的互联网支持和计算机模拟等特点可以更好地提供一个促进思考和探究的环境，系统能在线记录学生的独立操作，为评价提供科学的依据，并可在此基础上通过数据挖掘和优化，调整实验设计，充分发挥学生的能动性，能适应不同水平和能力学生的要求。基于以上特点，笔者设计了与现场实验存在较大区别的在线实验探究式学习模式。培养学生的工程思维和能力是实验设计的核心问题。由于CDIO模式继承和发展了工程教育改革的理念，系统地提出了具有可操作性的能力培养、全面实施以及检验测评的标准，因此，我们主要基于CDIO的理念来设计在线实验模式和方法，强调工程实践环境中探与究的学习来实现CDIO的全过程，使得学生以更多元的方式进行工程实践训练。CDIO是以构思(Conceive)、设计(Design)、实现(Implement)、运作(Operate)为四个主线过程，综合地考虑专业基础知识、个人和职业的技能及团队协作与沟通的技能，及在整个企业、社会环境下进行四个主线过程以达到全面提升工程实践能力的培养过程。CDIO模式中的构思和设计环节主要针对学生的工程宏观分析能力，而实现和运作环节主要针对学生的工程微观分析和操作能力。作为一个缩小版的工程实践过程，在线实验的实验方案的设计实际上就是构思和设计过程，而实验过程就是实现和运作过程。因此，探究式学习主要体现在实验方案探究与实验过程的探究两个方面。以下我们将通过远程教育高校开发的典型实验来具体说明其设计理念。
(一)实验方案探究设计
实验方案的探究主要培养学生的工程宏观分析能力。在传统的实验教学模式下，实验按照统一的方案展开，学生没有选择性。这种教学模式适用于理论验证性的实验，但在以培养学生工程能力为主的实验中，就会压制学生的想象力和主动探究的意识。因此，实验方案探究是实验教学策略的最重要部分。实验的主要目的是认识和探索理论规律，掌握工程技能，应该以问题为驱动开展实验方案的探究，学生对于老师提出的问题，以分析问题和解决问题为出发点，经过认真思考和研究，自主制定实验方案，通过搭建实验对象，准备仪器设备、测量各种工况下的数据，整理和判断实验数据和结果的正确性。这就要求实验具有基于工程的实际背景设计，学生才可能在这种开放性的实验环境下，对多种可能的实验方案展开探究。英国开放大学的实验“能量转换(EnergyConversion)”是典型的实验方案探究型实验。实验设计背景是铜的工业化生产，实验问题是如何从铜矿石经过多个环节得到电解铜。教师首先要求学生设计基本方案。学生在实验前1个月必须预习，由4人组成的实验小组需要集体制定实验方案，由于实验问题本身的开放性，实验方案也并不是确定的，指导老师只给出一些建议。从粉碎矿石到解析出铜的多步实验步骤中，有多种途径可以完成实验，学生们集体讨论得到设计方案。在实验过程中，方案根据实际情况还继续修正。完成基本方案设计以后，实验完成过程也是实验方案探究过程。学生在实验室边实验、边观察、边记录、边讨论，每个实验环节都要求去解答或解决一些相关的问题，如粉碎的效率、溶解浓度以及电解效率等，部分环节还要到计算机上进行数学模型的求解。实验过程中进行观察记录和模型预测，最后对实验结果进行验证。实验结束后，学生还必须根据本星期实验情况，做口头报告(Presentation)，教师根据学生预习和作业情况、实验过程的表现以及口头报告，给出实验课程的最终评价。可以看出，整个实验过程就是针对如何从铜矿石得到电解铜的这个具有工程背景的问题，在不断探究的过程中制定和实施实验方案的过程，这对学生工程宏观分析能力的培养大有裨益。
(二)实验过程探究
实验过程探究主要培养学生的工程微观分析与操作能力。传统工科专业的实验操作基本是按部就班地完成，对于故障分析与解决、规范操作等重要技能以及如何培养学生的工程意识、工程能力、创新能力还较少涉及，这显然不能满足工程应用型人才的培养需求。实验过程探究式是在实验过程中，教师给学生一定的引导和提示，让学生自己通过观察、思考、动手实施等途径去独立探索和研究，自行实现实验过程的教学策略。概括起来，在实验过程探究中，学生需要在实验过程中自主发现问题，分析问题，实施和运行，真正实现探与究的学习过程。在工程实际环境中，观察与发现各种现象、分析现象之间的联系。因此在线实验系统会较为真实地模拟这些现象，学生经过现象分析，确定现象发生的内因与外因；结合理论进行讨论，明确调节目标与调节手段，形成解决方案。实验系统设计必须便于讨论和方案设计。华东理工大学DCS实验是较为典型的实验过程探究型实验。实验主要培训学生DCS操作能力和故障处理能力。由于DCS系统本身的大多数操作都是基于计算机的操作，因此网上实验课程的界面仿真DCS系统的计算机控制部分操作的界面。以下用一个简单的故障处理实验来说明实验过程探究的实验。在实验中，设计了一个常见的故障处理，在图1的界面中，学生观察到粗丙酮塔T-601顶温度仪表TI-6006出发异常过高报警，系统要求学生调节至正常运行温度73.0-80.0℃。在观察到异常过高报警后，学生将按照所学知识和工程常识，作出如下分析：粗丙酮塔顶温度上升可能有4三个工艺方面的原因，分别是加水量过大、回流量过小或再沸器回水量过小，也有可能是仪表自身故障因素。既然存在这三种可能，就必须通过其他观察和分析来确定故障原因，因此学生首先需分别检查相关三个仪表，即加水量仪表FRC-6015，回流量仪表FR-6019，E-601再沸器回水仪表FRC-6014，以确定仪表正常工作。学生观察到回流量仪表FR-6019读数偏小，就可以判断出是因为回流量不足造成塔顶温度升高。在通过观察分析找到故障原因后，学生根据工艺理论，确定解决方案，即增大塔顶回流量，需要调节FR-6019仪表。在工程环境中，不能进行一步到位的调节，以免造成大的扰动，需逐步小范围调整，边调边等。因此学生在实施解决方案，必须仔细阅读操作守则，将温度调节至正常运行温度的整个操作过程必须符合现场操作规范。操作实施时，首先将LRC-6023改为手动控制，每次增加调节阀阀位必须小于2%—这是操作守则要求的，如果学生超出这个阀位标准进行调节，训练中系统将给出警告，在考试中则行为将被记录，作为扣分依据。每次调节后系统会根据数学模型的计算将相应仪表调至相应位置，学生一边观察表显示情况一边调解，直至塔顶温度恢复到73.0-80.0℃，最后将LRC-6023设置为自动控制。可以看出，此实验在整个故障处理过程中，并不像普通课程实验制定严格的步骤，而是让学生根据工程实际情况，通过自主观察分析来制定解决方案，然后根据操作规范来一边观察一边操作运行，整个课程设计与教学过程较好地体现了探究式的教学策略。
二、基于过程考核的在线评价体系
对实验学习成果进行全面评价是在线实验的重要环节，这样才能对学生探究式学习过程进行科学合理的评价。传统现场实验模式中以数据处理和实验报告结果来评价只能作为在线实验中评价模式的参考。对于参加实验的学生，主要应考虑的因素是其在实验的准备情况、在实验过程中探与究的情况，即观察问题和分析问题的准确性，设计方案的优劣，操作实施过程的规范性、和其他同学交流情况，以及对理论知识的掌握能力和应用能力，因此必须据此建立新的实验评价体系，即基于实验过程考核的评价体系。在线实验评价体系主要分为理论掌握情况、实验操作能力、合作交流能力，其中实验操作能力是最为重要的指标。理论掌握情况主要考察预习思考题，实验操作能力包括是否选择了正确的仪器或仪表、设计方案是否适当、操作目标是否达到、操作过程是否规范、数据处理与实验报告是否符合要求等都可以作为实验过程考核的指标。同时，每一门实验课程提供BBS建立单门实验的学习社区，学习者就一些问题难题发帖，由专门的辅导教师回答问题，并确认学习者所发的有效帖数等。其中实验操作规范是较为特殊的指标，在工程实际中，操作规范化及其重要，否则将引来灾难性后果。因此，必须设定一个阀值，学生如果出现较为严重的操作规范问题，不论其他指标分数如何，都将判定为不合格，我们定义为罚指标。本文选取上述7个指标因子构成学生实验教学的基本评价指标体系,并依次设其为A1，A2，…，A7，其中A6为罚指标因子。通过在线实验系统中自动记录实验仪器选取、操作等参数，对学生实验过程进行跟踪。结合在线实验平台的应用，在实践中我们采用了一个有七个参数的指标体系，包括预习思考题分数、实验仪器选取、实验方案正确性，操作规范性、数据处理、实验报告、在学习社区的交流情况。对这七个参数赋予不同的权重就可以得到该学生的最终成绩，下面分项说明一下每个指标的含义。由于每个指标因子只反映了学生实验学习的某个方面的特征，各学校可以根据本校实际情况规定指标因子及其特征值，以及罚指标因子的规定。表1显示的是华东理工大学指标因子的重要性规定，并因此为权重来加权学生实验的综合得分。在指标体系中，各项指标的权重大致说明了其重要性，这七个参数基本上涵盖了学生从准备到完成全过程的表现情况，对每一个指标赋于权值并最终得到终结性评价课程成绩，各项指标的加权和就是实验评价分数。少数指标虽然权重并不高，由于在工程实践中具有重要意义，低于一定分数整个实验过程将评价为不合格。比如在前文提到的DCS实验中，在多次出现不规范操作并且在系统警告后仍然出现2次以上不规范操作，整个实验过程将被判定为不合格。对于通过经验方式得到的实验过程考核评价体系，在经过一定的数据积累以后，可以进行智能化的处理和分析，为学生提供更优化的实验方案。比如在DCS实验中，通过对学生实验过程数据的分析，得出每个学生的优缺点。在选取的两个学生中，甲学生虽然分数略高，但操作相关的指标得分都不高，因此在后续实验中，主要给该学生提供注重操作及规范的实验，比如开关机实验和某些故障处理实验。而乙学生操作和动手能力较好，但不注意理论和实验设计，以及数据处理等工作，在后续实验中，应多推送理论学习的模块，提醒学生注意数据处理和实验报告的完成。
三、在线实验系统的设计框架
作为在线实验系统核心部分的探究式学习模式以及相应的在线评价体系设计完成以后，在线实验系统框架基本构筑完毕。在线实验系统应本着简单、适用、高效的原则，实行通用化、标准化、智能化、人性化的设计思想。学生可以通过在线实验平台在教师的指导下进行实验教学的全过程，而在线实验平台则通过记录学生在线上参加的实验过程、实验练习以及培训交流等情况，实现对学生实验情况的全程跟踪管理和对学生实验教学需求的全面掌握。在线实验设计的基本架构如图2所示。可以看出，在框架核心部分的业务层中，支持探究式学习过程是贯穿设计始终的问题，所以应改变原先某些实验只是为验证理论的设计，把发现问题、分析问题、设计解决方案、实施解决方案的探究式思路在实验教学中实现。同时需要学生在各个环节的实验过程进行完整的记录，作为其是否按照教学思想完成实验内容进行考核的依据，同时还可以通过智能化的数据分析和数据挖掘，为学生提供经过优化的个性化实验教学模块。组件层和服务层和平台软硬件设计相关，在其他文章中有详细介绍，本文不再赘述。
四、结论
