摘要：本文阐述在教育技术学指导下工程训练项目体系的设计思路。不同于任何一门课程的实验或任何传统的实践性教学环节，工程训练项目的任务是跨课程、跨学科、跨年级向学生提供当代工程技术人员所需的、传统教学体系无法提供的训练。繁重的训练教育任务迫切要求训练教育项目体系和内容的精心设计。
　　教育技术学关于教育传播学、学习理论和教学系统设计的研究为工程训练项目的系统设计提供了可资借鉴的成果。每一个训练项目都力图借助教育传播学和教学媒体研究成果，按不同媒体的特性，采用适当的教学媒体组合，以期大幅度提高各种教学媒体的组合效率，并且构建典型环境和装置，调动受训者的多种感官，力求训练内容迅速地从受训者的直接经验内化为受训者的知识；借鉴不同的教学系统设计模式，在分析训练对象、确定训练目标、构建训练环境、编写训练材料、建立反馈机制等方面作一些尝试；根据当今关于人类学习的理论和学说，为工业系统和制造实践的基本训练、综合训练和创新实践活动设置训练项目体系。
　　关键词：工程训练教学系统设计学习理论行为主义认知理论结构主义
　　1引言
　　高等工程教育领域中，工程训练日益受到重视。不同于任何一门课程的实验或任何传统的实践性教学环节，工程训练项目的任务是跨课程、跨学科、跨年级向学生提供当代工程技术人员所需的、传统教学体系无法提供的训练。工程训练从一、二年级就开始，且贯穿整个本科期间。在教学内容日益庞杂，学生课业负担日益繁重的当今，要使学生在不多的课时内有效地受益于工程训练项目，裁取哪些训练内容、如何开发训练项日、如何运用教学资源恰当地组合多种教学媒体，高效率地传达适量的信息和适当的知识，就成为必须研究的课题。
　　训练项目设计是系统的设计。教育技术学为探索工程训练体系的设计开发提供了可资借鉴的成果。
　　教育技术学是对学习过程和教学资源进行设计、开发、运用、管理和评估的理论和实践[1]，特点是用系统的观点和方法观察、分析和处理教学活动。教育传播学关于人际通讯理论及媒体特性的研究从技术层面探索教与学的效率问题；学习理论对人类学习现象的认识植根于心理学，探索人类获取知识、表示知识的规律；教学系统设计(Instructional System Design)模式的研究由教育传播学和学习理论支持，目给出可操作的、系统的教学模式。
　　2教育技术学理论工程训练中的应用
　　2．1教育传播学在工程训练中的应用
　　教育技术学对学习(Learning)的定义是：个人与信息和环境交互时新知识、技能或态度的发学的定义(Instruction)是：安排信息和环境使学>-j得以进行[2l。这里环境不仅指教学场所，也教学媒体和传递信息的设备。在不致误解的情况下，本文将二[程训练领域内的教育(educatio(training)两个术语统一于教学。
　　2．1．1教学媒体的使用
　　教学媒体(Instructional Media)可以是任何能在教与学之间传送信息的有形或无形媒介。教与学的是入际间的通讯。教育传播学认为，由于每一种媒体具有不同的特性，不同媒体对于同样的信息具有不同的承载能力，用同一种媒体传递不同的信息也有不同的效率。如果需要传达的信息与媒体的特性相适合，就可高效率而低损失地传输信息。
　　有的教育传播学者持这样的观点：存在着不能用语言这一媒体传递的信剧引。本文认为，对任何一种媒体，都存在着该种媒体不可传递的信息。传统教学方法试图用语言和图解等少数几种媒体传递几乎所有的信息，这正是传统教学方法的重大弱点。
　　既然没有一种媒体能承载并传递全部的信息，就必须使用多种媒体的组合。在教学实践中，信息可以用历时的(diachronic)方式或共时的(synchronic)方式传送，媒体也就有历时的和共课堂教学所使用的语言文字、挂图等媒体往往主要以历时的方式组合，而现代多媒体教学手段则更力图共时地组合不同媒体。
　　工程训练教育项目设计，试图在发挥不同媒体的特点、调动不同媒体组合方面作一些尝试。每一个训练教育项目都借助于教育传播学和教学媒体研究成果，按不同媒体的特性调动适当的教学媒体组合，以期大幅度提高各种教学媒体的组合效率。
　　2．1．2感官的调动
　　不同媒体还要求不同的感官予以配合。传统的课堂讲授大都只利用语言或图形教学，几乎不动用味觉、嗅觉和触觉。文字和语音只是语言的视觉和听觉符号，图形则多是对语言信息的另一种编码。而动画、图片、图解、文字和课堂讲述只能利用视觉传送信息，这里“听讲”只是语言传递的另一信道，学生听不到机器的响声，更无从学到由响声判断机器运转状况的技能。电视教学片可以利用听觉和视觉。
　　工程训练在工业现场进行教学，受训者可以共时地动用多种感官，感知工业环境中的多种信息，获得对现代工业较全面的认知和直接经验。
　　2．1．3训练内容的裁取：教学双方的共同经验基础
　　在媒体的一端是信息发送者，另一端是信息接收者，教育传播学领域中分别体现为教师和学生。教育传播学认为，传播过程得以进行的必要条件是双方有共同的经验基础[61，双方的经验领域有重叠时才可能发生通讯。事实上，这一条件往往不完全具备。传统教学模式在传播学方面的缺陷是，教师(发信息者)与学生(受者)在特定学科的教学领域中，往往缺乏或根本没有共同的经验基础。面向低年级大生进行：亡程训练，这一问题尤为突出。
　　所以，工程训练选择的训练内容应充分落入各年级、各学科学生的经验和知识领域，但又要有适当的超越，对学生有适度的挑战。学生经过训练开拓出的新经验领域边界应在原有边界的近邻(zone ofproximal development)[71。
　　考虑教师经验与大学低年级学生经验的重叠部分，在典型机电系统认知训练装置上，选择了生活中容易观察到而且在工业系统中也常见的物理量，进行传感器间接测量和简单控制，譬如人体所及的力、位置、速度／角速度、加速度／角加速度、常温范围内的温度。进行机电系统认知训练时，先给出粗框图显示传感器、信号处理、显示、执行等环节，而诸如“称重传感器的应变原理”和“运算放大器的共模差模输入”等知识则暂不揭示。事实表明，这并不妨碍学生理解非电量电测，并且在控制理论课程之前建立反馈控制的概念。
　　2．1．4反馈机制的引入
　　教学或训练中使用媒体与～般大众传播媒体的重要区别之一，是学习者对教师的反馈。
　　工程训练的教学方式在多个环节处引入反馈机制，譬如，要求学生就某些训练项目填写问卷，提交工艺说明，撰写某些训练装置的替代方案等。这里没有传统的考试，学生的学习绩效(performan操演的行为或可见的成果表现出来。另外，要重视在训练现场实时的反馈。
　　2．1．5训练场所的构建
　　训练场所的布局既要尽可能重现真实的制造现场(real workshop)，又要在具体性和一般性之间营造一个多功能的、既有传统制造又有先进制造的工业现场训练环境(studio)。在训练现场应尽可生直接体验，难以观察的过程则借适当媒体用某种夸张手法描述，关键工艺和关键工序均配有展板或挂图。事先播放电视教学片演示操作过程并讲解抽象的原理，现场配备指导人员。
　　总之，在媒体对信息的选用和组合、感官通道的调动、反馈机制、训练内容的裁取和训练环境的构建诸方面，工程训练系统的设计都将受益于教育传播学。
　　2．2学习理论在工程训练中的应用
　　学习理论是教育技术学的理论基础，学习理论有生理学、心理学和社会学基础。不同的学习理论对学习的定义有不同的表述，对学习现象有不同的认识。在实践中，每一种学习理论都有自己关于教学／学习系统模式的主张。
　　2．2．1行为主义的学习理论’行为主义的学习理论(behaviorism)认为，学习现象的生理学基础是巴甫洛夫的条件反射统学说，从而开了学习现象的科学研究之先河，结束了经验传授式的教学技艺的统治地位。行为主义的学习理论对学习行为给出了界定，着眼于学习者可察、可测、可比的外在行为。行为主义认为，学习的成果是学习者借助于在某一实际活动中的经历体验所取得的行为上比较持久的改变。譬如从不会到会、从不能到能的变化在行为上的外部表现[2'3l。这一理论不考虑学习者的个体差别。
　　在工业系统和制造实践的基本训练层次，要训练学生掌握传统的机电工业制造技术下，技工和工程师需要一些基本的操作技能，这些技能并不因技术进步而被彻底淘汰。在这种操作性技能学习中，行为主义的学习理论有重要的指导意义。
　　2．2．2认知学习理论
　　认知学习理论(cognitivism)渊于认知心理学，又受到计算机科学发展的直接影响，研知理论与研究机器学习的人工智能学科之间形成了互相促进的关系。主要表现是引入信息和系统的概念对人的心智发展和学习行为进行研究，探索人类信息加工的机制，而机器学习又以人类学习为典范，1970年代末以来，吸收了认识论、心理学、语言学、人工智能等学科的成果，还导致了认知科学和认系统工程等边缘学科的建立，提出了多种认知模型14]。认知学习理论认为，学习的成果是特定知识内化为某种模式，在学习者长期记忆中的存贮。
　　在一种生理认知模型中，人的信息获取有四个要素：感受(从感觉中得到的初始刺激体验)、注意(中认知力于感觉刺激)、知觉(使用高层认知解释感觉刺激)、记忆(分为短期记忆和长期记忆)[1 0另外有认知风格模型，注意到学习者的个体差异。认知工效学是认知系统：亡程的一个方面，研究工业环境中或人机交互时人类的认知效率。
　　认知学习理论结束了行为主义的统治。由认知学习理论倡导的教学系统设计(ISD)使教学的研究纳入科学的轨道。
　　在工业系统和制造实践的综合训练层次，要求学生理解机电系统和先进制造的某些原理、过程，使之作为知识内化为长久的模式。在这一层次的训练中，认知学习理论有着重要的借鉴价值。
　　2．2．3结构主义学习理论
　　结构主义学习理论(constructivism)源自结构主义心理学，认为学习不只是简单的信息传结构的形成或变换。所谓结构可以是知识的内化表示，也可以是对经验的个人解释。结构是开放的，与其它已有的知识结构有联接。这种理论主张学习过程就是学习者建立结构的过程。结构存在于特定的语境(context)中，因而这个过程必须在特定的环境中进行。某一项学习活动所需的语境如果超出传统学校，这项学习在课堂或学校里很可能完成不了。结构主义学习理论还研究学习内容、学习策略、学习顺序(如先局部后全局亦或先全局后局部)、学习的社会化。学习不一定要按照传统教学的先局部后全局的顺序，也可以采取先全局后局部的顺序，使学习者先了解应学内容的背景、总体面貌、用途及其在更大知识体系中的地位，然后探究它的细节。结构主义对学习机制的研究并未发展，只谈学习模式[15]。
　　虽然对于核心概念“结构”并未给出界定，结构主义却提出了认知学徒SI](cognitive apprentice合作学习S0(cooperative learning)两种学习模式。
　　认知学习理论和结构主义学习理论的区别在于，两者对能力的认识不同，对获取能力的途径认识也不同。
　　根据当今关于人类学习机制的理论，工程训练中心为跨学科、跨年级、跨课程训练设置了训练和教育项目体系，力求训练内容迅速从受训者的直接经验内化为能力、知识和态度。
　　2．3教学系统设计(IsD)在工程训练中的应用
　　教学系统设计(ISD)是当代教育技术学的一个实践领域。它的目的是，在一定的学习理论指导下运用教育传播学的技术对教学系统的构建、运作进行设计和安排，使学习者／受训者参与学习／i》ll练后获得预期能力和知识。
　　2．3．1 ASSURE模式
　　行为主义占统治地位时期，有ASSURE模式(Analyze learners，State objectives，Select media andmaterials，Utilize media and materials，Require learner response，Evaluate and revise)JJlj样的传统，并教学媒体在ASSURE模式下的特性作了研究[2]。由于行为主义学习理认为，学习目标就是行为目标ASSURE模式对教学目标的陈述不使用“理解”、“掌握”一类难以观察到的内心活动动词，而是推荐用100个可观察到的行为动词，这使得教学效果的考查具有可操作性。这对于技能训练尤显重要。
　　2．3．2 Dick＆Carey模式
　　ISD自认知学习理论后兴起，在R．M．Gagne的学习结果分类的基础上，出现了Dick&C 6|。
　　把教学工作看作是一个系统的运作。系统由教者、学习者、教学材料、教学环境组成。教学就是运用教学资源使学习者获得预期能力和知识的操作过程，包括确定学习目标、构建学习环境、编写学习材料、考察学习绩效和运作反馈机制等环节。
　　2．3．3认知学徒制和合作学习制
　　ASSURE模式和Dick&Carey模式所营造的往往是非社会化的、相对单纯的学习环中所取得的学习结果不一定适合于社会化、复杂的实际工作环境，所以结构主义反对认知学习理论倡导的ISD模式，认为它将把学习和实际语境割裂开来。但结构主义对ISD并未提出供操作的系统模式是提出了认知学徒制和合作学习制两种学习模式。
　　认知学徒制主张学习过程在适当的语境中进行，让学习者像学徒跟随师傅一样师从专家学习，甚至跟随专为这种学>--j模式设计的计算机专家系统学习。而这种专家系统又与认知心理学对专家的研究有切关系。
　　在合作学习制下，若干名学习者在一个学习小组中，互为教与学的角色，开展讨论交流，可以提高表述能力和倾听理解能力、锻炼组织能力和合作精神。
　　工程训练所营造的环境比起传统课堂教学来，向实际环境大大地接近了一步。在课外科技活动和创新实践中，要形成一种“项目组”或“课题组”的语境，学生是“学徒”，指导教师是“师傅”。为担当认知学徒制中的专家，指导教师本身应兼备较丰富的工程背景经验和教学经验。
　　3工程训练项目体系
　　3．1在工业系统和制造实践基本训练层次
　　这一层次的受训者一般是具备较扎实高中数理化知识的优秀高中毕业生，刚开始接受高等数学和大学物理学。应特别注意教学双方经验领域的重叠部分，训练内容涉及的知识不超出高中物理，低年级学生通过直接经验和感官进行自身反馈。
　　在制造实践方面，力图完全营造出传统制造工艺的现场典型环境，让学生体验主要传统工种的技工工作。学生可以进行金属和非金属简单零件设计、成型，可以进行常见的调质或改性处理，如淬火处理，也可以进行表面处理，如电镀及其废液处理。还可以装配、测试电子单元，组装完整的机电一体的小型产品。这些训练会对学生在工业环境中的行为习惯养成有所裨益。
　　在机电系统方面，以在力、速度、位置等物理量的测量装置上进行机电系统认知训练为例。被控物理量的值由学生亲手操纵，或通过自身肌肉施加力，或改变被测物的速度／角速度，或改变被测物的位置。
　　起初，力、速度、位置的值可在装置允许范围内任意取，同时观察测量示值或信号波形的变化，测量功能由传统直接测量工具和电子间接测量／显示系统同时承担，学生可同时观察到两个示值，认识到非电量可以用电测技术测量、用电子技术显示。为加强感官效果，被测量的变化特意作了夸张。这一交互过程涉及信息获取四要素中的感受、知觉、注意和短期记忆，甚至也涉及长期记忆，不仅是个生理动作和刺激信号的感受过程，也是人接收信息和处理信息的过程，同时伴随了认知过程。强调认知过程与生理过程的结合，这也是认知系统工程的特点。行为上表现为，能在规定的实践内完成规定的加工，或能正确画出某一点的波形，能说明某种传感器的用途等等。
　　3．2在工业系统和制造实践综合训练层次
　　学生的经验领域已有所拓展，学习过大学物理学和高等数学，有了物理实验的经验，教学双方经验领域的重叠部分增大了。工程训练不再仅是操作技能，学习者须更自觉地利用感官体验，接触更复杂的系统，观察更复杂的过程，理解更高深的原理。
　　在制造实践方面，构成先进制造的现场典型环境，让学生操作数控机床加工指定的零件。少数学生还能自己设计零件并编制加工程序。
　　在机电系统方面，仍以在力、速度、位置等测量控制装置上进行机电系统认知训练为例。在前述初步认知的基础上进一步，学生为了使物理量达到并稳定在某一个指定值，实际上还承担着调节器的功能，这就构成了一个人．机闭环系统。训练装置上的被控装置设计成让人能够直接观测被控量，人眼就可作为测量装置，人的肢体是执行机构，人脑承担着比较和生成控制策略的功能。
　　在训练装置上，人的测量、控制和执行功能都可以由机、电装置取代。人眼被测量系统取代，人的肢体被执行机构取代，而人脑则被控制器取代。学生经过这项训练，最终应牢固地建立起信息、控制、反馈的概念，树立机电工程能够使机构简化、性能提高的观念，跨越“机电鸿沟”的步伐由此开始。
　　再进一步，使被控物理量值跟随某个变化曲线或序列，学生可以理解人-机闭环系统和机电系统中控制器的作用和基本原理。
　　这种训练直接受认知理论的启示，动用了传统教学极少利用的触觉感官，训练现场还配有展板或挂图，图解机电系统中的测量、信息、控制、执行、反馈等概念，还将介绍典型机电系统的工业和国防应用背景。这些内容将作为知识内化为知理论所谓的一种模式。这些概念在传统教学体系中一般要到本科第三、四年甚至硕士阶段才能接触到，有关的背景则往往要到：]：程技术岗位上工作若干年才能积累起来。
　　训练还有书面作业，要求学生对另一种常见被控装置中物理量的测量和控制给出类似的描述，以期新信息进入长期记忆系统，成为知识或能力。
　　3．3在课外科技活动和创新实践层次
　　课外科技活动和创新实践的性质仍定位于训练或教学。按照结构主义学习理论关于语境的观点，训练项目应尽可能创造社会化的学习环境(real work atmosphere)，采取认知学徒制或合作学习制，为备有工程经验的指导教师。
　　认知学徒制和合作学习制可以有以下实施形式：在创意组合模型上进行创新构思及论证，创意组合模型类似一种模块化的多媒体组合教具(modular multimedia kits)，配有各种传感器、信号通道和处理单元、微处理器、结构件和执行机构，允许学生亲手搭建机电系统；也可以作物理或数字仿真；进行命题设计或自选课题设计；进行命题制作或自选项目制作。
　　随专家学习很可能不是传统教学的循序渐进模式，这为学有余力的学生创造了个性化的学习条件。
　　通过创新实践课题的选题、论证、专家评审及立项，使学生对一个项目拟定、申报直至结题、验收的全过程有所了解，知道如何规范地从事科学研究工作，引导他们走上科研开发型人才之路。学生还可以学习制定技术路线、成果查新等环节。
　　4结语
　　工程训练项目体系的设计开发中，对各种学习理论、教学媒体和教学模式采取了一种折qb(eclec的态度或权变(contingent)的方法。例如，在工业系统和制造实践基本训练层次，重视行为主义张；在综合训练层次，运用认知学习理论和认知系统工程的成果，设计开发训练项目；而在课外科技活动和创新实践层次，倾向于采纳结构主义学习理论和学习模式。再如，依Dick&Carey的原则在练教育对象、确定训练教育目标、构建训练环境、编写训练教育材料、建立反馈机制等方面作了一些尝试，而在训练指导书中采用这样的句式：“进行过这项训练之后你应当会……”，采用了ASSURE模式荐的100个动词，这是因为较低层次的知识或能力更容易有外在行为表现。至于媒体的运用，贯穿整个训练体系，更应根据要传递的信息和媒体的特点决定。

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