支持移動協(xié)作學(xué)習(xí)的異構(gòu)交互模型建構(gòu)研究

陳默 張昱 趙長寬 于戈

摘? ?要：隨著移動網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)的快速發(fā)展，移動技術(shù)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)成為教育領(lǐng)域與信息技術(shù)領(lǐng)域共同關(guān)注的研究熱點。針對交互這一影響學(xué)習(xí)質(zhì)量的核心要素，本文研究了支持移動協(xié)作學(xué)習(xí)的異構(gòu)交互模型。首先，給出了移動協(xié)作學(xué)習(xí)中的三類交互要素，包括交互參與者、交互主題及交互空間;在此基礎(chǔ)上，通過對移動協(xié)作學(xué)習(xí)交互過程的結(jié)構(gòu)分析，提出一種基于異構(gòu)無向圖的交互模型，并給出模型中交互節(jié)點和交互連邊的構(gòu)建方法;最后，采用對照實驗對異構(gòu)交互模型進(jìn)行驗證，實驗結(jié)果表明該模型在提高課程學(xué)習(xí)質(zhì)量及交互積極性方面具有正向效果。

關(guān)鍵詞：移動技術(shù);協(xié)作學(xué)習(xí);交互模型;異構(gòu)

中圖分類號：G434 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-8454（2019）07-0015-05

一、引言?

近年來，隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、計算機(jī)多媒體等技術(shù)的迅速融合，教育模式正快速向“網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個性化、泛在化、智能化”的方向發(fā)展，涌現(xiàn)出移動學(xué)習(xí)等一系列新型教育模式。教育部在2016年印發(fā)的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中，提出重點建設(shè)“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時時可學(xué)”的學(xué)習(xí)型社會。已有關(guān)于教育領(lǐng)域新技術(shù)趨勢的報告指出“移動技術(shù)是支持未來教育最有效的技術(shù)之一，移動學(xué)習(xí)對未來教育將產(chǎn)生重大的影響”[1]。相比于傳統(tǒng)的協(xié)作學(xué)習(xí)，加入移動技術(shù)支持的協(xié)作學(xué)習(xí)（以下簡稱為“移動協(xié)作學(xué)習(xí)”）受到了越來越多學(xué)者的關(guān)注，成為教育領(lǐng)域與信息技術(shù)領(lǐng)域共同關(guān)注的研究熱點。

移動協(xié)作學(xué)習(xí)中的交互是產(chǎn)生共同知識的基本活動單元，也是協(xié)作學(xué)習(xí)產(chǎn)生的基礎(chǔ)[2]。在交互過程中，學(xué)習(xí)者之間通過分享或共享學(xué)習(xí)資源來彼此提供幫助和支持，并對小組中其他成員的見解提出觀點、問題等反饋來進(jìn)行相互鼓勵和督促。此外，學(xué)習(xí)者通過使用移動終端，增強(qiáng)了信息資源在交互過程中的空間可用性，提高了交互行為的有效性以及小組規(guī)模的靈活性，進(jìn)一步促進(jìn)了具有社會化、情景化的真實交互活動的產(chǎn)生。

現(xiàn)有的移動協(xié)作學(xué)習(xí)中關(guān)于交互研究的工作較少，且主要延續(xù)采用傳統(tǒng)協(xié)作學(xué)習(xí)中的交互理論和模型，沒有全面考慮移動協(xié)作學(xué)習(xí)的交互過程結(jié)構(gòu)，缺少對交互結(jié)構(gòu)關(guān)系特性的刻畫，以及交互空間對學(xué)習(xí)主體特性和交互結(jié)構(gòu)特性的嵌入。本文針對移動協(xié)作學(xué)習(xí)過程中多角度和多層面的交互活動，研究協(xié)作學(xué)習(xí)的交互建模以及異構(gòu)交互特性分析，并基于交互活動的過程抽象，構(gòu)建支持移動協(xié)作學(xué)習(xí)的異構(gòu)交互模型，進(jìn)一步給出交互要素在交互過程中的定量描述，為提高移動協(xié)作學(xué)習(xí)的交互效果和學(xué)習(xí)質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀?

從2002年起，國外學(xué)者便開始研究移動技術(shù)支持下的協(xié)作學(xué)習(xí)平臺。例如，瑞典韋克舍大學(xué)開發(fā)的“C-Notes”能夠支持知識協(xié)作構(gòu)建的移動在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)，并提供論壇、聊天室等功能支持學(xué)習(xí)者的協(xié)作學(xué)習(xí)[3]。東京大學(xué)開發(fā)的“Musex”支持學(xué)習(xí)者在博物館參觀展品時使用Pad進(jìn)行有關(guān)該展品的協(xié)作討論[4]。Nova等人開發(fā)的“CatchBob”系統(tǒng)將相熟的學(xué)習(xí)者組成學(xué)習(xí)伙伴，使用PDA協(xié)作完成虛擬物品的尋找工作[5]。Lampe等人通過讓學(xué)生使用社交軟件“FaceBook”進(jìn)行課程協(xié)作學(xué)習(xí)，進(jìn)一步證實了使用移動平臺支持協(xié)作學(xué)習(xí)的可行性和有效性[6]。Skliarova等人設(shè)計了移動技術(shù)支持下幫助教師進(jìn)行合作的學(xué)習(xí)系統(tǒng)，可收到良好的教學(xué)效果[7]。從近幾年開始，國內(nèi)學(xué)者也對移動協(xié)作學(xué)習(xí)展開了相關(guān)研究。劉紅霞等人通過搭建增強(qiáng)型的課堂學(xué)習(xí)環(huán)境，輔助課堂協(xié)作學(xué)習(xí)活動的開展，并證明該學(xué)習(xí)環(huán)境對學(xué)習(xí)任務(wù)的完成度以及團(tuán)隊協(xié)作能力的培養(yǎng)具有正向效果[8]。吳凡等人以網(wǎng)頁設(shè)計課程為例，驗證了微信支持下的協(xié)作學(xué)習(xí)能較好地提升學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣[9]。朱琳、陳華麗等人結(jié)合具體學(xué)科教學(xué)，利用移動技術(shù)構(gòu)建了混合式教學(xué)環(huán)境，提供隨時隨地可參與的教學(xué)模式[10-11]。

但從目前移動協(xié)作學(xué)習(xí)的研究切入點來看，關(guān)于基于問題、資源以及學(xué)習(xí)伙伴等學(xué)習(xí)模式的研究較多。例如，肖君等人通過為移動學(xué)習(xí)資源和活動設(shè)計提出一種新型模型，可為移動協(xié)作學(xué)習(xí)者提供多元文化支持[12]。袁媛等人給出基于移動概念圖的協(xié)作學(xué)習(xí)模式，該模式可根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容確定學(xué)習(xí)伙伴關(guān)系[13]。張曉健等人在基于P2P的移動協(xié)作學(xué)習(xí)系統(tǒng)中，提出了根據(jù)學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)任務(wù)確定學(xué)習(xí)者之間伙伴關(guān)系的方法[14]。Reychav等人通過考察學(xué)習(xí)過程、滿意度及學(xué)習(xí)成績等影響因素之間的關(guān)系，進(jìn)一步研究移動協(xié)作學(xué)習(xí)中個人學(xué)習(xí)角色對促進(jìn)協(xié)作學(xué)習(xí)效果所起的作用[15]。此外，部分學(xué)者在最近幾年也開始致力于移動技術(shù)支持下的協(xié)作學(xué)習(xí)可信性評估及預(yù)測等研究[16-17]。

綜上，雖然對移動協(xié)作學(xué)習(xí)的研究已成為領(lǐng)域熱點，但從已有研究工作可看出，對于移動協(xié)作學(xué)習(xí)的完整交互過程及交互模型結(jié)構(gòu)研究較少。作為影響移動學(xué)習(xí)的關(guān)鍵因素之一，需進(jìn)一步對其進(jìn)行深入研究。

三、交互模型建構(gòu)

1.交互模型要素及關(guān)系說明

在新移動協(xié)作學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)習(xí)者擁有比傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境更多的交互機(jī)會、更豐富和靈活的交互方式和更廣闊的交互空間，這種新型教學(xué)模式應(yīng)支持更為復(fù)雜的主體交互關(guān)系構(gòu)建，滿足學(xué)習(xí)者對有效交互的需求。在聯(lián)通主義學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)目標(biāo)為連接的建立和（認(rèn)知、社會、概念）網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建、持續(xù)發(fā)展與優(yōu)化，因此，結(jié)合陳麗等人提出的基于聯(lián)通主義的教學(xué)交互原理及模型[18-19]，在圖1中給出移動協(xié)作學(xué)習(xí)的交互要素模型圖。

一次完整的交互由交互主題、交互參與者及交互空間三類要素組成，其中以交互參與者為核心，進(jìn)行三類交互聯(lián)通，包括與信息聯(lián)通、與人聯(lián)通以及與環(huán)境聯(lián)通。

（1）與信息聯(lián)通

根據(jù)聯(lián)通主義的尋徑方式，學(xué)習(xí)者需面臨結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，變化較為迅速的信息環(huán)境，信息的快速識別能力對學(xué)習(xí)者非常重要。在與信息的聯(lián)通中，學(xué)習(xí)者將碎片化的知識概念整理、聚合在一起，并以此為依托，將聚合的內(nèi)容整理形成知識概念圖，這一過程的最終目標(biāo)是為了讓知識概念圖中關(guān)鍵節(jié)點聚合成交互主題，以此聯(lián)通更多的內(nèi)容和學(xué)習(xí)者。同時，學(xué)習(xí)者通過查找、搜索、添加找到交互主題，標(biāo)簽、推薦、關(guān)聯(lián)等功能也可幫助學(xué)習(xí)者快速找到相關(guān)的交互主題。

（2）與人聯(lián)通

學(xué)習(xí)者由于能力、時間和精力的限制，憑一己之力所能聯(lián)通的信息隨之有限。而交互作為社會性學(xué)習(xí)過程，包含交互參與者的信息分享及討論。在交互過程中，學(xué)習(xí)者如果具有較強(qiáng)的群體存在感，則這些學(xué)習(xí)者及教師作為交互參與者更加愿意積極地參與到群體和小組的活動中。隨著社會媒體和網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，在這類基于小組活動的群體存在感的幫助下，學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)者與教師之間可更快速高效地建立信息聯(lián)通，并在交互過程中激發(fā)出新的問題及想法。同時，也能夠消除交互參與者的孤獨感，幫助他們建立起身份和認(rèn)同，并使其獲得更加真實的交互臨場感。

（3）與環(huán)境聯(lián)通

交互作為一種與環(huán)境聯(lián)通的基本途徑，以上兩種可分別看作與信息環(huán)境、社會環(huán)境的交互聯(lián)通，而第三種聯(lián)通方式是指在移動協(xié)作學(xué)習(xí)中學(xué)習(xí)者與物理環(huán)境的聯(lián)通。在移動協(xié)作學(xué)習(xí)中，學(xué)習(xí)者不再局限于計算機(jī)屏幕前，而是通過移動終端在真實場景空間中自由移動并進(jìn)行協(xié)作交互。此外，隨著情景感知技術(shù)和移動技術(shù)的快速發(fā)展，學(xué)習(xí)者以地理信息系統(tǒng)服務(wù)作為位置信息基礎(chǔ)，透過情景感知設(shè)備可以自主構(gòu)建、選擇具有更個性化環(huán)境資源的交互空間。在該交互空間中，交互參與者通過面對面交流更容易碰撞出思想的火花，并能實時、準(zhǔn)確、動態(tài)地控制交互流程。同時，移動設(shè)備不斷地接收物理環(huán)境信息的表達(dá)和推送，通過各種信息自動搜尋滿足條件的交互參與者，最終使得交互形式更豐富靈活。

2.支持移動協(xié)作學(xué)習(xí)的異構(gòu)交互模型

針對移動協(xié)作學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的交互結(jié)構(gòu)特性，采用異構(gòu)無向圖建立交互模型。將交互要素所包含的學(xué)習(xí)者/教師、小組、交互主題、環(huán)境空間及知識概念作為圖節(jié)點，并根據(jù)上述的交互要素關(guān)系建立節(jié)點間連邊，模型示意圖如圖2所示。設(shè)定異構(gòu)圖用G={V， E， R}表示，其中，V表示圖G的節(jié)點集合，包含交互活動中涉及的所有對象，分別表示為：學(xué)習(xí)者/教師節(jié)點集合？狀={y1， y2，…， y|Y|}，交互主題節(jié)點集合Z={z1， z2，…， z|Z|}，小組節(jié)點集合U={u1， u2，…， u|？自|}，環(huán)境節(jié)點集合S={s1， s2，…， s|S|}，知識概念節(jié)點集合C={c1， c2，…， c|C|};E表示圖G的邊集合，包含所有對象之間的交互關(guān)系;則集合R為對象之間的交互關(guān)系類型集合，根據(jù)圖2示例，基于交互活動的對象共有六種交互關(guān)系，分別是R={（？狀， U）， （？狀， Z）， （U， Z）， （？狀， S）， （U， S）， （Z， C） }。該異構(gòu)圖中的交互節(jié)點和交互連邊構(gòu)建過程如下：

（1）交互節(jié)點構(gòu)建

學(xué)習(xí)者/教師對象？狀、小組對象U以及知識概念圖C直接加入到G中。對于移動協(xié)作學(xué)習(xí)中的交互環(huán)境S，既需要考慮用以表達(dá)環(huán)境節(jié)點之間物理鄰近程度的位置距離，也要考慮用以表達(dá)其環(huán)境資源相似度的屬性特征。因此，需將交互模型中的所有地點進(jìn)行聚類處理，在該聚類過程中，將地點的路網(wǎng)距離及資源標(biāo)簽分別作為空間距離和非空間距離進(jìn)行加權(quán)計算，得到加權(quán)環(huán)境節(jié)點距離，再結(jié)合k-means方法進(jìn)行聚類，將聚類結(jié)果作為空間節(jié)點集S加入到G中。此外，線上交互雖然不具有實際的物理交互環(huán)境，但作為一種交互形式也包含于交互模型中，故將線上環(huán)境類型標(biāo)記為s*加入到S。

四、模型實驗

1.實驗設(shè)計

本文選取某本科985院校2017級入學(xué)的工科專業(yè)58名學(xué)生及2名教師作為實驗參與者，課程選擇《高級語言程序設(shè)計（C語言）》。在實驗之前，為保證移動學(xué)習(xí)軟件的使用率，對所有參與者進(jìn)行了有關(guān)移動協(xié)作學(xué)習(xí)的問卷調(diào)查，數(shù)據(jù)顯示，100%的參與者都具有智能移動設(shè)備（如手機(jī)、平板電腦等）使用習(xí)慣，86.2%的參與者每天使用智能移動設(shè)備超過3小時，94.8%的學(xué)生表示非常愿意在該門課程中使用智能移動設(shè)備進(jìn)行協(xié)作學(xué)習(xí)。在該實驗過程中，使用到的軟件有自主開發(fā)的MLC移動學(xué)習(xí)微信程序（用于移動學(xué)習(xí)的地理簽到、交互信息推送等功能）、雨課堂APP（用于教學(xué)資源發(fā)布和學(xué)習(xí)、互動問答、討論等交互功能）以及自主開發(fā)的異構(gòu)交互模型原型系統(tǒng)（用于采集、處理、分析所有交互要素的相關(guān)數(shù)據(jù)，并對MLC程序進(jìn)行信息推送），系統(tǒng)的部分截圖如圖3所示。

2.實驗效果分析

在實驗設(shè)計的基礎(chǔ)上，采用雙組對照實驗對實驗效果進(jìn)行分析，對照組選擇與上述參與者相同專業(yè)的另外58名學(xué)生，對這組學(xué)生僅采用傳統(tǒng)課堂教學(xué)方式進(jìn)行《高級語言程序設(shè)計》教學(xué)。在課程結(jié)束之后，分別從人均交互頻次AIF和交互效果兩方面進(jìn)行數(shù)據(jù)對比分析。人均交互頻次是指單位教學(xué)周期內(nèi)的人均交互次數(shù)，其計算公式如下：

其中，單位教學(xué)周期設(shè)置為前8周（學(xué)期中）和后8周（學(xué)期末）。＼

如圖4所示，參與者為A組，對照組為B組。從圖中數(shù)據(jù)可看出，使用交互實驗系統(tǒng)學(xué)生的交互頻次遠(yuǎn)高于僅接受傳統(tǒng)教學(xué)方式的學(xué)生，AIF的提高率在兩個教學(xué)周期分別達(dá)到了72%和80%。由此可見，相比于傳統(tǒng)的隨堂問答型和討論型交互，基于該異構(gòu)交互模型的移動協(xié)作交互方式能夠為學(xué)習(xí)者提供更多的交互模式和交互機(jī)會，從而提升學(xué)習(xí)者之間的交互頻次。

采用兩類統(tǒng)計方式進(jìn)行交互效果分析，分別為問卷統(tǒng)計和課程成績統(tǒng)計。問卷圍繞“該門課程學(xué)習(xí)過程中交互行為所帶來的學(xué)習(xí)便利性、能力提升、主觀感受等”進(jìn)行相關(guān)調(diào)查，并對問卷評分結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析。此外，課程成績作為教學(xué)成果的另一重要量化指標(biāo)，也將其作為交互效果的度量值進(jìn)行統(tǒng)計分析。

如圖5所示，A組平均成績高于B組平均成績近7%，對于課前基礎(chǔ)水平相近的兩組學(xué)生來說，交互頻次的增多是成績提升的重要因素。從問卷調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計中看出，A組約有91.4%的學(xué)生認(rèn)為參加系統(tǒng)推送的交互幫助提升了課程知識的學(xué)習(xí)效率，而B組僅有67.2%的學(xué)生認(rèn)為其參與的課堂交互有助于課程學(xué)習(xí)。由此可見，本文提出的異構(gòu)交互模型在實際應(yīng)用中能夠獲取更顯著的交互效果，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)者的交互積極性，幫助學(xué)習(xí)者提升課程學(xué)習(xí)效率。

五、結(jié)論與展望

移動協(xié)作學(xué)習(xí)將真實空間環(huán)境、數(shù)字化學(xué)習(xí)資源及學(xué)習(xí)者之間建立了豐富的聯(lián)系，這種聯(lián)系對重新認(rèn)識移動協(xié)作學(xué)習(xí)中的交互特性至關(guān)重要。本文基于這一思路，重點研究了移動學(xué)習(xí)交互的建構(gòu)過程，將異構(gòu)圖理論與交互要素分析相結(jié)合，創(chuàng)新地提出一種支持移動協(xié)作學(xué)習(xí)的新型異構(gòu)交互模型，并定量給出該交互模型中節(jié)點及連邊的構(gòu)建方法。在模型實驗中，通過讓參與者使用MLC、雨課堂等程序軟件，對該模型的有效性進(jìn)行了對照實驗驗證，獲得良好反饋。未來的工作將進(jìn)一步研究基于該模型的交互評價指標(biāo)，從而建立更完善的支持移動協(xié)作學(xué)習(xí)的教學(xué)交互體系。

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（編輯：王曉明）