面向?qū)W歷教育和非學(xué)歷培訓(xùn)的終身學(xué)習(xí)平臺(tái)功能架構(gòu)與技術(shù)策略研究

韓立華， 胡暢霞， 王書(shū)海， 王曉芬

（1.石家莊鐵道大學(xué) 繼續(xù)教育學(xué)院，河北 石家莊 050043；2.石家莊鐵道大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050043；3.石家莊鐵道大學(xué) 科技處，河北 石家莊 050043；4.石家莊鐵道大學(xué) 建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050043）

《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》將“構(gòu)建服務(wù)全民的終身學(xué)習(xí)體系”列為面向教育現(xiàn)代化的十大戰(zhàn)略任務(wù)之一。因此，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、個(gè)性化、終身化的教育體系，建設(shè)“人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)”的學(xué)習(xí)型社會(huì)，是教育信息化的發(fā)展方向。2020年初爆發(fā)的新冠肺炎疫情，無(wú)論是學(xué)歷教育中的大中小學(xué)生，還是各類培訓(xùn)機(jī)構(gòu)各年齡段的學(xué)員，不得不選擇在線平臺(tái)進(jìn)行居家網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，由此推動(dòng)了各類在線學(xué)習(xí)平臺(tái)以前所未有之速度和范圍的應(yīng)用，促使我們提前進(jìn)入一個(gè)全民在線學(xué)習(xí)的時(shí)代。在此背景下，終身學(xué)習(xí)平臺(tái)的構(gòu)建更加有其迫切性和重要性[1]。本文綜合石家莊鐵道大學(xué)成人學(xué)歷教育和非學(xué)歷教育平臺(tái)多年開(kāi)發(fā)及應(yīng)用的成果，對(duì)終身學(xué)習(xí)平臺(tái)組成構(gòu)架、技術(shù)策略及主要功能特點(diǎn)進(jìn)行深入研究。

一、終身學(xué)習(xí)平臺(tái)的整體架構(gòu)

開(kāi)發(fā)的終身學(xué)習(xí)系列平臺(tái)包括以下幾個(gè)獨(dú)立運(yùn)行又能兼容共享的系統(tǒng)：“學(xué)歷繼續(xù)教育綜合管理系統(tǒng)”“網(wǎng)絡(luò)資源管理及教學(xué)系統(tǒng)”“移動(dòng)學(xué)習(xí)APP”“自學(xué)考試在線助學(xué)系統(tǒng)”“在線培訓(xùn)管理系統(tǒng)”以及“開(kāi)放式在線學(xué)習(xí)平臺(tái)”，能夠滿足學(xué)歷與非學(xué)歷教育各類模式的線上學(xué)習(xí)、在線支持、綜合管理、學(xué)分認(rèn)證等需求，為學(xué)習(xí)者提供終身學(xué)習(xí)全軌跡、教學(xué)支持全過(guò)程、教學(xué)類型全覆蓋、教學(xué)服務(wù)全方位的智能化一站式在線學(xué)習(xí)環(huán)境[2]。

平臺(tái)致力于為終身學(xué)習(xí)全過(guò)程服務(wù)，包括學(xué)歷教育和非學(xué)歷教育兩大類模式，學(xué)歷教育模式又包括全日制教育、函授教育、自學(xué)考試等；非學(xué)歷教育模式涵蓋了面向行業(yè)協(xié)會(huì)、各級(jí)各類企事業(yè)單位以及社會(huì)公眾的培訓(xùn)和個(gè)性化學(xué)習(xí)等。以資源制作和管理為核心，各系統(tǒng)架構(gòu)相通，數(shù)據(jù)共享，學(xué)生可以一站式單點(diǎn)登錄，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)過(guò)程記錄和監(jiān)控跟蹤，根據(jù)前期學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)測(cè)，動(dòng)態(tài)規(guī)劃后期學(xué)習(xí)路徑，智能推薦相關(guān)學(xué)習(xí)資源；根據(jù)課中學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)資源進(jìn)行再次規(guī)劃和推送；根據(jù)最終學(xué)習(xí)成果的評(píng)測(cè)，形成具體學(xué)習(xí)報(bào)告，學(xué)習(xí)檔案掃碼即查，各系統(tǒng)通用。終身學(xué)習(xí)平臺(tái)的系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 終身學(xué)習(xí)平臺(tái)的整體架構(gòu)

平臺(tái)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用既有效解決了學(xué)歷教育的工學(xué)矛盾突出、教學(xué)質(zhì)量低下、學(xué)習(xí)資源短缺、學(xué)習(xí)動(dòng)力不足等突出問(wèn)題，又攻克了非學(xué)歷教育的培訓(xùn)方式不靈活、受眾面窄、資源不豐富、學(xué)習(xí)模式單一、學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)證共享等一系列難題。

二、智能化推模式學(xué)習(xí)決策與支持技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中的兩大角色分別是學(xué)生和教師，學(xué)生是學(xué)習(xí)系統(tǒng)的主體，教師是教學(xué)活動(dòng)的引導(dǎo)者。推模式支持的學(xué)習(xí)決策模型的設(shè)計(jì)意義主要是為了讓信息主動(dòng)去尋找用戶，為學(xué)習(xí)者的個(gè)性化學(xué)習(xí)提供強(qiáng)而有力的保障[3]，給予學(xué)生多樣化、高效率的知識(shí)和習(xí)題推送，幫助每個(gè)學(xué)生獲得完整的、個(gè)性化的、符合當(dāng)前學(xué)習(xí)進(jìn)度的學(xué)習(xí)資源，以及實(shí)時(shí)跟蹤監(jiān)控服務(wù)；給予教師上課時(shí)間、考試時(shí)間、提交成績(jī)等重要教學(xué)活動(dòng)的提醒，保證教學(xué)的順利推進(jìn)，引導(dǎo)和幫助學(xué)生進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。智能化推模式的學(xué)習(xí)決策支持模型如圖2所示。

智能推模式推送的內(nèi)容共有三類：學(xué)習(xí)資源、重要節(jié)點(diǎn)信息和試題。學(xué)習(xí)資源包括微視頻、課件、講義等。重要節(jié)點(diǎn)信息包括學(xué)籍信息確認(rèn)提醒、教師上課時(shí)間提醒、教師上線答疑提醒、成績(jī)提交時(shí)間提醒、學(xué)生按時(shí)學(xué)習(xí)提醒、學(xué)生考試申請(qǐng)?zhí)嵝训?，并且通過(guò)電腦、手機(jī)APP、手機(jī)短信、郵件等多種終端進(jìn)行信息的發(fā)布與推送，不斷提醒學(xué)生按時(shí)看視頻、做作業(yè)、測(cè)試題等。系統(tǒng)設(shè)置了多個(gè)推送時(shí)間點(diǎn)，結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和學(xué)習(xí)過(guò)程診斷信息進(jìn)行個(gè)性化推送。資源與試題的智能推送體現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)學(xué)習(xí)者個(gè)人學(xué)習(xí)路徑的決策。如題目包含一個(gè)或多個(gè)知識(shí)點(diǎn)，相應(yīng)地知識(shí)點(diǎn)又能組成不同的題目[4]。如圖3所示，知識(shí)集合2包含知識(shí)點(diǎn)1、3和知識(shí)點(diǎn)4，習(xí)題1到4所涉及的知識(shí)點(diǎn)來(lái)源于知識(shí)點(diǎn)集合1和2。如果學(xué)生掌握了知識(shí)集合2，那么理想狀態(tài)下學(xué)生就能夠正確解答習(xí)題1到習(xí)題4。根據(jù)題目的相似度，當(dāng)學(xué)習(xí)者完成習(xí)題3時(shí)，就可以將習(xí)題4推送給學(xué)生，做到知識(shí)點(diǎn)的鞏固練習(xí)。如果有的習(xí)題不能完全答對(duì)，需要給學(xué)生推送相關(guān)知識(shí)點(diǎn)讓其進(jìn)行再次學(xué)習(xí)。只有當(dāng)學(xué)生做完前4道題并且都正確無(wú)誤情況下，系統(tǒng)認(rèn)為學(xué)生已掌握知識(shí)點(diǎn)集合1、2。下一步會(huì)對(duì)學(xué)生推送進(jìn)行習(xí)題5，繼續(xù)完成下面知識(shí)點(diǎn)集合的練習(xí)，直到完成所有知識(shí)點(diǎn)和習(xí)題。如圖3所示。

圖2 智能“推模式”學(xué)習(xí)決策支持模型

圖3 知識(shí)點(diǎn)、集合和習(xí)題的關(guān)系

三、積分制網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)行為精準(zhǔn)量化及評(píng)價(jià)技術(shù)

對(duì)基于網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)各類行為及其特點(diǎn)進(jìn)行了深入分析，據(jù)此設(shè)計(jì)了自主學(xué)習(xí)行為積分評(píng)價(jià)體系，通過(guò)對(duì)學(xué)生網(wǎng)上學(xué)習(xí)行為進(jìn)行有效積分記錄、提取和評(píng)價(jià)，能夠較好地實(shí)現(xiàn)過(guò)程學(xué)習(xí)監(jiān)控，保證學(xué)習(xí)效果[5]。自主學(xué)習(xí)行為積分評(píng)價(jià)體系結(jié)構(gòu)如圖4所示，分為正向行為加分和不端行為倒扣，正向?qū)W習(xí)行為從學(xué)習(xí)數(shù)量-學(xué)習(xí)質(zhì)量-學(xué)習(xí)進(jìn)度三個(gè)維度進(jìn)行分解，每個(gè)維度又細(xì)分為多個(gè)加分項(xiàng)，根據(jù)其內(nèi)容確定初始具體加分值[5]，并根據(jù)每學(xué)期學(xué)生該項(xiàng)實(shí)際得分的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，再進(jìn)行正態(tài)分布偏離度的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

圖4 自主學(xué)習(xí)行為積分評(píng)價(jià)體系

由自主學(xué)習(xí)行為積分評(píng)價(jià)體系構(gòu)建了如公式（1）所示的評(píng)價(jià)模型

式中，ω1、ω2、ω3、ω4為各部分在總積分中所占權(quán)值，可進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

該模型利用學(xué)習(xí)積分將學(xué)習(xí)行為進(jìn)行精確量化，并最終轉(zhuǎn)換為網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)成績(jī)，該成績(jī)反映了學(xué)生的具體學(xué)習(xí)過(guò)程和學(xué)習(xí)質(zhì)量，在學(xué)生期末總評(píng)成績(jī)中占據(jù)重要比例。網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)成績(jī)?cè)u(píng)價(jià)模型見(jiàn)公式（2）

式中，Gnet為學(xué)生某門(mén)課程的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)成績(jī)；Gm為某門(mén)課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)滿分值（例如60分，可手工設(shè)置）；Lj為某門(mén)課程學(xué)生在線學(xué)習(xí)及格積分線（手工設(shè)置后期根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整）；Lm為某門(mén)課程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)滿分積分線（手工設(shè)置或與Gmax存在比例關(guān)系）；Totalp為某學(xué)生某門(mén)課程在線學(xué)習(xí)所得總積分。

每門(mén)網(wǎng)絡(luò)課程的滿分值Gmax根據(jù)該課程視頻時(shí)長(zhǎng)、資源、作業(yè)和測(cè)驗(yàn)的數(shù)量等進(jìn)行初始化，Lj與Lm兩個(gè)積分線的初始值可以設(shè)定為Gmax的60%和120%，下次開(kāi)課前，通過(guò)大數(shù)據(jù)測(cè)算前期學(xué)習(xí)的及格率和優(yōu)秀率，再對(duì)Gmax、Lj和Lm三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，以保證總體及格率和優(yōu)秀率符合要求。

四、學(xué)科自適應(yīng)試題庫(kù)存儲(chǔ)及智能組卷技術(shù)

提供在線練習(xí)和考試是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的一個(gè)核心功能[6]，學(xué)科自適應(yīng)試題庫(kù)建設(shè)和多模式組卷策略選擇是兩大關(guān)鍵內(nèi)容。

（一）學(xué)科自適應(yīng)題庫(kù)的設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)方案

根據(jù)課程所屬門(mén)類，并綜合考慮其試題特點(diǎn)，將題庫(kù)學(xué)科分為數(shù)理、工程、經(jīng)濟(jì)、文史等7大類，為適應(yīng)各類學(xué)科，將題型分為通用題型和特殊題型兩大類。通用題型如單選、多選、判斷、填空等，特殊題型如計(jì)算、繪圖、案例、程序題等。根據(jù)不同學(xué)科特點(diǎn)，系統(tǒng)內(nèi)置學(xué)科題型自動(dòng)匹配策略并能根據(jù)需要調(diào)整；根據(jù)不同題型的特點(diǎn)采用不同的存儲(chǔ)規(guī)則適應(yīng)策略，并根據(jù)不同規(guī)則選擇存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式，采用多媒體或文本形式存儲(chǔ)主題干、子題干、各選項(xiàng)、答案以及解析等。學(xué)科自適應(yīng)的題庫(kù)設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)方案見(jiàn)圖5。

圖5 學(xué)科自適應(yīng)題庫(kù)設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)方案

（二）智能組卷技術(shù)

為保證試卷生成的科學(xué)性和高效率，組卷時(shí)采用智能組卷和人工選題兩種方式相結(jié)合。智能組卷采用多重組卷策略和改進(jìn)的遺傳算法，整體組卷流程見(jiàn)圖6所示。智能組卷是一個(gè)多條件約束的目標(biāo)優(yōu)化求解問(wèn)題[7]，出卷人首先設(shè)定約束條件，如試題類型、包含知識(shí)點(diǎn)、難度系數(shù)、使用頻次、更新情況等，然后交給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)生成滿足這些約束條件的多道試題的優(yōu)化集合。改進(jìn)的遺傳算法根據(jù)學(xué)科門(mén)類對(duì)各題型進(jìn)行分段編碼，在設(shè)置適應(yīng)度函數(shù)、調(diào)用選擇、交叉、變異函數(shù)以及生成新群落等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，并且結(jié)合人工方式進(jìn)行整體調(diào)整修正，從而在組卷效率和組卷質(zhì)量方面都達(dá)到了較好效果。

圖6 整體組卷流程

五、多平臺(tái)統(tǒng)一身份認(rèn)證及數(shù)據(jù)共享技術(shù)

石家莊鐵道大學(xué)研發(fā)的終身學(xué)習(xí)平臺(tái)由多個(gè)系統(tǒng)組成，采用了多平臺(tái)統(tǒng)一身份認(rèn)證技術(shù)及數(shù)據(jù)共享技術(shù)，保證了用戶只需在一處登錄，即能在其他系統(tǒng)隨時(shí)可用，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，將學(xué)習(xí)者在某個(gè)平臺(tái)上產(chǎn)生的身份數(shù)據(jù)、學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)和成績(jī)數(shù)據(jù)共享到其他平臺(tái)上[8]，如圖7所示。

圖7 多平臺(tái)統(tǒng)一認(rèn)證及數(shù)據(jù)共享模型

各類學(xué)習(xí)者通過(guò)各種終端訪問(wèn)任意平臺(tái)時(shí)，首先進(jìn)行用戶身份認(rèn)證，認(rèn)證機(jī)制通過(guò)統(tǒng)一用戶管理系統(tǒng)UUMS可實(shí)現(xiàn)不同方式認(rèn)證，如匿名認(rèn)證（社會(huì)公眾不需登錄可訪問(wèn)平臺(tái)部分功能）、用戶名/密碼認(rèn)證、IP地址認(rèn)證、PKI/CA數(shù)字證書(shū)認(rèn)證等。UUMS由三部分服務(wù)組成：AA管理服務(wù)器提供認(rèn)證（Authentication）和授權(quán)（Authorization）功能；單點(diǎn)登錄SSO服務(wù)器實(shí)現(xiàn)登錄憑證在多個(gè)系統(tǒng)中傳遞和共享；LDAP（Lightweight Directory Access Protocol）協(xié)議服務(wù)器用來(lái)統(tǒng)一存儲(chǔ)用戶信息、證書(shū)和授權(quán)信息等。用戶完成身份認(rèn)證后，即通過(guò)數(shù)據(jù)共享平臺(tái)調(diào)取本人學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)和有關(guān)成績(jī)信息，再進(jìn)入不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。不同的業(yè)務(wù)系統(tǒng)中產(chǎn)生的學(xué)習(xí)過(guò)程數(shù)據(jù)、成績(jī)數(shù)據(jù)等信息也會(huì)實(shí)時(shí)同步到數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。

六、平臺(tái)開(kāi)發(fā)過(guò)程及應(yīng)用效果

2013年以來(lái)，在“互聯(lián)網(wǎng)+終身學(xué)習(xí)”的理念指導(dǎo)之下，以應(yīng)用為驅(qū)動(dòng)，團(tuán)隊(duì)采用“邊開(kāi)發(fā)、邊試用、邊推廣、邊完善”的策略，幾年內(nèi)迅速完成了“學(xué)歷繼續(xù)教育綜合管理系統(tǒng)”“網(wǎng)絡(luò)資源管理及教學(xué)系統(tǒng)”“移動(dòng)學(xué)習(xí)APP”[9]“自學(xué)考試在線助學(xué)系統(tǒng)”“在線培訓(xùn)管理系統(tǒng)”等多個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、培訓(xùn)和應(yīng)用，并申請(qǐng)了7個(gè)軟件著作權(quán)；自主建設(shè)了300多門(mén)精品在線開(kāi)放課程，使成人學(xué)歷教育完成了由統(tǒng)一規(guī)劃的“學(xué)年制”教學(xué)模式向彈性自主的“學(xué)分制”教學(xué)模式改變與函授站推廣。開(kāi)發(fā)的混合式在線培訓(xùn)平臺(tái)支持單一在線培訓(xùn)、線上線下培訓(xùn)相結(jié)合、單一線下培訓(xùn)等不同培訓(xùn)模式，滿足了各類非學(xué)歷培訓(xùn)的需求，探索出了一條具有地方院校特色的終身教育信息化發(fā)展之路[10]。

2015年以來(lái)，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的學(xué)歷繼續(xù)教育綜合管理平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)及學(xué)分制學(xué)歷繼續(xù)教育管理平臺(tái)應(yīng)用于河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)、石家莊鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院等30多家高等院校，在線培訓(xùn)平臺(tái)應(yīng)用于中鐵十四局、石家莊市建筑協(xié)會(huì)、石家莊東方監(jiān)理有限公司等700多家單位。在資源推廣方面，與青書(shū)學(xué)堂、弘成科技、卓爵教育、奧鵬教育等十多家單位簽訂課程平臺(tái)及資源合作協(xié)議，轉(zhuǎn)讓課程152門(mén)次，獲取課程轉(zhuǎn)讓費(fèi)70余萬(wàn)元。所有平臺(tái)和資源面向在校大學(xué)生和社會(huì)公眾免費(fèi)開(kāi)放學(xué)習(xí)，2014年以來(lái)共有約513萬(wàn)人次登錄各平臺(tái)免費(fèi)學(xué)習(xí)感興趣的課程。

2020年新冠肺炎疫情期間，團(tuán)隊(duì)又應(yīng)培訓(xùn)單位需求開(kāi)發(fā)了 “停工不停學(xué)”免費(fèi)培訓(xùn)項(xiàng)目平臺(tái)和資源，覆蓋了監(jiān)理工程師、一級(jí)注冊(cè)建造師、注冊(cè)造價(jià)師、鐵路實(shí)驗(yàn)員等培訓(xùn)項(xiàng)目，共有中鐵十八局、中建八局等20多家單位近500人次參與免費(fèi)項(xiàng)目學(xué)習(xí)。全日制學(xué)歷教育方面，由于疫情影響本科生全部采用線上教學(xué)，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源緊缺的矛盾凸顯無(wú)疑，在此期間我們共為全校各專業(yè)提供了近100門(mén)的網(wǎng)絡(luò)課程資源和公共學(xué)習(xí)平臺(tái)，為近萬(wàn)人的本科生網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提供了豐富的資源輔助和便捷的平臺(tái)支撐。

終身學(xué)習(xí)是21世紀(jì)的生活方式和社會(huì)行為。大力開(kāi)展多模式終身學(xué)習(xí)平臺(tái)的構(gòu)建與應(yīng)用實(shí)踐具有至關(guān)重要的意義，通過(guò)對(duì)平臺(tái)建設(shè)新技術(shù)的研究和應(yīng)用，對(duì)服務(wù)全民的終身學(xué)習(xí)模式做進(jìn)一步探索，必將有力促進(jìn)終身教育的可持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)全社會(huì)公民素養(yǎng)的全面提高。