黃朝兵，楊 杰，郭志強，鄭 林，王 昱

（武漢理工大學 信息工程學院，湖北 武漢 430070）

劉柳岑，谷震離，謝贊福

（廣東技術(shù)師范學院 計算機科學學院，廣東 廣州 510000）

基于網(wǎng)絡(luò)教學平臺的混合教學模式設(shè)計與實踐

黃朝兵，楊 杰，郭志強，鄭 林，王 昱

（武漢理工大學 信息工程學院，湖北 武漢 430070）

數(shù)字圖像處理是計算機視覺重要的基礎(chǔ)課程。文章針對該課程內(nèi)容抽象、信息量大、應(yīng)用廣泛等特點，提出利用網(wǎng)絡(luò)教學平臺教學資源豐富、自主學習和交流方便等特點，采用課堂講授、線上學習、線下交流相結(jié)合的混合式教學模式，并以武漢理工大學為例，闡述混合教學模式的設(shè)計及實踐過程。

數(shù)字圖像處理；網(wǎng)絡(luò)教學平臺；網(wǎng)絡(luò)課程；混合教學；主動學習

0 引 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，以大規(guī)模開放在線課程（MOOC）為代表的新的教育形式正在改變傳統(tǒng)課堂的教學模式[1]，利用網(wǎng)絡(luò)平臺進行學習和交流，開闊了學生視野，為學生自主學習提供方便；但是，單純采用MOOC進行教學，教學千篇一律，很難因材施教。針對MOOC的不足，小規(guī)模限制性在線課程（SPOC）應(yīng)運而生，它利用MOOC的資源優(yōu)勢，創(chuàng)建一種針對特定教師和學生的較為靈活的教學模式。目前，很多高校采用“MOOC+SPOC+傳統(tǒng)課堂”的混合教學模式，使傳統(tǒng)課堂教學和在線課程學習互為補充，取得了較好的效果[23]。

以數(shù)字圖像處理課程為基礎(chǔ)的計算機視覺技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到工業(yè)、經(jīng)濟、國防和社會生活的各個領(lǐng)域，包括前沿技術(shù)如圖像視頻大數(shù)據(jù)分析、無人機、機器人、無人駕駛、人工智能等領(lǐng)域，其應(yīng)用日益廣泛和深入?！皵?shù)字圖像處理”課程具有以下特點：①概念多，公式多，內(nèi)容抽象，學生學習時不易理解、入門難。②內(nèi)容多，信息量大，技術(shù)發(fā)展更新快。③應(yīng)用領(lǐng)域廣，發(fā)展前景好。傳統(tǒng)教學以課堂講授輔以課堂練習貫穿教學過程，以教師為中心，學生處于被動學習地位，師生交流時間和方式受限，在有限課時內(nèi)，難以達到教學的預(yù)期目標。為此，課程組利用互聯(lián)網(wǎng)引入先進教學模式，在武漢理工大學U-MOOCS在線教育綜合平臺上建立了“數(shù)字圖像處理”在線網(wǎng)絡(luò)課程，并采取線上學習與課堂講授交流相結(jié)合的混合教學模式進行教學。

1 在線網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)

1.1 教學資源

教學資源包括基本資源和擴展資源兩大部分。

1）基本資源。

（1）課程基本情況介紹。包括課程介紹、教學大綱、教學日歷等內(nèi)容。課程介紹主要是課程特點、教學目標、教學內(nèi)容覆蓋面、教學方法及組織形式、授課對象要求、教材與參考資料等內(nèi)容；教學大綱包括課程的教學目的、教學任務(wù)、教學內(nèi)容的結(jié)構(gòu)、模塊或單元教學目標與任務(wù)、教學活動以及教學方法上的基本要求；教學日歷是教學的具體實施計劃表。

（2）教案和學習指導。本課程教案涵蓋全部教學內(nèi)容，按照以下3種形式呈現(xiàn)：①授課的演示文稿：包括課程全部10章授課的PPT。②步進教程：對一些原理算法的英文說明和解釋。③名詞術(shù)語：課程名稱術(shù)語的英文解釋。學習指導包括課程各章內(nèi)容的重點難點等知識要點解析和學習指導。

（3）授課錄像。包括本課程全部10章內(nèi)容54個知識點的所有講課錄像。學生可以方便地進行瀏覽和點播。

（4）課程作業(yè)。圍繞課程內(nèi)容的思考和練習，提供學習完各章內(nèi)容的練習作業(yè)題，學生可以上網(wǎng)直接答題和提交結(jié)果，教師可以直接在網(wǎng)上進行批閱。

（5）實驗及指導。本課程的涵蓋各章內(nèi)容的實驗指導書。

2） 擴展資源。

針對數(shù)字圖像處理概念多、內(nèi)容抽象、信息量大、發(fā)展更新快、應(yīng)用領(lǐng)域廣闊等特點，課程組在基本資源的基礎(chǔ)上，擴展教學資源。這就要求學生熟練掌握Matlab和Visual C++開發(fā)工具，并能夠在掌握數(shù)字圖像處理各個算法原理的基礎(chǔ)上給出程序?qū)崿F(xiàn)的過程和結(jié)果，使抽象內(nèi)容直觀化，同時給出應(yīng)用開發(fā)案例和研究發(fā)展方向開闊學生的視野。

（1）開發(fā)環(huán)境工具。數(shù)字圖像處理研究和應(yīng)用開發(fā)使用的開發(fā)環(huán)境和工具，如Matlab（圖像 處 理 函 數(shù) 庫 ）、C++、Visual C++/VS2010、OpenCV（開源計算機視覺函數(shù)庫）、Linux操作系統(tǒng)及Qt開發(fā)工具。可以針對不同開發(fā)環(huán)境的應(yīng)用需要，進行學習和應(yīng)用開發(fā)。

（2）演示仿真。提供了17個不同算法的程序?qū)崿F(xiàn)的動畫演示過程，過程直觀、清晰。

（3）基于VC++原理與實現(xiàn)。在VC++開發(fā)工具下的數(shù)字圖像處理，包括位圖基礎(chǔ)、數(shù)字圖像處理VC++程序設(shè)計以及部分程序，方便學生在VC++環(huán)境下進行練習和開發(fā)。

（4）英文版課程內(nèi)容。課程全英文PPT以及英文電子版教材。

（5）應(yīng)用開發(fā)案例。選出部分課程組教師在指導圖像視頻處理研究開發(fā)應(yīng)用方面的碩士生畢業(yè)論文，和在指導本科生課程教學中進行教學方法改革中學生完成小型項目任務(wù)開發(fā)的報告，論文和報告中有原理、算法實現(xiàn)和實驗結(jié)果分析，學生通過參考案例，了解到如何將數(shù)字圖像處理課程知識與實際問題相結(jié)合，為將來從事相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用開發(fā)服務(wù)。

（6）研究發(fā)展方向。提供一些數(shù)字圖像視頻處理與識別方面的研究發(fā)展新理論、新方法和新技術(shù)方面的資料，開闊學生的視野，為學生將來在相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供參考。

1.2 教學活動

（1）答疑討論和常見問題。課程網(wǎng)站提供有課程討論區(qū)，學生和教師都可以在該討論區(qū)提出問題，參與討論，從而實現(xiàn)網(wǎng)上直接答疑。對一些典型性的問題可以歸結(jié)為“常見問題”，并提供問題的答案供學生查閱。學生可以通過檢索該問題進行自動答疑，教師也可以通過郵件對學生進行郵件答疑。

（2）試題試卷庫。提供課程的試題庫和試卷庫，試題庫可以用來生成在線測試試卷。

（3）在線測試。教師可以設(shè)定不同的組卷策略生成不同的測試試卷，作為在線測試試卷，供學生進行在線測試，自我進行測驗測試。

（4）研究型教學。教師可以將申報立項的教研項目、教學方法改革的情況，在該欄目進行展示，分成不同的小組，由學生分組完成。

（5）課程教學管理。包括課程通知、問卷調(diào)查、教學郵箱、教學筆記等。

2 混合教學設(shè)計

我們從2014年開始在武漢理工大學U-MOOCS教學平臺上建設(shè)“數(shù)字圖像處理”網(wǎng)絡(luò)課程。該課程經(jīng)過學校教學資源和使用效果驗收，于2016年被確定為校級精品資源共享課程。本混合教學改革依托武漢理工大學資源共享課程“數(shù)字圖像處理”，網(wǎng)絡(luò)資源課程內(nèi)容豐富，網(wǎng)上作業(yè)、討論交流、在線測試功能齊全，能夠滿足在線教學的需要。

2.1 教學策略

本次混合課程教學改革，以課堂教學為主，網(wǎng)絡(luò)資源在線學習為輔，同時安排線下學習交流。

（1）線上線下交流。安排3次在線課程學習交流，每次2學時，依次安排在“圖像增強、圖像復原”之后1次，“圖像壓縮、圖像分割”之后1次，“彩色圖像處理、圖像表示”之后1次。列出一些問題，同學們通過在線自主學習，在課堂上進行交流解答。

（2）網(wǎng)上交流互動。安排一些問題進行網(wǎng)上交流互動，促進課程的深入學習，并將網(wǎng)上互動情況列入課程考核。

（3）考核方式改革。課程考核成績由期末考試、平時作業(yè)、課堂表現(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)互動等組成，采取以期末考試為主，課堂討論交流、平時作業(yè)、回答問題等為輔的綜合評價手段。成績的分布比例為：期末考試成績占60%，實驗占15%，課堂考勤及表現(xiàn)占5%，平時作業(yè)占5%，網(wǎng)上作業(yè)占5%，網(wǎng)絡(luò)討論互動和線下課堂交流占10%。

2.2 教學方法

課堂教學中，注意問題提出背景的闡述，將數(shù)字圖像處理的原理算法與程序?qū)崿F(xiàn)相結(jié)合，理論與工程應(yīng)用實例相結(jié)合，使課程內(nèi)容不再抽象難懂，同時提高同學們的實踐動手能力。課程教學期間，每次學習交流之前由教師事先提出8個相關(guān)知識的討論題，并在網(wǎng)上公布。同學們對這8道題目結(jié)合講課內(nèi)容和網(wǎng)上材料的在線學習給出解答，并在網(wǎng)上提交。同時每次選出8名同學在課堂上主講對問題的研究思路、解題方法、程序演示和結(jié)果分析，進行學習情況交流。整個課程學習期間，一共列出了24個討論題，有24位同學在3次討論課中進行了主講交流，同時其他同學也參與交流討論。

設(shè)計的討論題包括“根據(jù)灰度圖像的直方圖分析圖像的特性”“給定圖像塊，用均值濾波器計算濾波過程、結(jié)果及分析”“分析中值濾波器分別對高斯噪聲、椒鹽噪聲的濾波效果”“給定一個掃描字符串，分別用Huffman編碼和混合編碼進行編碼，并分析結(jié)果”“算術(shù)編碼的計算與分析”“預(yù)測編碼中無損編碼和有損編碼兩者的異同及舉例分析”“對灰度圖像進行分塊FFT變換壓縮編碼的Matlab實現(xiàn)及分析”“對給定圖像塊，用Sobel模板進行銳化處理及分析”“分裂與合并算法分割圖像的Matlab實現(xiàn)及分析”“用不同結(jié)構(gòu)元素對圖像進行形態(tài)學腐蝕、膨脹運算結(jié)果分析”“彩色圖像不同彩色模型轉(zhuǎn)換及Matlab實現(xiàn)”“彩色圖像分割的Matlab實現(xiàn)及分析”“邊界鏈碼的計算及歸一化”“獲取邊界圖及其Fourier描述子的Matlab實現(xiàn)及分析”“區(qū)分字符的形狀描述子及分析”等，通過對這些問題的探討和交流，使學生的知識面更寬廣，課程學習更深入。

3 混合教學實踐及效果分析

本次課堂教學、線上線下相結(jié)合的混合教學在電信2014級部分教學班進行試點，其他班級同學也可以訪問網(wǎng)絡(luò)課程資源和提交網(wǎng)上作業(yè)。到2017年6月20日課程結(jié)束，課程訪問數(shù)為6 536，課程討論區(qū)主題數(shù)為513，課程討論區(qū)發(fā)文數(shù)為1 000，學生提交網(wǎng)上作業(yè)720人次。具體情況見圖1。

圖1 “數(shù)字圖像處理”網(wǎng)絡(luò)課程圖

在3次線下集中交流中，共提出24個問題，這些問題涵蓋了課程學習的主要知識，有一定的深度和廣度，涉及課程的主要內(nèi)容，包括理論原理及Matlab編程實現(xiàn)。學生能夠主動查閱資料，結(jié)合線上自主學習和線下討論解決問題，使學生能夠更好地掌握圖像增強、圖像復原、圖像壓縮編碼、圖像分割、彩色圖像處理、圖像表示等的原理和技術(shù)，能夠結(jié)合實際問題應(yīng)用加以解決，提高了學生分析問題解決問題的能力，拓寬了學生的知識面，有利于更好達到課程的教學目標。對于提出的24個問題，同學們都能認真地去完成，特別是在課堂上主講交流的同學，都能夠?qū)栴}給出全面的回答，有的給出多種不同的解題方案，很多還用Matlab工具進行仿真實現(xiàn)，給出設(shè)計的程序、運行結(jié)果及分析。從同學們在課堂上主講和討論的情況看，同學們都能夠把每個問題，從原理、Matlab實現(xiàn)到實驗結(jié)果及分析講得比較全面和透徹，線下課堂交流收到了很好的效果。對學生的專業(yè)培養(yǎng)目標提供了強有力的支撐，加大了與實踐教學的結(jié)合度。

從課程考核情況看，開展混合教學的試點班的成績?yōu)椋浩骄煽?1.51分，90分及以上占 11.25%，80～89分 占 22.50%，70～79分 占38.75%，60～69分占23.75%，60分以下占3.75%，成績符合正態(tài)分布，高于其他未進行混合教學試點的教學班成績。這也從一個側(cè)面反映了開展混合教學能夠促進學生的自主學習，提高學習的成效。

4 結(jié) 語

針對學校和學生的具體情況，利用武漢理工大學U-MOOCS在線教育綜合平臺，建立了“數(shù)字圖像處理”在線網(wǎng)絡(luò)課程，采取線上學習與課堂講授交流相結(jié)合的混合教學模式進行教學，這種模式能夠充分利用網(wǎng)絡(luò)資源共享課程教學資源豐富、交流互動方便的特點，促進學生主動學習、深入學習課程理論，提高實踐動手能力。經(jīng)過實踐檢驗，效果較好。然而這種模式在課堂討論中，除了主講的同學外，參與討論的人數(shù)不夠多，部分同學參與意識不強，為此可以在今后的混合教學中，考慮引入智慧教學工具雨課堂[4]，提高全體同學的參與度。

[1] 楊鑫, 王大維, 王宇新, 等. 互補MOOC的主動式課堂建設(shè)方法探究[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù), 2017, 27(1): 115-120.

[2] 吳寧, 房琛琛, 任燕飛. 大班教學環(huán)境下基于SPOC的混合教學設(shè)計與效果分析[J]. 中國大學教學, 2016(5): 32-37.

[3] 黃璐, 于紅, 谷軍. 翻轉(zhuǎn)課堂與傳統(tǒng)面授混合教學模式研究[J]. 計算機教育, 2016(9): 167-170.

[4] 王帥國. 雨課堂: 移動互聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)背景下的智慧教學工具[J]. 現(xiàn)代教育技術(shù), 2017, 27(5): 26-32.

1672-5913(2017)11-0134-04

G642

武漢理工大學教學研究項目（2015411212）。

黃朝兵，男，教授，研究方向為數(shù)字圖像處理與識別、數(shù)字視頻處理與分析，email:huangcb@whut.edu.cn。

（編輯：彭遠紅）

實驗與實訓

智能機器人充當名師的MOOC教學

劉柳岑，谷震離，謝贊福

（廣東技術(shù)師范學院 計算機科學學院，廣東 廣州 510000）

文章編號：1672-5913(2017)11-0138-04

中圖分類號：G642

摘 要：從系統(tǒng)科學角度看，MOOC是一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)，受開放性環(huán)境影響，會通過失穩(wěn)從原有狀態(tài)進入到應(yīng)用智能機器人充當名師教學的新定態(tài)。文章從輸入和輸出兩個角度分析MOOC系統(tǒng)的組成元素，針對性闡明技術(shù)和名師資源兩個因素的狀況，提出以智能機器人充當MOOC名師角色為前提搭建新MOOC系統(tǒng)框架，并對新MOOC系統(tǒng)框架進行思考。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)科學；MOOC系統(tǒng)；智能機器人；名師

第一作者簡介：劉柳岑，女，在讀研究生，研究方向為從系統(tǒng)科學的視角研究MOOC的創(chuàng)新應(yīng)用，1048873022@qq.com。

0 引 言

系統(tǒng)科學正在成為21世紀學術(shù)研究的重要領(lǐng)域，其理論與方法已經(jīng)滲透應(yīng)用到各個學科，逐步成為各學科研究發(fā)展的重要理論指導[1]。MOOC系統(tǒng)是一個處于一定相互關(guān)系中，并與環(huán)境發(fā)生關(guān)系的各組成要素的總體集合。MOOC系統(tǒng)自組織內(nèi)部不斷調(diào)節(jié)到平衡狀態(tài)，但因系統(tǒng)和環(huán)境發(fā)生變化會失穩(wěn)，從原有狀態(tài)突變到新MOOC系統(tǒng)狀態(tài)，突變主要是由原要素的失衡和外界新要素的發(fā)展引起的。本文探索的目的是MOOC系統(tǒng)自組織受智能機器人的影響后進入新的組織結(jié)構(gòu)狀態(tài)，形成新的MOOC系統(tǒng)框架。

1 MOOC是一個復雜動態(tài)系統(tǒng)

MOOC作為一個復雜的動態(tài)系統(tǒng)，主要的輸入要素為從社會、學校等環(huán)境獲得系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)、專業(yè)人才（包括系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)人才、專業(yè)教師和管理人才）、學生、課程資源（包括課程設(shè)計資源和視頻資源）、經(jīng)費；主要的輸出要素包括課程設(shè)計成果、各類畢業(yè)生、科技研究成果、教育模式創(chuàng)新成果、社會服務(wù)成果5個方面。圖1為MOOC系統(tǒng)要素關(guān)系圖。

圖1 MOOC系統(tǒng)要素關(guān)系圖

在MOOC系統(tǒng)中，主要輸入要素、輸出要素以及自身特性隨著時間和技術(shù)的變化而變化體現(xiàn)了該系統(tǒng)的動態(tài)性[2]。MOOC系統(tǒng)的復雜性主要源于其多種功能所決定的復雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)。MOOC系統(tǒng)的功能子系統(tǒng)由5項主要輸出決定，包括課程設(shè)計子系統(tǒng)、科技研發(fā)子系統(tǒng)、教育模式創(chuàng)新子系統(tǒng)、人才培養(yǎng)子系統(tǒng)、社會服務(wù)子系統(tǒng)，而為了實現(xiàn)5個子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行，還必須有戰(zhàn)略決策與管理子系統(tǒng)。圖2為MOOC系統(tǒng)功能子系統(tǒng)關(guān)系圖。

圖2 MOOC系統(tǒng)功能子系統(tǒng)關(guān)系圖

MOOC系統(tǒng)具有開放性，會與外部發(fā)生物質(zhì)、能量、信息交換，保持密切關(guān)聯(lián)[3]。因此，MOOC系統(tǒng)的外部環(huán)境子系統(tǒng)主要有科技創(chuàng)新子系統(tǒng)、社會子系統(tǒng)、經(jīng)濟子系統(tǒng)、政策法規(guī)子系統(tǒng)等。同時，外部系統(tǒng)的日新月異會導致MOOC系統(tǒng)隨之改變。

2 MOOC系統(tǒng)突變

MOOC系統(tǒng)需要外界物質(zhì)、能量、信息的大量輸入，外界環(huán)境的改變會給系統(tǒng)相關(guān)要素帶來影響，進而系統(tǒng)會發(fā)生改變。系統(tǒng)質(zhì)變的一種基本形式是系統(tǒng)發(fā)生突變從而不斷發(fā)展變化，系統(tǒng)的發(fā)展分叉帶來質(zhì)變的多樣性以及系統(tǒng)的完善和豐富多彩。在此，系統(tǒng)輸入既是系統(tǒng)外部參量也是控制參量，系統(tǒng)輸出是系統(tǒng)的狀態(tài)，而突變則是通過控制參量連續(xù)漸變引發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)的不連續(xù)突變。

2.1 內(nèi)部元素：教師資源失穩(wěn)

1）專業(yè)教師資源供需不足。

就外部大環(huán)境而言，各個學科的專業(yè)教師數(shù)量足夠，主要從事教育單位或教育機構(gòu)的相關(guān)工作，在MOOC興起之前，專業(yè)教師本身組織穩(wěn)定，形成了固有體系。但是MOOC系統(tǒng)需從原有的教育大系統(tǒng)中抽離元素以作系統(tǒng)的搭建，容易受到所需教師受困于原有環(huán)境、對MOOC理念不支持或無興趣、接受新技術(shù)能力受限、制作課程效果低于原有課程效果、臨時原因等因素的影響，導致部分專業(yè)教師無法進行MOOC課程的制作。

2）投入成本高于使用效益。

投入成本高主要在于教師知識產(chǎn)權(quán)保護和教師課程制作過程中需提供大量技術(shù)支持兩方面。同一門課程，由不同的教師進行MOOC制作，需向每一位教師支付制作經(jīng)費；而由于教師對制作過程中需要使用的計算機等相關(guān)技術(shù)生疏，需另外提供相關(guān)技術(shù)人員作為課程制作的技術(shù)支撐。MOOC系統(tǒng)中，大量高成本制作的課程無人問津或使用人數(shù)低，達不到理想的教育效益和經(jīng)濟效益，一定程度上偏離初衷，不利于系統(tǒng)長遠穩(wěn)定發(fā)展。

3）成果體系內(nèi)部紊亂。

同一門學科，不同的教師因自身知識系統(tǒng)體系的獨特性，制作的課程成果呈一定的差異性，不利于學習者對課程的選擇，難以達到期望的教育效果。長期成果體系的不穩(wěn)定會引發(fā)紊亂，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和自我完善的功能，難以達到有序發(fā)展。

2.2 外部元素：智能機器人滲透

智能機器人因為具備對不同任務(wù)和特殊環(huán)境的適應(yīng)性，所以逐漸滲透并適用于各個領(lǐng)域必是大勢所趨。隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，機器人技術(shù)同步提升，智能程度越來越高，逐漸大規(guī)模有目的性地應(yīng)用于各個領(lǐng)域，譬如教育、醫(yī)學、娛樂、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、海洋開發(fā)、宇宙探測等。隨著科學界專家學者對機器人技術(shù)的深入研究，各式各樣具有感知、決策、行動和交互能力的機器人已經(jīng)被成功研發(fā)，如教育機器人、移動機器人、工業(yè)機器人、微型機器人、水下機器人、軍用機器人、仿人機器人等[4]。機器人正朝著智能化和多樣化等方向發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展和逐步滲透對MOOC系統(tǒng)將產(chǎn)生巨大的影響，可能達到改革性效果。

近期，教育機器人在國外一直是熱點，而在國內(nèi)逐步開始成為中小學技術(shù)課程和綜合實踐課程的有力支撐，在教學中逐步得到普遍的應(yīng)用。教育機器人是進行信息技術(shù)教育的有效載體，是一種十分典型的數(shù)字化幼教工具。既然教育機器人可以在教育界得到初步的應(yīng)用，同理，智能機器人也可成為MOOC系統(tǒng)的重要組成要素，研發(fā)適合MOOC系統(tǒng)的智能機器人類型成為這項應(yīng)用的重點和難點。

MOOC系統(tǒng)受到外界科學技術(shù)這一不穩(wěn)定域的影響，從傳統(tǒng)MOOC系統(tǒng)的穩(wěn)定定態(tài)過渡到另一個不確定狀態(tài)。由于技術(shù)應(yīng)用上的不可預(yù)估性，本來應(yīng)該在分叉點A處發(fā)生的變化，在實際上可能繼續(xù)運動到B點才發(fā)生，導致對新MOOC系統(tǒng)的研究比較艱難。

3 基于整體優(yōu)化的新MOOC系統(tǒng)架構(gòu)搭建

從系統(tǒng)科學的整體優(yōu)化原理可看出：系統(tǒng)的整體功能大于各部分功能之和，意味著系統(tǒng)的整體功能不僅包含各子系統(tǒng)的功能，而且包含子系統(tǒng)之間相互關(guān)聯(lián)形成的新結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的功能[5]。當前，MOOC亟需加入新的元素，形成新的子系統(tǒng)體系，新的子系統(tǒng)不僅要在獨立系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生作用，而且必須與其他各個子系統(tǒng)進行全面協(xié)調(diào)，對別的系統(tǒng)同樣產(chǎn)生作用，達到最佳的滲透作用效果。

原MOOC系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)系出現(xiàn)不利因素，阻礙體系的順利運轉(zhuǎn)，加之系統(tǒng)的開放性，使得外部環(huán)境的變化滲透至原有系統(tǒng)，外界科學技術(shù)的進步和發(fā)展，企圖與原系統(tǒng)達到新的穩(wěn)定狀態(tài)?；诖?，根據(jù)智能機器人的發(fā)展狀況，假設(shè)智能機器人可充當名師應(yīng)用于MOOC教學。系統(tǒng)架構(gòu)圖主要的子系統(tǒng)為：學生管理子系統(tǒng)、教學設(shè)計子系統(tǒng)、戰(zhàn)略管理子系統(tǒng)、技術(shù)研發(fā)子系統(tǒng)、社會服務(wù)子系統(tǒng)、學術(shù)研究子系統(tǒng)6個子系統(tǒng)。圖3為智能機器人充當名師的MOOC教學系統(tǒng)關(guān)系圖。

由圖3可以看出，由于新元素智能機器人的加入，子系統(tǒng)明顯發(fā)生變化的是教學設(shè)計子系統(tǒng)和技術(shù)研發(fā)子系統(tǒng)。教學設(shè)計子系統(tǒng)的下一層角色由原來的專業(yè)教師變成專業(yè)教師和智能機器人兩者充當（隨著技術(shù)的發(fā)展，專業(yè)教師有可能成為智能機器人的高一層級關(guān)系），值得注意的是，智能機器人的種類包括硬智能機器人和軟智能機器人兩種。硬智能機器人屬于仿人機器人，直接以實物的形式出現(xiàn)在課程視頻當中，一般適用于心智成熟、獨立學習能力強的學習者使用；軟智能機器人則相當于一個趣味學習軟件平臺，亮點是除了傳播知識以外，教師的形象可以根據(jù)學習者的喜好進行變化、隨著授課方式發(fā)生變化，一般適用于注意力不夠集中、獨自學習能力尚弱、心智不成熟的學習者，譬如學前教育層次或中小學教育層次的學習者。技術(shù)研發(fā)子系統(tǒng)下一層新增智能機器人研發(fā)技術(shù)。本系統(tǒng)架構(gòu)提出的成功的關(guān)鍵在于智能機器人研發(fā)技術(shù)。雖然智能機器人在多領(lǐng)域應(yīng)用已成熟，教育機器人也開始普及，但專門針對MOOC的智能機器人的應(yīng)用還有待研究。

除了上述兩個子系統(tǒng)的明顯改變以外，子系統(tǒng)與子系統(tǒng)之間是存在聯(lián)系的，戰(zhàn)略決策子系統(tǒng)相關(guān)人員需全盤考慮智能機器人應(yīng)用于MOOC的可行性以及如何正確運用其中；智能機器人的加入對學生管理子系統(tǒng)產(chǎn)生影響，因為教育者形式的改變，直接影響學習者的學習效果；學術(shù)研究子系統(tǒng)的參與對象發(fā)生改變，在原來的專業(yè)教師和學生中增加智能機器人的角色；社會服務(wù)子系統(tǒng)所創(chuàng)造的價值與智能機器人有莫大的聯(lián)系，智能機器人有效應(yīng)用于MOOC教學與系統(tǒng)創(chuàng)造的價值成正相關(guān)。

與原MOOC系統(tǒng)相似，該系統(tǒng)仍具有開放性，與外部環(huán)境密切相關(guān)，且相關(guān)度有所增長，因為新系統(tǒng)更多依賴于技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的創(chuàng)新意味著系統(tǒng)相應(yīng)地變化[6]。新MOOC系統(tǒng)的外部環(huán)境仍包括教育和科研大系統(tǒng)、科技創(chuàng)新大系統(tǒng)、社會大系統(tǒng)和經(jīng)濟大系統(tǒng)等。

圖3 智能機器人充當名師的MOOC教學系統(tǒng)關(guān)系圖

4 對新MOOC系統(tǒng)架構(gòu)的思考

①從科學技術(shù)系統(tǒng)的角度來看，MOOC系統(tǒng)外部環(huán)境的技術(shù)確實日新月異，人們幾十年來對智能機器人的開發(fā)和研究，使得機器人技術(shù)取得了巨大的成就。隨著人工智能、智能控制和計算機技術(shù)的發(fā)展，智能機器人在當前的軍事、醫(yī)學、科研等領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用，但能否創(chuàng)造出適合MOOC系統(tǒng)應(yīng)用的智能機器人是新MOOC系統(tǒng)架構(gòu)的關(guān)鍵問題。

②從教育系統(tǒng)大格局的角度來看，教學子系統(tǒng)的主要參與對象一般是教師、學生、行政管理人員，如若硬智能機器人能成功在MOOC系統(tǒng)中充當教師的角色，這一模式極有可能滲透到普通的教學課堂當中。智能機器人在生產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，大量減少了人力的投入，若應(yīng)用于教學，在未來教學中的教師主要功能會更改為教會智能機器人如何教學。智能機器人培養(yǎng)輸出的人才的質(zhì)量須大于專業(yè)教師培養(yǎng)輸出人才的質(zhì)量，新MOOC系統(tǒng)的搭建才有價值，而教育系統(tǒng)體系也會逐漸由一個定態(tài)變化到另一個定態(tài)。

③從經(jīng)濟系統(tǒng)目標的角度來看，MOOC一般由企業(yè)、機構(gòu)或者學校制作課程，大部分需向?qū)W習者收取一定的費用，以維持整個系統(tǒng)的正常運作。雖然教育效益大于經(jīng)濟效益，但產(chǎn)業(yè)的發(fā)展必須要有經(jīng)濟效益的支撐。智能機器人應(yīng)用于MOOC的研發(fā)設(shè)計前期需大量資金的投入，若后期穩(wěn)定實施應(yīng)用后的效益長期小于投入，那這個系統(tǒng)的長遠發(fā)展就會產(chǎn)生問題，需要進一步改進。

新MOOC系統(tǒng)架構(gòu)的搭建是一個基于現(xiàn)實的理想化設(shè)想，必須滿足以上提到的3點，甚至是更多未能考慮到的要求方可長遠實施下去，進而達到穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié) 語

智能機器人應(yīng)用于MOOC充當教師角色后，形成一個開放且更為復雜的巨系統(tǒng)，無疑它的運行架構(gòu)的搭建是一項艱巨的學術(shù)任務(wù)。文章僅提供了初步的猜想和框架的搭建，整個框架的構(gòu)建及更為切實可行的措施仍需要在深度系統(tǒng)理論、教育學、管理學等方面進行深度研究。

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（見習編輯：景貴英）