基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐

黃朝兵，楊 杰，郭志強(qiáng)，鄭 林，王 昱

（武漢理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

劉柳岑，谷震離，謝贊福

（廣東技術(shù)師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510000）

基于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺的混合教學(xué)模式設(shè)計(jì)與實(shí)踐

黃朝兵，楊 杰，郭志強(qiáng)，鄭 林，王 昱

（武漢理工大學(xué) 信息工程學(xué)院，湖北 武漢 430070）

數(shù)字圖像處理是計(jì)算機(jī)視覺重要的基礎(chǔ)課程。文章針對該課程內(nèi)容抽象、信息量大、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)，提出利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺教學(xué)資源豐富、自主學(xué)習(xí)和交流方便等特點(diǎn)，采用課堂講授、線上學(xué)習(xí)、線下交流相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，并以武漢理工大學(xué)為例，闡述混合教學(xué)模式的設(shè)計(jì)及實(shí)踐過程。

數(shù)字圖像處理；網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺；網(wǎng)絡(luò)課程；混合教學(xué)；主動學(xué)習(xí)

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，以大規(guī)模開放在線課程（MOOC）為代表的新的教育形式正在改變傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式[1]，利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行學(xué)習(xí)和交流，開闊了學(xué)生視野，為學(xué)生自主學(xué)習(xí)提供方便；但是，單純采用MOOC進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)千篇一律，很難因材施教。針對MOOC的不足，小規(guī)模限制性在線課程（SPOC）應(yīng)運(yùn)而生，它利用MOOC的資源優(yōu)勢，創(chuàng)建一種針對特定教師和學(xué)生的較為靈活的教學(xué)模式。目前，很多高校采用“MOOC+SPOC+傳統(tǒng)課堂”的混合教學(xué)模式，使傳統(tǒng)課堂教學(xué)和在線課程學(xué)習(xí)互為補(bǔ)充，取得了較好的效果[23]。

以數(shù)字圖像處理課程為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)、經(jīng)濟(jì)、國防和社會生活的各個(gè)領(lǐng)域，包括前沿技術(shù)如圖像視頻大數(shù)據(jù)分析、無人機(jī)、機(jī)器人、無人駕駛、人工智能等領(lǐng)域，其應(yīng)用日益廣泛和深入?！皵?shù)字圖像處理”課程具有以下特點(diǎn)：①概念多，公式多，內(nèi)容抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)不易理解、入門難。②內(nèi)容多，信息量大，技術(shù)發(fā)展更新快。③應(yīng)用領(lǐng)域廣，發(fā)展前景好。傳統(tǒng)教學(xué)以課堂講授輔以課堂練習(xí)貫穿教學(xué)過程，以教師為中心，學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)地位，師生交流時(shí)間和方式受限，在有限課時(shí)內(nèi)，難以達(dá)到教學(xué)的預(yù)期目標(biāo)。為此，課程組利用互聯(lián)網(wǎng)引入先進(jìn)教學(xué)模式，在武漢理工大學(xué)U-MOOCS在線教育綜合平臺上建立了“數(shù)字圖像處理”在線網(wǎng)絡(luò)課程，并采取線上學(xué)習(xí)與課堂講授交流相結(jié)合的混合教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)。

1 在線網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)

1.1 教學(xué)資源

教學(xué)資源包括基本資源和擴(kuò)展資源兩大部分。

1）基本資源。

（1）課程基本情況介紹。包括課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)日歷等內(nèi)容。課程介紹主要是課程特點(diǎn)、教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容覆蓋面、教學(xué)方法及組織形式、授課對象要求、教材與參考資料等內(nèi)容；教學(xué)大綱包括課程的教學(xué)目的、教學(xué)任務(wù)、教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)、模塊或單元教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)、教學(xué)活動以及教學(xué)方法上的基本要求；教學(xué)日歷是教學(xué)的具體實(shí)施計(jì)劃表。

（2）教案和學(xué)習(xí)指導(dǎo)。本課程教案涵蓋全部教學(xué)內(nèi)容，按照以下3種形式呈現(xiàn)：①授課的演示文稿：包括課程全部10章授課的PPT。②步進(jìn)教程：對一些原理算法的英文說明和解釋。③名詞術(shù)語：課程名稱術(shù)語的英文解釋。學(xué)習(xí)指導(dǎo)包括課程各章內(nèi)容的重點(diǎn)難點(diǎn)等知識要點(diǎn)解析和學(xué)習(xí)指導(dǎo)。

（3）授課錄像。包括本課程全部10章內(nèi)容54個(gè)知識點(diǎn)的所有講課錄像。學(xué)生可以方便地進(jìn)行瀏覽和點(diǎn)播。

（4）課程作業(yè)。圍繞課程內(nèi)容的思考和練習(xí)，提供學(xué)習(xí)完各章內(nèi)容的練習(xí)作業(yè)題，學(xué)生可以上網(wǎng)直接答題和提交結(jié)果，教師可以直接在網(wǎng)上進(jìn)行批閱。

（5）實(shí)驗(yàn)及指導(dǎo)。本課程的涵蓋各章內(nèi)容的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書。

2） 擴(kuò)展資源。

針對數(shù)字圖像處理概念多、內(nèi)容抽象、信息量大、發(fā)展更新快、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊等特點(diǎn)，課程組在基本資源的基礎(chǔ)上，擴(kuò)展教學(xué)資源。這就要求學(xué)生熟練掌握Matlab和Visual C++開發(fā)工具，并能夠在掌握數(shù)字圖像處理各個(gè)算法原理的基礎(chǔ)上給出程序?qū)崿F(xiàn)的過程和結(jié)果，使抽象內(nèi)容直觀化，同時(shí)給出應(yīng)用開發(fā)案例和研究發(fā)展方向開闊學(xué)生的視野。

（1）開發(fā)環(huán)境工具。數(shù)字圖像處理研究和應(yīng)用開發(fā)使用的開發(fā)環(huán)境和工具，如Matlab（圖像 處 理 函 數(shù) 庫 ）、C++、Visual C++/VS2010、OpenCV（開源計(jì)算機(jī)視覺函數(shù)庫）、Linux操作系統(tǒng)及Qt開發(fā)工具。可以針對不同開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用需要，進(jìn)行學(xué)習(xí)和應(yīng)用開發(fā)。

（2）演示仿真。提供了17個(gè)不同算法的程序?qū)崿F(xiàn)的動畫演示過程，過程直觀、清晰。

（3）基于VC++原理與實(shí)現(xiàn)。在VC++開發(fā)工具下的數(shù)字圖像處理，包括位圖基礎(chǔ)、數(shù)字圖像處理VC++程序設(shè)計(jì)以及部分程序，方便學(xué)生在VC++環(huán)境下進(jìn)行練習(xí)和開發(fā)。

（4）英文版課程內(nèi)容。課程全英文PPT以及英文電子版教材。

（5）應(yīng)用開發(fā)案例。選出部分課程組教師在指導(dǎo)圖像視頻處理研究開發(fā)應(yīng)用方面的碩士生畢業(yè)論文，和在指導(dǎo)本科生課程教學(xué)中進(jìn)行教學(xué)方法改革中學(xué)生完成小型項(xiàng)目任務(wù)開發(fā)的報(bào)告，論文和報(bào)告中有原理、算法實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，學(xué)生通過參考案例，了解到如何將數(shù)字圖像處理課程知識與實(shí)際問題相結(jié)合，為將來從事相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用開發(fā)服務(wù)。

（6）研究發(fā)展方向。提供一些數(shù)字圖像視頻處理與識別方面的研究發(fā)展新理論、新方法和新技術(shù)方面的資料，開闊學(xué)生的視野，為學(xué)生將來在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供參考。

1.2 教學(xué)活動

（1）答疑討論和常見問題。課程網(wǎng)站提供有課程討論區(qū)，學(xué)生和教師都可以在該討論區(qū)提出問題，參與討論，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上直接答疑。對一些典型性的問題可以歸結(jié)為“常見問題”，并提供問題的答案供學(xué)生查閱。學(xué)生可以通過檢索該問題進(jìn)行自動答疑，教師也可以通過郵件對學(xué)生進(jìn)行郵件答疑。

（2）試題試卷庫。提供課程的試題庫和試卷庫，試題庫可以用來生成在線測試試卷。

（3）在線測試。教師可以設(shè)定不同的組卷策略生成不同的測試試卷，作為在線測試試卷，供學(xué)生進(jìn)行在線測試，自我進(jìn)行測驗(yàn)測試。

（4）研究型教學(xué)。教師可以將申報(bào)立項(xiàng)的教研項(xiàng)目、教學(xué)方法改革的情況，在該欄目進(jìn)行展示，分成不同的小組，由學(xué)生分組完成。

（5）課程教學(xué)管理。包括課程通知、問卷調(diào)查、教學(xué)郵箱、教學(xué)筆記等。

2 混合教學(xué)設(shè)計(jì)

我們從2014年開始在武漢理工大學(xué)U-MOOCS教學(xué)平臺上建設(shè)“數(shù)字圖像處理”網(wǎng)絡(luò)課程。該課程經(jīng)過學(xué)校教學(xué)資源和使用效果驗(yàn)收，于2016年被確定為校級精品資源共享課程。本混合教學(xué)改革依托武漢理工大學(xué)資源共享課程“數(shù)字圖像處理”，網(wǎng)絡(luò)資源課程內(nèi)容豐富，網(wǎng)上作業(yè)、討論交流、在線測試功能齊全，能夠滿足在線教學(xué)的需要。

2.1 教學(xué)策略

本次混合課程教學(xué)改革，以課堂教學(xué)為主，網(wǎng)絡(luò)資源在線學(xué)習(xí)為輔，同時(shí)安排線下學(xué)習(xí)交流。

（1）線上線下交流。安排3次在線課程學(xué)習(xí)交流，每次2學(xué)時(shí)，依次安排在“圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原”之后1次，“圖像壓縮、圖像分割”之后1次，“彩色圖像處理、圖像表示”之后1次。列出一些問題，同學(xué)們通過在線自主學(xué)習(xí)，在課堂上進(jìn)行交流解答。

（2）網(wǎng)上交流互動。安排一些問題進(jìn)行網(wǎng)上交流互動，促進(jìn)課程的深入學(xué)習(xí)，并將網(wǎng)上互動情況列入課程考核。

（3）考核方式改革。課程考核成績由期末考試、平時(shí)作業(yè)、課堂表現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)互動等組成，采取以期末考試為主，課堂討論交流、平時(shí)作業(yè)、回答問題等為輔的綜合評價(jià)手段。成績的分布比例為：期末考試成績占60%，實(shí)驗(yàn)占15%，課堂考勤及表現(xiàn)占5%，平時(shí)作業(yè)占5%，網(wǎng)上作業(yè)占5%，網(wǎng)絡(luò)討論互動和線下課堂交流占10%。

2.2 教學(xué)方法

課堂教學(xué)中，注意問題提出背景的闡述，將數(shù)字圖像處理的原理算法與程序?qū)崿F(xiàn)相結(jié)合，理論與工程應(yīng)用實(shí)例相結(jié)合，使課程內(nèi)容不再抽象難懂，同時(shí)提高同學(xué)們的實(shí)踐動手能力。課程教學(xué)期間，每次學(xué)習(xí)交流之前由教師事先提出8個(gè)相關(guān)知識的討論題，并在網(wǎng)上公布。同學(xué)們對這8道題目結(jié)合講課內(nèi)容和網(wǎng)上材料的在線學(xué)習(xí)給出解答，并在網(wǎng)上提交。同時(shí)每次選出8名同學(xué)在課堂上主講對問題的研究思路、解題方法、程序演示和結(jié)果分析，進(jìn)行學(xué)習(xí)情況交流。整個(gè)課程學(xué)習(xí)期間，一共列出了24個(gè)討論題，有24位同學(xué)在3次討論課中進(jìn)行了主講交流，同時(shí)其他同學(xué)也參與交流討論。

設(shè)計(jì)的討論題包括“根據(jù)灰度圖像的直方圖分析圖像的特性”“給定圖像塊，用均值濾波器計(jì)算濾波過程、結(jié)果及分析”“分析中值濾波器分別對高斯噪聲、椒鹽噪聲的濾波效果”“給定一個(gè)掃描字符串，分別用Huffman編碼和混合編碼進(jìn)行編碼，并分析結(jié)果”“算術(shù)編碼的計(jì)算與分析”“預(yù)測編碼中無損編碼和有損編碼兩者的異同及舉例分析”“對灰度圖像進(jìn)行分塊FFT變換壓縮編碼的Matlab實(shí)現(xiàn)及分析”“對給定圖像塊，用Sobel模板進(jìn)行銳化處理及分析”“分裂與合并算法分割圖像的Matlab實(shí)現(xiàn)及分析”“用不同結(jié)構(gòu)元素對圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)腐蝕、膨脹運(yùn)算結(jié)果分析”“彩色圖像不同彩色模型轉(zhuǎn)換及Matlab實(shí)現(xiàn)”“彩色圖像分割的Matlab實(shí)現(xiàn)及分析”“邊界鏈碼的計(jì)算及歸一化”“獲取邊界圖及其Fourier描述子的Matlab實(shí)現(xiàn)及分析”“區(qū)分字符的形狀描述子及分析”等，通過對這些問題的探討和交流，使學(xué)生的知識面更寬廣，課程學(xué)習(xí)更深入。

3 混合教學(xué)實(shí)踐及效果分析

本次課堂教學(xué)、線上線下相結(jié)合的混合教學(xué)在電信2014級部分教學(xué)班進(jìn)行試點(diǎn)，其他班級同學(xué)也可以訪問網(wǎng)絡(luò)課程資源和提交網(wǎng)上作業(yè)。到2017年6月20日課程結(jié)束，課程訪問數(shù)為6 536，課程討論區(qū)主題數(shù)為513，課程討論區(qū)發(fā)文數(shù)為1 000，學(xué)生提交網(wǎng)上作業(yè)720人次。具體情況見圖1。

圖1 “數(shù)字圖像處理”網(wǎng)絡(luò)課程圖

在3次線下集中交流中，共提出24個(gè)問題，這些問題涵蓋了課程學(xué)習(xí)的主要知識，有一定的深度和廣度，涉及課程的主要內(nèi)容，包括理論原理及Matlab編程實(shí)現(xiàn)。學(xué)生能夠主動查閱資料，結(jié)合線上自主學(xué)習(xí)和線下討論解決問題，使學(xué)生能夠更好地掌握圖像增強(qiáng)、圖像復(fù)原、圖像壓縮編碼、圖像分割、彩色圖像處理、圖像表示等的原理和技術(shù)，能夠結(jié)合實(shí)際問題應(yīng)用加以解決，提高了學(xué)生分析問題解決問題的能力，拓寬了學(xué)生的知識面，有利于更好達(dá)到課程的教學(xué)目標(biāo)。對于提出的24個(gè)問題，同學(xué)們都能認(rèn)真地去完成，特別是在課堂上主講交流的同學(xué)，都能夠?qū)栴}給出全面的回答，有的給出多種不同的解題方案，很多還用Matlab工具進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)，給出設(shè)計(jì)的程序、運(yùn)行結(jié)果及分析。從同學(xué)們在課堂上主講和討論的情況看，同學(xué)們都能夠把每個(gè)問題，從原理、Matlab實(shí)現(xiàn)到實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析講得比較全面和透徹，線下課堂交流收到了很好的效果。對學(xué)生的專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的支撐，加大了與實(shí)踐教學(xué)的結(jié)合度。

從課程考核情況看，開展混合教學(xué)的試點(diǎn)班的成績?yōu)椋浩骄煽?1.51分，90分及以上占 11.25%，80～89分 占 22.50%，70～79分 占38.75%，60～69分占23.75%，60分以下占3.75%，成績符合正態(tài)分布，高于其他未進(jìn)行混合教學(xué)試點(diǎn)的教學(xué)班成績。這也從一個(gè)側(cè)面反映了開展混合教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的成效。

4 結(jié) 語

針對學(xué)校和學(xué)生的具體情況，利用武漢理工大學(xué)U-MOOCS在線教育綜合平臺，建立了“數(shù)字圖像處理”在線網(wǎng)絡(luò)課程，采取線上學(xué)習(xí)與課堂講授交流相結(jié)合的混合教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)，這種模式能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源共享課程教學(xué)資源豐富、交流互動方便的特點(diǎn)，促進(jìn)學(xué)生主動學(xué)習(xí)、深入學(xué)習(xí)課程理論，提高實(shí)踐動手能力。經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，效果較好。然而這種模式在課堂討論中，除了主講的同學(xué)外，參與討論的人數(shù)不夠多，部分同學(xué)參與意識不強(qiáng)，為此可以在今后的混合教學(xué)中，考慮引入智慧教學(xué)工具雨課堂[4]，提高全體同學(xué)的參與度。

[1] 楊鑫, 王大維, 王宇新, 等. 互補(bǔ)MOOC的主動式課堂建設(shè)方法探究[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù), 2017, 27(1): 115-120.

[2] 吳寧, 房琛琛, 任燕飛. 大班教學(xué)環(huán)境下基于SPOC的混合教學(xué)設(shè)計(jì)與效果分析[J]. 中國大學(xué)教學(xué), 2016(5): 32-37.

[3] 黃璐, 于紅, 谷軍. 翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)面授混合教學(xué)模式研究[J]. 計(jì)算機(jī)教育, 2016(9): 167-170.

[4] 王帥國. 雨課堂: 移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下的智慧教學(xué)工具[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù), 2017, 27(5): 26-32.

1672-5913(2017)11-0134-04

G642

武漢理工大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目（2015411212）。

黃朝兵，男，教授，研究方向?yàn)閿?shù)字圖像處理與識別、數(shù)字視頻處理與分析，email:huangcb@whut.edu.cn。

（編輯：彭遠(yuǎn)紅）

實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)

智能機(jī)器人充當(dāng)名師的MOOC教學(xué)

劉柳岑，谷震離，謝贊福

（廣東技術(shù)師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510000）

文章編號：1672-5913(2017)11-0138-04

中圖分類號：G642

摘 要：從系統(tǒng)科學(xué)角度看，MOOC是一個(gè)復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，受開放性環(huán)境影響，會通過失穩(wěn)從原有狀態(tài)進(jìn)入到應(yīng)用智能機(jī)器人充當(dāng)名師教學(xué)的新定態(tài)。文章從輸入和輸出兩個(gè)角度分析MOOC系統(tǒng)的組成元素，針對性闡明技術(shù)和名師資源兩個(gè)因素的狀況，提出以智能機(jī)器人充當(dāng)MOOC名師角色為前提搭建新MOOC系統(tǒng)框架，并對新MOOC系統(tǒng)框架進(jìn)行思考。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)科學(xué)；MOOC系統(tǒng)；智能機(jī)器人；名師

第一作者簡介：劉柳岑，女，在讀研究生，研究方向?yàn)閺南到y(tǒng)科學(xué)的視角研究MOOC的創(chuàng)新應(yīng)用，1048873022@qq.com。

0 引 言

系統(tǒng)科學(xué)正在成為21世紀(jì)學(xué)術(shù)研究的重要領(lǐng)域，其理論與方法已經(jīng)滲透應(yīng)用到各個(gè)學(xué)科，逐步成為各學(xué)科研究發(fā)展的重要理論指導(dǎo)[1]。MOOC系統(tǒng)是一個(gè)處于一定相互關(guān)系中，并與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的各組成要素的總體集合。MOOC系統(tǒng)自組織內(nèi)部不斷調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，但因系統(tǒng)和環(huán)境發(fā)生變化會失穩(wěn)，從原有狀態(tài)突變到新MOOC系統(tǒng)狀態(tài)，突變主要是由原要素的失衡和外界新要素的發(fā)展引起的。本文探索的目的是MOOC系統(tǒng)自組織受智能機(jī)器人的影響后進(jìn)入新的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，形成新的MOOC系統(tǒng)框架。

1 MOOC是一個(gè)復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)

MOOC作為一個(gè)復(fù)雜的動態(tài)系統(tǒng)，主要的輸入要素為從社會、學(xué)校等環(huán)境獲得系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)、專業(yè)人才（包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)人才、專業(yè)教師和管理人才）、學(xué)生、課程資源（包括課程設(shè)計(jì)資源和視頻資源）、經(jīng)費(fèi)；主要的輸出要素包括課程設(shè)計(jì)成果、各類畢業(yè)生、科技研究成果、教育模式創(chuàng)新成果、社會服務(wù)成果5個(gè)方面。圖1為MOOC系統(tǒng)要素關(guān)系圖。

圖1 MOOC系統(tǒng)要素關(guān)系圖

在MOOC系統(tǒng)中，主要輸入要素、輸出要素以及自身特性隨著時(shí)間和技術(shù)的變化而變化體現(xiàn)了該系統(tǒng)的動態(tài)性[2]。MOOC系統(tǒng)的復(fù)雜性主要源于其多種功能所決定的復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)。MOOC系統(tǒng)的功能子系統(tǒng)由5項(xiàng)主要輸出決定，包括課程設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、科技研發(fā)子系統(tǒng)、教育模式創(chuàng)新子系統(tǒng)、人才培養(yǎng)子系統(tǒng)、社會服務(wù)子系統(tǒng)，而為了實(shí)現(xiàn)5個(gè)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行，還必須有戰(zhàn)略決策與管理子系統(tǒng)。圖2為MOOC系統(tǒng)功能子系統(tǒng)關(guān)系圖。

圖2 MOOC系統(tǒng)功能子系統(tǒng)關(guān)系圖

MOOC系統(tǒng)具有開放性，會與外部發(fā)生物質(zhì)、能量、信息交換，保持密切關(guān)聯(lián)[3]。因此，MOOC系統(tǒng)的外部環(huán)境子系統(tǒng)主要有科技創(chuàng)新子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)、政策法規(guī)子系統(tǒng)等。同時(shí)，外部系統(tǒng)的日新月異會導(dǎo)致MOOC系統(tǒng)隨之改變。

2 MOOC系統(tǒng)突變

MOOC系統(tǒng)需要外界物質(zhì)、能量、信息的大量輸入，外界環(huán)境的改變會給系統(tǒng)相關(guān)要素帶來影響，進(jìn)而系統(tǒng)會發(fā)生改變。系統(tǒng)質(zhì)變的一種基本形式是系統(tǒng)發(fā)生突變從而不斷發(fā)展變化，系統(tǒng)的發(fā)展分叉帶來質(zhì)變的多樣性以及系統(tǒng)的完善和豐富多彩。在此，系統(tǒng)輸入既是系統(tǒng)外部參量也是控制參量，系統(tǒng)輸出是系統(tǒng)的狀態(tài)，而突變則是通過控制參量連續(xù)漸變引發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)的不連續(xù)突變。

2.1 內(nèi)部元素：教師資源失穩(wěn)

1）專業(yè)教師資源供需不足。

就外部大環(huán)境而言，各個(gè)學(xué)科的專業(yè)教師數(shù)量足夠，主要從事教育單位或教育機(jī)構(gòu)的相關(guān)工作，在MOOC興起之前，專業(yè)教師本身組織穩(wěn)定，形成了固有體系。但是MOOC系統(tǒng)需從原有的教育大系統(tǒng)中抽離元素以作系統(tǒng)的搭建，容易受到所需教師受困于原有環(huán)境、對MOOC理念不支持或無興趣、接受新技術(shù)能力受限、制作課程效果低于原有課程效果、臨時(shí)原因等因素的影響，導(dǎo)致部分專業(yè)教師無法進(jìn)行MOOC課程的制作。

2）投入成本高于使用效益。

投入成本高主要在于教師知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)和教師課程制作過程中需提供大量技術(shù)支持兩方面。同一門課程，由不同的教師進(jìn)行MOOC制作，需向每一位教師支付制作經(jīng)費(fèi)；而由于教師對制作過程中需要使用的計(jì)算機(jī)等相關(guān)技術(shù)生疏，需另外提供相關(guān)技術(shù)人員作為課程制作的技術(shù)支撐。MOOC系統(tǒng)中，大量高成本制作的課程無人問津或使用人數(shù)低，達(dá)不到理想的教育效益和經(jīng)濟(jì)效益，一定程度上偏離初衷，不利于系統(tǒng)長遠(yuǎn)穩(wěn)定發(fā)展。

3）成果體系內(nèi)部紊亂。

同一門學(xué)科，不同的教師因自身知識系統(tǒng)體系的獨(dú)特性，制作的課程成果呈一定的差異性，不利于學(xué)習(xí)者對課程的選擇，難以達(dá)到期望的教育效果。長期成果體系的不穩(wěn)定會引發(fā)紊亂，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自我完善的功能，難以達(dá)到有序發(fā)展。

2.2 外部元素：智能機(jī)器人滲透

智能機(jī)器人因?yàn)榫邆鋵Σ煌蝿?wù)和特殊環(huán)境的適應(yīng)性，所以逐漸滲透并適用于各個(gè)領(lǐng)域必是大勢所趨。隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)同步提升，智能程度越來越高，逐漸大規(guī)模有目的性地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，譬如教育、醫(yī)學(xué)、娛樂、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、海洋開發(fā)、宇宙探測等。隨著科學(xué)界專家學(xué)者對機(jī)器人技術(shù)的深入研究，各式各樣具有感知、決策、行動和交互能力的機(jī)器人已經(jīng)被成功研發(fā)，如教育機(jī)器人、移動機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、微型機(jī)器人、水下機(jī)器人、軍用機(jī)器人、仿人機(jī)器人等[4]。機(jī)器人正朝著智能化和多樣化等方向發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展和逐步滲透對MOOC系統(tǒng)將產(chǎn)生巨大的影響，可能達(dá)到改革性效果。

近期，教育機(jī)器人在國外一直是熱點(diǎn)，而在國內(nèi)逐步開始成為中小學(xué)技術(shù)課程和綜合實(shí)踐課程的有力支撐，在教學(xué)中逐步得到普遍的應(yīng)用。教育機(jī)器人是進(jìn)行信息技術(shù)教育的有效載體，是一種十分典型的數(shù)字化幼教工具。既然教育機(jī)器人可以在教育界得到初步的應(yīng)用，同理，智能機(jī)器人也可成為MOOC系統(tǒng)的重要組成要素，研發(fā)適合MOOC系統(tǒng)的智能機(jī)器人類型成為這項(xiàng)應(yīng)用的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

MOOC系統(tǒng)受到外界科學(xué)技術(shù)這一不穩(wěn)定域的影響，從傳統(tǒng)MOOC系統(tǒng)的穩(wěn)定定態(tài)過渡到另一個(gè)不確定狀態(tài)。由于技術(shù)應(yīng)用上的不可預(yù)估性，本來應(yīng)該在分叉點(diǎn)A處發(fā)生的變化，在實(shí)際上可能繼續(xù)運(yùn)動到B點(diǎn)才發(fā)生，導(dǎo)致對新MOOC系統(tǒng)的研究比較艱難。

3 基于整體優(yōu)化的新MOOC系統(tǒng)架構(gòu)搭建

從系統(tǒng)科學(xué)的整體優(yōu)化原理可看出：系統(tǒng)的整體功能大于各部分功能之和，意味著系統(tǒng)的整體功能不僅包含各子系統(tǒng)的功能，而且包含子系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)形成的新結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的功能[5]。當(dāng)前，MOOC亟需加入新的元素，形成新的子系統(tǒng)體系，新的子系統(tǒng)不僅要在獨(dú)立系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生作用，而且必須與其他各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行全面協(xié)調(diào)，對別的系統(tǒng)同樣產(chǎn)生作用，達(dá)到最佳的滲透作用效果。

原MOOC系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系出現(xiàn)不利因素，阻礙體系的順利運(yùn)轉(zhuǎn)，加之系統(tǒng)的開放性，使得外部環(huán)境的變化滲透至原有系統(tǒng)，外界科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，企圖與原系統(tǒng)達(dá)到新的穩(wěn)定狀態(tài)?；诖?，根據(jù)智能機(jī)器人的發(fā)展?fàn)顩r，假設(shè)智能機(jī)器人可充當(dāng)名師應(yīng)用于MOOC教學(xué)。系統(tǒng)架構(gòu)圖主要的子系統(tǒng)為：學(xué)生管理子系統(tǒng)、教學(xué)設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、戰(zhàn)略管理子系統(tǒng)、技術(shù)研發(fā)子系統(tǒng)、社會服務(wù)子系統(tǒng)、學(xué)術(shù)研究子系統(tǒng)6個(gè)子系統(tǒng)。圖3為智能機(jī)器人充當(dāng)名師的MOOC教學(xué)系統(tǒng)關(guān)系圖。

由圖3可以看出，由于新元素智能機(jī)器人的加入，子系統(tǒng)明顯發(fā)生變化的是教學(xué)設(shè)計(jì)子系統(tǒng)和技術(shù)研發(fā)子系統(tǒng)。教學(xué)設(shè)計(jì)子系統(tǒng)的下一層角色由原來的專業(yè)教師變成專業(yè)教師和智能機(jī)器人兩者充當(dāng)（隨著技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)教師有可能成為智能機(jī)器人的高一層級關(guān)系），值得注意的是，智能機(jī)器人的種類包括硬智能機(jī)器人和軟智能機(jī)器人兩種。硬智能機(jī)器人屬于仿人機(jī)器人，直接以實(shí)物的形式出現(xiàn)在課程視頻當(dāng)中，一般適用于心智成熟、獨(dú)立學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的學(xué)習(xí)者使用；軟智能機(jī)器人則相當(dāng)于一個(gè)趣味學(xué)習(xí)軟件平臺，亮點(diǎn)是除了傳播知識以外，教師的形象可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的喜好進(jìn)行變化、隨著授課方式發(fā)生變化，一般適用于注意力不夠集中、獨(dú)自學(xué)習(xí)能力尚弱、心智不成熟的學(xué)習(xí)者，譬如學(xué)前教育層次或中小學(xué)教育層次的學(xué)習(xí)者。技術(shù)研發(fā)子系統(tǒng)下一層新增智能機(jī)器人研發(fā)技術(shù)。本系統(tǒng)架構(gòu)提出的成功的關(guān)鍵在于智能機(jī)器人研發(fā)技術(shù)。雖然智能機(jī)器人在多領(lǐng)域應(yīng)用已成熟，教育機(jī)器人也開始普及，但專門針對MOOC的智能機(jī)器人的應(yīng)用還有待研究。

除了上述兩個(gè)子系統(tǒng)的明顯改變以外，子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間是存在聯(lián)系的，戰(zhàn)略決策子系統(tǒng)相關(guān)人員需全盤考慮智能機(jī)器人應(yīng)用于MOOC的可行性以及如何正確運(yùn)用其中；智能機(jī)器人的加入對學(xué)生管理子系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因?yàn)榻逃咝问降母淖儯苯佑绊憣W(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果；學(xué)術(shù)研究子系統(tǒng)的參與對象發(fā)生改變，在原來的專業(yè)教師和學(xué)生中增加智能機(jī)器人的角色；社會服務(wù)子系統(tǒng)所創(chuàng)造的價(jià)值與智能機(jī)器人有莫大的聯(lián)系，智能機(jī)器人有效應(yīng)用于MOOC教學(xué)與系統(tǒng)創(chuàng)造的價(jià)值成正相關(guān)。

與原MOOC系統(tǒng)相似，該系統(tǒng)仍具有開放性，與外部環(huán)境密切相關(guān)，且相關(guān)度有所增長，因?yàn)樾孪到y(tǒng)更多依賴于技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的創(chuàng)新意味著系統(tǒng)相應(yīng)地變化[6]。新MOOC系統(tǒng)的外部環(huán)境仍包括教育和科研大系統(tǒng)、科技創(chuàng)新大系統(tǒng)、社會大系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)大系統(tǒng)等。

圖3 智能機(jī)器人充當(dāng)名師的MOOC教學(xué)系統(tǒng)關(guān)系圖

4 對新MOOC系統(tǒng)架構(gòu)的思考

①從科學(xué)技術(shù)系統(tǒng)的角度來看，MOOC系統(tǒng)外部環(huán)境的技術(shù)確實(shí)日新月異，人們幾十年來對智能機(jī)器人的開發(fā)和研究，使得機(jī)器人技術(shù)取得了巨大的成就。隨著人工智能、智能控制和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能機(jī)器人在當(dāng)前的軍事、醫(yī)學(xué)、科研等領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用，但能否創(chuàng)造出適合MOOC系統(tǒng)應(yīng)用的智能機(jī)器人是新MOOC系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵問題。

②從教育系統(tǒng)大格局的角度來看，教學(xué)子系統(tǒng)的主要參與對象一般是教師、學(xué)生、行政管理人員，如若硬智能機(jī)器人能成功在MOOC系統(tǒng)中充當(dāng)教師的角色，這一模式極有可能滲透到普通的教學(xué)課堂當(dāng)中。智能機(jī)器人在生產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，大量減少了人力的投入，若應(yīng)用于教學(xué)，在未來教學(xué)中的教師主要功能會更改為教會智能機(jī)器人如何教學(xué)。智能機(jī)器人培養(yǎng)輸出的人才的質(zhì)量須大于專業(yè)教師培養(yǎng)輸出人才的質(zhì)量，新MOOC系統(tǒng)的搭建才有價(jià)值，而教育系統(tǒng)體系也會逐漸由一個(gè)定態(tài)變化到另一個(gè)定態(tài)。

③從經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)目標(biāo)的角度來看，MOOC一般由企業(yè)、機(jī)構(gòu)或者學(xué)校制作課程，大部分需向?qū)W習(xí)者收取一定的費(fèi)用，以維持整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。雖然教育效益大于經(jīng)濟(jì)效益，但產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須要有經(jīng)濟(jì)效益的支撐。智能機(jī)器人應(yīng)用于MOOC的研發(fā)設(shè)計(jì)前期需大量資金的投入，若后期穩(wěn)定實(shí)施應(yīng)用后的效益長期小于投入，那這個(gè)系統(tǒng)的長遠(yuǎn)發(fā)展就會產(chǎn)生問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

新MOOC系統(tǒng)架構(gòu)的搭建是一個(gè)基于現(xiàn)實(shí)的理想化設(shè)想，必須滿足以上提到的3點(diǎn)，甚至是更多未能考慮到的要求方可長遠(yuǎn)實(shí)施下去，進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié) 語

智能機(jī)器人應(yīng)用于MOOC充當(dāng)教師角色后，形成一個(gè)開放且更為復(fù)雜的巨系統(tǒng)，無疑它的運(yùn)行架構(gòu)的搭建是一項(xiàng)艱巨的學(xué)術(shù)任務(wù)。文章僅提供了初步的猜想和框架的搭建，整個(gè)框架的構(gòu)建及更為切實(shí)可行的措施仍需要在深度系統(tǒng)理論、教育學(xué)、管理學(xué)等方面進(jìn)行深度研究。

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（見習(xí)編輯：景貴英）