周東波 徐雯慧 趙 帥 于 杰
地圖化在線學習服務的內涵、構成與實現(xiàn)*
周東波1徐雯慧1[通訊作者]趙 帥1于 杰2
(1.華中師范大學 人工智能教育學部,湖北武漢 430079;2.武漢大學 科學發(fā)展研究院,湖北武漢 430072)
豐富在線學習服務模式是提升在線學習質量和效率的關鍵,然而在線學習服務在支持規(guī)模化與個性化相統(tǒng)一的在線教育過程中,出現(xiàn)了學習資源堆積化、學習交互操作繁雜化、學習服務支撐缺乏個性化等問題,導致學習者在線學習的意愿不強、使用時長較短、完課率較低。對此,文章提出了一種地圖化在線學習服務方法,并從在線學習資源的組織與管理、學習過程交互與個性化學習支持三個方面介紹了其內涵與功能構成。為檢驗學習者的使用與接受意愿,文章通過本研究團隊開發(fā)的地圖化在線學習平臺,在“數(shù)據(jù)結構”課堂教學中開展應用,結果顯示學生對地圖化在線學習服務的接受度較高。文章通過研究,期望能夠擴展、豐富在線教育與學習的服務模式,提高學習者的在線學習意愿和學習投入,并為破解在線學習的低質、低效難題提供新思路。
地圖化在線學習服務;學習資源;學習交互;個性化學習;地圖化在線學習平臺
如今在線學習已經成為一種重要的學習方式,特別是在重大疫情靜默期間,大規(guī)模的教學需求使在線學習成為不可或缺的教育形式。然而,隨著在線學習的廣泛應用,已開展的在線學習也暴露出學習者學習參與不積極、學習投入不足、完課率低等問題[1]。同時,在線學習中的資源堆積、學習交互定位繁雜、資源存在同質與重復性,還造成了學習者的“認知重復”和“學習迷航”[2]。因而,擴展與豐富在線學習服務模式,提高學習者的使用意愿與學習投入,成為提升在線學習質量和效率的關鍵。
在線學習服務是指學習者在學習過程中接受的各種資源、信息、技術等支持服務的總和[3],主要涉及學習資源的組織與管理、學習過程交互、個性化學習支持三個方面[4]。其中,在學習資源的組織與管理方面,現(xiàn)有在線學習資源的組織與管理方法主要基于教學大綱或層次目錄結構,按照教學順序組織課程單元,通過知識點管理相關教學、練習或作業(yè)資源[5],但該方法缺乏從宏觀到微觀、從全局到局部的連續(xù)觀察視角,易造成學習資源堆積,導致產生學習“迷航”,而同時呈現(xiàn)所學知識與資源內容的系統(tǒng)可有效破解學習迷航[6]。在學習過程交互方面,現(xiàn)有學習過程的交互主要通過網頁點擊與瀏覽來定位學習資源,交互操作繁雜與界面友好性不強是影響學習者在線學習意愿的重要因素[7]。對此,陳麗等[8][9]針對遠程學習中的教學交互,指出與媒體界面的交互要符合學習者操作媒體的熟練方式,符合日常習慣的交互模式能夠吸引學生的注意力,有效降低學生無心學習導致的掉課現(xiàn)象[10]。在個性化學習支持方面,當前學習路徑規(guī)劃、過程導航與資源推薦大多是基于教師教學計劃的設定,因而缺乏個性化,使在線學習的學習途徑千人一面[11]、學習形式千篇一律[12],導致“教”與“學”在準分離的狀態(tài)下出現(xiàn)師生交互不足、學生動機低下和參與度不高等問題,而創(chuàng)新和與眾不同的在線學習服務是使其得到解決的有效途徑[13]。
地圖化服務以知識地圖為載體,位置、導航服務為核心,支持資源與信息的層次組織與可視化呈現(xiàn)、地圖化交互和個性化路徑推薦與導航等服務,這恰好對應于當前在線學習服務存在的資源堆積、學習交互定位操作繁雜和個性化學習服務支撐不足等問題,而目前尚未有研究將其應用于在線學習服務中,因此本研究提出一種地圖化在線學習服務,以探索其與在線學習相結合的可能性和有效性。本研究首先基于地圖化服務與在線學習可有機結合的特點,提出地圖化在線學習服務的內涵;接著分析了地圖化在線學習服務的功能構成;最后將本研究團隊開發(fā)的地圖化在線學習平臺應用于教學中,檢驗學習者對地圖化在線學習服務的使用意愿。本研究期望借助地圖化在線學習服務,能夠增強在線學習系統(tǒng)的易用性和好用性,提高學習者的學習興趣并增加學習者的學習投入,進而提升學習者的學習效果。
地圖學家王家耀院士指出,地圖既是一種工具,同時也是一種思想與方法論[14]。如英國情報學家布魯克斯提出,以地圖的方式呈現(xiàn)知識,能夠可視化展示知識體系內在的邏輯結構,即將知識隱性的內部結構以地圖形式加以顯性表達[15]。由此,劉三女牙等[16]利用地圖的方法論特征構建基于地圖的教育大數(shù)據(jù)分析方法,并依此建立了教育大數(shù)據(jù)的可視化與可視分析的工具。地圖的導航工具屬性也被用于學習導航[17],如Gooru平臺(網址:https://community.gooru.org/),其強調利用GPS的導航能力來構建學習導航器,以確解學習迷航,實證研究也證實該模式能夠提高學習效果[18],但該平臺只強調利用導航的工具性,讓學習者有位置感。
要想將地圖化思想引入在線學習服務中,支持學習者開展個性化在線學習,需要保證其能與學習資源的組織與管理、學習過程交互和個性化學習支持進行融合,同時形成一個統(tǒng)一的整體,因此可從個性化學習的環(huán)境可感知、主體可理解與服務可定制三個方面考慮將地圖化服務與在線學習進行有機融合的可能性[19]:首先在環(huán)境可感知的知識空間層面,由于學科知識的認知過程與地圖化空間認知過程具有層次相似性,通過地圖映射方法可將學科知識的線性結構映射為二維平面地圖,實現(xiàn)地圖容器化來組織和管理學科知識內容[20];然后在學習主體可理解的交互層面,從地圖操作出發(fā),構建基于地圖瀏覽探索式學習方式,使學習者能夠快速獲得學習資源[21];最后在學習服務的個性化定制層面,從地圖定位服務出發(fā),為知識導航與智能導學建立了地理化的位置服務基準[22],從地圖導航服務出發(fā),提出自動生成學習路徑的方法,能夠提供智能化導學服務[23],從基于位置的服務出發(fā)(Located-Based Service),實施個性化的內容推薦,可有效促進自我導向學習[24]。
綜上所述,本研究提出地圖化在線學習服務,其內涵是采用地圖化方法從學習資源的組織與管理、學習過程交互和個性化學習支持三個方面來為學習者提供在線學習服務,具體而言:①以地圖的圖元要素來表達不同層次與級別的學科知識點,生成二維平面地圖;以地圖圖層來組織、管理與知識點相關的各類學習資源,形成地圖化的學科知識地圖。②通過地圖的定位、縮放、平移、圖層控制等瀏覽和交互操作,支持學習者進行地圖瀏覽探索式學習交互。③通過地圖的路徑規(guī)劃與學習導航,為學習者提供導學服務,實現(xiàn)個性化學習支持。圍繞上述三個方面,本研究討論并確立了地圖化在線學習服務的內涵及其關系,如圖1所示。
圖1體現(xiàn)了地圖化服務在學習資源的組織與管理、學習過程交互、個性化學習支持三個方面的內涵與關系,具體包括:①通過地圖中的點要素、線要素、面要素等圖元要素來表達與管理不同層次的學科知識點和不同類型的學習資源;利用地圖映射方法將樹狀、目錄狀組織與表達的學科知識點轉化成二維平面地圖;利用地圖的分層組織、主題層次聚類等方法進行在線學習資源管理,把堆砌的資源平面化,可直觀展示知識的重要性與熱點狀態(tài)。②通過地圖的定位獲得學習者當前學習的知識點或學習資源;通過比例尺縮放與尺度切換實現(xiàn)從學習內容全局到當前學習細節(jié)的自由切換;通過平移查看某知識點鄰近的知識點或學習資源;通過圖層控制過濾無關信息,減少信息的堆疊,支持學習者進行地圖瀏覽探索式學習。③通過地圖的位置搜索快速查找需要的知識點及學習資源,通過路徑規(guī)劃快速規(guī)劃兩個知識點之間的學習路徑,通過學習導航實時掌握學習者的學習狀態(tài)。這種地圖化的搜索、規(guī)劃與導航能夠匹配學習者個性化的學習進程,提供適切的學習內容。根據(jù)對前文傳統(tǒng)在線學習方式的分析,可以發(fā)現(xiàn)地圖化在線學習服務具有三個優(yōu)勢:能夠通過位置快速查找和定位學習資源,支持進行符合日常生活中地圖使用習慣的地圖化學習過程交互,能夠為學習者提供個性化的學習支持服務。
圖3 地圖化學習過程交互
通過對地圖化在線學習服務三個方面內涵與關系的進一步細化分析,本研究結合在線學習系統(tǒng)的特點,從三個方面介紹地圖化在線學習服務的功能構成。
在線學習資源的豐富程度與質量是在線學習系統(tǒng)的基礎。傳統(tǒng)課表目錄式在線學習資源組織與管理的樹狀展開形式能反映知識點之間的包含關系,但當知識點較多時,易發(fā)生資源堆疊和條目覆蓋問題,導致學習資源查找與定位困難。此外,目錄式的資源組織與管理方式會導致學習內容呈現(xiàn)不直觀、重點不突出,不利于學習者快速定位和查找目標學習內容。地圖化在線學習服務方法是將目錄結構的學科知識組織映射為二維平面的知識地圖,即以地圖圖元的點要素、線要素和面要素表達不同層次的學科知識點,利用圖層容器來進行在線學習資源的分層組織與管理,構建從章、節(jié)、知識點到學習資源的不同主題圖層,對不同主題圖層進行剖分來容納所需要的要素信息(如具體的章、節(jié)、知識點和學習資源的詳細信息),再將每一個主題圖層中的知識面域與其對應的學習內容進行關聯(lián)。如圖2所示,以“數(shù)據(jù)結構”課程的“排序”為例,在地圖化的組織與管理中,首先計算“排序”這一章節(jié)知識點的層次結構,構建不同層次的主題圖層,體現(xiàn)出其包含關系,如“排序—插入排序—希爾排序”描述了層次遞進的包含關系,其中“希爾排序”為教學知識點。然后對“希爾排序”所在面狀區(qū)域進行細分,希爾排序學習資源層的每一個小多邊形(如圖2中右側左下角希爾排序對應的紫色區(qū)域內分割的多邊形),即對應一種類型的學習資源,包括視頻、課件、測試、PPT、代碼等。以此類推,最終形成如圖2右側“章-節(jié)-知識點-資源”四個層次的地圖化組織形式。使用本研究的地圖化方法組織與管理在線學習資源,能夠提供從宏觀到微觀的視圖展示,呈現(xiàn)出不同層次的學習內容,并關聯(lián)到學習資源,促進學習者對學習內容的層次關系有一個宏觀的認識和理解。
圖2 傳統(tǒng)學習資源組織方式與地圖化學習資源組織方式的對比
當前的在線學習系統(tǒng)中,學習者與系統(tǒng)的交互操作相對比較簡單,即學習者通過滑動課程列表、資源列表,并點擊相關課程查找需要的學習資源內容。課程內容按照教學大綱的順序進行組織與安排,學習者點擊相對應的章節(jié)或者知識點開始學習,并通過點擊觀看視頻、輸入文本完成作業(yè)等進行學習。在這個過程中,學習者按老師的安排與要求完成學習任務,缺乏自主選擇,導致其學習過程參與度不高、學習投入不積極。而地圖化的在線學習過程交互是指把地圖交互操作(如定位、縮放、平移和圖層控制等)應用到在線學習中,支持學習者進行地圖瀏覽探索式學習。如圖3所示,學習者可以在學科知識地圖上進行位置定位,以精準定位學習內容;可以通過對學習內容所在區(qū)域進行比例尺縮放,以分層次顯示知識點之間的層次關系;可以通過平移地圖,以查看不同類型的學習資源,如視頻、課件、測試、PPT、代碼等;還可以使用地圖的圖層控制功能,對學科知識地圖進行過濾,隱藏無關信息,以減少與學習無關內容的干擾。這種學習交互方式與日常使用地圖的生活習慣相類似,能夠降低學習者的額外學習成本。
個性化學習服務旨在滿足學習者個性化、精準化與智能化的學習需求[25]。當前的在線學習是按照教學目錄順序安排學習內容,沒有考慮學習者的能力水平差異;沒有考慮到知識點之間的不同關系類型,知識點之間不完全是序列關系,也可能是平行關系。地圖化的個性化在線學習支持服務能夠為學習者提供基于位置的地圖導航學習服務,支持其定位知識點和搜索相關的學習內容,有助于其了解知識點之間的層次關系,并對知識點關系進行拓撲分析;能夠為學習者提供學習路徑規(guī)劃,即根據(jù)學習者的當前學習階段為其規(guī)劃接下來要學習的知識點序列;能夠根據(jù)學習者的特征(如學習風格、知識水平、資源偏好和興趣愛好等),為其提供符合其學習需求的個性化資源推薦。個性化在線學習支持服務如圖4所示,其綜合了知識地圖和學習者特征。地圖導航學習服務,可實時定位學習者當前的學習位置,明確其學習進展;學習路徑規(guī)劃服務,可準確表達學習者所需要學習的內容序列,歷史路徑可顯示其學習經歷;而個性化資源推薦服務,可根據(jù)學習者的學習進度、學習狀態(tài)等,為其推薦符合其需求的學習資源。
圖4 個性化在線學習支持服務
圖5 地圖化在線學習平臺的內容界面截圖
為檢驗學習者對地圖化在線學習服務的接受度,本研究開發(fā)了地圖化在線學習平臺,并在“數(shù)據(jù)結構”課程進行實證研究。
圖6 地圖化在線學習平臺的自主學習界面截圖
基于前文提出的地圖化在線學習服務的內涵與功能構成,本研究團隊開發(fā)了地圖化在線學習平臺,并以人民郵電出版社嚴尉敏編著的《數(shù)據(jù)結構》(第2版)教材為例,構建了地圖化表達的學科知識地圖。圖5是學生登錄該平臺開展學習的內容界面,展示的是數(shù)據(jù)結構課程章節(jié)總覽。其中,點擊具體的章、節(jié)會跳轉相對應的章、節(jié)圖層;通過比例尺(點擊“+”或“-”控制)執(zhí)行縮放操作能夠查看不同層次的知識。該平臺支持學習者進行地圖瀏覽探索式學習,從而自主控制學習進度。圖6的自主學習界面截圖是與圖5所對應的學科知識地圖的學習資源圖層,學習者點擊不同的區(qū)域可以查看不同的學習資源,再次點擊就能跳轉到學習界面學習具體的內容。圖7是學習進度界面截圖,以“數(shù)據(jù)結構”課程為例,藍色高亮區(qū)域代表已經學完的學習內容。在該界面學習者可以查看學習進度,了解學習任務的完成情況。
圖7 地圖化在線學習平臺的學習進度界面截圖
為檢驗學習者對地圖化在線學習平臺的接受度,本研究根據(jù)Davis[26]提出的技術可接受模型及其對應量表,設計了“地圖化在線學習平臺接受度調查問卷”,涉及感知易用性(3個題項)、感知有用性(3個題項)和持續(xù)使用意愿(3個題項)3個分量表,并采用李克特七點量表法計分。如表1所示,三個分量表的信度檢驗都大于0.70,說明內部一致性高。本研究以湖北省某高校使用過該平臺學習“數(shù)據(jù)結構”課程的學生為研究對象,在2020年9月1日~2021年7月1日通過問卷星進行網絡問卷調查,最終共回收問卷314份,其中有效問卷297份(含本科生所填問卷160份、研究生所填問卷137份),有效率為94.95%。三個變量的描述性統(tǒng)計分析結果如表1所示,可以看出:三個分量表的均值都較高,遠大于李克特七點計分的均值4,說明學習者對地圖化在線學習平臺有較高的接受度。整體來說,學習者認為地圖化在線學習平臺很容易使用、對其學習有幫助,也愿意使用該平臺進行在線學習。
表1 各變量的描述性統(tǒng)計分析結果
變量Cronbach’s α值均值標準差 感知易用性0.8275.850.73 感知有用性0.8195.750.77 持續(xù)使用意愿0.8345.670.92
針對現(xiàn)有在線學習系統(tǒng)因學習資源堆積導致資源定位和查找困難、學習交互形式單一和個性化學習支持不足等問題,本研究提出了一種地圖化在線學習服務,并從學習資源組織與管理、學習過程交互、個性化學習支持三方面介紹了其內涵和功能構成。為驗證地圖化在線學習服務的可用性,本研究團隊研發(fā)了地圖化在線學習平臺,并將其應用于“數(shù)據(jù)結構”課堂教學中。通過實際應用,本研究發(fā)現(xiàn):地圖化在線學習服務有助于學習者快速、高效定位和查找所需要的學習資源,并且學習者可以自主控制學習過程、獲取平臺推薦的符合其學習需求的學習資源和學習路徑規(guī)劃。本研究通過接受度調查發(fā)現(xiàn),學習者對地圖化在線學習平臺有較高的接受度。
值得注意的是,本研究提出的地圖化在線學習服務也存在一些不足,如與真實地圖相比地圖化展示效果豐富性不夠、地圖化交互形式和個性化學習支持未考慮更多維度的屬性。針對這些不足,后續(xù)研究擬從三個方面進行改進:在地圖展示方面,進一步提升地圖化學習資源組織與管理的展示效果;在地圖化學習交互方面,增加語音交互、體感交互等多種交互方式來提高地圖化學習交互的便利性;在個性化學習支持方面,進一步考慮如何支持更多維度的屬性,如將學習者的性格、習慣等特征引入模型,為學習者提供更加全面的個性化學習支持服務。此外,本研究還要繼續(xù)豐富相關的實證研究來檢驗地圖化在線學習服務的可用性與有效性,以推動在線學習服務的發(fā)展,進而提升在線學習效果。
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The Connotation, Composition, and Implementation of Map-based Online Learning Services
ZHOU Dong-bo1XU Wen-hui1[Corresponding Author]ZHAO Shuai1YU Jie2
Enriching the online learning service model is the key to improving the quality and efficiency of online learning. However, the online learning service encountered the problems in supporting the unification of scale and personalization in online education, such as the accumulated learning resources, the multifarious learning interaction operation and the lacking of personalization in learning service support, which lead to learners’ weak willingness to learn online, short usage time and low-class completion rate. Therefore, this paper proposed a map-based online learning service method and introduced its connotation and corresponding functional components from three aspects of organization and management of online learning resources, learning process interaction, and personalized learning support. In order to test learners’ willingness to use and accept the online mapping service, this paper applied the map-based online learning platform developed by the research team in the classroom teaching of “Data Structure”. The results showed that the students had a high acceptance of the online mapping service. The research in this paper was expected to expand and enrich the online education and learning service model, improve learners’ willingness and investment in online learning, and provide new ideas for solving the problem of low quality and low efficiency in online learning.
map-based online learning service; learning resource; learning interaction; personalized learning; map-based online learning platform
G40-057
A
1009—8097(2022)10—0076—08
10.3969/j.issn.1009-8097.2022.10.009
本文為國家自然科學基金面上項目“大學生個性化日常行為習慣的可解釋發(fā)現(xiàn)框架與數(shù)據(jù)驅動干預機制”(項目編號:62177017)、科技創(chuàng)新2030新一代人工智能重大項目“混合增強在線教育關鍵技術與系統(tǒng)研究”(項目編號:2020AAA0108804)的階段性研究成果。
周東波,副教授,博士,研究方向為知識地圖、大數(shù)據(jù)可視分析、虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實,郵箱為zhoudongbo@ccnu.edu.cn。
2022年4月11日
編輯:小時