基于協(xié)同理論的智慧教育助力教學(xué)質(zhì)量提升

李宗輝 肖炯恩 劉小銘

[摘 要]在新一代信息技術(shù)高速發(fā)展的背景下，智慧教學(xué)與信息技術(shù)的融合推動教學(xué)質(zhì)量的提升成為一個研究的熱點問題，文章基于協(xié)同理論的智慧教學(xué)分析框架，通過虛擬學(xué)習(xí)空間、數(shù)字化學(xué)習(xí)空間、物理學(xué)習(xí)空間的三維創(chuàng)新發(fā)展，構(gòu)建智慧教育三維學(xué)習(xí)空間，進而通過教師教學(xué)過程中的大數(shù)據(jù)行為分析，助力教學(xué)質(zhì)量的提升。

[關(guān)鍵詞]協(xié)同理論;智慧教學(xué);教學(xué)質(zhì)量;學(xué)習(xí)空間

[中圖分類號]G710 [文獻標(biāo)識碼]A [文章編號]1008-7656（2020）05-0025-05

一、引言

為實現(xiàn)智慧教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)高職學(xué)校教學(xué)信息化發(fā)展需要，促進和優(yōu)化信息化教學(xué)環(huán)境，以深化教學(xué)應(yīng)用為落腳點、以教師信息化創(chuàng)新教學(xué)能力培養(yǎng)為發(fā)力點，全面推動信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合與創(chuàng)新應(yīng)用，切實提高教學(xué)質(zhì)量。基于此目標(biāo)信息資源建設(shè)如何影響教師教學(xué)能力發(fā)展成為一個研究熱點，本研究將以智慧教育空間的協(xié)同理論為指導(dǎo)，具體分析信息技術(shù)促進教師教學(xué)能力的發(fā)展，主要分為兩個方面：一是智慧教學(xué)環(huán)境建設(shè)，二是智慧環(huán)境下的教學(xué)行為分析。

二、文獻回顧

協(xié)同理論（synergetics）亦稱“協(xié)同學(xué)”或“協(xié)和學(xué)”，是20世紀(jì)70年代以來在多學(xué)科研究基礎(chǔ)上逐漸形成和發(fā)展起來的，是系統(tǒng)科學(xué)的重要分支理論，其創(chuàng)立者是德國斯圖加特大學(xué)教授、著名物理學(xué)家哈肯（Hermann Haken）。1971年，他提出了協(xié)同的概念，1976年系統(tǒng)地論述了協(xié)同理論，發(fā)表了《協(xié)同學(xué)導(dǎo)論》，還著有《高等協(xié)同學(xué)》等。吳文浩[1]提出基于協(xié)同理論的高校大學(xué)生思想政治教育體系研究，通過多個維度的協(xié)同，實現(xiàn)學(xué)生的思想教育提升。盧元風(fēng)[2]提出基于協(xié)同理論的職業(yè)院校特色文化建設(shè)路徑，通過多種方法進行協(xié)同，推動職業(yè)院校的的特色校園建設(shè)。姚丹[3]提出協(xié)同理論視角下應(yīng)用型院校實踐育人，通過多種方法協(xié)同，推動教學(xué)質(zhì)量提升，提升學(xué)生素質(zhì)。蘆愛疆[4]提出基于協(xié)同理論的高校實踐育人創(chuàng)新發(fā)展理論。

三、基于協(xié)同理論的智慧教學(xué)分析框架

基于協(xié)同理論分析智慧教學(xué)環(huán)境的協(xié)同，推動教師教學(xué)創(chuàng)新能力的發(fā)展，構(gòu)建基礎(chǔ)模型如下頁圖1所示。通過協(xié)同理論分析教學(xué)虛擬空間、教學(xué)資源和教學(xué)物理空間的建設(shè)。以教育信息化技術(shù)為輔助，分析教師能力，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)教學(xué)分析，最終實現(xiàn)教師創(chuàng)新能力發(fā)展。

（一）基于協(xié)同理論的智慧教學(xué)環(huán)境構(gòu)建

基于協(xié)同理論的分析框架，利用新一代信息技術(shù)構(gòu)建輕巧、互聯(lián)、多媒化、多感知的泛在學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)習(xí)過程提供學(xué)習(xí)資源服務(wù)、學(xué)習(xí)情境感知、學(xué)習(xí)過程記錄、學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)分析、學(xué)習(xí)服務(wù)維護、學(xué)習(xí)診斷與評價等智能化支持;學(xué)習(xí)者在智能化技術(shù)所構(gòu)建的智慧學(xué)習(xí)環(huán)境/空間中，可以快捷地按需獲取學(xué)習(xí)資源和服務(wù)，交互式建立人際網(wǎng)絡(luò)和知識網(wǎng)絡(luò)，有效主導(dǎo)和調(diào)控學(xué)習(xí)進程，高效完成學(xué)習(xí)任務(wù)，從而不斷提高創(chuàng)新能力。

智慧教學(xué)環(huán)境支持正式學(xué)習(xí)和非正式學(xué)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)和社會性協(xié)作學(xué)習(xí)。智慧學(xué)習(xí)環(huán)境由“虛擬空間”“教學(xué)資源”“物理空間”三部分融合構(gòu)成，協(xié)同發(fā)展智慧學(xué)習(xí)空間，以滿足校園中人人皆學(xué)、時時能學(xué)、處處可學(xué)的泛在學(xué)習(xí)需求，架構(gòu)如圖2所示。

1.虛擬學(xué)習(xí)空間建設(shè)

基于云+端協(xié)同[5]的智能化學(xué)習(xí)支持，依托于云計算平臺和校園全覆蓋高速WIFI，支持學(xué)習(xí)者BYOD[6]多終端快捷接入與資源訪問，以學(xué)習(xí)者為中心，提供個性化、數(shù)字化信息資源及資源關(guān)聯(lián)和聚集、學(xué)習(xí)訂閱和推送、學(xué)習(xí)導(dǎo)航、學(xué)習(xí)筆記、學(xué)習(xí)輔導(dǎo)、協(xié)同交流、智能導(dǎo)師和學(xué)習(xí)預(yù)測等學(xué)習(xí)服務(wù)。在云+端技術(shù)支持下，實現(xiàn)多屏、多終端、跨邊界的設(shè)備聯(lián)動，使學(xué)習(xí)者可以自由切換不同的學(xué)習(xí)場景;將正式學(xué)習(xí)和非正式學(xué)習(xí)結(jié)合起來，形成學(xué)習(xí)空間的無縫融合;提供完善的學(xué)習(xí)支持服務(wù)，對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)行為進行分析記錄和評估反饋，從而最大化地促進學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)。虛擬云學(xué)習(xí)空間實現(xiàn)所有在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)和平臺的集成與融合。以資源共建共享中心為核心，將MOOC/SPOC[7]平臺、在線考試平臺、教師研修空間、個人教學(xué)/學(xué)習(xí)門戶等進行集成，形成資源的動態(tài)生成與鏈接引用，實現(xiàn)各種學(xué)習(xí)行為、數(shù)據(jù)、資源的傳遞、共享、整合。

建設(shè)資源共建共享中心。資源共建共享中心由“中心資源庫”和“分布式私有鏈資源”兩部分組成。中心資源庫采用云計算[8]的中心化架構(gòu)，分布式私有鏈資源采用區(qū)塊鏈的對等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，二者互為依托，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)資源云化，分享資源區(qū)塊鏈化，集中維護和集體維護互相補充。中心資源庫主要存儲官方認定的優(yōu)質(zhì)資源，私有鏈資源主要存儲師生自主定制維護的個性化資源。資源共建共享中心扮演中介角色，虛擬演播室、智慧教室等制作和生成的資源能進入資源庫，自我分類和轉(zhuǎn)化;MOOC/SPOC等應(yīng)用平臺能通過URL引用;教學(xué)過程中的生成性資源可更新到資源中心，實現(xiàn)資源的動態(tài)進化。

2.數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)

實現(xiàn)虛擬演播室、智慧教室等場景制作和生成的資源進入教學(xué)資源庫，并實現(xiàn)自我分類和轉(zhuǎn)化;教學(xué)過程中的生成性資源可更新到資源庫，并實現(xiàn)資源的動態(tài)進化。最終通過數(shù)字化教學(xué)資源庫的建設(shè)，教學(xué)資源通過MOOC/SPOC等教學(xué)平臺實現(xiàn)共享。建設(shè)在線開放課程平臺，通過租賃、課程合作等模式擴展課程平臺，實現(xiàn)在線開放課程平臺的多樣化，以滿足不同種類、不同層次課程的多元化開課需求。

建設(shè)在線考試平臺?；谠贫思軜?gòu)，涵蓋知識庫、自主學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)計劃、綜合考試、組卷與改卷、進度監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析與報表等功能;PC版具有防作弊功能，滿足在多媒體機房實施正式的大規(guī)模綜合考試需求;移動版可滿足隨時隨地進行輕量級的微培訓(xùn)、微考試、微評估等需求。建設(shè)教師研修空間（教學(xué)創(chuàng)客空間）。教師研修空間為構(gòu)建教學(xué)共同體、踐行“教師即研究者”提供個人教學(xué)研究及公共研討空間，解決傳統(tǒng)研修受時空和資源限制等問題，幫助教師將自己對教學(xué)的想法轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實，讓教師成為“教學(xué)創(chuàng)客”，并提供教師展示和交流各自實踐成果的平臺，對其教學(xué)意義和教育價值進行評估。

建設(shè)個人學(xué)習(xí)/教學(xué)門戶（微信人人通）。個人門戶實現(xiàn)對所有教學(xué)/學(xué)生系統(tǒng)或平臺的集成，并提供統(tǒng)一身份認證和集成交互界面，支持多終端，實現(xiàn)對各系統(tǒng)和資源中心的快捷訪問。建設(shè)學(xué)習(xí)情境感知系統(tǒng)。學(xué)習(xí)情境感知是個性化學(xué)習(xí)資源的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，學(xué)習(xí)情境感知系統(tǒng)根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)時間、地點、物理環(huán)境、基本偏好、學(xué)習(xí)情感、學(xué)習(xí)歷史記錄和學(xué)習(xí)評價等多維學(xué)習(xí)信息生成預(yù)設(shè)情境，并根據(jù)學(xué)習(xí)者位置信息利用WIFI探針和LBS生成實時情境，從而適應(yīng)推薦與當(dāng)前情境相匹配的知識服務(wù)。

3.物理學(xué)習(xí)空間建設(shè)

智能物理學(xué)習(xí)空間主要由各個公共實體空間新建或升級改造組成，是提供智能化的資源、共享、服務(wù)等主題的學(xué)習(xí)環(huán)境，如圖3所示。

建設(shè)學(xué)習(xí)共享空間[9]（Learning Community）。學(xué)習(xí)共享空間通過配置計算機、網(wǎng)絡(luò)、有線電視、投影儀等設(shè)施及常用的專業(yè)軟件，打通通信載體、內(nèi)容分類、物理空間的界限，提供資源的一站式服務(wù)中心和協(xié)同學(xué)習(xí)環(huán)境，是一種新型的空間，一種新型的學(xué)習(xí)模式，一種共享的交流社區(qū)，既能適應(yīng)95后、00后對信息獲取與學(xué)習(xí)方式的變化，又能利用協(xié)作式學(xué)習(xí)環(huán)境實現(xiàn)知識共享，利用人際網(wǎng)絡(luò)關(guān)系實現(xiàn)隱性知識挖掘。

建設(shè)智慧教室。智慧教室作為數(shù)字教室和未來教室的一種形式，基于物聯(lián)網(wǎng)、學(xué)習(xí)分析等先進技術(shù)，集智慧教學(xué)、無線投屏、人員考勤、資產(chǎn)管理、環(huán)境智慧調(diào)節(jié)、視頻互動、遠程控制于一體，實現(xiàn)多教學(xué)系統(tǒng)融合，配合可靈活移動的課桌椅，改善上課環(huán)境、簡化教學(xué)管理、豐富網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源、創(chuàng)新教學(xué)模式、提高教學(xué)質(zhì)量。

建設(shè)學(xué)科創(chuàng)新實驗室。智慧實驗室的設(shè)計主要考慮儀器設(shè)備管理、環(huán)境管理、實驗安全風(fēng)險管理的7×24小時監(jiān)控和基于運行數(shù)據(jù)的危險預(yù)警，實驗環(huán)境的真實仿真，操作自然交互方式的實現(xiàn)，實驗過程管理的精細化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和移動化，實驗資料和資源云端存儲、個性推薦，實驗指導(dǎo)遠程化，實驗操作協(xié)同化等。

建設(shè)智慧創(chuàng)客空間。貫徹國家“雙創(chuàng)”要求，為創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)客教育提供教育裝備支撐，探索利用信息技術(shù)推進智慧創(chuàng)客空間建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合設(shè)計能力和動手實踐能力。依托智慧創(chuàng)客空間開展創(chuàng)客教育、建設(shè)創(chuàng)客資源、培植創(chuàng)客文化，并創(chuàng)辦系列創(chuàng)新大賽，建成學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的孵化器。智慧創(chuàng)客空間由線下實體空間和線上虛擬空間兩部分組成，線下空間是基于智能機器人、3D打印等創(chuàng)客教育體驗中心而創(chuàng)建的實體創(chuàng)客空間，線上空間是由創(chuàng)客教育微信群、公眾微信號、在線網(wǎng)絡(luò)課程平臺而組成的虛擬創(chuàng)客空間。

虛擬仿真實訓(xùn)室。為支撐土木、化學(xué)、環(huán)境、天文、生命科學(xué)等重點學(xué)科建設(shè)及實驗教學(xué)，對宏觀實驗、微觀實驗采用VR、AR、MR等信息技術(shù)手段構(gòu)建學(xué)科專業(yè)化虛擬仿真實驗/實訓(xùn)室。虛擬仿真實驗室包含虛擬現(xiàn)實應(yīng)用開發(fā)平臺、高性能圖像生成及處理系統(tǒng)、立體式沉浸性的三維顯示系統(tǒng)、自然人機交互系統(tǒng)、集成應(yīng)用控制系統(tǒng)等核心模塊;根據(jù)學(xué)科特點分批次建設(shè)“桌面虛擬仿真型”“沉浸式虛擬仿真”“分布式虛擬仿真”“增強型虛擬仿真”等類型的虛擬仿真實驗室。

教學(xué)設(shè)備與環(huán)境的智能管控?；A(chǔ)設(shè)施（教學(xué)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、云平臺）的智能化運維管控;通過物聯(lián)網(wǎng)感知[10]獲取和分析設(shè)備分布及運行情況;通過物聯(lián)網(wǎng)感知分析和管控消防、節(jié)能、異常告警等情況。

（二）基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)行為分析

基于智慧學(xué)習(xí)空間的協(xié)同建設(shè)，在新型混合式[11]教學(xué)實踐中，教學(xué)不再是技術(shù)與教學(xué)方法的簡單疊加，而是一種面向更加復(fù)雜學(xué)習(xí)環(huán)境的技術(shù)與教學(xué)的融合性創(chuàng)新。構(gòu)建勝任力模型，以揭示混合教學(xué)情境中獲得高績效所必需的深層次勝任特征的組織結(jié)構(gòu)。基于勝任力模型開展培訓(xùn)，具有明確的績效導(dǎo)向性[12]，能確保教師處于開啟和實施教學(xué)改革的前沿。

構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的教學(xué)行為[13]分析系統(tǒng)，其動態(tài)情境分析數(shù)據(jù)主要來源于師生在線（MOOC、SPOC）教與學(xué)行為、師生課堂教學(xué)行為、學(xué)生其他學(xué)習(xí)空間行為（圖書館、實驗室等）及社交網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)等，行為數(shù)據(jù)的記錄，主要采用視頻音頻記錄設(shè)備、在線教學(xué)平臺、智慧教室分析系統(tǒng)等。教學(xué)大數(shù)據(jù)分析可以幫助校領(lǐng)導(dǎo)清晰地認識不同專業(yè)的教師課堂教學(xué)行為的差異與特點，從而助力教師改進課堂教學(xué)行為實現(xiàn)課堂教學(xué)質(zhì)量的提高;同時，課堂教學(xué)行為大數(shù)據(jù)還可以促進優(yōu)秀教師更快地概括出課堂教學(xué)的經(jīng)驗和實踐性知識，從而實現(xiàn)教育優(yōu)質(zhì)資源在知識層面的共享與傳播，如圖4所示。

整個教學(xué)大數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)中，教師是關(guān)鍵參與者，借助信息化的工具，積極參與、推動教學(xué)質(zhì)量的提升。以學(xué)生課堂學(xué)習(xí)維度為例，依托選課數(shù)據(jù)、上課數(shù)據(jù)、作業(yè)數(shù)據(jù)、課程平時成績、課程期末成績和互動交流評價數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)資源，將學(xué)生知識掌握水平、綜合素質(zhì)和成績評價等作為課堂學(xué)習(xí)行為分析項。通過客觀的評價體系，構(gòu)建學(xué)生的學(xué)習(xí)行為畫像，依托多維數(shù)據(jù)源構(gòu)建教師的教學(xué)質(zhì)量畫像。

教學(xué)行為大數(shù)據(jù)分析，包括三個模型，分別是國外專家提出的ST模型，佛蘭德斯分類體系，國內(nèi)專家提出的師生行為對象、師生行為屬性模型。基于以上模型進行課堂教學(xué)行為評測，具體環(huán)節(jié)：錄播與數(shù)據(jù)采集，存儲非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，處理結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析挖掘，數(shù)據(jù)建立模型，個體與模型分析對比，師生活動行為、學(xué)生情感計算、師生語音分析、知識點的OCR識別，多維度關(guān)聯(lián)分析等。最終實現(xiàn)“基于全場景全過程的學(xué)習(xí)評價”和“基于認知分格和水平的知識推薦”等教學(xué)場景應(yīng)用。

四、研究結(jié)論與啟示

智慧校園建設(shè)，關(guān)鍵是校園的智慧基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而智慧基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的核心是智慧學(xué)習(xí)空間的建設(shè)，文章通過智慧學(xué)習(xí)空間的分析，輔助教師的教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)的創(chuàng)新，充分體現(xiàn)了智慧教學(xué)環(huán)境建設(shè)的重要性。通過智慧學(xué)習(xí)空間的建設(shè)，與大數(shù)據(jù)技術(shù)的多維度分析，多角度協(xié)同，共同推動了教師教學(xué)創(chuàng)新能力的發(fā)展。為高校智慧學(xué)習(xí)空間建設(shè)，促進教師教學(xué)創(chuàng)新能力發(fā)展，提出了一個具有重要參考價值的整體架構(gòu)，具體的啟示分為以下三個方面。

（一）教學(xué)環(huán)境是基礎(chǔ)

教學(xué)環(huán)境是教學(xué)質(zhì)量的基礎(chǔ)，通過虛擬學(xué)習(xí)空間、數(shù)字化教學(xué)資源建設(shè)、物理學(xué)習(xí)空間的建設(shè)，構(gòu)建一個立體的教學(xué)環(huán)境，確保了學(xué)生的學(xué)習(xí)行為都有良好的支撐，同時對教師的教學(xué)有較好的輔助作用。通過信息技術(shù)的推動，教與學(xué)相輔相成，共同促進。

（二）數(shù)據(jù)分析是核心

教育質(zhì)量的提升，主要是通過師生的學(xué)習(xí)行為進行數(shù)據(jù)采集，再通過師生行為對象、師生行為屬性模型，分析教師教學(xué)過程中的不足和學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的知識盲點，進行知識點推送，以彌補學(xué)生的知識盲點和鞏固已學(xué)的知識點。

（三）教育質(zhì)量提升是目標(biāo)

在協(xié)同理論背景下，虛擬學(xué)習(xí)空間建設(shè)、數(shù)字化資源建設(shè)和物理學(xué)習(xí)空間的建設(shè)，三個方面的協(xié)同，圍繞著一個目標(biāo)，就是教學(xué)質(zhì)量的提升?；A(chǔ)環(huán)境建設(shè)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、知識點推送構(gòu)成支撐教學(xué)質(zhì)量提升的有效閉環(huán)，形成了智慧校園在教學(xué)質(zhì)量提升方面的綜合解決方案。

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[作者簡介]李宗輝（1982-），男，山東郯城人，揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系副主任，高級工程師，碩士，研究方向：云計算、大數(shù)據(jù);肖炯恩（1984-），男，廣東汕頭人，廣東財經(jīng)大學(xué)國際商學(xué)院，講師，博士，研究方向：醫(yī)療大數(shù)據(jù)、政務(wù)數(shù)據(jù)共享，通訊作者;劉小銘（1982-），女，重慶綦江人，揭陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系講師，碩士，研究方向：計算機應(yīng)用、云計算、大數(shù)據(jù)。

[責(zé)任編輯 何一輝]