在工程教育中，实验室是一种旨在吸引学生的体验式学习。过去几十年，人们越来越多地使用在线实验室，包括虚拟实验室和远程实验室。远程实验室为物理实验室提供在线接口，允许学生随时随地使用真实世界的设备进行实验。然而，这种优势挑战了学生的积极参与。关于远程实验室中学生参与的有效教学方法的证据很少。本文旨在确定高等工程教育中基于主动学习教学法的远程实验室作业如何支持学生参与，其总体目标是促进学生从理论到实践的转移技能。我们的研究问题是，“主动学习教学法对学生参与远程实验室有什么影响?”的问题，我以高等工程教育中关于系统和控制的两门课程为例进行了研究。数据包括数字痕迹、课程评估、访谈和观察。学生们报告说，随时随地使用的远程实验室需要自我调节和安排实验。然而，随附的开放式实验作业鼓励学生通过创建一个“需要知道的”来参与实验和课程的理论内容。“我们的研究结果进一步表明，有必要对开放式实验作业、实验准备、支持同伴学习和讨论的团队合作、注重反馈和形成性评估的进展会议以及注重反思的报告进行结构化安排。”通过在实验前和实验过程中为学生提供支持，明确实验和实验室设置的指示，以及预先组织实验活动，可以加强学生的参与度。
为了应对当今社会、经济和环境的复杂挑战，高等教育越来越多地采用情境丰富的方法，为工科学生应对未来的挑战做好准备(Chen等人，2021;Kohn ramatdberg等人，2020)。这种情境丰富的方法可能包括体验式学习(Abdulwahed & Nagy, 2009;Li et al.， 2019)，据报道，这可以提高学术成就和从理论到实践的转移(Chen et al.， 2021)。为了促进这些转移技能，当代理论提倡抽象概念与具体表征之间的明确联系(Fyfe & Nathan, 2019)。
在工程教育中，实验室经常被用作一种旨在吸引学生的体验式学习形式(Bernhard, 2010;Krivickas & Krivickas 2007)。学生的参与度是由学习环境(包括实验室、学习活动和人际关系)之间的相互作用形成的(Bond et al.， 2020)。参与度可以通过认知、行为或情感指标来观察。论点是，在一个迭代的过程中，积极的学生参与加速了从理论到实践的转变，从而产生了短期和长期的结果，这反过来又促进了参与。
传统上，工程教育应用物理实验室来促进学生之间的转移技能(Feisel & Rosa, 2005)。在物理实验室中，学生接触真实的设备，获得动手技能，并面对现实世界系统的非理想特性。过去几十年，人们越来越多地使用在线实验室，特别是虚拟和远程实验室(Grodotzki, Ortelt, Tekkaya, 2018)。虚拟实验室在视频和模拟的帮助下，在虚拟环境中提供所有内容和实验(Bhute et al.， 2021)。在虚拟实验室中，学生可以在任何时间、任何地点进行模拟实验。虚拟实验室通常不具备现实世界实验的非理想特征(Lowe等人，2008)，尽管虚拟实验室可以通过使不可观察现象可见来支持实验(Heradio等人，2016)。虚拟实验室为学生提供24/7的可用性，给他们比物理实验室更多的机会进行实验。此外，虚拟实验室被认为支持学生的主动学习，因为它们引发了实验的迭代(Heradio等人，2016;柯式,1988)。远程实验室，为物理实验室提供在线接口(Bhute等人，2021;Zubia & Alves, 2011)，似乎提供了两全其美。学生可以随时随地使用现实世界的设备进行实验，既具有物理实验室的非理想特性，又具有虚拟实验室的时间和地点独立学习。远程实验室的基本设置包括实时视频和音频馈送，以便学生可以实时查看实验和控制，而无需亲自处理实验(Bhute等人，2021)。
研究表明，与物理实验室相比，学生在远程实验室的学习成果相等或更好(Brinson, 2015;Corter等，2011;Heradio et al.， 2016;Post et al.， 2019)。Post及其同事(2019)在他们关于远程实验室对认知、行为和情感学习结果影响的综述研究中发现，学生的学习成果与他们参与远程实验室之间存在正相关关系。例如，据报道，与在常规实验室工作的学生相比，在远程实验室工作的学生进行了更多的实验，取得了更高的考试成绩(Morgan et al.， 2012)。其他研究证实，考试成绩高的学生也是在远程实验室进行实验最多的学生(Broisin et al.， 2017;Viegas et al.， 2018)。此外，学生对远程实验室的使用似乎与他们对实验室的看法或满意度无关(Viegas等人，2018)。这表明，增加与远程实验室的接触可以增加学习收益，即使外部动机是强制性的。
基于这些发现，激活学生参与远程实验室以增加他们的概念理解似乎是至关重要的。然而，在线实验室的主要优势，即可以随时随地访问，为积极参与学生提供了严峻的挑战。在一个远程实验室，学生期望并要求通过规划和执行实验自己显示自我调节(Daradoumis, Marques Puig, Arguedas, Calvet Linan, 2021;参见，Litzinger, lattuca, Hadgraft, Newstetter, 2011)。此外，在任何地方进行远程实验室实验，缺乏教师和同伴的存在来鼓励、激励和支持学生进行这些实验。这与物理实验室形成对比，物理实验室有指定的时间段来进行实验，并且有教师或实验室助理提供支持。
物理实验室和在线实验室之间的特征差异要求重新考虑现有的实验室教学方法，包括如何积极地吸引学生，从而促进预期的学术成就和技能转移。关于远程实验室的现有文献通常提供了远程访问物理实验室系统所需技术的详细描述(例如，Sus等人，2021;Mohammed et al.， 2020)。尽管研究强调需要额外的技术来支持学生的参与和学习(例如，Bhute等人，2021)，但几乎没有证据表明，新形式的实验室能够有效地促进学生的参与和学习。以学生为中心的方法，如主动学习，被认为是通过互动让学生参与学习，包括阅读、观看、倾听、分析或实验(Kalinga & Tenhunen, 2018;Nascimento et al.， 2019;Shehkar, Prince, Finelli, Demonbrun， & Waters, 2019)。在主动学习的过程中，学生参与的是知识创造而不是知识提供(Cattaneo, 2017;Fields et al.， 2021)。
本文旨在确定高等工程教育中基于主动学习的远程实验室作业如何支持学生参与。通过研究学生在两个高等工程系统和控制课程中的远程实验室参与情况，本研究旨在为在线实验室教学提供详细和有证据依据的知识。
高等工程教育机构越来越多地使他们的教育计划开放、灵活和丰富的背景(另见Gallagher & Savage 2020)。这些内容丰富的课程共享一个作业设计，通过激活、自我指导的工作场景来吸引学生(Johnson et al.， 2009)。这些作业的目标是学习如何解决问题，并学习如何解决问题，而不是解决问题本身。
这些自我导向的工作场景通过敦促学生构建知识网络并掌握自己的学习过程来支持主动学习(Hernández-de-Menéndez, Vallejo Guevara, Tudón Martínez, Hernández Alcántara， & Morales-Menendez, 2019;Trimingham et al.， 2016)。主动学习的核心要素是(1)物理空间，(2)技术，包括互联网接入和实验室设备，(3)活动，包括实验室活动和对话，共同产生(4)结果，如增强概念理解和提高学生成绩(Hernández-de-Menéndez等人，2019)。
主动学习教学法将课堂学习与真实的、基于实地和实践的经验联系起来(索尔兹伯里和伊尔比，2020)。它注重过程和内容，并力求跨学科和协作(Cattaneo, 2017)。主动学习的教学策略包括小组讨论、解决问题、案例研究或结构化学习小组(Kalinga & Tehunen, 2018)。教师通过将学习转化为真实而有意义的过程来发挥促进作用(Vodovozov et al.， 2021)。主动学习建立在反思、反馈和支持的形成性评估的基础上，而不是建立在总结性评估的基础上(Cattaneo, 2017)。例如，报告的好处是提高了批判性思维能力，增加了新信息的保留和转移，增加了动机，提高了人际交往能力(Winarno, Muthu， & Sing, 2016)。
尽管有这些好处，但由于学生的抵制和缺乏参与，主动学习在课堂上的采用速度很慢(Jamieson & Lohmann, 2012) (Froyd et al.， 2013)。要求学生积极参与往往与他们对学习活动的期望相冲突(Shehkar et al.， 2019)。这种冲突会导致阻力，比如为不做任务找借口，假装服从，完成任务差，或者表达担忧或反对(Weimer, 2013)。此外，据报道，高等工程教育的学生如何更喜欢“被动”工具，如网络研讨会和演示的异步记录，而不是主动学习活动，如与实验室设置的在线直接连接(Ozadowicz, 2021;Vodovozov et al.， 2021)。
然而，与此同时，关于主动学习方法的研究基于挑战的学习(Malmqvist, Kohn rapadberg， & Lundqvist, 2015;Van den Beemt, Van den Watering， & Bots, 2022)展示了允许灵活性和开放性的作业，并支持从理论到实践的转移，如何创造高的学生动机和参与度(Van den Beemt & MacLeod, 2021)。这一发现证实了一项研究，该研究表明，主动学习如何有效地提高学生的注意力，并能吸引学生采取深入的学习方法(Biggs & Tang, 2011;Li et al.， 2019;)。然而，目前尚不清楚如何通过远程实验室的主动学习教学法来增强这些发现。
在寻找工程教育中远程实验室的有效教学方法时，Gustavsson等人(2009)提出了主要注意点:在包括实验室组成部分的课程中引入实验室的具体学习目标，实施个人学生评估，并引入免费访问在线实验资源作为传统实验室的补充。De Jong等人(2014)提倡在线实验室的研究性学习教学法，包括定位、概念化、调查和结论阶段，并辅以持续的讨论(另见Litzinger等人，2011)。此外，对于主动学习的实验室教学法，Abduhlwahed和Nagy(2009)提出了一系列学习活动，包括实验前课程、实验前测试、实验室实验和包含反思成分的实验后测试。
根据我们的研究目的和对远程实验室验证的要求(Feisel & Rosa, 2005)以及相关教学法(Lopes等人，2021)，我们将我们的研究问题制定为:
主动学习教学法对学生参与远程实验室有什么影响?
我们通过一个远程实验室任务和伴随的主动学习教学法的案例研究来解决这个研究问题，同时承认参与的目标是促进从理论到实践的转移技能(Bond等人，2020;伯纳德,2010)。
摘要
介绍
高等工程教育中的主动学习
研究问题
案例des
描述:实施一个远程实验室遵循主动学习教学法
方法
数据收集
数据分析
发现
讨论与结论
参考文献
致谢
作者信息
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本案例研究中的远程实验室由荷兰一所科技大学开发，由三种不同的物理装置组成。这三种设置被应用于多个系统和控制课程。这些课程本质上是理论性的，涵盖了广泛的数学主题。为了促进学生对概念的理解和从理论到实践的转移，这些课程中引入了远程实验室作为一个实践组成部分。以下对远程实验室及其在教育中的实施的描述遵循Hernández-de-Menédez及其同事(2019)确定的主动学习的共同要素，即物理空间、技术、活动和结果。
远程实验室由三个物理装置组成，用于系统和控制实验:
1）
三个水箱设置，其中水位必须通过操作泵和阀门保持在规定的范围内，同时提供水位的实时反馈(图1);
2）
磁球悬浮装置，其中金属球必须悬浮并在电磁场中控制位置(图2);
3）
柔性轴驱动装置，其中用传感器测量两个质量的角位置，学生设计并测试了质量的速度和位置控制器(图3)。
图1
容设置
图2
磁球悬浮装置
图3
柔性轴驱动装置
远程实验室包括物理实验装置、用户跟踪系统、学生和工作人员信息库以及用户界面(Bhute等人，2021)。本研究中使用的远程实验室被设计为可扩展的物理设备、学生和课程数量，并允许个人作业，而不是所有学生进行相同的实验。跟踪和存储库系统由两个服务器组成:一个主服务器处理登录帐户、用户权限、管理和组织任务，一个实验室服务器管理调度队列和与物理设置的通信。学生可以通过基于网络的界面访问远程实验室进行实验。视频直播允许学生在进行实验时观察物理实验室的设置。
用户跟踪系统跟踪学生的进度。这个过程被记录为数字痕迹，包括日期和时间戳、实验次数、实验持续时间和实验成功或失败。系统检查学生对实验准备问题的回答，并对实验过程给出基本建议。
所有远程实验室设置允许现场交互实验和排队自动化实验。对于实时交互实验，首先上传数据文件，然后实时运行实验，下载并评价实验结果。现场交互实验在预留时间段进行，允许在该时间段内进行多个实验。学生可以24/7预约时段。排队的自动化实验需要及时上传数据文件，然后自动运行实验。实验结束后可随时下载实验结果。
开放式实验作业是为学生在远程实验室进行实验而设计的。所有三个物理实验室设置的实验任务是相似的，包括三个实验阶段:(1)手动控制远程实验室实验设置，(2)确定常数，(3)控制远程实验室实验设置。每个阶段都遵循Abdulwahed & Nagy(2009)提出的学习活动顺序:实验前活动、远程实验室实验和实验后活动。学生们以2至5人为一组进行实验作业。所有的学习活动都反映了实验室环境、学习活动和促进学生参与的关系之间的相互作用(Bond et al.， 2020)。远程实验室的介绍是在课程开始时通过演示和用户手册完成的。
在第一个实验阶段，实验前活动包括在虚拟实验室(即Matlab Simulink)中进行建模和控制的设计任务。学生准备Matlab文件，并在物理设置的虚拟表示中进行测试，然后将文件用作远程实验室后续实验的输入。第二个实验前的活动是一个形成性测验，旨在让老师和学生就课程的理论部分进行互动。测验向老师提供了学生不清楚的话题的反馈。下面在远程实验室进行的实验允许手动控制实验装置。这个实验针对的是需要一个控制器的学生，因为手动控制不能提供令人满意的结果。实验结束后还会有一个进度会议，目的是检查学生是否已经开始使用远程实验室，或者鼓励他们开始使用。学生在形成性测验中发现的不清楚的主题也在进度会议上明确讨论，以进一步促进概念理解，并在实验作业中从理论到应用的转移。
第二个实验阶段的实验前阶段同样包括为远程实验室的后续实验准备Matlab文件。这些Matlab文件可以在虚拟实验室中进行测试。然而，这不是强制性的，并且文件也可以直接在远程实验室中使用。实验的目的是计算出物理设置的常数，作为在下一个实验阶段建立控制器所需的输入。实验后的活动包括与老师的进度会议，学生必须就远程实验任务起草一份中间报告。第三个实验阶段，旨在建立一个控制器和实验控制实验设置，实验前活动，远程实验室实验和实验后活动在性质上与第二个实验阶段相似。实验作业以期末报告结束。
进度会议是形成性评估的一种形式。它们旨在对所进行的实验、取得的结果以及中期和最终报告的初步版本提供反馈。进展会议也有助于继续进行实验。
中期和最后报告作为总结性评价的一种形式;他们被评分并计入学生的期末成绩。两份报告都遵循了从实验准备到实验运行，以及评估和反思结果的步骤。该报告还旨在让学生学习如何起草技术报告，制定一系列的论点，并在实验中反思选项和选择。此外，报告必须包括关于实验设置的开创性文献，作为寻找和审查经验文献的练习。
本课程旨在培养学生对理论(主要是数学)主题如何应用于实践的理解。例如，本科课程“过程动力学与控制”旨在向化学专业学生介绍化学过程动力学建模的理论和实践，以用于控制系统设计。本课程结束后，学生应能:
运用数学知识理解和分析控制化学过程动力学的主要机制;
分析和解释瞬态和频率响应数据;
设计，验证和调整化学过程的常规反馈控制器，如反应器和精馏塔;
使用Matlab和Simulink等工具分析和设计过程模型和控制系统。
一个案例研究(Yin, 2009)基于上述主动学习教学法对远程实验室和作业进行了研究。从高等工程教育系统和控制两门课程中收集和分析互补的定量和定性数据，以确定远程实验室和作业如何支持学生参与。这种评估性案例研究的目的是确定研究人员判断的案例的价值，并将研究结果传达给感兴趣的受众(参见Bassey, 1999)。
该案例研究是在荷兰一所科技大学进行的。在两个系的几个系统和控制工程课程中实施了远程实验室设置和作业。在本研究中，我们重点研究了化学工程系2020年春季和2021年春季的“过程动力学与控制”课程和电气工程系2020年春季的“系统与控制”集成项目中三罐远程实验室设置的实施情况。表1概述了课程和学生人数。
表1三罐远程实验室设置的课程和学生
从多个角度和多个来源收集数据，提供来源和方法三角化，旨在提高结果的内部有效性(Miles & Huberman, 1994;股权,2005)。数据包括学生在远程实验室用户跟踪系统中的数字痕迹、学生课程评估的结果、与教师和四名学生的访谈、课程材料和进度会议的观察笔记。
收集数字痕迹来识别学生在远程实验室的活动，主要是关于进行现场和自动化实验的数量和时间。学生的课程评估结果和对学生的访谈提供了对学生学习经验和远程实验室使用情况的深入了解。课程评估在课程结束后进行。在2020年和2021年，来自集成项目“系统与控制”的58名学生中有36人填写了这些表格，来自“过程动力学与控制”课程的57名学生中有20人填写了这些表格，48名学生中有17人填写了这些表格。在课程评估中，学生被问及远程实验室对课程的附加价值，对远程实验室或物理实验室的偏好，以及远程实验室的用户友好性和可用性。结果由第一作者总结，第二作者检查。人们发现这个摘要是准确的。
对四名学生的采访是在2021年春季“过程动力学与控制”课程结束时进行的。应第二作者的要求，学生们自愿参加了采访。在访谈中，学生们被要求反思他们的学习经历和使用远程实验室的过程。对“过程动力学与控制”课程的老师的采访集中在教学法和课程组织的考虑上。第二位作者进行了所有的采访。访谈由第一作者和第二作者分别记录和总结。作者对总结进行了讨论。总结一致，没有发现矛盾的结果。课程材料和进度会议的观察笔记被用来进一步核实和扩展调查结果。
为了符合研究的目的，我们对数据进行了分析，以确定远程实验室作业对学生参与度的影响。对远程实验室用户跟踪系统中学生的数字痕迹进行了定量分析，以确定成功实验的数量，分为现场实验和自动化实验，以及一天中的时间。对课程评价总结、师生访谈、课程资料和进度会议观察笔记进行定性内容分析。在对所有定性数据的分析中，需要特别注意的是教学法如何支持参与，以及情境化和灵活的学习过程。数据分析以参与要素为指导，包括学习环境、学习活动和关系(Bond等人，2020)，以及工程教育中的主动学习要素，包括物理空间、技术、活动和结果(Hernández-de-Menédez等人，2019)。
本研究遵循了埃因霍温理工大学(2014)和荷兰大学协会(2014)的社会科学研究指导方针。参与者自愿参与并给予知情同意。
本研究探讨了主动学习教学法对学生参与远程实验室的影响，其扩展目的是促进学生从理论到实践的转移。结果的描述是根据Bond及其同事(2020)提出的促进学生参与的要素进行的:学习环境、学习活动和关系。
在整合项目中，58名学生四人一组。三次坦克实验室设置共成功实验1944次，其中现场实验1184次，排队实验760次(表2)。学生上传的文件必须与远程实验室兼容，并包含远程实验室构建和执行实验的实验定义中的所有信息，才能成功运行实验。在2020年“过程动力学与控制”课程中，48名学生以5人为一组，成功进行了764次实验，其中排队实验199次，现场实验565次。2021年，54名学生五人一组，成功进行了437次实验，其中238次是现场实验，199次是排队实验。在所有课程中，大多数实验都是现场进行的，尽管排队实验的数量表明需要灵活的调度。
表2现场实验和自动化实验以及三门课程的预留时间
现场互动实验预约时段显示，下午是所有课程最受欢迎的时段。然而，如果我们把晚上和晚上结合起来，那么在办公时间之外的实验的可用性似乎满足了调度灵活性的需要，至少对于集成项目是这样。学生对这门课的评价证实了这一点，例如:
“有了这种灵活性，我可能可以在我突然有新想法的时候工作。(学生课程评价整合项目“系统与控制”)
然而，学生们也报告了在实验持续时间上比目前的固定时间更灵活的偏好。此外，还经常利用进行多次循环实验的机会。学生们报告说，比起物理实验室，他们更喜欢远程实验室。然而，评估也显示了对过程和软件使用的脚手架和支持的需要。
学生对整合项目的评估显示，大约三分之二的学生认为远程实验室比模拟实验更有价值。有相似比例的学生表示，他们赞成灵活安排时间，尤其是自动化实验，因为这样可以节省时间，而且可以进行多个实验。
“上传一个实验，一天后回来看到实验已经运行，这是非常节省时间的。这减少了等待的时间，让你很容易为项目安排时间。(学生课程评价整合项目“系统与控制”)
据报道，一些学生更喜欢现场设置，因为他们在实验室里有参与感。大多数学生(72%)报告了对远程实验室用户友好性的积极评价，而超过50%的学生报告用户界面直观。
学生们报告说，远程实验室可以在任何地方全天候使用，这一特点影响了他们的参与度。由于所有时间段都没有老师或实验室助理的监督，学生们必须表现出自我调节并安排自己的实验。此外，这项任务似乎提供了无数的实验机会。过程动力学与控制课程的学生报告说，在这种自由之后，他们倾向于拖延，因为总是有充足的机会进行实验。
“我注意到，因为有可能自己计划实验，所以我倾向于拖延，或者干脆不做实验。一开始我没有感到任何压力，因为以后还有很多时间和机会去做实验。(学生面试“系统动力学与控制”课程2021)
远程实验室的物理设备包括一台摄像机。这个摄像头的视频直播向学生们展示了实验过程中发生的事情。这促进了参与，因为学生们认为直播是与远程实验室的互动，这有助于他们理解物理设置、实验和结果。过程动力学与控制课程的学生报告说，他们认为这是非常有价值的，正如其中一名学生采访中的引文所说明的那样:
“很高兴有一个摄像头，因为你可以看到阀门在移动，以及它的速度。你还可以看到，在阀门打开之前，有一些响应时间，它不是瞬间发生的。视频很好地显示了这一点。我认为这是有价值的。因此，即使你没有坐在实验室装置旁边，你仍然可以确切地看到发生了什么。(学生面试“系统动力学与控制”课程2021)
学习活动从一个开放式的实验作业开始。过程动力学与控制课程的学生报告说，这项作业鼓励他们通过创建一个“需要知道的”来参与远程实验室和课程的理论内容。通过进行实验，学生们遇到了一些未知的问题，这些问题需要继续进行下一步的实验任务。例如，当手动控制不能给出令人满意的结果时，需要一个控制器来改进对实验装置的控制。另一个问题是需要确定三个容器设置中的两个常量的值，以便实际设计控制器。
“我们致力于开发我们自己的三缸装置模型。当我们这样做的时候，我们注意到我们遗漏了两个常数。然后我们试着找出如何确定这些常数。(学生面试“系统动力学与控制”课程2021)
由学生报告的学习活动过程动力学和控制鼓励参与远程实验室是进度会议和报告。在进度会议上，学生们报告他们的工作得到了反馈，并与老师讨论如何继续实验。学生们认为这些会议是有价值的，因为他们提供了对学生的进步和后续实验步骤的见解。据学生们说，进度会议还规定了实验的最后期限，这样他们就可以和老师讨论实验结果了。老师证实了进度会议是如何明确地为这些目的而设计的:告知学生他们是否在正确的轨道上，并防止拖延和随之而来的工作量积累到课程结束。防止工作量的积累对于保护物理实验装置也很重要，因为物理实验装置无法在有限的时间内处理大量的实验。防止拖延症的另一个目的是教师增加学生(可以)进行实验的总体数量。
“进度会议为学生提供了一个框架，因为他们必须做点什么，并在进度会议上展示出来。它鼓励学生思考这个项目。没有进度会议，学生们会把项目拖到最后一刻。进度会议有助于在课程期间分散工作量，这对学生和远程实验室系统都是有益的。进步会议也为学生提供信息，如果他们在正确的轨道上。如果他们只是在最后才发现，那么就没有时间再做改变了。(“系统动力学与控制”课程教师访谈)
此外，进度会议在中期报告和最后报告截止日期之前举行。过程动力学与控制学生报告说，他们使用进度会议来获得关于他们的初步报告的反馈，包括所进行的实验和报告的内容。由于这两份报告都是分级的，有助于通过课程，他们激活了学生在远程实验室进行实验，并以结构化的方式报告他们的结果。这与老师的意图一致，因为进度报告服务于学习如何编写技术报告的目标。
在过程动力学与控制课程的第一周，通过手册和演示介绍了远程实验室。然而，学生们认为让他们参与远程实验室并不是很有效。他们更喜欢以教程的形式进行更积极的介绍，这样他们可以获得与远程实验室合作的第一手经验。
“我更喜欢远程实验室的主动教程。那样的话，我们就可以省下很多自己解决问题的时间。这是一个反复试验的过程。在课程的第一周，有一个远程实验室的演示，但那太快了。[…]我想如果我能积极地在实验室练习，而不是跟随别人的演示，我会学到更多。(学生面试“系统动力学与控制”课程2021)
此外，学生们指出，在老师的指导下熟悉远程实验室如何有助于他们的参与。老师的观察证实了这一点，学生们在寻找方向，没有采取主动。这位老师承认有必要改变向学生介绍远程实验室的方式。她计划用如何使用远程实验室的视频指导来取代现场演示。这样做的目的是让学生也可以将视频作为参考，因为为此目的而设计的书面手册只在有限的范围内使用。
学生们以四到五人一组的方式进行学习活动，据报道，这提高了学生的参与度。过程动力学与控制课程的学生重视在团队中完成实验任务，因为它提供了讨论课程内容、远程实验室实验、结果和报告的机会。据学生们说，团队合作为学生们向同龄人学习创造了机会。然而，学生们也报告说，他们没有充分抓住这些同侪学习的机会，因为他们倾向于分配任务并单独进行。此外，任务的分配遵循了学生早期完成某些任务的经验。这意味着学生们经常选择与他们的能力和背景接近的任务，而不是最大化学习机会。
“在我们的团队中，我们并没有真正的官方任务分配，但如果人们有某些经验，例如使用Matlab，他们就会承担这些任务，因为他们可以更轻松、更快地完成任务。在我们的小组中，我们经常选择将任务分配给能够快速完成任务的人。(学生面试“系统动力学与控制”课程2021)
此外，学生们经常在家单独完成远程实验室作业，特别是在2021年春季的过程动力学与控制课程中。根据学生们的说法，这减少了他们团队中的社会关系。团队会议集中在实验室分配和任务划分的实质性问题上，与他们在物理实验室一起工作时相比，有相当少的(非正式的)社会互动。学生们认为这是在远程实验室工作的一个缺点，因为他们重视社会互动以及随之而来的与同龄人的关系。
“小组工作不那么个人化。会议很快就会集中讨论应该做些什么。[…]在这方面，合作更有效，但你真的错过了社交互动。(学生面试“系统动力学与控制”课程2021)
本研究的目的是确定高等工程教育中基于主动学习教学法的远程实验室作业如何支持学生参与，其总体目标是促进学生从理论到实践的转移技能。本研究的结果表明，积极的学习教学法可以支持学生的参与。我们的研究结果表明，开放式实验作业、实验准备、支持同伴学习和讨论的团队合作、以反馈和形成性评估为重点的进展会议以及以反思为重点的报告的结构化安排是必要的。
学生们报告说，比起物理实验室，他们更喜欢远程实验室。然而，评估也显示了对流程和软件使用等方面的支持需求。因此，教师在实验前和实验过程中为学生提供支持，为学生提供关于实验和实验室设置的明确指示，以及预先组织实验活动，可以加强学生的参与度。清晰的过程定义和积极的学习教学法，包括准备阶段，支持知识获取，并在实验期间和之后实现深度学习。
由于需要在时间和材料上的投资，基于主动学习教学法的远程实验室的实际需求似乎是相关的。远程实验室的机会包括在办公时间以外安排实验的灵活性。这使学生能够计划和组织他们的学习活动，并创造更多的机会进行(更多)实验(即，24/7而不是限于办公时间)。然而，这要求学生加强自律和团队合作。另一方面，物理实验室需要学生做大量的准备工作，而且当某些事情失败时，时间可能会耗尽。远程实验室支持在过程中找到所需的知识，然后继续实验。这种自由反过来又允许更多的开放式作业，这与开放和灵活的教育理念相一致，例如基于挑战的学习(Gallagher & Savage, 2020)。
我们的案例研究对远程实验室在物理空间和技术方面的发展的影响，包括对实验调度灵活性的需求。2020年的课程是在第一次Covid-19封锁之前举行的，在晚上和晚上大量使用了自动化实验。2021年，在新冠肺炎法规期间，学生们主要是在白天进行现场实验。这可能是由于学生被关在家里，有更多的时间可用，例如，由于缺乏旅行时间，缺乏社交活动，以及在线课程较短(通常为90分钟)，而整个物理课程的时间安排为180分钟。
用户友好和直观的界面增加了学生对远程实验室的参与。这与早期的研究一致，该研究表明，对远程实验室的积极看法会影响学生的看法和整体满意度，尽管不一定会影响他们的学习成果(Viegas等人，2018)。不过，实时视频摄像机的可用性对于用户粘性和感知互动也很重要。
我们的研究结果表明，开放式实验室作业如何产生学习紧迫性，这证实了现有的工程教育研究(Hernández-de-Menéndez等人，2019)。然而，开放性意味着灵活性，以及安排和开展实验的可能拖延。学生们似乎在寻找方向，甚至是外在的触发因素和奖励，以明确的截止日期的形式来避免拖延。然而，这与自我调节学习的原则不一致(Nascimento等人，2019)，但也可能是其他研究发现工科学生缺乏主动学习热情的原因(Shehkar等人，2019;魏玛2013))。
在我们的案例研究中，主动学习方法的一个核心特征是进展会议的作用。它们是学生真正参与的最后期限，但也激发了教师的形成性反馈，以及学生对所做实验的讨论和反思。这证实了现有的研究强调形成性评估在工程教育中的作用(Gomez Puente, Van Eijck， & Jochems, 2013;哈桑2011)。
内隐学习目标(如学习如何手动控制实验设置)和显式学习目标(如学习如何构建控制器和起草技术报告)都得到了远程实验室附带的主动学习教学法的支持。然而，为了确保每个学生都能达到这些学习目标，远程实验室需要每隔几年设置一次不同的物理实验，因为学生可能会复制前几年的实验报告。
学习环境、学习活动和关系之间的相互作用对教育实践的影响始于向学生介绍远程实验室的方式。这种引入直接影响他们的参与和由此产生的学习成果(Viegas et al.， 2018)。我们的研究结果建议以互动的方式介绍远程实验室，而不是演示或书面手册。它可以被认为是学生的第一个清晰的路标(另见Van den Beemt et al.， 2020)。
团队合作可以被视为这种相互作用的另一个方面，从而导致敬业。当学生在家工作时，例如在Covid-19法规期间，他们倾向于以高度实用的方式看待团队合作。团队会议集中在实验室分配和任务划分的实质性问题上，与他们在物理实验室一起工作时相比，有相当少的(非正式的)社会互动。虽然学生们认为这是在远程实验室工作的一个缺点，但他们仍然重视团队合作，因为它可以进行讨论和同侪学习。矛盾的是，我们的结果还表明，学生们在团队合作中有一种纯粹的功能性方法。学生们应用了任务分工，并因此选择了最接近他们能力和背景的任务，而不是最大化合作和共同学习的机会。鉴于对提出的截止日期的积极反应，教师是否应该通过预先定义任务分工来提供另一个外部触发因素(另见Apul & Philpott 2011;Hamade & Ghaddar, 2011)?
这种评估性案例研究的局限性在于，远程实验室应用的课程数量很少，而且由于其专业性，只有有限的学生入学。仅对一小部分学生进行了访谈，这给数据饱和度和结果的普遍性带来了压力(另见Guest et al.， 2006)。这意味着结果应该被视为与其他学生的行为产生共鸣，而不是泛化到整个人群。因此，对更多学生的后续研究可能有助于更好地理解主动学习教学法如何提高学生的参与度。此外，这些学生在2021年春季新冠肺炎封锁期间接受了采访，这可能影响了他们对团队合作和人际沟通的看法。
未来的研究应该解决这些问题，建立多个远程实验室和更大的受访者群体。这项研究可能包括对远程实验室的使用进行更深入的分析，以及实验可能失败的原因。然而，这个案例研究有助于当前的发展，例如基于挑战的学习，它提倡开放式的作业和灵活的方法来刺激学生的参与。
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