智慧校園環(huán)境下混合式教學(xué)模式構(gòu)建探索

鄒明亮，王強(qiáng)芬

(1.桂林理工大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，廣西 桂林 541004；2.桂林醫(yī)學(xué)院 馬克思主義學(xué)院，廣西 桂林 541004)

2018年4月，教育部印發(fā)了教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃，提出努力構(gòu)建人才培養(yǎng)新模式，探索信息時(shí)代教育治理新模式。2018年6月國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布了《智慧校園總體框架》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的制定，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的成熟，智能手機(jī)、平板、可穿戴裝置等設(shè)備的普及，為開展大樣本的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)研究和創(chuàng)新教學(xué)模式提供了前所未有的便利?；旌鲜浇虒W(xué)不僅有利于促進(jìn)高校教育教學(xué)與信息技術(shù)的深度融合，而且能很好地促進(jìn)高校教育教學(xué)改革的創(chuàng)新實(shí)踐[1]。本文探討了在智慧校園環(huán)境下構(gòu)建一種混合式教學(xué)模型，該模型借助于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、普適計(jì)算技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)和智能技術(shù)等，關(guān)注大量在線學(xué)習(xí)用戶個(gè)體，利用其隨身攜帶的智能移動(dòng)終端，如智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等形成大規(guī)模、隨時(shí)隨地且與人們?nèi)粘W(xué)習(xí)密切相關(guān)的感知系統(tǒng)，以大樣本智能數(shù)據(jù)挖掘?yàn)橹?、以能力培養(yǎng)為目標(biāo)、以發(fā)展性教學(xué)評(píng)價(jià)為依據(jù)開展教學(xué)。高校課程與教學(xué)改革的結(jié)果應(yīng)該是促進(jìn)傳統(tǒng)線下教育與在線教育的融通[2],并進(jìn)一步研究了該教學(xué)模式的關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)線上線下教學(xué)的有機(jī)融合。

一、智慧校園與混合式教學(xué)的融合

(一)智慧校園環(huán)境概述

智慧校園環(huán)境分基礎(chǔ)設(shè)施層、支撐平臺(tái)層、應(yīng)用平臺(tái)層及應(yīng)用終端。其基礎(chǔ)設(shè)施層又包括感知系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)與服務(wù)器。感知系統(tǒng)提供設(shè)備感知、位置感知、人員身份感知、行為感知等，為智慧教學(xué)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以通過WiFi、蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)及以太網(wǎng)等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，為智慧教學(xué)提供網(wǎng)絡(luò)接入。數(shù)據(jù)庫(kù)與服務(wù)器為智慧教學(xué)提供文件、資源等數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及管理。用戶則通過Android或ios移動(dòng)設(shè)備、瀏覽器等各種終端接入訪問以獲取智慧教學(xué)所需的資源和服務(wù)。

(二)混合式教學(xué)模式

混合式教學(xué)模式于1999年提出，是一種將傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)與線上教學(xué)結(jié)合在一起的教學(xué)模式，通過這種有機(jī)的結(jié)合可以將學(xué)習(xí)深度進(jìn)行有效提升。開展線上部分的教學(xué)，通過提供微視頻等線上資源，把傳統(tǒng)的課堂講授進(jìn)行前移，經(jīng)過充分的課前線上自主學(xué)習(xí)，為后面開展線下的教學(xué)提供基礎(chǔ)。根據(jù)線上的學(xué)習(xí)反饋，再通過線下的課堂教學(xué)活動(dòng)，突破重點(diǎn)難點(diǎn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)的進(jìn)一步深入。隨著該教學(xué)模式的廣泛應(yīng)用，混合的含義不僅僅是線上教學(xué)和線下面對(duì)面授課的混合，也包含了多種教學(xué)策略的混合、多種教學(xué)資源的混合以及同步與異步學(xué)習(xí)的混合，等等。隨著未來教學(xué)條件的進(jìn)一步成熟，充分發(fā)揮信息新技術(shù)在教學(xué)中的作用，讓多種教學(xué)資源得以進(jìn)一步有機(jī)融合，從而切實(shí)提升教學(xué)效果。

(三)智慧校園助力混合式教學(xué)模式變革

混合式教學(xué)模式強(qiáng)調(diào)線上與線下兩種教學(xué)形態(tài)的融合，并對(duì)教學(xué)過程及教學(xué)結(jié)果進(jìn)行有效的評(píng)估。智慧校園環(huán)境基于物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等信息技術(shù)，可以讓教師、學(xué)生、教學(xué)管理人員等教學(xué)活動(dòng)的參與者能夠靈活地提供或獲取資源，也可以隨時(shí)隨地的提供或使用服務(wù)。線上教學(xué)資源的建設(shè)、分類、檢索、推送等在各種終端下可以便捷的實(shí)現(xiàn)。對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為可以進(jìn)行監(jiān)控以及智能化數(shù)據(jù)采集，并通過數(shù)據(jù)挖掘與數(shù)據(jù)分析來制定及調(diào)整教學(xué)策略，實(shí)現(xiàn)檢測(cè)的自動(dòng)化、數(shù)據(jù)采集分析的實(shí)時(shí)化、評(píng)價(jià)反饋的即時(shí)化、教學(xué)資源推送的智能化等。同時(shí)，這些智慧校園提供的支撐服務(wù)也為線下教學(xué)活動(dòng)的開展提供了依據(jù)，教師可以查漏補(bǔ)缺，并進(jìn)行課堂教學(xué)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，突破重點(diǎn)難點(diǎn)，提升學(xué)習(xí)深度。

智慧校園有效推動(dòng)混合式教學(xué)模式變革，教育教學(xué)改革需要大數(shù)據(jù)及其數(shù)據(jù)分析的支撐，智慧校園環(huán)境下信息采集與應(yīng)用，為教育改革提供現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)和依據(jù)。隨著可穿戴設(shè)備等智能終端的普及，個(gè)性化的數(shù)據(jù)如：運(yùn)動(dòng)、睡眠、體征、生理周期等方面的數(shù)據(jù)采集與使用，收集大規(guī)模學(xué)習(xí)用戶感知數(shù)據(jù)，及時(shí)掌握學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)和情感變化，實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)、大樣本分析的智能化個(gè)性化教學(xué)，開展個(gè)性化知識(shí)推送與服務(wù)。

二、智慧校園環(huán)境下混合式教學(xué)模式的構(gòu)建

智慧校園環(huán)境下通過傳感技術(shù)測(cè)量、收集，以及數(shù)據(jù)挖掘分析和報(bào)告有關(guān)學(xué)習(xí)者與所處環(huán)境交互的數(shù)據(jù)，使得教學(xué)參與者對(duì)教學(xué)過程的了解更加及時(shí)、全面、透徹和客觀，進(jìn)而更有針對(duì)性地干預(yù)和改善個(gè)體學(xué)習(xí)過程。它主要從三個(gè)層次展開：第一，借助RFID、攝像頭和傳感器所構(gòu)筑的感知層隨時(shí)監(jiān)視教學(xué)情況，全方位實(shí)時(shí)感知、動(dòng)態(tài)控制和智能處理各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)和場(chǎng)景中的數(shù)據(jù)；第二，基于海量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)度挖掘和深度學(xué)習(xí)，為在線學(xué)習(xí)個(gè)體精準(zhǔn)建模，為學(xué)習(xí)者提供自身特征的用戶畫像；第三，進(jìn)一步分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)、需求、心理，匹配資源子系統(tǒng)中各類資源的數(shù)據(jù)，為用戶匹配最優(yōu)的資源，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)推薦。智慧校園環(huán)境下混合式教學(xué)模式，如圖1所示。

圖1 智慧校園環(huán)境下混合式教學(xué)模式圖

(一)從新時(shí)代能力培養(yǎng)維度構(gòu)建

能力培養(yǎng)是我們構(gòu)建該模式的目標(biāo)，通過智能平臺(tái)數(shù)據(jù)，教師從深層方面解讀出學(xué)生的能力，以創(chuàng)造力、溝通力、學(xué)習(xí)力為目標(biāo)，培養(yǎng)出符合時(shí)代發(fā)展要求的人才。首先，個(gè)性化數(shù)據(jù)的采集，對(duì)聽課專注度、測(cè)試正確率、歷年情況對(duì)比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)合數(shù)據(jù)挖掘分析，為每個(gè)學(xué)習(xí)者畫像，將用戶畫像應(yīng)用在智慧校園中，將人們?cè)Ｍ麉s難以實(shí)現(xiàn)的因材施教有了實(shí)現(xiàn)的可能[3]。清晰掌握其個(gè)性特征、學(xué)習(xí)規(guī)律、學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，從而創(chuàng)造出符合學(xué)生需求的學(xué)習(xí)情境，智能化推送合適的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)過程的個(gè)性化。此外，根據(jù)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的感受狀態(tài)，加入情緒調(diào)節(jié)和互動(dòng)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，不斷適配學(xué)習(xí)者的心理狀態(tài)，并進(jìn)一步激發(fā)他們的學(xué)習(xí)潛能，形成良好的適應(yīng)性學(xué)習(xí)機(jī)制。

(二)從發(fā)展性教學(xué)評(píng)價(jià)維度構(gòu)建

教學(xué)評(píng)價(jià)也屬于一種教學(xué)活動(dòng)，評(píng)價(jià)的反饋信息對(duì)于教學(xué)策略的調(diào)整以及學(xué)生學(xué)習(xí)行為的調(diào)節(jié)等起著重要的作用。發(fā)展性教學(xué)評(píng)價(jià)是在以人為本的思想指導(dǎo)下,關(guān)注個(gè)體發(fā)展以及教學(xué)實(shí)踐改進(jìn)的一種形成性教學(xué)評(píng)價(jià)[4]。發(fā)展性教學(xué)評(píng)價(jià)重視學(xué)生的綜合素質(zhì)發(fā)展，評(píng)價(jià)不單純是甄選出學(xué)生，還考慮到學(xué)生的個(gè)體差異，從評(píng)價(jià)中發(fā)掘不同個(gè)體的特點(diǎn)及需求，通過評(píng)價(jià)激發(fā)學(xué)生的潛能，促進(jìn)其持續(xù)發(fā)展。智慧校園環(huán)境為發(fā)展性教學(xué)評(píng)價(jià)提供了必要的條件和現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)，教學(xué)的開展以發(fā)展性教學(xué)評(píng)價(jià)為依據(jù)。有了依據(jù)，教師更能精準(zhǔn)地制定智慧教學(xué)策略，促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)與能力提升。教師也可以根據(jù)實(shí)際情況發(fā)現(xiàn)策略中存在的問題和不足，在教學(xué)過程中得以改正或完善。同時(shí)，有了依據(jù)也能有的放矢開展資源建設(shè)，并調(diào)整資源的組織模式，推送算法等，有效提高教學(xué)資源的針對(duì)性及利用率，滿足學(xué)生的發(fā)展需求。

(三)從應(yīng)用智能新技術(shù)維度構(gòu)建

未來學(xué)校教育體系創(chuàng)新的方向，應(yīng)是在大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)的支持下，構(gòu)建起的新形態(tài)教育[5]。人工智能技術(shù)將不斷應(yīng)用于解決混合式教學(xué)中存在的問題，并為教學(xué)的創(chuàng)新發(fā)展提供更具智能化的模式與手段[6]。首先，對(duì)于混合式教學(xué)所需的線上個(gè)性化資源的提供需要智能技術(shù)的支撐，學(xué)生在線學(xué)習(xí)會(huì)訪問大量的文字資源、視頻音頻資源并形成訪問軌跡信息，通過深度學(xué)習(xí)等推理得到個(gè)性化信息，進(jìn)而提供個(gè)性化的資源。其次，教師掌握學(xué)生學(xué)習(xí)的狀態(tài)以及情緒也需要智能技術(shù)，通過傳感設(shè)備等可以采集到相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，經(jīng)過情感計(jì)算獲得學(xué)生的興趣與情感信息，這對(duì)于教師開展個(gè)性化的教學(xué)服務(wù)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力與潛能非常重要。最后，應(yīng)用智能新技術(shù)也是開展混合式教學(xué)發(fā)展性教學(xué)評(píng)價(jià)的需要，教學(xué)評(píng)價(jià)涉及教師、學(xué)生、學(xué)校等多個(gè)主體的參與，評(píng)估數(shù)據(jù)既包括定量數(shù)據(jù)又包括定性數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源于整個(gè)學(xué)習(xí)的過程，同時(shí)也包含了個(gè)體差異，簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)處理會(huì)造成一些信息的忽略，通過數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，比如，挖掘出關(guān)聯(lián)規(guī)則，可以更好地使教學(xué)評(píng)價(jià)真正促進(jìn)教師與學(xué)生的發(fā)展，更好地為教學(xué)服務(wù)。

三、智慧校園環(huán)境下的混合式教學(xué)模式構(gòu)建的關(guān)鍵問題

(一)數(shù)據(jù)采集與資源建設(shè)

開展數(shù)據(jù)采集，獲取教學(xué)相關(guān)的原始數(shù)據(jù)，為教學(xué)資源建設(shè)、教學(xué)策略及教學(xué)評(píng)價(jià)等服務(wù)?；谶@些數(shù)據(jù)也可以推測(cè)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài)，為學(xué)習(xí)者個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)提供智能支持，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)。智慧校園環(huán)境下采集的數(shù)據(jù)范圍應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)擴(kuò)展，并且采集自動(dòng)化程度應(yīng)顯著提高。需要采集大樣本、多元性的數(shù)據(jù)，可從智慧教學(xué)環(huán)境、智慧教學(xué)資源、智慧校園管理、智慧校園服務(wù)等智慧校園各智慧應(yīng)用平臺(tái)自動(dòng)采集，可以通過傳感設(shè)備對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行面部識(shí)別、皮膚電傳導(dǎo)、眼動(dòng)追蹤等生理數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)采集，從而實(shí)現(xiàn)大樣本數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)化、多元化、自動(dòng)化。通過數(shù)據(jù)采集了解學(xué)習(xí)者的學(xué)情，并監(jiān)測(cè)學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)有關(guān)的情緒和情感問題，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度、心理特征、認(rèn)知規(guī)律等過去難以搜集的隱性教育數(shù)據(jù)。智慧校園環(huán)境下的資源建設(shè)應(yīng)是動(dòng)態(tài)化并且要有多元主體的參與。教師憑借自己的想法籠統(tǒng)地將相關(guān)的教學(xué)資源都上傳作為線上教學(xué)資源，忽略了學(xué)生對(duì)資源的需求，使得資源難以有效利用。大樣本及多元化的數(shù)據(jù)采集為資源需求提供了理論依據(jù)，并對(duì)資源的更新與維護(hù)提供了評(píng)價(jià)依據(jù)，學(xué)生不僅僅可以使用資源，智慧校園環(huán)境下隨時(shí)隨地的網(wǎng)絡(luò)訪問而且方便學(xué)生提供資源，同時(shí)也方便學(xué)校、教師等多元主體的參與。

(二)數(shù)據(jù)分析與教學(xué)評(píng)價(jià)

數(shù)據(jù)分析與教學(xué)評(píng)估是構(gòu)建該教學(xué)模式的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對(duì)于大樣本的數(shù)據(jù)有效利用需進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性挖掘，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)所涉及要素的相關(guān)數(shù)據(jù)運(yùn)用統(tǒng)計(jì)、深度學(xué)習(xí)等方法，搜索出其中隱含的學(xué)情。數(shù)據(jù)分析應(yīng)重點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：第一，分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為，要統(tǒng)計(jì)出學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)數(shù)(包括觀看教學(xué)微視頻)、測(cè)試情況、出勤情況、作業(yè)完成以及參與互動(dòng)情況等，這些直接的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)分析是必不可少的。第二，分析出學(xué)生學(xué)習(xí)的趨勢(shì)、創(chuàng)造力、溝通力、學(xué)習(xí)力，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘得到學(xué)生的學(xué)習(xí)畫像，發(fā)現(xiàn)不良學(xué)習(xí)習(xí)慣或?qū)W習(xí)進(jìn)步情況，結(jié)合學(xué)習(xí)效果給出預(yù)測(cè)分析。第三，分析個(gè)體學(xué)習(xí)狀態(tài)，對(duì)運(yùn)動(dòng)、睡眠、體征等感知數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，得到學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)和情感變化，對(duì)學(xué)習(xí)者給予關(guān)注。第四，分析結(jié)果的可視化，分析結(jié)果以圖表呈現(xiàn)，以直觀友好的表現(xiàn)形式展示學(xué)情。智慧校園環(huán)境下采用發(fā)展性教學(xué)評(píng)價(jià)，多角度開展，除了采用測(cè)試結(jié)果來評(píng)價(jià)教學(xué)效果外，也要充分利用數(shù)據(jù)分析結(jié)果，將分析結(jié)果作為過程評(píng)價(jià)結(jié)果，注重與學(xué)生的互動(dòng)環(huán)節(jié)，開展針對(duì)性的教學(xué)活動(dòng)，激發(fā)其學(xué)習(xí)潛能，實(shí)施個(gè)性化教學(xué)。

(三)模式創(chuàng)新與優(yōu)勢(shì)發(fā)揮

學(xué)者牟智佳指出，基于學(xué)習(xí)分析和教育大數(shù)據(jù)進(jìn)行個(gè)性識(shí)別、平臺(tái)設(shè)計(jì)和服務(wù)模式的探索較少[7]，我們構(gòu)建的教學(xué)模型充分重視這一問題，數(shù)據(jù)的個(gè)性識(shí)別、提供個(gè)性化學(xué)習(xí)反饋、推薦和干預(yù)服務(wù)是該教學(xué)模型的創(chuàng)新。模型對(duì)數(shù)據(jù)的分析不僅僅停留在學(xué)生的知識(shí)學(xué)習(xí)情況、互動(dòng)參與情況、考試結(jié)果情況等，也強(qiáng)調(diào)采集個(gè)體學(xué)習(xí)狀態(tài)、創(chuàng)造力、溝通力、學(xué)習(xí)力等深層次影響學(xué)習(xí)者的數(shù)據(jù)。該教學(xué)模式的優(yōu)勢(shì)在于充分利用智慧校園環(huán)境下開展教學(xué)的條件，通過傳感器感知個(gè)體在物理空間內(nèi)的學(xué)習(xí)狀態(tài)，能夠根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知風(fēng)格和習(xí)慣偏好等特征，在學(xué)情追蹤、學(xué)習(xí)診斷方面給予支持，為學(xué)習(xí)者推薦個(gè)性化學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑，促進(jìn)學(xué)習(xí)效益的最大化。突出大數(shù)據(jù)支持下的個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)，可以為不同的學(xué)習(xí)者量身打造不同的學(xué)習(xí)計(jì)劃、教學(xué)策略、激勵(lì)方式并加以監(jiān)督執(zhí)行，幫助學(xué)習(xí)者實(shí)現(xiàn)自我發(fā)展、自我超越。

教學(xué)模式的開展需要“教師-學(xué)生-平臺(tái)”之間的協(xié)同，作為教師也要不斷學(xué)習(xí)和發(fā)展相應(yīng)的數(shù)據(jù)素養(yǎng)，除了具備數(shù)據(jù)的獲取、分析、解讀等能力外，還要有應(yīng)用數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)教學(xué)問題、改進(jìn)教學(xué)方法、監(jiān)測(cè)教學(xué)發(fā)展等意識(shí)、技術(shù)和能力。只有高數(shù)據(jù)素養(yǎng)的教學(xué)團(tuán)隊(duì)才能充分借助物聯(lián)網(wǎng)、傳感技術(shù)、人工智能等技術(shù)的支持，記錄分析諸如學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、心理狀況、認(rèn)知規(guī)律等隱性數(shù)據(jù)，精準(zhǔn)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況，發(fā)現(xiàn)教學(xué)過程中的問題，進(jìn)而有效地改進(jìn)教學(xué)服務(wù)。智慧校園為推動(dòng)智慧教育與數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)管理創(chuàng)新帶來前所未有的機(jī)遇，需要我們進(jìn)一步探索，從而更好地開展智慧校園環(huán)境下的混合式教學(xué)。