大規(guī)模在線課程將引爆高等教育革命
2013年07月23日 張章 中國科學報
許多教室今天看起來，與它們100多年前沒什么兩樣，但是數(shù)字技術的應用已經(jīng)開始改變幾十年的傳統(tǒng)。大規(guī)模在線課程（MOOCs）引發(fā)了學術界劇變。頂尖大學免費在線提供的課程讓只要可登陸互聯(lián)網(wǎng)的人，都可以接觸到高品質的教育。在過去的1年中，世界各地的大學紛紛與大型MOOC公司建立伙伴關系，他們相信，這將引爆高等教育革命。
然而對于許多從事教育工作的人而言，MOOCs引發(fā)的革命還遠遠不夠?！蹲匀弧冯s志報道稱，在線課程也許能夠傳輸公式和概念等知識，但是老師無法幫助學生學會如何將這些知識用于實踐中。
在網(wǎng)絡上，沒有人能給予學生，計劃一個實驗、分析數(shù)據(jù)、參與小組討論、操作吸管或纖維鏡、面對挫折不退縮，以及其他有助于在科學研究中取得成功的經(jīng)驗。“只有當你知道如何去做時，你才能真正理解某事。”美國哈佛大學模擬教育研究專家Chris Dede說。
幾乎從定義就能看出，實踐技巧必須通過經(jīng)驗獲得。這些需要從親自動手、解決問題的傳統(tǒng)實驗課、實地考察、實習，甚至在實驗室里進行的課題研究中，去領會學習。
要在線為學生帶來這樣的經(jīng)驗十分困難，不過教育技術研究者已經(jīng)在過去的10年中，取得實質性進展。亞利桑那州立大學教育技術專家James Gee提到，多虧智能手機、沉浸式游戲軟件以及其他新技術，“現(xiàn)在我們能將問題導向學習方法做得更好”，能使它對全世界的學生都有用。“這能為每個人提供那種我們之前曾認為是奢侈品的教育。”他說。
遠程實踐
在科學領域，教導操作技能的傳統(tǒng)工具是實驗課程。“實驗室是我們?yōu)閷W生提供接觸真正實驗設備、分析真實數(shù)據(jù)、體驗觀察奇妙現(xiàn)象的平臺。”位于英國米爾頓凱恩斯的開放大學的教育技術學家Mike Sharples說。
但是把學生集中到一個傳統(tǒng)實驗室里，從來不是開放大學的選擇項。這所成立于1969年的學校致力于提供遠程教育學位，目前全世界有超過24萬學生在此學習。直到上世紀90年代末，學校還會為那些選修科學課程的學生郵寄裝備，其中可能包括顯微鏡、電路板、化學品、魚缸甚至激光器。這樣學生將能在家里做實驗，之后再將設備寄回學校。但Sharples指出，這種方式花費不菲，并且十分麻煩。
現(xiàn)在，通過該校的開放科學實驗室，幾乎所有的實驗室儀器都在線可用。就像正在工作中的科學家一樣，學生通過遠程遙控用于識別元素和同位素的γ射線分光儀、西班牙馬略卡島0.43米望遠鏡等設備，就能收集到真實數(shù)據(jù)。學生也能夠利用模擬顯微鏡等設備分析這些數(shù)據(jù)。
美國斯坦福大學轉化性學習技術實驗室主任Paulo Blikstein則更近了一步。他與斯坦福大學生物工程師Ingmar Riedel-Kruse共同發(fā)展了一個項目——新一代數(shù)字實驗室課程，在這里人們能夠使用一個集中生物學實驗室里的遠程控制儀器，進行研究工作。
“我們的想法是建造一間擁有10000只培養(yǎng)皿的房間。這些培養(yǎng)皿數(shù)毫米寬，并有一個機器人在此工作。”Blikstein說，“學生能告訴機器人，‘去我的盤子那里，加上點X滴劑’，同時，學生能通過一臺攝像機監(jiān)控發(fā)生了什么。”
但是也有研究人員擔心，完全虛擬的實驗室不能真正取代實驗臺工作。如果學生繼續(xù)研究生學習，他們在真正實驗室里可能會處于不利地位。“在這種感覺方面，我是一個守舊派。”馬薩諸塞大學計算機學家Beverly Park Woolf說，“你需要接觸到設備”，并體驗到撥鍵盤或配試劑的真實感覺。
口袋里的實驗室
喬治亞理工學院物理學家Michael Schatz表示，即便傳統(tǒng)的實驗室也能從真實中被分離開。“學生從配有專業(yè)設備的專業(yè)房間里學到知識，然后他們回到現(xiàn)實社會中，結果發(fā)現(xiàn)自己學到的無法應用。”他說。
這就是Schatz在實驗室創(chuàng)建在線課程“物理導論I”的原因，該課程始于今年5月份，主要教授運動的基本理論。這也是首批完全整合實踐學習的MOOCs之一，學生需要拿著配有攝像裝置的智能手機四處走動。“我們首先讓他們走出去，拍攝一個運動的物體。”Schatz說。
下一步學生能使用開源軟件分析自己拍攝的視頻。之后他們要使用一個理論解釋所得到的數(shù)據(jù)，并進行建模。最后，他們需要在一個5分鐘視頻中報告自己的模型，并上傳到網(wǎng)上供其他同學討論和批評。
Schatz表示，直到課程8月份結束前，他們還不清楚這種方式是否對數(shù)千名學生有用。如果這種方式被證明有效，他和同事希望它將能成為在線科學課程的一個模型。
開放大學還開發(fā)了教育移動設備，2008年啟動了iSpot。利用iSpot，人們漫步在戶外就能上傳植物、鳥類、昆蟲、真菌以及其他生物體的照片，并伴隨著他們對照片上物體的猜測。這個項目被用于若干高校的生物課程中，也對不是學生的人開放。目前有來自英國和南非的30000人參與其中。
實驗室與游戲
諸如iSpot和Schatz的“物理導論I”這樣的在線課程系統(tǒng)，深受“探究式”學習哲理的影響。與試圖通過一個講座或一次實驗室練習來填滿學生的大腦不同，探究式學習將學生置于團隊合作中，給他們問題，并讓他們努力找到自己的答案。
Blikstein指出，大量證據(jù)表明，此類方法可能比傳統(tǒng)講座等更有效。但他補充道，不幸的是，“在大的、國家尺度的爭論中，這些方法可能會輸?shù)?rdquo;，部分原因是，他們被認為太過昂貴和曠日持久。不過，在魔獸世界等網(wǎng)絡游戲的倡導下，現(xiàn)在研究人員找到多用戶虛擬環(huán)境（MUVEs）下的天然地點。
一個主要的例子是EcoMUVE——Dede和同事開發(fā)的一個生態(tài)系統(tǒng)學課程。學生分成小組，花費2周時間探索一個虛擬的池塘和其周圍環(huán)境。
在模擬的一天中，他們發(fā)現(xiàn)魚死了，那就必須找出原因。各小組自己決定收集什么數(shù)據(jù)：例如他們能測量來自附近房屋建設和高爾夫球場的潛在污水，監(jiān)控池塘顏色的改變，或通過虛擬顯微鏡觀察池塘生物。
下一步，各研究小組需要確定如何分析那些數(shù)據(jù)，對解釋發(fā)生了什么、數(shù)字概念的應用等取得一致意見，并討論高爾夫球場的施肥等遙遠行為是如何影響生態(tài)系統(tǒng)的。EcoMUVE軟件已經(jīng)在年齡約為11~13歲的在校學生中進行了測試。結果顯示，受試者對定量測定、食物網(wǎng)和水域等概念的理解有了極大提高。
集合在一起
相關系統(tǒng)普及的最大障礙之一是，許多一次性實驗無法與MOOCs或其他技術相聯(lián)系。位于美國加州的MOOC公司Coursera的聯(lián)合創(chuàng)立人Daphne Koller提到，一旦項目結束，“你最后把你的應用程序放在一個不起眼的網(wǎng)站，幾乎沒人能找到它”。
Koller表示，Coursera在試著改變這種現(xiàn)狀，不僅包括鼓勵類似Schatz“物理導論I”的在線課程，也包括重寫自己的軟件，以便能傳遞實用性應用程序。例如，一旦新版本出現(xiàn)，MOOC講師將能夠為iSpot插入一個模塊，或諸如EcoMUVE等的虛擬環(huán)境，甚至他們自己開發(fā)的相關應用。
但是美國威斯康星大學教育心理學家David Shaffer表示：“我們的教育系統(tǒng)就像一件巨大的、陳舊的、舒適的、有絨毛的毛衣。”它將永遠持續(xù)下去，并似乎不可毀滅。
亞利桑那州立大學校長Michael M. Crow則評論道：“無論你是如何理解在線學習的，現(xiàn)在有一個機會去改變教師是講臺上的賢能者這個事實的局限性。”
但他也提醒說，“我只能希望，在我們歡迎MOOCs的同時，應三思而后行，不要發(fā)展到反烏托邦的地步，一般民眾由機器人教學，而有天賦的和財力雄厚的人卻是由教授們手把手地教。我們最終希望看到的是，技術通過降低成本和提高對我們多元化社會的影響力，使更多人可以接受高等教育”。
