基于教育知識(shí)圖譜的智慧伴學(xué)機(jī)制研究與探索

摘 要：計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)存在生師比偏高、伴學(xué)機(jī)制重形式輕內(nèi)容、學(xué)生綜合實(shí)踐應(yīng)用能力不足等問(wèn)題。為解決這些問(wèn)題，提出了基于教育知識(shí)圖譜的智慧伴學(xué)機(jī)制。該機(jī)制融合了同伴學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、導(dǎo)生制等基本思想，構(gòu)建了由教師、高年級(jí)導(dǎo)生、同年級(jí)學(xué)生共同參與的立體化伴學(xué)機(jī)制。通過(guò)構(gòu)建智慧伴學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，打破了時(shí)空限制，實(shí)現(xiàn)了伴學(xué)組織的信息化、伴學(xué)過(guò)程的數(shù)字化和伴學(xué)管理的智慧化。設(shè)計(jì)了教育知識(shí)圖譜賦能智慧伴學(xué)策略，以解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中知識(shí)點(diǎn)孤立、學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不足、綜合應(yīng)用能力較差等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化、立體化教學(xué)。指出了伴學(xué)機(jī)制未來(lái)的研究方向，即構(gòu)建線上與線下有機(jī)融合的混合式伴學(xué)模式，教育知識(shí)圖譜質(zhì)量保障，創(chuàng)新智慧伴學(xué)平臺(tái)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：教育知識(shí)圖譜；智慧伴學(xué)；同伴學(xué)習(xí)；合作學(xué)習(xí)；精準(zhǔn)教學(xué)

新一代信息技術(shù)被列為“十四五”期間國(guó)家九大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之首，而電子信息產(chǎn)業(yè)集群是河南省七大萬(wàn)億級(jí)重大先進(jìn)制造業(yè)集群之一。計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)作為新一代信息技術(shù)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)的主要載體，具有廣闊的發(fā)展空間。目前，全國(guó)高校已有3000個(gè)左右的計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)點(diǎn)，在校生數(shù)量名列前茅。計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才供不應(yīng)求，就業(yè)前景看似光明，但人才培養(yǎng)質(zhì)量卻未能完全滿足市場(chǎng)需求，導(dǎo)致人才培養(yǎng)與市場(chǎng)需求之間存在結(jié)構(gòu)性失衡。因此，如何提高計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量已經(jīng)成為高校亟待解決的問(wèn)題。

實(shí)踐能力、編程能力和知識(shí)的綜合運(yùn)用能力是計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才的核心培養(yǎng)目標(biāo)。目前，各高校計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生規(guī)模的不斷擴(kuò)大與師資力量緊缺并存，任課教師難以為每個(gè)學(xué)生提供充分有效的指導(dǎo)。同時(shí)，計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程的難度相較于其他專(zhuān)業(yè)課程較高，大多數(shù)學(xué)生又不善于主動(dòng)向老師和同學(xué)請(qǐng)教，使得問(wèn)題越積越多，最終可能導(dǎo)致他們失去學(xué)習(xí)興趣，許多課程也無(wú)法取得預(yù)期效果。為解決計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)師資緊缺的問(wèn)題，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，基于教育知識(shí)圖譜的智慧伴學(xué)機(jī)制成為一種有效的途徑。

智慧伴學(xué)是同伴學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)等的數(shù)字化實(shí)現(xiàn)，其充分利用大數(shù)據(jù)、人工智能等前沿信息技術(shù)，極大地豐富了同伴學(xué)習(xí)與合作學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)形式，從而有效提升了學(xué)習(xí)效果。王有升等學(xué)者指出，同伴學(xué)習(xí)能夠有效關(guān)注并充分利用學(xué)生之間的差異，促進(jìn)學(xué)習(xí)程度不同的學(xué)生共同進(jìn)步。同時(shí)，他們對(duì)如何以“教學(xué)相長(zhǎng)”的同伴學(xué)習(xí)為核心，引領(lǐng)課堂教學(xué)變革進(jìn)行了深入探索。學(xué)者韓笑對(duì)我國(guó)改革開(kāi)放40年來(lái)的合作學(xué)習(xí)研究進(jìn)行了系統(tǒng)綜述，并指出了我國(guó)合作學(xué)習(xí)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

眾多學(xué)者對(duì)教育知識(shí)圖譜進(jìn)行了深入的探討和研究。其中，李艷艷等人討論了學(xué)科知識(shí)圖譜在智慧教育中的構(gòu)建路徑，并指出了學(xué)科知識(shí)圖譜在智慧教育應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)。李振等人闡述了教育知識(shí)圖譜的內(nèi)涵與技術(shù)框架，并指出了教育知識(shí)圖譜在學(xué)生畫(huà)像構(gòu)建、智能學(xué)習(xí)問(wèn)答、個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑推薦、精準(zhǔn)教學(xué)以及數(shù)字化教材建設(shè)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

本研究首先對(duì)同伴學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)以及教育知識(shí)圖譜等基礎(chǔ)理論進(jìn)行了詳細(xì)闡述，指出了當(dāng)前計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)中所面臨的生師比偏高、伴學(xué)機(jī)制重形式輕內(nèi)容、學(xué)生綜合實(shí)踐能力不足等問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，從立體化伴學(xué)機(jī)制設(shè)計(jì)、智慧伴學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)構(gòu)建和教育知識(shí)圖譜賦能智慧伴學(xué)等方面提出了基于教育知識(shí)圖譜的智慧伴學(xué)機(jī)制。

一、理論基礎(chǔ)

（一）同伴學(xué)習(xí)

同伴學(xué)習(xí)是學(xué)習(xí)者通過(guò)尋求同學(xué)的支持和幫助，獲得知識(shí)和技能的過(guò)程。在沒(méi)有教師直接指導(dǎo)的情況下，通過(guò)同伴之間的互動(dòng)來(lái)改善學(xué)習(xí)的一種合作學(xué)習(xí)方式。英國(guó)的托平教授和美國(guó)的爾利博士系統(tǒng)化地提出了同伴學(xué)習(xí)支持模型，并指出了同伴學(xué)習(xí)的特點(diǎn)：幫助者在為他人學(xué)習(xí)助力的同時(shí)，也能夠提升自己；同伴幫助能夠有效地補(bǔ)充專(zhuān)業(yè)教學(xué)，但不能完全替代；同伴幫助旨在讓所有參與者都能從中獲益。此外，他們還指出了同伴學(xué)習(xí)的常見(jiàn)形式，包括同伴指導(dǎo)、同伴建模、同伴監(jiān)控以及同伴評(píng)估等。

（二）合作學(xué)習(xí)

合作學(xué)習(xí)起源于20世紀(jì)70年代初的美國(guó)，并在20世紀(jì)80年代末傳入中國(guó)。它是一種以合作為核心的教學(xué)方法，注重學(xué)生之間的相互交流、相互幫助和相互配合，通過(guò)合作的方式達(dá)到學(xué)習(xí)目的，完成學(xué)習(xí)任務(wù)。合作學(xué)習(xí)改變了傳統(tǒng)的以師生單向或雙向交流為主的學(xué)習(xí)模式，它強(qiáng)調(diào)各種教學(xué)要素之間的多向動(dòng)態(tài)交流，有效提升了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，改善了學(xué)習(xí)效果。合作學(xué)習(xí)具有堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，包括建構(gòu)主義理論、維果茨基的“最近發(fā)展區(qū)”理論、馬斯洛的需要層次理論和勒溫的群體動(dòng)力學(xué)理論等。這些理論為合作學(xué)習(xí)在世界范圍內(nèi)的迅速普及和發(fā)展提供了有力的支持。

（三）知識(shí)圖譜

知識(shí)圖譜是一種基于圖的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，本質(zhì)上屬于語(yǔ)義網(wǎng)絡(luò)。由于知識(shí)圖譜在知識(shí)表示、知識(shí)組織、語(yǔ)義檢索等方面的顯著優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)用于電子商務(wù)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、企業(yè)服務(wù)、電子政務(wù)等諸多領(lǐng)域，并產(chǎn)生了良好的實(shí)踐應(yīng)用效果。隨著教育數(shù)字化的不斷深入和迅速普及，教學(xué)數(shù)據(jù)和資源日益豐富，如何利用教育知識(shí)圖譜有效推進(jìn)智慧教育已成為亟待解決的問(wèn)題。從心理學(xué)視角來(lái)看，教育知識(shí)圖譜可以追溯到皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論；從哲學(xué)視角來(lái)看，教育知識(shí)圖譜理論依據(jù)來(lái)源于伊曼努爾·康德的圖式學(xué)說(shuō)。

二、計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)面臨的挑戰(zhàn)

（一）生師比偏高，對(duì)學(xué)生缺乏有效指導(dǎo)

在許多高校計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生數(shù)量較大，而教師數(shù)量相對(duì)較少，導(dǎo)致生師比偏高。這使得教師難以關(guān)注到每一個(gè)學(xué)生，難以全面了解每個(gè)學(xué)生的具體學(xué)習(xí)情況和心理狀態(tài)，無(wú)法為每個(gè)學(xué)生提供細(xì)致且全面的指導(dǎo)。此外，由于計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)課程難度一般偏高，且前后知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系緊密，一旦學(xué)生在某個(gè)環(huán)節(jié)遇到困難，若未能及時(shí)解決，將會(huì)嚴(yán)重影響其后續(xù)的學(xué)習(xí)效果。這不僅會(huì)打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，還可能形成惡性循環(huán)，最終影響學(xué)生的整個(gè)學(xué)業(yè)進(jìn)程。因此，在生師比偏高的現(xiàn)實(shí)情況下，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)學(xué)生的有效指導(dǎo)，已成為計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

（二）同伴學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)重形式、輕內(nèi)容，教學(xué)效果欠佳

同伴學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)在一定程度上緩解了計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)師資匱乏的問(wèn)題，改善了傳統(tǒng)的以師生單向交流或雙向交流為主的教學(xué)模式。然而，受時(shí)間和空間的限制，在具體實(shí)施過(guò)程中，同伴學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)大多局限于課堂上，存在過(guò)于注重形式，而對(duì)實(shí)際的學(xué)習(xí)過(guò)程、教學(xué)效果缺乏足夠關(guān)注的現(xiàn)象。此外，在同伴學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的實(shí)施過(guò)程中，容易出現(xiàn)極端，即任課教師充分放權(quán)給學(xué)生，完全由學(xué)生主導(dǎo)，任課教師的組織協(xié)調(diào)角色缺失，使得學(xué)習(xí)過(guò)程過(guò)于松散且缺乏明確的針對(duì)性。對(duì)于同伴學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的教學(xué)效果，目前缺乏科學(xué)、系統(tǒng)、有效的評(píng)估，這使得教師無(wú)法及時(shí)了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程并及時(shí)作出調(diào)整和改進(jìn)，教學(xué)效果欠佳。

（三）學(xué)生綜合實(shí)踐能力有待進(jìn)一步提高

計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)要求學(xué)生具有較強(qiáng)的實(shí)踐能力和對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力。然而，在傳統(tǒng)的教學(xué)模式下，任課教師一般是按照教材的章節(jié)順序進(jìn)行講解，不同課程教師之間缺乏有效的溝通與協(xié)調(diào)，導(dǎo)致知識(shí)點(diǎn)往往以孤立的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，使得學(xué)生“只見(jiàn)樹(shù)木，不見(jiàn)森林”。由于缺乏對(duì)知識(shí)體系的整體把握，學(xué)生往往不清楚所學(xué)知識(shí)點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中的價(jià)值和意義，這大大降低了他們學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。同時(shí)，由于所學(xué)知識(shí)點(diǎn)大多是孤立的，學(xué)生的綜合實(shí)踐能力未得到充分體現(xiàn)，學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力較弱，有待進(jìn)一步提高。

三、基于教育知識(shí)圖譜的智慧伴學(xué)機(jī)制

（一）設(shè)計(jì)立體化伴學(xué)模式

融合同伴學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)以及導(dǎo)生制的基本思想，設(shè)計(jì)由教師、高年級(jí)導(dǎo)生以及同年級(jí)學(xué)生共同參與的立體化伴學(xué)模式。在橫向?qū)用?，將同年?jí)學(xué)生進(jìn)行分組，每組中擇優(yōu)選擇一名學(xué)生擔(dān)任組長(zhǎng)；在縱向?qū)用?，從高年?jí)學(xué)生中，選擇若干實(shí)踐能力強(qiáng)、綜合素質(zhì)高的學(xué)生擔(dān)任導(dǎo)生，每個(gè)小組配備一名導(dǎo)生。從整體上看，該伴學(xué)模式由任課教師負(fù)責(zé)整體規(guī)劃、組織實(shí)施及監(jiān)督反饋，以確保伴學(xué)機(jī)制不斷完善并達(dá)到預(yù)期教學(xué)效果。在同年級(jí)小組內(nèi)部，主要采用合作學(xué)習(xí)和同伴學(xué)習(xí)的方式，鼓勵(lì)學(xué)生之間相互交流和協(xié)作，共同完成學(xué)習(xí)任務(wù)；在高低年級(jí)之間，篩選出優(yōu)秀高年級(jí)學(xué)生擔(dān)任導(dǎo)生，對(duì)同組的低年級(jí)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，發(fā)揮榜樣引領(lǐng)作用，實(shí)現(xiàn)以生教生、以生勵(lì)生、以生管生和以生評(píng)生的教育效果。

（二）完善智慧伴學(xué)制度保障

立體化伴學(xué)模式的有效實(shí)施依賴于任課教師、高年級(jí)導(dǎo)生的認(rèn)真組織和指導(dǎo)，以及學(xué)生的積極參與。相較于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，立體化伴學(xué)模式要求任課教師投入更多的時(shí)間和精力來(lái)組織、實(shí)施和監(jiān)督伴學(xué)過(guò)程；高年級(jí)導(dǎo)生在提升自身能力的同時(shí)，還需承擔(dān)對(duì)低年級(jí)學(xué)生的指導(dǎo)和幫助；參與伴學(xué)活動(dòng)的學(xué)生可能面臨一定的外部壓力。因此，需要制定系統(tǒng)完善的伴學(xué)制度，明確具體組織實(shí)施流程，厘清各參與主體的責(zé)任與權(quán)利，保障各自的不同訴求和切身利益，充分調(diào)動(dòng)相關(guān)主體參與的積極性和主動(dòng)性，確保伴學(xué)效果。

（三）構(gòu)建智慧伴學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

為打破時(shí)空限制，確保同伴學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、導(dǎo)生制能夠得到全面、系統(tǒng)、深入的實(shí)施，基于人工智能、大數(shù)據(jù)等前沿信息技術(shù)，設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了智慧伴學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)。該平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了伴學(xué)組織的信息化、伴學(xué)過(guò)程的數(shù)字化和伴學(xué)管理的智慧化。智慧伴學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)主要包括伴學(xué)管理、信息感知、資源組織和分析應(yīng)用等模塊。伴學(xué)管理模塊主要負(fù)責(zé)管理伴學(xué)過(guò)程中涉及的教師、導(dǎo)生、學(xué)習(xí)小組成員等主體；信息感知模塊主要負(fù)責(zé)記錄學(xué)生的日常學(xué)習(xí)情況、導(dǎo)生的指導(dǎo)記錄、同伴間的交流情況以及小組任務(wù)完成情況；資源組織模塊主要負(fù)責(zé)各類(lèi)教學(xué)資源的數(shù)字化，并構(gòu)建知識(shí)圖譜；分析應(yīng)用模塊則基于平臺(tái)數(shù)據(jù)提供個(gè)性化學(xué)習(xí)路徑推薦、學(xué)業(yè)評(píng)估與預(yù)警、學(xué)生畫(huà)像構(gòu)建以及智能問(wèn)答等應(yīng)用服務(wù)。

（四）教育知識(shí)圖譜賦能智慧伴學(xué)

為解決傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的知識(shí)點(diǎn)孤立、學(xué)生學(xué)習(xí)主動(dòng)性不強(qiáng)以及知識(shí)綜合應(yīng)用能力較差等問(wèn)題，針對(duì)數(shù)字化教材、教學(xué)大綱、教案、講義等資源，構(gòu)建了教育知識(shí)圖譜。對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)化梳理和網(wǎng)絡(luò)化呈現(xiàn)，并以知識(shí)點(diǎn)為核心，實(shí)現(xiàn)了同一課程及不同課程之間知識(shí)點(diǎn)的互聯(lián)?；诮逃R(shí)圖譜，可以有效改變傳統(tǒng)的順序教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)知識(shí)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)化、立體化教學(xué)。這能夠使學(xué)生全面了解知識(shí)點(diǎn)體系的整體架構(gòu)，真正做到學(xué)有所用，從而有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效果。同時(shí)，基于教育知識(shí)圖譜，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)現(xiàn)狀和學(xué)習(xí)習(xí)慣，可以為學(xué)生推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)路徑，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化教學(xué)。此外，還可以生成學(xué)生學(xué)情畫(huà)像，教師和導(dǎo)生可以依據(jù)學(xué)生學(xué)情畫(huà)像全面、深入地了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，并根據(jù)學(xué)生實(shí)際情況適時(shí)調(diào)整指導(dǎo)策略，提高指導(dǎo)質(zhì)量。

（五）加強(qiáng)智慧伴學(xué)效果評(píng)價(jià)

充分挖掘智慧伴學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)所積累的豐富數(shù)據(jù)資源，設(shè)計(jì)科學(xué)、合理的智慧伴學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。開(kāi)展數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的智慧伴學(xué)效果評(píng)價(jià)，對(duì)任課教師、高年級(jí)導(dǎo)生和參與學(xué)生等不同主體進(jìn)行分類(lèi)評(píng)價(jià)，全面深入地了解教師和導(dǎo)生的指導(dǎo)情況，以及學(xué)生的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果。制定評(píng)價(jià)結(jié)果反饋與運(yùn)用制度，形成“實(shí)施—評(píng)價(jià)—反饋—改善—再實(shí)施”的閉環(huán)機(jī)制，不斷完善伴學(xué)過(guò)程，提高伴學(xué)效果。

智慧伴學(xué)機(jī)制是應(yīng)對(duì)目前計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)教學(xué)所面臨諸多挑戰(zhàn)的重要途徑，對(duì)于提升計(jì)算機(jī)類(lèi)專(zhuān)業(yè)人才培養(yǎng)質(zhì)量具有顯著效果。而教育知識(shí)圖譜能夠進(jìn)一步促進(jìn)智慧伴學(xué)機(jī)制的順利實(shí)施。但未來(lái)仍有若干關(guān)鍵問(wèn)題有待進(jìn)一步研究：一是如何將同伴學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、導(dǎo)生制等全面系統(tǒng)地融入智慧伴學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)線上與線下有機(jī)融合的混合式伴學(xué)模式。二是針對(duì)海量、多源、異構(gòu)的教學(xué)資源，如何加強(qiáng)多模態(tài)教育知識(shí)圖譜的構(gòu)建，提高教育知識(shí)圖譜的建設(shè)質(zhì)量。三是充分挖掘智慧伴學(xué)平臺(tái)積累的數(shù)據(jù)資源和分析學(xué)生學(xué)習(xí)足跡，強(qiáng)化數(shù)據(jù)分析能力，創(chuàng)新數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，從而進(jìn)一步推動(dòng)教學(xué)質(zhì)量提升。

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責(zé)編：應(yīng) 圖

基金項(xiàng)目：2021年度河南省高等教育教學(xué)改革研究與實(shí)踐項(xiàng)目“基于學(xué)科知識(shí)圖譜的智慧教學(xué)資源建設(shè)與應(yīng)用研究”（編號(hào)：2021SJGLX502）；國(guó)家級(jí)一流本科專(zhuān)業(yè)建設(shè)點(diǎn)“計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)”

作者簡(jiǎn)介：馬友忠（1981— ），男，洛陽(yáng)師范學(xué)院信息技術(shù)學(xué)院教授，研究方向?yàn)榇髷?shù)據(jù)管理與分析、教育大數(shù)據(jù)。