《Proceedings of the Design Society》：Mechatronics education with project-based learning supported by e-learning
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项目式学习（Project-based learning）是工程设计教育中的一种关键教学形式。然而，许多学生因缺乏成功参与项目所需的先验知识而面临困难。为解决此问题，研究人员开发了电子学习内容，以支持学生在项目工作前的自学时间。本文展示了在项目活动中同时使用电
项目式学习（Project-based learning）是工程设计教育中的一种关键教学形式。然而，许多学生因缺乏成功参与项目所需的先验知识而面临困难。为解决此问题，研究人员开发了电子学习内容，以支持学生在项目工作前的自学时间。本文展示了在项目活动中同时使用电子学习内容的影响评估。结果表明，学生对开发机电一体化系统的信心有所提高，并对专业能力（professional competencies）的习得产生了积极影响。
论文解读：《Proceedings of the Design Society》发表的关于项目式学习与电子学习支持的机电一体化教育研究
研究背景与问题提出
产品开发工程师的知识与能力对开发过程的效率和结果质量具有重要影响。大学工程课程包含多种教学形式，其中项目式学习（Project-based learning）在培养未来工程师方面发挥着核心作用。项目式学习反映了职业实践现实，通常涉及将知识和方法迁移到新的应用背景中。然而，这种方法面临一个关键挑战：学生往往既缺乏必要的先验知识，又缺乏独立学习的能力，无法以结构化、目标导向的方式开展工作。机电一体化（Mechatronics）融合了机械工程、电子工程和计算机科学，学生需要这些领域的知识与技能才能成功开发机电一体化系统。但由于这些技能常分散在不同课程中，学生在整合各子学科时存在能力缺口。德国波鸿鲁尔大学（Ruhr University Bochum）多年机电一体化课程的经验观察和课程评估显示，开始项目式机电一体化课程的学生先验知识异质性很高，尤其是独立开展机电一体化开发项目所需的基本技能往往发展不足。工程教育中很大一部分以自学阶段的形式存在，但这些阶段通常缺乏指导。电子学习（E-learning）为解决这一问题提供了有前景的方案，它能实现个性化学习路径，并在时间和内容上提供灵活性，特别适合在工程设计教育中有效教授必要的基本技能，尤其是在学习前提异质的情况下。在此背景下，研究人员设计并整合了电子学习内容作为课程特定干预措施，旨在分析其对项目式学习习得机电一体化系统开发能力（competences to develop mechatronics system）的支持程度。
研究内容与结论概述
研究人员针对波鸿鲁尔大学机械工程学士第三学年选修课“机电一体化系统”（Mechatronic Systems）开发了电子学习内容，以支持该课程的自主学习时间。该课程包含讲座和开发自平衡机器人（self-balancing robot）的实践项目工作。电子学习内容由参与学生使用，并对其有效性进行了评估。研究结果表明，电子学习内容的使用增加了学生开发机电一体化系统的信心，并对专业能力习得产生了积极影响。这项研究的成果对于在工程教育中结合项目活动和电子学习具有重要意义，尤其适用于学生知识背景异质的情况。论文发表在《Proceedings of the Design Society》。
关键技术方法简述
研究采用问卷调查和考试成绩分析相结合的混合方法。样本为2025年夏季学期选修该课程的26名学生。数据收集使用两份互补问卷：第一份于项目工作开始时分发，记录学生现有知识和经验，特别是机电一体化开发过程中的典型活动，并评估其开发机电一体化系统的自我信心；第二份于笔试当天分发，再次询问自我信心，并增加关于电子学习内容使用行为和感知有用性的问题。问卷采用五点李克特量表（Likert scales）。此外，分析学生的笔试成绩，将数据集分为使用电子学习资源的学生和未使用的学生两组，由于无随机对照，使用曼-惠特尼U检验（Mann-Whitney U test）比较两组在考试各部分成绩的差异，显著性水平设为5%。定量评估使用SPSS软件完成。
研究结果
3.1 数据收集与分析
本部分详细说明了研究的数据收集过程和分析方法。通过两份问卷和考试成绩评估电子学习内容的影响。第一组问卷揭示了学生先验知识的异质性，第二组问卷结合使用行为和感知有用性反馈，并使用统计检验比较了考试结果，为后续结果分析奠定基础。
3.2 结果
3.2.1 学生对电子学习内容的反馈
大多数学生认同所提供的电子学习内容适合准备实践项目工作，并提供了有帮助的任务相关反馈。内容对激励预期自学时间的贡献也得到积极评价，但效果略低。经常使用电子学习内容的学生倾向于给出更高的有用性评价。难度评估多为“适当”，26名学生中有18人至少频繁使用数字材料。免费文本建议指出，尽管使用了电子学习内容，仍有学生难以跟上实践项目工作，提议将电子学习内容与项目工作更紧密联系。
3.2.2 学生开发机电一体化系统自我信心的变化
项目工作前后自我信心的对比显示，未使用或使用有限电子学习内容的学生自我信心仅小幅提升至均值2.90；而积极使用电子学习内容的学生自我信心显著提高至均值3.68，表明电子学习环境规律使用能有效增强学生感知到的开发能力。
3.2.3 使用数字内容对学习成果达成的影响
电子学习内容使用者的笔试第二部分（项目工作相关）平均成绩62.9%，非使用者仅37%，差异统计显著（p<0.001）。第一部分（理论）虽无显著差异，但使用者成绩较高。此外，所有电子学习内容使用者均通过考试，而非使用者中有人未通过，说明电子学习内容在子系统实践实施及集成到功能整体系统中起到了帮助作用。
讨论与结论
讨论部分指出，研究证实了学生群体知识异质性对项目工作的挑战。初始调查显示仅部分学生有典型机电一体化工作经验，且所有学生对机械工程自信更高，而电子学习恰好针对较薄弱的电子和信息技术领域，满足了真实需求。学生反馈总体积极，但动机激发方面评价稍低，表明内容主要在直接关联项目任务时被使用。自我信心和考试成绩模式一致，表明电子学习内容有助于跨领域整合。然而，并非所有学生都达到期望能力水平，可能需要改进教学活动或对高层级学习目标采用更合适的评估形式。研究局限性在于缺乏随机分组和真正对照组，可能存在自选择偏差。未来应进一步将电子学习单元与具体项目步骤紧密链接，提供自适应路径，调查未使用原因，并探索模块化跨学科使用。
结论部分翻译如下：
本研究表明，结构良好的补充性电子学习内容是一种有效方式，可弥补实践性项目式机电一体化课程中学生起点的异质性，并促进他们跨入跨领域系统集成。学生乐于使用电子学习内容，并认为其对项目工作有帮助。对考试成绩的分析显示，电子学习内容的使用对专业能力（professional competences）的习得有积极影响。此外，那些积极使用电子学习内容的学生，在开发机电一体化系统的自我评估信心方面显著提升。这表明，在实践性课程中由于监督资源有限而只能提供有限个别支持时，可重复的电子学习内容尤为有效。这些发现支持为预期知识异质的学生群体提供更成功的项目式学习而提供电子学习内容。对于未来课程，建议将电子学习内容与项目工作步骤更紧密地联系，以避免早期错误。总体而言，结果表明，指导性项目工作与电子学习内容的结合是跨学科工程教育的一种可行方法。
