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摘 要] 有效开设实验课程是工科远程教育取得成功的关键环节，各国远程教育工作者为此进行了大量的探索和实践。华东理工大学网络教育学院和英国开放大学合作开展的工科实验课程建设与应用研究，采用个案研究和比较研究的方法，比较了两校在不同文化背景和不同的教学模式下实验课程的开发、应用、特点及优势，讨论了共同面临的问题和对策。研究表明，中英远程教育实验课程的开设虽因国情不同而呈显著差异，但是实验网络化、实验设计的工程性和实验开发的规范化是实验课程建设与应用的共同规律。英国开放大学和华东理工大学在这一领域的有益探索值得借鉴和推广。
[关键词] 远程教育环境； 课程实验； 工程性； 标准化
[中图分类号] G434 [文献标志码] A
[作者简介] 程华（1975—），男，安徽黄山人。副研究员，博士，主要从事信息安全与现代远程教育研究。 E-mail:hcheng@ecust.edu.cn。
一、引 言
实验实训环节是工科远程教育的重点和难点。这一环节的可实施性、实施的有效性以及可评价性都直接关系到远程教育的教学效果和教学质量，甚至会影响到人们对远程教育，特别是工科远程教育的信心。因此，网上实验课程的建设和有效应用在远程教育中占有极其重要的位置。远程学习者的特点是地理位置分散，学习时间随机，难以按统一的时间集中到大学或其他科研、生产单位的实验室做实验。各国远程教育工作者为有效开设远程教育实验课程进行了不懈的努力和探索。为适应远程学习者的特点和需求，从教学设计、教学管理以及技术开发等角度进行网上实验的开发与建设。[1]
华东理工大学网络教育学院（以下简称“华理网院”）在国内较早开展远程教育实验课程的建设与应用，[2]英国开放大学（以下简称“英开”）则是国际上较早也较为成功地开展远程教育实验课程的院校。[3]近年来，华理网院和英开ESTEEM团队在网上实验课程领域开展了不间断的合作交流。2011年上半年，双方联合开展了一项对中英远程实验课程的调查研究。由英开派出Nick Braithwaite教授和Mark Endean副教授，华理网院派出程华副院长等三人，组成联合研究小组，采用实地考察，与业务人员和学生座谈等方式对两校远程教育实验课程的建设与应用进行调查与研究。联合研究小组主要任务是:（1）考察两校实验课程；（2）分享实验课程设计、开发与应用的经验；（3）调查两校实验的实施情况和学生对实验的感受；（4）建立实验资源共享机制。其中互访考察为期21个工作日，英开研究人员来华调研了华理网院的实验设备、软件系统和课程的建设、应用，与学生及相关业务人员座谈11次；华理网院研究人员赴英考察了英开实验课程的设计开发，并实地参与了暑期学校(Summer School)实验课程的开设过程，与该校学生和相关业务人员进行了12次座谈。通过对这两个个案的调研，对中英在不同文化背景、教学理念、教学模式下的远程教育实验课程开展了比较研究，对远程教育实验课程的建设与应用的规律进行了一次有益的探索。下面我们就两校远程教育实验课程建设与应用、设计与评价、差异与共识等方面进行分析比较。
二、两校远程教育实验课程建设与应用比较
（一）华理网院工科远程教育实验课程建设与应用
华理网院以网上实验(包括虚拟实验和远程控制实验)为主，结合现场实验开展实验教学，建设了完整的网上实验平台和教学体系，网上实验课程较好地应用了网络、多媒体和虚拟现实等新技术。
华理网院在工科远程教育的实验建设上大体经历了几个阶段:初期按教学计划安排学生就近到有实验条件的单位做实验；中期从2005年开始，陆续开发了部分虚拟实验和远程控制实验，主要是将全日制本科的教学实验虚拟化，从而初步积累网上实验资源；在此基础上开发实验教学平台，并于2008年投入教学实践，从而对远程教育实验设计和建设模式进行了研究和探索；之后进一步开发基于过程考核的实验课程与平台，并计划在数据模型、非线性流程等方面进行远程控制及虚拟实验的开发。[4]
在华理网院的教学计划里有实验环节要求的课程近130门。经过多年的努力，重点开发了物理化学、化工原理、计算机网络、化工自动化仪表、化学工艺以及机械原理等课程的基于Web的远程控制实验和虚拟实验，其中有双容水箱实验装置等以自动化和机械类的远程控制实验装置9套，可完成66个远程控制实验；此外，有22门课开发了虚拟实验，学生可在网上完成140个虚拟实验。
远程环境下实验课程的开设，重点和难点都在实验课程实施的有效性。为此，华理网院在远程教育工科课程实施过程中进行了多种类型的实验教学实践，既有虚拟实验，又有远程控制实验，还有部分实验设计为虚实结合，即网上实验与现场真实实验相结合的方式，基本解决了远程环境下工科专业实验的问题。
华理网院在网上实验建设中注重可操作性和技术可重用性，主要关注以下方面：（1）标准化：包括实验课件或装置的接口、实验报告的格式和评价、实验流程以及实验管理等方面标准化。（2）易操作性：引入针对网络教育学生的引领式实验教学流程的学习导航。（3）智能化：对于学生实验产生的实验数据，进行智能分析，提示学生实验是否成功。（4）平台化：所有实验均部署在实验平台上，实验课程的模块化结构设计及SOA架构的应用，实验平台及其功能的可配置架构。
华理网院与普通本科专业学院合作共建远程实验课程：专业实验依托专业学院本科实验教学团队，实验设备委托本科实验中心专人专地维护，同时开发的远程和虚拟实验也可以提供给全日制本科教学使用。在另一个意义上，反过来促进了全日制本科实验教学的数字化、信息化。
（二）英国开放大学实验课程建设
英开在上世纪90年代就开设了工程学科专业。其工程学科课程体系中最重要的是实验课程。采用以实验室现场实验 (主要在暑期学校完成)和家庭实验包（真实实验）为主，计算机仿真实验(后来又有网上实验和远程控制实验)为辅的实验架构。在实验设计与建设中，英开有着丰富的经验，实验与工程实际密切结合。[5]在实验过程中，注重团队合作与交流，而其实验操作的则相对简单。其实验体系主要包括：（1）为工程类专业学生设计的暑期学校实验课程模块，学生在毕业前必须前后参加两次暑期学校的实验课程，一次是基础性的实验课程，要求工科所有专业的学生都必须参加；另一次则是高级实验课程，高级实验课程比基础性实验课程更有难度，但都是旨在培养学员工程能力的通用实验，没有很强的专业性。从各地来的学生聚集在暑期学校，进行分组，在一周内完成4~5组实验。本文重点讨论基础性暑期学校实验课程。（2）家庭实验教学包，这是英开实验课程体系的重要组织部分。一些使用微型设备即可完成，并没有危险性的实验，由英开将整套微型设备，附上实验指导一起打包邮寄个给学生，由学生在家里独立完成。（3）部分课程设计了界面简单但目标明确的虚拟实验，这类实验更多地倾向于通过实验揭示事物和问题的本质，对操作的要求较低，如天文学虚拟实验。（4）部分操作性强的课程采用远程操作模式，如天文望远镜的操作。（5）采用专业公司的虚拟化软件开发实验课程，如计算机网络课程的Cisco网络模拟软件。这一类软件主要模拟计算机网络中的操作，具有很强的专业性，与通用虚拟实验课程相比，缺少教学导航，学生需要其他辅助(比如辅导教师)来完成实验，加深理解。 在网上实验开发上，英开比较注重规范化，开发团队按Course Team模式组建。实验课程开发团队的人员结构相对完善，各成员都有明确的职责，包含学科专家、媒体资源专家、教育技术专家等专业开发人员。并且有专门的人员从事管理，控制开发运作进度和流程，使课程团队内的教师和技术人员能够全力以赴地投入到课程内容和表现形式的设计中。开发过程具有严格的规范，图1显示英开实验课程开发规范化的流程和步骤。
值得指出的是，英开对已完成的成功项目有一整套流程对项目进行整理和提炼，利用自己开放平台的优势，将技术方案、开发流程、相对完整的代码等整理分包，形成软件产品和解决方案，再进一步包装推广。
（三）两校实验课程建设的分析比较
1. 两校实验模式的比较
英开采用暑期学校（实验室现场实验）和实验教学包（小型移动真实实验）为主，远程控制实验和虚拟实验为辅的实验课程模式，是因为英国在地域、经济、交通等方面的实际情况使得学生在暑期短期集中学习和发送实验教学包的成本较低，而当时计算机网络与多媒体等技术尚不成熟，在教学实践中鲜有应用的客观因素造成的。而中国的远程教育试点高校大都在2002年以后才开始开设工程学科专业,此时网上实验的相关技术已经逐步成熟,再加上中国地域广阔、地区差异相对较大，学生难于在规定的时间集中到实验室参加实验，使得工程学科专业较多的试点高校注重开发网上实验，并积极应用于远程教学，从而形成了以远程控制实验和虚拟实验为主，实验室现场实验为辅的实验课程模式。
2. 两校实验教学理念的比较
英开实验课程的设计特别注重联系工程实际。国内试点高校的实验课程体系则明显受到本校的实验室实验模式的影响，并不特别关注和重视结合工程实际的问题。如前文所述，“物理化学”等重要课程的虚拟实验设计框架源自本校的实验室，主要目的是让学生通过实验更好地理解相应的理论，较少考虑如何通过实验培养学生解决工程实践问题的能力。近年来，华东理工大学等国内高校正努力建设工程教育学科，培养学生解决工程问题能力的问题日益受到重视，但在实验课程的工程性方面，无论理念还是操作，与英开都还存在明显差距。
3. 两校实验课程建设规范化的比较
相对于英开成熟和严格的课程设计开发规范，国内试点高校在网上实验开发中，也逐步形成了相似的流程，但远未形成严格和成熟的规范。在人员较少而又是采用新技术的情况下，开发团队的成员要担负多项工作，因此往往更重视新技术的应用等急切的问题，而一些对于当前进度没有直接影响的工作，比如规范的文档、项目进度管理、技术的重用性等问题往往容易被忽视。相对于英开教育资源的产品化和规范化，国内网院在开发课程和相应系统时，主要考虑自己的使用，对于如何规范，如何转化为产品进行推广重视不够。随着项目的结束，相应的文档资料整理，经验和成果的提炼，更新也就停止。英开在项目结束后一整套整理、提炼的流程特别值得国内远程教育界学习。
4. 两校实验课程类型和数量的比较
英开实验课程的类型和数量统计和国内高校有所不同，国内高校一般是一门工科课程会对应一门实验课程，如“物理化学”对应“物理化学实验”，试点高校网络学院也沿袭了这种实验课程设置。因此可以清晰地统计出实验课程门数。而英开除了暑期学校(Summer School)统一设置的各专业都必修的实验课程外，其他绝大部分实验是镶嵌并融合在课程中的。课程教师基本把这些实验当做一个小的章节和练习，因此在座谈中，当华理网院的人员要求英开提供实验列表时，英开的业务人员表示没有统计过，也就没有相关数据。
三、两校远程教育实验课程的设计与评价
（一）华理网院远程教育实验设计与评价
华理网院实验课程建设在整个实验教学理念和实验架构上深受普通高校实验室模式的影响，在实践中，根据网络教育的特点和实际情况，不同程度地对实验过程做了一些改进。
以“物理化学实验”为例，实验课程在于培养学生应用化学原理进行综合实验的能力，学生需完成“不同外压下液体沸点的测定”等四个实验,通过实验仪器的操作让学生掌握对实验数据归纳的方法与作图技术等实验技能。这些基本都是普通本科“物理化学”要求学生掌握的内容。华理网院整个课程以虚拟实验为主体,虚拟实验界面如图2所示。
虚拟实验的实验流程和高校现场实验课程相似，如图3。华理网院的虚拟实验针对网络学习的特点进行的一些重要改进，主要是在原先的基础上以实验流程导航的方式来设定实验流程，通过流程导航指导学生完成实验。这种导航对于缺乏现场指导的网络教育学生十分重要。实验流程导航设计将实验指导（实验原理、实验步骤、思考题、深入讨论等）、实验操作、数据处理、实验报告和实验评价等内容按规定程序逐步指导学生一步步完成实验。在网上实验课程建设中，统一建立了基本一致的实验工序，同时结合实验本体建立了标准化的实验流程。
其中，对实验指导进一步进行了流程分解，实验指导过程的下级流程如图4。在实验指导中充分利用网络和多媒体技术，适时给予学生生动与灵活的提示，必要时，在程序设计上规定学生必须完成前面的操作步骤才能进行下一步的操作。
在这一实验框架下，基本解决了工科远程教育中的课程实验的有无问题。当然，在实验理念、实验开发技术上还存在一定的问题，需要进一步改进。
远程教育实验课程的可评价性是实验有效性的标志之一。学生做实验时，相关数据在实验平台上自动生成，完成虚拟实验后，需在实验平台上在线填写并提交实验报告。实验报告主要是相应实验数据记录和得出的结论，教师则根据实验报告给出成绩，最后系统将四个实验成绩的算术平均分作为物理化学实验课程的总成绩。
（二）英开远程教育的实验设计与评价
英开认为其暑期学校的实验课程是培养学生工程能力的关键课程和环节。在英开暑期学校的基础性通用实验课程模块中，包含“集体项目”（Group project）、 “结构实验”（Structures）、 “能量转换实验” （Energy Conversion）、“噪音实验”（Noise）、“机器人实验”（Robotics）5个实验项目，要求工科各专业学生必须参加，5个实验要在一周内完成。 以英开基础性课程的经典实验“能量转换实验”为例，每4个学生分为一组，实验从粉碎铜矿石开始，直到析出电解铜，经历多个实验环节，完全模拟了工业化生产的生产流程，使学生通过该实验了解工业生产的真实流程，理解相关原理知识在工业化生产中的应用，并亲身体验理论知识与生产实践的具体结合。
能量转换实验环节分为矿石的粉碎、矿石粉的硫酸溶解、电解硫酸铜溶液析出铜等。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。学生在实验前1个月必须根据实验预备材料进行预习，对现场实验做到有备而来；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。“暑期学校”结束前，学生还必须根据本星期实验情况，作口头报告（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。
英开在虚拟实验和远程控制实验的设计开发方面特点很鲜明，主要在于其注重实验背景的真实性，设计接近于实际工程实践。图5就是英开天文学系天文观察课程中虚拟实验的部分界面。
（三）两校远程教育实验课程设计与评价的分析比较
1. 两校实验设计目标和准备比较
由于国内试点高校和英开的教育理念有显著差异，国内高校实验的主要目的是让学生熟悉相应理论，实验设计目标主要是验证理论，因此实验前的准备主要是详细了解实验原理和实验步骤，而英开实验的目的主要是让学生了解工程中的一些实际问题，实验准备工作主要是让学生了解实验目的与过程，特别是必须事先思考回答教师提出的问题。
2. 两校实验设计组织和操作比较
在实验过程中，英开的实验操作相对简单灵活，大多数实验是多人协作配合完成，在达到实验效果的情况下，并不要求学生严格按照实验步骤进行；而国内高校的实验多数操作较为复杂，一般都要求学生严格按照规定的实验步骤进行，并且由单人完成的实验占多数。
3. 两校实验设计评价和要求比较
在实验结束后，英开的教师主要强调小组协作和交流，虽然每个成员需要完成的实验工作相对简单,但对其与小组成员的交流要求反而很高，学生口头报告的个人表达与对实验的感受以及改进的想法在评分中占了较大比重；而国内高校在实验结束后，对学生实验报告评分标准主要是实验操作是否正确，实验结果和理论是否符合。
4. 两校网上实验设计能力和需求比较
英开虽然在开发网上实验方面起步较早，实力雄厚，但其主要遵循以集中式现场实验(summer school)和分散式家庭实验教学包实验为主，虚拟实验和远程实验为辅的实验课程体系模式，因此网上实验设计开发的比例和数量反而低于国内试点高校。但是近年来由于成本等方面的压力，英开也开始提升网上实验在实验课程体系中的地位和作用。
四、两校远程教育实验课程
分析的共识和启示
通过调研，联合研究小组认真分析了远程教育实验课程建设与应用的一些重要问题，就以下几个主要问题达成共识和启示。
（一）关于远程教育实验课程几种模式的分析比较
1. 关于暑期学校实验
暑期学校实验模式是英开教学体系和质量保证体系的重要环节，是该校对远程教育实验和实训环节的杰出贡献。尽管英开在这一模式上积累了许多成功的经验，但也面临着巨大的挑战。本次调研，英开工作人员反映，暑期学校实验管理和指导授课成本工作相对还是高，同时由于工科类学生必须参加现场实验，导致学生群不能大规模增加；在与学生的座谈中，学生主要意见也是暑期学校集中占用了大量工作时间，并不是很方便。
2. 关于家庭实验教学包
家庭实验教学包是一种方便学生个人在家庭环境中就能完成一些没有危险性实验的小型便携式设备组合，是英开在远程教育实验教学领域的一项创造。但是，由于成本高，局限性大（只适用使用微型设备、且基本没有危险性的实验），因此只在少数专业课程中得到应用。
3. 关于远程控制实验
远程控制类实验是在网上操作的真实实验，是真正意义上的远程实验，具有很好的发展前景。但是远程控制实验不能并发，一套设备上同时只能有一名学习者进行实验操作，此外远程控制类实验需要选择合适的技术路线来呈现实验，实验设计难度高，可实现远程控制的实验少，加上设备是真实的，存在安全性和维护问题，设备、开发与维护成本高。
4. 关于虚拟实验
虚拟实验比远程控制实验更易实现，更能表达实验所期望展示的内容。而且虚拟实验具有一次开发多次使用，不需要消耗实验器材，不具有操作危险性等优点。但虚拟实验开发中依然面临一些挑战：（1）交互性：虚拟实验的交互完全依赖于设计，实验设计必须预设各种可能出现的情况，对实验设计人员的要求比较高。（2）真实性：即用户体验，需采用各种技术增强在线实验的现场感和环境的效果。在与学生的座谈中，学生对于虚拟实验最大的意见在于真实感不够，特别是还不能模拟多种实际工程中会出现的突发情况。英开认为，虚拟实验采用大量现场照片合成，实验资源量大，模式固定。（3）数据表示：实验过程中显示的各类数据，必须通过过程建模实现，以更真实地反映实验过程。
（二）两校远程教育实验课程的差异比较
通过调研不难发现，华理网院和英开在实验建设与应用上存在显著差异，归纳起来，中英远程教育实验课程的主要差别见表1。
（三）两校远程教育实验课程调研的共识和启示
通过研讨，联合研究小组主要就实验课程今后发展方向达成以下共识：（1）远程教育实验课程解决方案应注重实验的网络化，虚拟和现实相结合的实验是发展的方向；（2）实验设计应注重反映实际工程实践（即国内教育界强调的“工程性”）；（3）实验开发应注重流程规范化和技术接口标准化。
华理网院通过联合考察和研讨，认为英开实验课程在以下几方面值得我们借鉴。
实验设计的工程性。（1）从教学理念上强调工程性实验在培养计划中的地位。（2）从实验设计到操作，注重工程实际环境的实验教学，实验设计接近工程现实，强调学生动手能力，给学生真实的操作体验。（3）注重综合培养学生能力。在培养学生动手能力，以及理论与实践的互相验证的同时还要求学生作口头报告，提高学生的表述能力。[6]（4）培养团队精神和协调能力。强调学生与教师、同学的交互，要求团队协作，共同完成实验任务。[7]
实验课程设计开发的规范性。（1）课程设计开发流程规范化。以产品产出为导向，规范开发流程，团队协作，精心设计，保障开发进度和质量。（2）实验课程设计合理，指导有方。（3）追求学习产出（learning outcome）。强调每个课程模块的有效性，对每个课程模块都给出学习产出列表，即课程模块应该要掌握的内容，使学生在实验中心中有数。
网上实验开发应用的绩效性。（1）大量采用实际设备的图片和数据，展示效果好，开发难度低。（2）强调实验的实践性，与工业工程结合紧密，多数实验反映了工业过程的实际情况。（3）在线实验紧密嵌入网络课程课件，便于学生结合相应理论学习，不强调实验原理、实验过程，不作独立实验要求。（4） 学生实验过程开放，实验步骤相对灵活。
五、小 结
中英远程教育实验课程的联合研究，帮助我们走出国门，同时又请外国专家进来，将国内试点高校远程教育实验课程与国际远程教育界最具代表性的英国开放大学的实验课程，放在同一个平台上，请专家、教师、学生、开发管理人员一起研究，进行了全方位、多视角的横向比较和审视。这一研究既让我们清晰地看到了差距和问题，又使我们增添了几分自信和希望。毋庸置疑，我们在工科实验教学平台和实验教学体系建设上已经迎头赶上世界潮流，在网上实验开发的系统性和技术性等方面甚至走在了前列。但英开在实验设计的工程性、实验开发的规范性，以及实验应用的绩效性等领域更具内涵的领先优势和特色，却是我们要花大力气学习和追赶的。
在远程环境下开展实验教学，已经成为教育技术学以及计算机技术等多个学科重要的研究和发展方向，是教育信息化、现代化的重点和难点。各国教育研究、开发人员在这一领域的探索和实践面对共同的问题和挑战，加强合作交流、共同发展是必由之路。
[关键词] 远程教育环境； 课程实验； 工程性； 标准化
[中图分类号] G434 [文献标志码] A
[作者简介] 程华（1975—），男，安徽黄山人。副研究员，博士，主要从事信息安全与现代远程教育研究。 E-mail:hcheng@ecust.edu.cn。
一、引 言
实验实训环节是工科远程教育的重点和难点。这一环节的可实施性、实施的有效性以及可评价性都直接关系到远程教育的教学效果和教学质量，甚至会影响到人们对远程教育，特别是工科远程教育的信心。因此，网上实验课程的建设和有效应用在远程教育中占有极其重要的位置。远程学习者的特点是地理位置分散，学习时间随机，难以按统一的时间集中到大学或其他科研、生产单位的实验室做实验。各国远程教育工作者为有效开设远程教育实验课程进行了不懈的努力和探索。为适应远程学习者的特点和需求，从教学设计、教学管理以及技术开发等角度进行网上实验的开发与建设。[1]
华东理工大学网络教育学院（以下简称“华理网院”）在国内较早开展远程教育实验课程的建设与应用，[2]英国开放大学（以下简称“英开”）则是国际上较早也较为成功地开展远程教育实验课程的院校。[3]近年来，华理网院和英开ESTEEM团队在网上实验课程领域开展了不间断的合作交流。2011年上半年，双方联合开展了一项对中英远程实验课程的调查研究。由英开派出Nick Braithwaite教授和Mark Endean副教授，华理网院派出程华副院长等三人，组成联合研究小组，采用实地考察，与业务人员和学生座谈等方式对两校远程教育实验课程的建设与应用进行调查与研究。联合研究小组主要任务是:（1）考察两校实验课程；（2）分享实验课程设计、开发与应用的经验；（3）调查两校实验的实施情况和学生对实验的感受；（4）建立实验资源共享机制。其中互访考察为期21个工作日，英开研究人员来华调研了华理网院的实验设备、软件系统和课程的建设、应用，与学生及相关业务人员座谈11次；华理网院研究人员赴英考察了英开实验课程的设计开发，并实地参与了暑期学校(Summer School)实验课程的开设过程，与该校学生和相关业务人员进行了12次座谈。通过对这两个个案的调研，对中英在不同文化背景、教学理念、教学模式下的远程教育实验课程开展了比较研究，对远程教育实验课程的建设与应用的规律进行了一次有益的探索。下面我们就两校远程教育实验课程建设与应用、设计与评价、差异与共识等方面进行分析比较。
二、两校远程教育实验课程建设与应用比较
（一）华理网院工科远程教育实验课程建设与应用
华理网院以网上实验(包括虚拟实验和远程控制实验)为主，结合现场实验开展实验教学，建设了完整的网上实验平台和教学体系，网上实验课程较好地应用了网络、多媒体和虚拟现实等新技术。
华理网院在工科远程教育的实验建设上大体经历了几个阶段:初期按教学计划安排学生就近到有实验条件的单位做实验；中期从2005年开始，陆续开发了部分虚拟实验和远程控制实验，主要是将全日制本科的教学实验虚拟化，从而初步积累网上实验资源；在此基础上开发实验教学平台，并于2008年投入教学实践，从而对远程教育实验设计和建设模式进行了研究和探索；之后进一步开发基于过程考核的实验课程与平台，并计划在数据模型、非线性流程等方面进行远程控制及虚拟实验的开发。[4]
在华理网院的教学计划里有实验环节要求的课程近130门。经过多年的努力，重点开发了物理化学、化工原理、计算机网络、化工自动化仪表、化学工艺以及机械原理等课程的基于Web的远程控制实验和虚拟实验，其中有双容水箱实验装置等以自动化和机械类的远程控制实验装置9套，可完成66个远程控制实验；此外，有22门课开发了虚拟实验，学生可在网上完成140个虚拟实验。
远程环境下实验课程的开设，重点和难点都在实验课程实施的有效性。为此，华理网院在远程教育工科课程实施过程中进行了多种类型的实验教学实践，既有虚拟实验，又有远程控制实验，还有部分实验设计为虚实结合，即网上实验与现场真实实验相结合的方式，基本解决了远程环境下工科专业实验的问题。
华理网院在网上实验建设中注重可操作性和技术可重用性，主要关注以下方面：（1）标准化：包括实验课件或装置的接口、实验报告的格式和评价、实验流程以及实验管理等方面标准化。（2）易操作性：引入针对网络教育学生的引领式实验教学流程的学习导航。（3）智能化：对于学生实验产生的实验数据，进行智能分析，提示学生实验是否成功。（4）平台化：所有实验均部署在实验平台上，实验课程的模块化结构设计及SOA架构的应用，实验平台及其功能的可配置架构。
华理网院与普通本科专业学院合作共建远程实验课程：专业实验依托专业学院本科实验教学团队，实验设备委托本科实验中心专人专地维护，同时开发的远程和虚拟实验也可以提供给全日制本科教学使用。在另一个意义上，反过来促进了全日制本科实验教学的数字化、信息化。
（二）英国开放大学实验课程建设
英开在上世纪90年代就开设了工程学科专业。其工程学科课程体系中最重要的是实验课程。采用以实验室现场实验 (主要在暑期学校完成)和家庭实验包（真实实验）为主，计算机仿真实验(后来又有网上实验和远程控制实验)为辅的实验架构。在实验设计与建设中，英开有着丰富的经验，实验与工程实际密切结合。[5]在实验过程中，注重团队合作与交流，而其实验操作的则相对简单。其实验体系主要包括：（1）为工程类专业学生设计的暑期学校实验课程模块，学生在毕业前必须前后参加两次暑期学校的实验课程，一次是基础性的实验课程，要求工科所有专业的学生都必须参加；另一次则是高级实验课程，高级实验课程比基础性实验课程更有难度，但都是旨在培养学员工程能力的通用实验，没有很强的专业性。从各地来的学生聚集在暑期学校，进行分组，在一周内完成4~5组实验。本文重点讨论基础性暑期学校实验课程。（2）家庭实验教学包，这是英开实验课程体系的重要组织部分。一些使用微型设备即可完成，并没有危险性的实验，由英开将整套微型设备，附上实验指导一起打包邮寄个给学生，由学生在家里独立完成。（3）部分课程设计了界面简单但目标明确的虚拟实验，这类实验更多地倾向于通过实验揭示事物和问题的本质，对操作的要求较低，如天文学虚拟实验。（4）部分操作性强的课程采用远程操作模式，如天文望远镜的操作。（5）采用专业公司的虚拟化软件开发实验课程，如计算机网络课程的Cisco网络模拟软件。这一类软件主要模拟计算机网络中的操作，具有很强的专业性，与通用虚拟实验课程相比，缺少教学导航，学生需要其他辅助(比如辅导教师)来完成实验，加深理解。 在网上实验开发上，英开比较注重规范化，开发团队按Course Team模式组建。实验课程开发团队的人员结构相对完善，各成员都有明确的职责，包含学科专家、媒体资源专家、教育技术专家等专业开发人员。并且有专门的人员从事管理，控制开发运作进度和流程，使课程团队内的教师和技术人员能够全力以赴地投入到课程内容和表现形式的设计中。开发过程具有严格的规范，图1显示英开实验课程开发规范化的流程和步骤。
值得指出的是，英开对已完成的成功项目有一整套流程对项目进行整理和提炼，利用自己开放平台的优势，将技术方案、开发流程、相对完整的代码等整理分包，形成软件产品和解决方案，再进一步包装推广。
（三）两校实验课程建设的分析比较
1. 两校实验模式的比较
英开采用暑期学校（实验室现场实验）和实验教学包（小型移动真实实验）为主，远程控制实验和虚拟实验为辅的实验课程模式，是因为英国在地域、经济、交通等方面的实际情况使得学生在暑期短期集中学习和发送实验教学包的成本较低，而当时计算机网络与多媒体等技术尚不成熟，在教学实践中鲜有应用的客观因素造成的。而中国的远程教育试点高校大都在2002年以后才开始开设工程学科专业,此时网上实验的相关技术已经逐步成熟,再加上中国地域广阔、地区差异相对较大，学生难于在规定的时间集中到实验室参加实验，使得工程学科专业较多的试点高校注重开发网上实验，并积极应用于远程教学，从而形成了以远程控制实验和虚拟实验为主，实验室现场实验为辅的实验课程模式。
2. 两校实验教学理念的比较
英开实验课程的设计特别注重联系工程实际。国内试点高校的实验课程体系则明显受到本校的实验室实验模式的影响，并不特别关注和重视结合工程实际的问题。如前文所述，“物理化学”等重要课程的虚拟实验设计框架源自本校的实验室，主要目的是让学生通过实验更好地理解相应的理论，较少考虑如何通过实验培养学生解决工程实践问题的能力。近年来，华东理工大学等国内高校正努力建设工程教育学科，培养学生解决工程问题能力的问题日益受到重视，但在实验课程的工程性方面，无论理念还是操作，与英开都还存在明显差距。
3. 两校实验课程建设规范化的比较
相对于英开成熟和严格的课程设计开发规范，国内试点高校在网上实验开发中，也逐步形成了相似的流程，但远未形成严格和成熟的规范。在人员较少而又是采用新技术的情况下，开发团队的成员要担负多项工作，因此往往更重视新技术的应用等急切的问题，而一些对于当前进度没有直接影响的工作，比如规范的文档、项目进度管理、技术的重用性等问题往往容易被忽视。相对于英开教育资源的产品化和规范化，国内网院在开发课程和相应系统时，主要考虑自己的使用，对于如何规范，如何转化为产品进行推广重视不够。随着项目的结束，相应的文档资料整理，经验和成果的提炼，更新也就停止。英开在项目结束后一整套整理、提炼的流程特别值得国内远程教育界学习。
4. 两校实验课程类型和数量的比较
英开实验课程的类型和数量统计和国内高校有所不同，国内高校一般是一门工科课程会对应一门实验课程，如“物理化学”对应“物理化学实验”，试点高校网络学院也沿袭了这种实验课程设置。因此可以清晰地统计出实验课程门数。而英开除了暑期学校(Summer School)统一设置的各专业都必修的实验课程外，其他绝大部分实验是镶嵌并融合在课程中的。课程教师基本把这些实验当做一个小的章节和练习，因此在座谈中，当华理网院的人员要求英开提供实验列表时，英开的业务人员表示没有统计过，也就没有相关数据。
三、两校远程教育实验课程的设计与评价
（一）华理网院远程教育实验设计与评价
华理网院实验课程建设在整个实验教学理念和实验架构上深受普通高校实验室模式的影响，在实践中，根据网络教育的特点和实际情况，不同程度地对实验过程做了一些改进。
以“物理化学实验”为例，实验课程在于培养学生应用化学原理进行综合实验的能力，学生需完成“不同外压下液体沸点的测定”等四个实验,通过实验仪器的操作让学生掌握对实验数据归纳的方法与作图技术等实验技能。这些基本都是普通本科“物理化学”要求学生掌握的内容。华理网院整个课程以虚拟实验为主体,虚拟实验界面如图2所示。
虚拟实验的实验流程和高校现场实验课程相似，如图3。华理网院的虚拟实验针对网络学习的特点进行的一些重要改进，主要是在原先的基础上以实验流程导航的方式来设定实验流程，通过流程导航指导学生完成实验。这种导航对于缺乏现场指导的网络教育学生十分重要。实验流程导航设计将实验指导（实验原理、实验步骤、思考题、深入讨论等）、实验操作、数据处理、实验报告和实验评价等内容按规定程序逐步指导学生一步步完成实验。在网上实验课程建设中，统一建立了基本一致的实验工序，同时结合实验本体建立了标准化的实验流程。
其中，对实验指导进一步进行了流程分解，实验指导过程的下级流程如图4。在实验指导中充分利用网络和多媒体技术，适时给予学生生动与灵活的提示，必要时，在程序设计上规定学生必须完成前面的操作步骤才能进行下一步的操作。
在这一实验框架下，基本解决了工科远程教育中的课程实验的有无问题。当然，在实验理念、实验开发技术上还存在一定的问题，需要进一步改进。
远程教育实验课程的可评价性是实验有效性的标志之一。学生做实验时，相关数据在实验平台上自动生成，完成虚拟实验后，需在实验平台上在线填写并提交实验报告。实验报告主要是相应实验数据记录和得出的结论，教师则根据实验报告给出成绩，最后系统将四个实验成绩的算术平均分作为物理化学实验课程的总成绩。
（二）英开远程教育的实验设计与评价
英开认为其暑期学校的实验课程是培养学生工程能力的关键课程和环节。在英开暑期学校的基础性通用实验课程模块中，包含“集体项目”（Group project）、 “结构实验”（Structures）、 “能量转换实验” （Energy Conversion）、“噪音实验”（Noise）、“机器人实验”（Robotics）5个实验项目，要求工科各专业学生必须参加，5个实验要在一周内完成。 以英开基础性课程的经典实验“能量转换实验”为例，每4个学生分为一组，实验从粉碎铜矿石开始，直到析出电解铜，经历多个实验环节，完全模拟了工业化生产的生产流程，使学生通过该实验了解工业生产的真实流程，理解相关原理知识在工业化生产中的应用，并亲身体验理论知识与生产实践的具体结合。
能量转换实验环节分为矿石的粉碎、矿石粉的硫酸溶解、电解硫酸铜溶液析出铜等。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。学生在实验前1个月必须根据实验预备材料进行预习，对现场实验做到有备而来；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。“暑期学校”结束前，学生还必须根据本星期实验情况，作口头报告（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。
英开在虚拟实验和远程控制实验的设计开发方面特点很鲜明，主要在于其注重实验背景的真实性，设计接近于实际工程实践。图5就是英开天文学系天文观察课程中虚拟实验的部分界面。
（三）两校远程教育实验课程设计与评价的分析比较
1. 两校实验设计目标和准备比较
由于国内试点高校和英开的教育理念有显著差异，国内高校实验的主要目的是让学生熟悉相应理论，实验设计目标主要是验证理论，因此实验前的准备主要是详细了解实验原理和实验步骤，而英开实验的目的主要是让学生了解工程中的一些实际问题，实验准备工作主要是让学生了解实验目的与过程，特别是必须事先思考回答教师提出的问题。
2. 两校实验设计组织和操作比较
在实验过程中，英开的实验操作相对简单灵活，大多数实验是多人协作配合完成，在达到实验效果的情况下，并不要求学生严格按照实验步骤进行；而国内高校的实验多数操作较为复杂，一般都要求学生严格按照规定的实验步骤进行，并且由单人完成的实验占多数。
3. 两校实验设计评价和要求比较
在实验结束后，英开的教师主要强调小组协作和交流，虽然每个成员需要完成的实验工作相对简单,但对其与小组成员的交流要求反而很高，学生口头报告的个人表达与对实验的感受以及改进的想法在评分中占了较大比重；而国内高校在实验结束后，对学生实验报告评分标准主要是实验操作是否正确，实验结果和理论是否符合。
4. 两校网上实验设计能力和需求比较
英开虽然在开发网上实验方面起步较早，实力雄厚，但其主要遵循以集中式现场实验(summer school)和分散式家庭实验教学包实验为主，虚拟实验和远程实验为辅的实验课程体系模式，因此网上实验设计开发的比例和数量反而低于国内试点高校。但是近年来由于成本等方面的压力，英开也开始提升网上实验在实验课程体系中的地位和作用。
四、两校远程教育实验课程
分析的共识和启示
通过调研，联合研究小组认真分析了远程教育实验课程建设与应用的一些重要问题，就以下几个主要问题达成共识和启示。
（一）关于远程教育实验课程几种模式的分析比较
1. 关于暑期学校实验
暑期学校实验模式是英开教学体系和质量保证体系的重要环节，是该校对远程教育实验和实训环节的杰出贡献。尽管英开在这一模式上积累了许多成功的经验，但也面临着巨大的挑战。本次调研，英开工作人员反映，暑期学校实验管理和指导授课成本工作相对还是高，同时由于工科类学生必须参加现场实验，导致学生群不能大规模增加；在与学生的座谈中，学生主要意见也是暑期学校集中占用了大量工作时间，并不是很方便。
2. 关于家庭实验教学包
家庭实验教学包是一种方便学生个人在家庭环境中就能完成一些没有危险性实验的小型便携式设备组合，是英开在远程教育实验教学领域的一项创造。但是，由于成本高，局限性大（只适用使用微型设备、且基本没有危险性的实验），因此只在少数专业课程中得到应用。
3. 关于远程控制实验
远程控制类实验是在网上操作的真实实验，是真正意义上的远程实验，具有很好的发展前景。但是远程控制实验不能并发，一套设备上同时只能有一名学习者进行实验操作，此外远程控制类实验需要选择合适的技术路线来呈现实验，实验设计难度高，可实现远程控制的实验少，加上设备是真实的，存在安全性和维护问题，设备、开发与维护成本高。
4. 关于虚拟实验
虚拟实验比远程控制实验更易实现，更能表达实验所期望展示的内容。而且虚拟实验具有一次开发多次使用，不需要消耗实验器材，不具有操作危险性等优点。但虚拟实验开发中依然面临一些挑战：（1）交互性：虚拟实验的交互完全依赖于设计，实验设计必须预设各种可能出现的情况，对实验设计人员的要求比较高。（2）真实性：即用户体验，需采用各种技术增强在线实验的现场感和环境的效果。在与学生的座谈中，学生对于虚拟实验最大的意见在于真实感不够，特别是还不能模拟多种实际工程中会出现的突发情况。英开认为，虚拟实验采用大量现场照片合成，实验资源量大，模式固定。（3）数据表示：实验过程中显示的各类数据，必须通过过程建模实现，以更真实地反映实验过程。
（二）两校远程教育实验课程的差异比较
通过调研不难发现，华理网院和英开在实验建设与应用上存在显著差异，归纳起来，中英远程教育实验课程的主要差别见表1。
（三）两校远程教育实验课程调研的共识和启示
通过研讨，联合研究小组主要就实验课程今后发展方向达成以下共识：（1）远程教育实验课程解决方案应注重实验的网络化，虚拟和现实相结合的实验是发展的方向；（2）实验设计应注重反映实际工程实践（即国内教育界强调的“工程性”）；（3）实验开发应注重流程规范化和技术接口标准化。
华理网院通过联合考察和研讨，认为英开实验课程在以下几方面值得我们借鉴。
实验设计的工程性。（1）从教学理念上强调工程性实验在培养计划中的地位。（2）从实验设计到操作，注重工程实际环境的实验教学，实验设计接近工程现实，强调学生动手能力，给学生真实的操作体验。（3）注重综合培养学生能力。在培养学生动手能力，以及理论与实践的互相验证的同时还要求学生作口头报告，提高学生的表述能力。[6]（4）培养团队精神和协调能力。强调学生与教师、同学的交互，要求团队协作，共同完成实验任务。[7]
实验课程设计开发的规范性。（1）课程设计开发流程规范化。以产品产出为导向，规范开发流程，团队协作，精心设计，保障开发进度和质量。（2）实验课程设计合理，指导有方。（3）追求学习产出（learning outcome）。强调每个课程模块的有效性，对每个课程模块都给出学习产出列表，即课程模块应该要掌握的内容，使学生在实验中心中有数。
网上实验开发应用的绩效性。（1）大量采用实际设备的图片和数据，展示效果好，开发难度低。（2）强调实验的实践性，与工业工程结合紧密，多数实验反映了工业过程的实际情况。（3）在线实验紧密嵌入网络课程课件，便于学生结合相应理论学习，不强调实验原理、实验过程，不作独立实验要求。（4） 学生实验过程开放，实验步骤相对灵活。
五、小 结
中英远程教育实验课程的联合研究，帮助我们走出国门，同时又请外国专家进来，将国内试点高校远程教育实验课程与国际远程教育界最具代表性的英国开放大学的实验课程，放在同一个平台上，请专家、教师、学生、开发管理人员一起研究，进行了全方位、多视角的横向比较和审视。这一研究既让我们清晰地看到了差距和问题，又使我们增添了几分自信和希望。毋庸置疑，我们在工科实验教学平台和实验教学体系建设上已经迎头赶上世界潮流，在网上实验开发的系统性和技术性等方面甚至走在了前列。但英开在实验设计的工程性、实验开发的规范性，以及实验应用的绩效性等领域更具内涵的领先优势和特色，却是我们要花大力气学习和追赶的。
在远程环境下开展实验教学，已经成为教育技术学以及计算机技术等多个学科重要的研究和发展方向，是教育信息化、现代化的重点和难点。各国教育研究、开发人员在这一领域的探索和实践面对共同的问题和挑战，加强合作交流、共同发展是必由之路。