孫月江,孫月興
(1.青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院,山東青島 266555;2.濰坊工程職業(yè)學(xué)院,山東青州 262500)
2019年12月上旬,湖北武漢發(fā)現(xiàn)不明肺炎患者,隨后,一場(chǎng)牽動(dòng)人心的新冠疫情在春節(jié)期間彌漫開(kāi)來(lái),并逐漸影響到了全國(guó)乃至全球。疫情防控形勢(shì)嚴(yán)峻,中央及各級(jí)政府迅速開(kāi)展了系列應(yīng)對(duì)措施,教育部多次召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議,對(duì)各大專(zhuān)院校、中小學(xué)、幼兒園等推遲開(kāi)學(xué),并開(kāi)展線上教學(xué)活動(dòng)。“停課不停教、停課不停學(xué)”成為教育部門(mén)針對(duì)此次疫情的主要應(yīng)對(duì)措施。
為了應(yīng)對(duì)疫情,各地教育部門(mén)和學(xué)校全力開(kāi)展各類(lèi)“線上教學(xué)”模式,滿足學(xué)生在家也能上課的需求。線上教學(xué)的形式多種多樣,有教師直播授課,也有群組+錄播教學(xué),有利用專(zhuān)業(yè)線上平臺(tái)教學(xué),也有基于QQ、微信、釘釘?shù)燃磿r(shí)通訊軟件進(jìn)行教學(xué)。各大教學(xué)平臺(tái)如中國(guó)大學(xué)慕課、智慧樹(shù)、智慧職教、超星學(xué)習(xí)通、云班課等都同時(shí)提供PC端和移動(dòng)終端的學(xué)習(xí)方式,使出渾身解數(shù)滿足學(xué)校和學(xué)生開(kāi)展在線教學(xué)的需求,搶占在線教育的制高點(diǎn)。
疫情期間,學(xué)生不能返校,老師不能出門(mén),在線教育起到了無(wú)可替代的作用,也是滿足停課不停學(xué)的最好的選擇。在青島職業(yè)技術(shù)學(xué)院對(duì)全校學(xué)生疫情期間在線學(xué)習(xí)一個(gè)月后的調(diào)研中,針對(duì)“相比線下課堂授課在學(xué)生看來(lái)線上教學(xué)主要優(yōu)勢(shì)”如圖1所示。
在線教學(xué)的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
(1)靈活自由的學(xué)習(xí)方式
線上教學(xué)模式下,教師可以提前制作好教學(xué)課件、錄制好教學(xué)視頻并準(zhǔn)備好相關(guān)教學(xué)材料,上傳至各大教學(xué)平臺(tái);也可以借助一些能夠直播的教學(xué)平臺(tái)或直播工具直接開(kāi)展在線授課、直播教學(xué)。學(xué)生可在規(guī)定時(shí)間內(nèi)根據(jù)自己學(xué)習(xí)的需要,通過(guò)回放等手段重學(xué)部分內(nèi)容,從而更好地掌握所學(xué)內(nèi)容,鞏固學(xué)習(xí)效果。學(xué)生學(xué)習(xí)不受時(shí)間、空間、地域等眾多因素的影響。
圖1 線上線下課堂優(yōu)勢(shì)對(duì)比
(2)豐富的教學(xué)互動(dòng)
在線教學(xué)能夠提供便利的教學(xué)互動(dòng)方式,學(xué)生之間可以就學(xué)習(xí)內(nèi)容自由的和他人交流,對(duì)于分組教學(xué)也可以較好的發(fā)起分組討論和相互協(xié)作。通過(guò)系統(tǒng)中自帶的一些評(píng)價(jià)功能、工具,發(fā)表自己的觀點(diǎn)。
(3)自動(dòng)化測(cè)評(píng)
對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果自動(dòng)化評(píng)測(cè)是線上教學(xué)的一個(gè)很大優(yōu)勢(shì)。教師可以很方便地對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行隨時(shí)檢測(cè),并能夠立即給出反饋和總結(jié)。通過(guò)設(shè)定課后練習(xí)試卷,檢測(cè)并加強(qiáng)學(xué)生課堂所學(xué)的知識(shí),讓知識(shí)在腦海里更加牢固。
(4)個(gè)性化學(xué)習(xí)
學(xué)生因自身學(xué)習(xí)背景、學(xué)習(xí)能力等不一樣,導(dǎo)致學(xué)習(xí)需求也不相同。一般來(lái)說(shuō),學(xué)生通過(guò)線上教學(xué)系統(tǒng)可以方便地對(duì)學(xué)習(xí)的時(shí)間進(jìn)行靈活安排,根據(jù)自己的知識(shí)漏洞、缺陷,個(gè)人特點(diǎn)、偏好以及知識(shí)的需求選擇合理的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)方式,提高學(xué)習(xí)效率。
調(diào)研中,針對(duì)“疫情過(guò)后,你是否愿意繼續(xù)參加線上學(xué)習(xí)”這一主題,發(fā)現(xiàn)選擇非常愿意的同學(xué)只占到大約五分之一。如圖2所示。
圖2 是否愿意繼續(xù)參加線上學(xué)習(xí)
在線教學(xué)學(xué)習(xí)效率低下和學(xué)習(xí)連續(xù)性等問(wèn)題無(wú)可回避。怎樣更好地利用在線教學(xué)的優(yōu)勢(shì),充分調(diào)動(dòng)每一位學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性,提高學(xué)習(xí)效率,是每一位教師必須思考的問(wèn)題。人工智能自適應(yīng)學(xué)習(xí)模式是對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行有效解決的一個(gè)選擇方案。
作為個(gè)性化學(xué)習(xí)的最有效實(shí)現(xiàn)方式,自適應(yīng)學(xué)習(xí)可根據(jù)學(xué)習(xí)者個(gè)體的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分析,自動(dòng)調(diào)整并推送個(gè)性化學(xué)習(xí)方案,從而幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)的需求。
傳統(tǒng)的教學(xué)活動(dòng)教師往往扮演著中心角色,主宰著課堂教學(xué),作為最大利益相關(guān)者的學(xué)生,往往處于被動(dòng)接受的地位。即使在這次疫情期間的在線教學(xué)中,也更多的是傳統(tǒng)教學(xué)方式的電子化,學(xué)生在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中,個(gè)性被極大的束縛。而自適應(yīng)學(xué)習(xí)能夠針對(duì)學(xué)生個(gè)體進(jìn)行分析,能夠更好的實(shí)現(xiàn)因材施教。美國(guó)、英國(guó)、澳大利亞、日本、韓國(guó)等都提出了適合本國(guó)國(guó)情的自適應(yīng)學(xué)習(xí)模式和基于先進(jìn)信息技術(shù)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)。我國(guó)也不例外,其中余圣泉教授在這方面做出了開(kāi)創(chuàng)性的貢獻(xiàn)。他對(duì)自適應(yīng)學(xué)習(xí)的理論進(jìn)行了深入的分析,針對(duì)基于線上的自適應(yīng)學(xué)習(xí)開(kāi)展了深入的研究工作,對(duì)于自適應(yīng)學(xué)習(xí)的目標(biāo)制定、學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇機(jī)制、學(xué)生自我檢測(cè)和評(píng)估等領(lǐng)域進(jìn)行了深入的研究,并提出了自適應(yīng)學(xué)習(xí)的模式,如圖3所示。
圖3 自適應(yīng)學(xué)習(xí)模式
因?yàn)樾枰畔⒓夹g(shù)的支撐,所以自適應(yīng)學(xué)習(xí)對(duì)包括人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等一系列技術(shù)的要求都非常高,需要通過(guò)這些技術(shù)對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷,實(shí)現(xiàn)在特定的時(shí)間為需要的學(xué)生提供需要的學(xué)習(xí)內(nèi)容[1]。因此,相較于傳統(tǒng)的在線學(xué)習(xí)平臺(tái),自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)需要提供更加智能化的更強(qiáng)大的支撐功能。既要完成對(duì)于學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的診斷,又要實(shí)現(xiàn)根據(jù)學(xué)生特點(diǎn)進(jìn)行的學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃和推送。國(guó)內(nèi)外很多大的在線教育平臺(tái)都在積極嘗試提供對(duì)自適應(yīng)學(xué)習(xí)的支持,國(guó)內(nèi)比較典型的有猿題庫(kù)、英語(yǔ)流利說(shuō)、洋蔥數(shù)學(xué)等,國(guó)外的則以Knewton、ALEK、Dreambox、Declara等較為知名。
相比在義務(wù)教育階段實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)學(xué)習(xí),要在普通高等職業(yè)教育中開(kāi)展自適應(yīng)學(xué)習(xí)的探索則較為困難。對(duì)于自適應(yīng)學(xué)習(xí)的基本框架和教學(xué)模式的研究是進(jìn)行實(shí)踐探索的基礎(chǔ)。美國(guó)匹茲堡大學(xué)的Brusilovsky教授曾提出一個(gè)設(shè)計(jì)面向?qū)W習(xí)體驗(yàn)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng),該系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為中心,從個(gè)體特征和學(xué)習(xí)需求出發(fā),研究學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)要素(學(xué)習(xí)行為、知識(shí)狀態(tài)、知識(shí)水平等),并進(jìn)行學(xué)習(xí)要素的動(dòng)態(tài)跟蹤,從而為學(xué)習(xí)者呈現(xiàn)良好的適應(yīng)性學(xué)習(xí)內(nèi)容,最終實(shí)現(xiàn)個(gè)性化服務(wù)及引發(fā)學(xué)習(xí)者在元認(rèn)知和社會(huì)比較兩方面的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。模型如圖4所示。
圖4 自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)模型
適應(yīng)職業(yè)教育教學(xué)的特點(diǎn),高職院校自適應(yīng)學(xué)習(xí)的開(kāi)展也需要匹配相應(yīng)合適的資源素材。自適應(yīng)學(xué)習(xí)資源的建設(shè)比起一般的課程資源建設(shè)要求更高。首先要對(duì)所學(xué)習(xí)課程的內(nèi)容或應(yīng)該掌握的操作技能進(jìn)行分解,按照學(xué)生崗位需求,對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行分解。分解的過(guò)程必須逐層進(jìn)行,達(dá)到完全顆?;?,先分解成知識(shí)單元,然后繼續(xù)分解成知識(shí)點(diǎn)或者技能點(diǎn)。
劃分完知識(shí)點(diǎn)之后,各個(gè)知識(shí)點(diǎn)和技能點(diǎn)之間的邏輯關(guān)系也需要科學(xué)搭建。這是在一般教學(xué)資源建設(shè)中所不需要的,但恰恰是自適應(yīng)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。這些關(guān)系一般包括:包含關(guān)系、相互依賴(lài)、相互組合、干擾等。
在自適應(yīng)學(xué)習(xí)資源建設(shè)中,題庫(kù)以及選題策略也是非常重要的一部分。自適應(yīng)學(xué)習(xí)對(duì)于學(xué)生當(dāng)前學(xué)習(xí)狀況的判讀以及對(duì)于自適應(yīng)學(xué)習(xí)路徑的給出都是通過(guò)有針對(duì)性的測(cè)試為基礎(chǔ)完成的。題庫(kù)的設(shè)計(jì)應(yīng)該與課程學(xué)習(xí)目標(biāo)相對(duì)應(yīng),甚至與每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)和技能相匹配。當(dāng)學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤,這個(gè)錯(cuò)誤能夠真實(shí)地反映學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)內(nèi)容的欠缺,進(jìn)而推送合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行彌補(bǔ),直至學(xué)生達(dá)到熟練掌握。所以,在設(shè)計(jì)題庫(kù)時(shí),不僅要求題庫(kù)的數(shù)量非常龐大,涵蓋所有需要掌握的知識(shí)點(diǎn)和技能,還需要明了題庫(kù)中的每一道題都用到了什么知識(shí)點(diǎn),甚至希望知道解題過(guò)程中的每一個(gè)步驟都用到哪些知識(shí)點(diǎn)。這對(duì)于課程的設(shè)計(jì)者來(lái)說(shuō),是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
例如,在我們針對(duì)自適應(yīng)學(xué)習(xí)模式的試點(diǎn)課程“單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)”中,首先對(duì)課程內(nèi)容劃分成知識(shí)單元,然后對(duì)知識(shí)單元繼續(xù)分解成各個(gè)技能點(diǎn),每個(gè)技能點(diǎn)都實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的教學(xué)資源,例如微課視頻、教學(xué)PPT、教學(xué)案例、測(cè)試等。這個(gè)知識(shí)體系與本課程的習(xí)題、試題庫(kù)可以通過(guò)自動(dòng)解題技術(shù)有效關(guān)聯(lián)起來(lái),形成一個(gè)知識(shí)圖譜。在這個(gè)知識(shí)圖譜中,每一題都可以關(guān)聯(lián)到若干個(gè)知識(shí)點(diǎn),每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)也可以關(guān)聯(lián)到若干個(gè)題目。借助課程的知識(shí)圖譜,自適應(yīng)系統(tǒng)就可以自動(dòng)為學(xué)生的習(xí)題、作業(yè)、考試等內(nèi)容自動(dòng)形成學(xué)習(xí)報(bào)告,從多個(gè)維度剖析學(xué)生的掌握情況。如圖5所示。
圖5 自適應(yīng)學(xué)習(xí)資源的組織
教學(xué)模型是對(duì)教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行組的方法描述,是自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的保障。學(xué)習(xí)組織基于近端發(fā)展區(qū)學(xué)習(xí)理論。近端發(fā)展區(qū)是由心理學(xué)家Vygotsky提出來(lái)的一種學(xué)習(xí)理論。該理論指出了學(xué)習(xí)者能力和學(xué)習(xí)
難度之間的關(guān)系,是目前自適應(yīng)學(xué)習(xí)中最常用的一種思考模型。他認(rèn)為,能力高的學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)難度低的知識(shí)時(shí)會(huì)感覺(jué)無(wú)聊,而能力低的人在學(xué)習(xí)難度高的知識(shí)時(shí)會(huì)感覺(jué)焦慮,他們只有在學(xué)習(xí)難度適中的知識(shí)時(shí)才會(huì)實(shí)現(xiàn)有效學(xué)習(xí)。這個(gè)難度適中的區(qū)域被稱(chēng)為近端發(fā)展區(qū)。自適應(yīng)系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)持續(xù)測(cè)量學(xué)習(xí)者的能力高低,基于一定算法來(lái)推導(dǎo)出下一步任務(wù)。這樣可以讓學(xué)習(xí)者保持在ZPD區(qū)域內(nèi),從而確保學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的輔助下得到更好的學(xué)習(xí)效果。如圖6所示。
圖6 近端發(fā)展區(qū) 圖7 對(duì)比測(cè)試成績(jī)
高職學(xué)生群體存在著學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差異較大、學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣個(gè)體差別明顯的特點(diǎn),個(gè)性化學(xué)習(xí)需求強(qiáng)烈。自適應(yīng)系統(tǒng)可以根據(jù)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)特征推薦合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容,規(guī)劃正確的學(xué)生學(xué)習(xí)路徑,幫助學(xué)生進(jìn)行最高效的學(xué)習(xí)。
在“單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)”課程改革試點(diǎn)中,我們針對(duì)本學(xué)期開(kāi)設(shè)該課程的兩個(gè)班級(jí)分成兩組進(jìn)行試驗(yàn)。機(jī)電專(zhuān)業(yè)2018級(jí)1班按照正常的教學(xué)進(jìn)程,以老師講授為主,完全按照課本安排完成教學(xué)任務(wù)。機(jī)電專(zhuān)業(yè)2018級(jí)2班按照自適應(yīng)學(xué)習(xí)的模式組織。在教學(xué)實(shí)施過(guò)程中,1班的學(xué)生未進(jìn)行任何的課前檢測(cè),但是對(duì)2班的學(xué)生通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行了學(xué)前測(cè)試,通過(guò)測(cè)試結(jié)果掌握學(xué)生的基本學(xué)習(xí)能力。授課教師根據(jù)平臺(tái)給出的學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)分析,結(jié)合教師自身的授課經(jīng)驗(yàn),借助領(lǐng)域知識(shí)模型,對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)進(jìn)行最佳知識(shí)點(diǎn)的選擇,從而規(guī)劃出適合的學(xué)習(xí)路徑和學(xué)習(xí)策略,引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入課程知識(shí)的學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)。大約一周后,給出基于所學(xué)知識(shí)的新測(cè)試題目,檢驗(yàn)學(xué)生對(duì)新知識(shí)的認(rèn)知程度,如果檢測(cè)結(jié)果滿足教學(xué)目標(biāo),則可以認(rèn)定學(xué)生達(dá)到原定學(xué)習(xí)目標(biāo),并繼續(xù)向?qū)W生推送新的學(xué)習(xí)資源,以此方式進(jìn)行持續(xù)迭代,直到完成所有的教學(xué)目標(biāo)要求。
需要說(shuō)明的是,因?yàn)樵诰€平臺(tái)只能提供比較原始的學(xué)生測(cè)試數(shù)據(jù),所以很多學(xué)習(xí)推薦路徑都是由任課教師自主規(guī)劃完成的。在此次疫情教學(xué)的前6周的時(shí)間中,每周12學(xué)時(shí),共計(jì)完成了每個(gè)班72學(xué)時(shí)的教學(xué)。測(cè)試成績(jī)?nèi)鐖D7所示。
從成績(jī)分布可以看出,采用自適應(yīng)學(xué)習(xí)的班級(jí),平均成績(jī)要優(yōu)于普通授課班級(jí),不及格率明顯下降,也更加符合正態(tài)分布。雖然限于條件,樣本較少,時(shí)間較短,存在較大的偶然性和隨機(jī)性,但仍然為我們的教學(xué)改革提供了良好的借鑒。
學(xué)習(xí)者模型是對(duì)學(xué)生自我信息的充分認(rèn)知模型,該模型提供對(duì)學(xué)習(xí)者的情感特征、學(xué)習(xí)風(fēng)格、認(rèn)知能力和知識(shí)水平等綜合信息[2]。學(xué)習(xí)者模型的建立需要結(jié)合靜態(tài)建模和動(dòng)態(tài)建模兩種方式結(jié)合完成。學(xué)習(xí)者模型的數(shù)據(jù)會(huì)隨著學(xué)習(xí)進(jìn)程的推進(jìn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。數(shù)據(jù)積累越充分,學(xué)習(xí)者模型就越準(zhǔn)確,對(duì)于自適應(yīng)學(xué)習(xí)就能夠提供更多的幫助,學(xué)習(xí)路徑的規(guī)劃和推送就更加合理。[3]在本次試驗(yàn)中,我們采取在線平臺(tái)系統(tǒng)收集和教師收集相結(jié)合的方式獲取學(xué)生的學(xué)習(xí)者模型,對(duì)學(xué)生進(jìn)行判斷和指導(dǎo)。
自適應(yīng)引擎是整個(gè)自適應(yīng)學(xué)習(xí)模型的核心和驅(qū)動(dòng),它連接了領(lǐng)域模型和學(xué)習(xí)者模型這兩個(gè)最重要的自適應(yīng)學(xué)習(xí)要素。自適應(yīng)引擎基于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù),了解學(xué)生的學(xué)習(xí)水平,判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)成功率,為學(xué)習(xí)者構(gòu)建了最有效的學(xué)習(xí)路徑[4]。自適應(yīng)引擎是基于信息技術(shù)的高水平發(fā)展基礎(chǔ)之上的,需要長(zhǎng)期的技術(shù)積累,需要在線教育平臺(tái)投入巨大的精力去構(gòu)建。在我們的自適應(yīng)教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中,常用的在線教學(xué)平臺(tái)能夠提供一定的學(xué)情分析和學(xué)習(xí)推薦,但是必須結(jié)合教師豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),做出進(jìn)一步的判斷,才能夠給出較為合理的學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)路徑。我們的自適應(yīng)引擎還僅僅處于起步階段,要完全滿足學(xué)生自適應(yīng)學(xué)習(xí)的要求,還有很長(zhǎng)的路要走。
用戶界面是對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的呈現(xiàn),也是人機(jī)進(jìn)行交互的平臺(tái)。[5]現(xiàn)有各個(gè)在線教育平臺(tái)的用戶界面在人機(jī)交互、終端適配、數(shù)據(jù)呈現(xiàn)等方面都能夠較好地完成學(xué)習(xí)的要求,也是自適應(yīng)學(xué)習(xí)模式實(shí)踐過(guò)程中做的最完善的部分。
因材施教的個(gè)性化學(xué)習(xí)方式是教育的終極追求。這次的新冠病毒疫情對(duì)整個(gè)社會(huì)造成了極大的困擾,但也為在線教育的發(fā)展提供了很好的契機(jī)。要實(shí)現(xiàn)真正的自適應(yīng)學(xué)習(xí),需要以政府政策為引導(dǎo),在線教學(xué)平臺(tái)為基礎(chǔ),以人工智能技術(shù)為支撐,個(gè)性化教學(xué)資源為核心,政府、學(xué)校、企業(yè)、家庭、學(xué)生共同努力,推動(dòng)教育改革走向差異化、個(gè)性化發(fā)展。
濰坊工程職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)2020年2期