基于超星泛雅平臺的精準(zhǔn)智慧教學(xué)模式研究

劉樹錕，左國才，潘顯民

(1.湖南女子學(xué)院 信息科學(xué)與工程學(xué)院，長沙 410004； 2.湖南軟件職業(yè)技術(shù)大學(xué) 軟件與信息工程學(xué)院，湖南 湘潭 411100)

云計算、區(qū)塊鏈、人工智能、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的高速發(fā)展，推動了高校課堂教學(xué)方式的改革和發(fā)展[1]，這一特點也為智慧教學(xué)的快速發(fā)展提供了重要推動力。在實際的智慧教學(xué)場景中，硬件環(huán)境和軟件平臺都發(fā)揮著重要作用，是智慧教學(xué)必不可少的組成部分。利用大數(shù)據(jù)平臺可以記錄教學(xué)過程中的教學(xué)數(shù)據(jù)，更好地分析學(xué)生的學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)動態(tài)和教師的教學(xué)效果，從而實現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)和學(xué)習(xí)?；诖?，學(xué)生的知識獲取能力和學(xué)習(xí)效果也會得到快速提升[1-2]。自新冠疫情暴發(fā)以來，超星公司推出的泛雅平臺在本校的實際教學(xué)工作中發(fā)揮了重要作用，超星平臺為開展智慧教學(xué)提供了良好的智慧教學(xué)環(huán)境。基于該平臺教師可以豐富教學(xué)手段和提升課堂效率，并隨時掌握學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)狀態(tài)。教師通過該平臺能夠隨時掌握學(xué)生簽到、測試和討論等環(huán)節(jié)的具體情況。此外，超星泛雅平臺實現(xiàn)了后臺動態(tài)化收集學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的各種學(xué)習(xí)行為特征、學(xué)習(xí)效果等相關(guān)數(shù)據(jù)，建立了大規(guī)模學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)庫，在數(shù)據(jù)庫中完成了數(shù)據(jù)的分類與規(guī)范化存儲，形成了教學(xué)數(shù)據(jù)源，并能夠隨時根據(jù)數(shù)據(jù)源生成學(xué)生的學(xué)習(xí)過程報告和最終學(xué)習(xí)報告，全程360°無死角監(jiān)控教學(xué)過程，為教學(xué)指導(dǎo)提供了充分的數(shù)據(jù)條件[3]。智慧教學(xué)為學(xué)習(xí)者和教學(xué)者提供了便捷的溝通方式，有效降低了學(xué)習(xí)過程中的時間成本，提高了學(xué)習(xí)效率。本院結(jié)合超星泛雅平臺構(gòu)建了具有明顯知識特征標(biāo)簽的知識集合，為基于精準(zhǔn)教學(xué)理念的智慧教學(xué)框架構(gòu)建提供了有力支撐。

1 超星泛雅學(xué)習(xí)平臺

超星泛雅平臺是由北京世紀(jì)超星公司設(shè)計的一款主流的同時可以兼容移動端和電腦Web端的線上學(xué)習(xí)平臺[2]。教師在獲得相應(yīng)的操作權(quán)限后可以根據(jù)自己的實際需求創(chuàng)建課程、建立對應(yīng)的學(xué)習(xí)班級，并在對應(yīng)的課程操作空間進(jìn)行課程資源建設(shè)。該平臺完全實現(xiàn)了線上考試、學(xué)生簽到、課堂問答及討論等教學(xué)活動[2-3]。該平臺具有廣泛的應(yīng)用范圍，價格比較實惠，學(xué)生和教師可以申請免費賬號體驗其中的實際教學(xué)場景(課前、課中、課后模擬環(huán)節(jié))，具有良好的可操作性[3-4]。此外，學(xué)習(xí)通APP與泛雅平臺信息資源同步共享，具有良好的操作交互性，可以在手機(jī)端和電腦端傳輸視頻、圖片等信息資源。智慧教學(xué)以學(xué)習(xí)通和泛雅平臺為載體，完全具備了課程導(dǎo)學(xué)、學(xué)生互動、教師答疑和課外拓展等功能[5]。

2 智慧教學(xué)平臺架構(gòu)

構(gòu)建多元化信息融合的教學(xué)生態(tài)環(huán)境是智慧教學(xué)的一大目標(biāo)，在此環(huán)境中教師能夠運用更加高效的教學(xué)方法，學(xué)生能夠更加方便地獲取個性化的學(xué)習(xí)資源和服務(wù)，對于學(xué)生的價值觀培養(yǎng)、創(chuàng)造性思維培養(yǎng)、實踐能力和自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)具有重要作用，能夠更好地激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力。智慧課堂是智慧教學(xué)平臺的主體和核心，在該課堂中可以較好地運用多元化、個性化、強(qiáng)適應(yīng)性的智慧教學(xué)模式展開教與學(xué)。

2.1 實施智慧教學(xué)的大環(huán)境和小支撐

第一，大環(huán)境。2018年，全國教育大會提出了新時代的教育目標(biāo)和任務(wù)，要培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人，形成更高水平的人才培養(yǎng)體系。人才培養(yǎng)質(zhì)量是大學(xué)的核心競爭力和生命線，培養(yǎng)人才是高等學(xué)校的根本任務(wù)，教學(xué)工作是高等學(xué)校的中心工作[5-7]。但是從實際情況來看，這一目標(biāo)的實現(xiàn)對于很多高校來說都面臨著很多挑戰(zhàn)，存在一系列問題，如學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的思維能力和自主學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)不足，未體現(xiàn)出因材施教的個性化教育；教師在教學(xué)過程中過于重視科研、輕視教學(xué)、未能深入挖掘教學(xué)中存在的問題。

第二，小支撐。針對上述問題，湖南女子學(xué)院教務(wù)處明確了教師的第一要務(wù)是教學(xué)，而課堂是教學(xué)的主陣地。教師務(wù)必要認(rèn)真對待教學(xué)工作，優(yōu)化教學(xué)模式，豐富教學(xué)內(nèi)容，為學(xué)生提供良好的教學(xué)氛圍。一方面，通過開展教學(xué)督導(dǎo)示范式教學(xué)、青年教師教學(xué)競賽等活動，促進(jìn)師生間的有效互動交流，實現(xiàn)師生教學(xué)相長。另一方面，深化課程評價體系，加大過程性考核在評價中的比重，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中保持嚴(yán)肅、認(rèn)真的態(tài)度，提升知識掌握程度。各高校應(yīng)充分認(rèn)識到智慧教學(xué)在提升教學(xué)質(zhì)量中的重要性，構(gòu)建智慧教學(xué)環(huán)境，大力開展互動探究式、自主開放型的智慧教學(xué)環(huán)境建設(shè)，實現(xiàn)教育理念、教學(xué)模式和教學(xué)方法的多元化發(fā)展。

2.2 智慧教學(xué)的特點

第一，信息提取智能化。大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，為智慧教學(xué)的發(fā)展提供了源動力。智慧教學(xué)平臺能夠隨時記錄教學(xué)管理者、教師、學(xué)生、教學(xué)督導(dǎo)等主體的數(shù)據(jù)，形成有效的數(shù)據(jù)集合樣本，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)形成綜合性的教學(xué)評價報告，人工智能算法的運用，降低了人工成本，提高了信息處理效率。以平臺數(shù)據(jù)為支撐，通過大規(guī)模數(shù)據(jù)分析、決策，為開展更精準(zhǔn)、更有效的智慧教學(xué)服務(wù)提供了有效智能路徑[4-6]。

第二，教與學(xué)資源的細(xì)粒度控制。在信息化、智能化環(huán)境中，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)信息單元越來越精細(xì)，劃分的粒度越來越小，教學(xué)者也需要根據(jù)學(xué)習(xí)者需求設(shè)置有針對性的教學(xué)資源，使學(xué)習(xí)資源的粒度與教學(xué)資源的粒度高度匹配。在智慧教學(xué)中形成有效的學(xué)習(xí)特征的映射關(guān)系，使教與學(xué)資源的細(xì)粒度具有可控性，建立融合度更高的教學(xué)資源環(huán)境[4-5，7-8]，由此形成細(xì)粒度的自動化教學(xué)決策模型，從而實現(xiàn)精細(xì)化管理和全過程評價。

第三，互動性強(qiáng)、交互方式多元化。教師與學(xué)生之間的多元交互是智慧教學(xué)過程中的一種新型教學(xué)方法[4，9-10]。智慧教學(xué)場景中的互動不僅僅體現(xiàn)在教師和學(xué)生之間的互動，同時也體現(xiàn)在學(xué)生與學(xué)生、學(xué)生與平臺、教師與平臺之間的互動上。各種教學(xué)環(huán)節(jié)完全體現(xiàn)在多種互動活動中，以互動活動完全替代傳統(tǒng)灌輸式的教學(xué)授課過程，因此智慧教學(xué)就是一種多元交互的多場景切換授課模式[10]。

第四，教學(xué)過程因材施教、量體裁衣。智慧教學(xué)將新型教學(xué)模式、傳統(tǒng)教學(xué)模式的優(yōu)勢以及信息技術(shù)手段進(jìn)行充分融合，智慧平臺能夠及時獲取教與學(xué)雙方的各類信息，從而進(jìn)行有針對性的知識傳授與知識學(xué)習(xí)，知識的傳授者和學(xué)習(xí)者能夠制訂有針對性的教學(xué)和學(xué)習(xí)策略，教師也能夠探索出個性化的教學(xué)模式，因材施教，滿足學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)需求，定期評價和診斷教學(xué)中的重難點問題，結(jié)合評價結(jié)果有針對性地對學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)。

2.3 精準(zhǔn)智慧教學(xué)模式框架

本文將學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的屬性特征和學(xué)習(xí)資源特點作為設(shè)計智慧教學(xué)模型的基本依據(jù)。在強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，基于知識特點和學(xué)習(xí)需求，構(gòu)建基于學(xué)習(xí)資源精準(zhǔn)推薦的智慧教學(xué)模型框架。該模型主要包括學(xué)習(xí)者的基本信息、偏好信息和學(xué)習(xí)者屬性特征信息?？蚣苣Ｐ椭写鎯W(xué)習(xí)者屬性特征，包括學(xué)習(xí)水平、學(xué)習(xí)動機(jī)、學(xué)習(xí)風(fēng)格等信息。學(xué)習(xí)者模型根據(jù)學(xué)習(xí)者的偏好和屬性特征對學(xué)習(xí)者個人資料進(jìn)行個性化分析，教學(xué)資源推薦引擎利用學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)資源的信息共同進(jìn)行評分預(yù)測，為學(xué)習(xí)者進(jìn)行個性化推薦。

學(xué)習(xí)資源部分存儲了學(xué)習(xí)資源信息，包括文本、圖像等多種形式。學(xué)習(xí)需求的精準(zhǔn)獲取需要將數(shù)據(jù)預(yù)處理組件中的學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)資源數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好并預(yù)處理成推薦引擎可以識別的正確格式。本文主要圍繞目前高校教育過程中出現(xiàn)的若干問題，基于大數(shù)據(jù)與區(qū)塊鏈技術(shù)，針對智慧教育提出一種融合了教學(xué)需求精準(zhǔn)感知策略的智慧教學(xué)框架。智慧教學(xué)框架中以興趣、專業(yè)、課程、資源、學(xué)習(xí)者、施教者為主線，建立以教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)習(xí)評價等要素為主要內(nèi)容的、適合線上教學(xué)平臺的統(tǒng)一資源存儲模式。基于精準(zhǔn)需求的智慧教學(xué)框架基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于精準(zhǔn)需求的智慧教學(xué)框架Fig.1 Wisdom teaching framework based on precision demand

2.4 智慧教學(xué)效果評價

智慧教學(xué)效果評價建立在智慧學(xué)習(xí)平臺(泛雅平臺)收集和處理教學(xué)大數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，針對學(xué)生的學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)資源類型、學(xué)習(xí)狀態(tài)、學(xué)習(xí)行為以及學(xué)習(xí)效果等分析維度，對收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類和量化分析。將學(xué)生的學(xué)習(xí)效果與教師的教學(xué)過程相融合，進(jìn)行學(xué)與教的匹配分析。將“以學(xué)評教”作為智慧教學(xué)評價的主導(dǎo)思路，具體而言，智慧教學(xué)的評價體系由過程數(shù)據(jù)和總結(jié)評價兩部分構(gòu)成，總結(jié)評價(期末評價)主要由期末考試、作品、綜合論文報告組成，此外授課教師具有充分的評價權(quán)，可以根據(jù)具體課程開展針對性考查，過程評價主要包括智慧平臺中的在線學(xué)習(xí)過程評價、簽到評價以及作業(yè)評價等。實踐發(fā)現(xiàn)，建立智慧學(xué)習(xí)平臺能夠使師生對教學(xué)具有更加深入的認(rèn)知。

3 以計算機(jī)圖形學(xué)為例的智慧教學(xué)實踐

3.1 實例環(huán)境

本實例以湖南女子學(xué)院信息科學(xué)與工程學(xué)院數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)2016級、2017級與2018級計算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)數(shù)據(jù)為依據(jù)，進(jìn)行線上線下教學(xué)情況統(tǒng)計與分析。2016級學(xué)生采用線下教學(xué)方式，參與的樣本數(shù)據(jù)量(學(xué)生數(shù))為45個。2017級學(xué)生采用線上智慧教學(xué)模式，參與的樣本數(shù)據(jù)量(學(xué)生數(shù))為49個。2018級學(xué)生采用線上(泛雅平臺)線下相結(jié)合的教學(xué)方式，參與的樣本數(shù)據(jù)量(學(xué)生數(shù))為46個。線上教學(xué)方式和線下教學(xué)方式設(shè)定的區(qū)塊鏈資源結(jié)點數(shù)量都為131個，每個資源結(jié)點分別對應(yīng)不同的知識點。為了進(jìn)行知識點學(xué)習(xí)效果對比，將樣本依次分為3組進(jìn)行單獨統(tǒng)計。2016級學(xué)習(xí)需求樣本采用線下學(xué)習(xí)方式(第1組)，2017級學(xué)習(xí)需求樣本采用線上學(xué)習(xí)方式(第2組)，2018級學(xué)習(xí)需求樣本采用線上線下混合式教學(xué)方式(第3組)。采用線上學(xué)習(xí)方式的2017級學(xué)習(xí)者可以通過圖2的二維碼進(jìn)入?yún)^(qū)塊鏈資源結(jié)點學(xué)習(xí)集合(對應(yīng)的班級)，采用線上線下相結(jié)合方式的2018級學(xué)習(xí)者可以通過圖3的二維碼進(jìn)入對應(yīng)的區(qū)塊鏈資源結(jié)點學(xué)習(xí)集合(對應(yīng)的班級)。線上區(qū)塊鏈鏈接的每個資源結(jié)點都標(biāo)記了學(xué)習(xí)資源的性質(zhì)類別、訪問方式、訪問地址、可訪問時間以及被訪問的具體時間。資源結(jié)點存儲于教學(xué)資源服務(wù)器中(課程資源訪問地址為https：//mooc1-1.chaoxing.com/course/207397549.html)，設(shè)置資源訪問跟蹤器，結(jié)點的訪問情況都會被記錄下來，形成永久不可篡改的學(xué)習(xí)記錄。

圖2 第2組樣本資源訪問入口(2017級)Fig.2 Resource access entrance of the second group sample(2017 grade)

圖3 第3組樣本資源訪問入口(2018級)Fig.3 Resource access entrance of the third group sample(2018 grade)

將基于區(qū)塊鏈形成的學(xué)習(xí)資源結(jié)點與個人學(xué)習(xí)需求結(jié)合在一起，基于學(xué)習(xí)記錄形成統(tǒng)一的結(jié)點信息統(tǒng)計，在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)平臺中記錄典型的結(jié)點屬性信息[11-12]，如資源結(jié)點數(shù)量、每個結(jié)點的被學(xué)習(xí)狀態(tài)、教學(xué)過程中的章節(jié)測試信息與成績管理信息等。圖4記錄了區(qū)塊鏈教學(xué)資源平臺中自動生成的任務(wù)統(tǒng)計信息。2016級樣本資源情況(主要是學(xué)習(xí)效果與成績分布)通過手工方式進(jìn)行統(tǒng)計計算。2017級與2018級樣本結(jié)點的資源信息(資源數(shù)量、學(xué)習(xí)狀態(tài)、成績管理等)由區(qū)塊鏈資源平臺自身統(tǒng)計計算。

圖4 平臺中資源結(jié)點的訪問狀態(tài)信息Fig.4 Access status information for resource nodes in the platform

3.2 結(jié)果分析

在本實例中，第1組樣本對于知識的獲取主要來自于線下課堂教學(xué)，第2組樣本的知識獲取方式主要為線上學(xué)習(xí)，第3組樣本的知識獲取是通過線上學(xué)習(xí)與線下課堂相結(jié)合的方式。但在學(xué)習(xí)過程中，即使是采用線上學(xué)習(xí)的方式，不同學(xué)生采用的訪問途徑也不盡相同，如部分學(xué)生通過網(wǎng)頁訪問，部分學(xué)生采用移動端學(xué)習(xí)。

為了對比3組不同學(xué)習(xí)對象的學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)結(jié)果，在教學(xué)過程中分別記錄并統(tǒng)計學(xué)生對知識點的掌握情況和對學(xué)習(xí)資源結(jié)點的訪問情況。結(jié)果顯示，智慧教學(xué)框架可以隨時記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，更好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，有利于學(xué)生對知識的掌握。3組學(xué)習(xí)者的總體成績對比情況如表1所示。

表1 3組學(xué)習(xí)者成績對比Tab.1 Comparison of learner’s performance of 3 groups

4 結(jié)語

基于精準(zhǔn)教學(xué)的智慧教學(xué)過程與傳統(tǒng)教學(xué)相比，覆蓋的教學(xué)范圍更加廣泛，不囿于學(xué)科限制，線上學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自身學(xué)習(xí)偏好，獲得更有針對性的學(xué)習(xí)資源，形成學(xué)習(xí)需求與學(xué)習(xí)資源相結(jié)合的智慧教學(xué)模式。學(xué)習(xí)者先通過客戶端或APP等方式提交個人學(xué)習(xí)興趣，教學(xué)服務(wù)器端存儲個人興趣數(shù)據(jù)作為學(xué)習(xí)興趣偏好源數(shù)據(jù)，智慧教學(xué)框架中的數(shù)據(jù)分析服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，提取數(shù)據(jù)特征，形成不同知識點學(xué)習(xí)特征的數(shù)據(jù)集合。智慧教學(xué)對于促進(jìn)高校智慧教育教學(xué)體系的完善，加深教與學(xué)雙方的有效精準(zhǔn)對接，具有深遠(yuǎn)的理論意義和重要的應(yīng)用價值。