余小鵬，余小高

1.武漢工程大學管理學院，湖北 武漢 430205；

2.湖北經(jīng)濟學院信息管理學院，湖北 武漢 430205

MOOC（massive open online courses，MOOC）是遠程教育的最新發(fā)展，于2013年全球興起之后，MOOC模式的高校教育聯(lián)盟不斷出現(xiàn)。大規(guī)模、在線、開放是MOOC的顯著特點。傳統(tǒng)課堂教學要求師生于時空上聚在一起，這需要時間成本和資金成本，而MOOC是一種遠程教學，其泛在的學習形式、豐富的學習資源等，使MOOC成本較低廉，對學生有極大的吸引力。同時，這些優(yōu)勢也有助于解決教育資源分配不均等難題，一定程度上能縮小教育差距，促進教育公平。

但是MOOC教育理念較之傳統(tǒng)課堂教學并沒有大的突破，反倒失去了傳統(tǒng)課堂教學中師生之間的面對面交互，它的教學過程缺乏情境，缺乏交互?！吨袊鳰OOC建設與發(fā)展白皮書》明確指出MOOC教學模式有待突破［1］。

1 提出問題

1.1 MOOC教學模式分析

MOOC教學模式情境缺乏。絕大多數(shù)MOOC的教學模式仍基于行為主義學習理論，提供給學生的視頻其實都是一幀一幀的靜態(tài)圖像，其教學過程缺乏情境，沒有沉浸感［2-3］；教師與學生之間的互動難以有效展開，學生很難獲取傳統(tǒng)課堂學習過程中的代入感［4］。情境的缺乏，非常不利于學生的參與，影響了學生對知識的理解。而絕大多數(shù)情況下小學生的學習更依賴由直接觀察所獲得的具體化經(jīng)驗和理解［5］，因此情境缺乏對小學生的影響非常明顯。MOOC教學模式交互性不足，僅提供BBS、email、wiki等工具進行交互。大量課程視頻組織形式單一［6］，對創(chuàng)建類活動等的設計并不多［2］。學生僅能聽，不能參與到課堂中，無法參與解題等。

情境的缺乏、交互性的不足，使得當前MOOC教學模式不符合當前個性化自適應學習、智慧教育等理論的要求。

1.2 情境仿真支持系統(tǒng)的提出

基于建構主義的情境學習理論，強調(diào)知識與情境之間動態(tài)相互作用，具有真實性、實踐性、交互性、社會性等特點；而慕課網(wǎng)絡環(huán)境具有跨時空性、開放性、數(shù)字化、虛擬化等特點，為基于情境的學習活動提供了一定支撐。從情境視角對MOOC教學模式進行研究，既符合理論需求，又有一定的環(huán)境基礎。

情境仿真能有效增強MOOC教學模式的情境性與交互性［7-8］。教師要進行情境仿真，就必須掌握較為復雜的仿真技術，然而多數(shù)教師不一定能熟練掌握該技術［9-15］。教學作為目的，就有可能與作為手段的仿真技術發(fā)生沖突。同時，因為學生情境、教師情境等種種原因，即使講授相同問題，教師們對問題情境的創(chuàng)設也會有一定的個性化差異。因此，支持情境個性化仿真的工具就顯得十分必要。

為了彌補慕課不足，提出情境仿真支持系統(tǒng)C3S。該系統(tǒng)支持學習情境的仿真，包括問題情境、問題情境重構、教師提問等，很大程度上增強了慕課情境性與交互性，大大有利于教師的“教”，也有利于學生的“學”。

2 情境仿真支持系統(tǒng)C3S

2.1 功能結(jié)構

慕課的流行會致使教師陷入繁瑣的技術陷阱［9-10］，情境化要求將使該問題更加突出。情境仿真支持系統(tǒng)（content simulation support system，C3S）有效支持情境仿真的個性化創(chuàng)設，使得教師能專注于教學而避免陷入仿真技術的旋渦。其主要構成有：領域知識庫，簡單情境設計語言CS_L#，領域仿真構件列表Component_List，情境編輯模塊CS_Edit，情境執(zhí)行模塊CS_Do，情境感知模塊CS_Aware等等。C3S功能結(jié)構圖如圖1所示。

圖1 C3S系統(tǒng)功能結(jié)構圖Fig.1 System function structure diagram of C3S

其中，領域知識庫（Domain_DB）是為了教學以及情境仿真的需要，根據(jù)一定領域知識設計而成的數(shù)據(jù)庫，包括定義、公式、理論等。例如小學數(shù)學中的解方程、分解因式、提取公因數(shù)、最小公倍數(shù)與最大公約數(shù)等。CS_L#是面向一定領域的簡單情境仿真語言，是一套簡易關鍵詞、詞法與句法的集合，采用類似C#的數(shù)據(jù)類型、詞語與句法。

Component_List是面向領域的一系列仿真構件集合，供用戶調(diào)用，由系統(tǒng)提供，根據(jù)Domain_DB設計而成。例如：可從小學數(shù)學的七類行程問題、六類鐘表問題中提取出主要仿真構件“行程角色”（包括人、車類）、鐘表等。Componenti包括屬性、事件與動作，可描述為：

其中Arr_List主要描述Componenti的屬性及屬性值，例如“行程角色”屬性包括行程開始時間、方向或者、速度等，鐘表屬性包括表盤、刻度的顯示，分針與時針轉(zhuǎn)動的關系，以及初始轉(zhuǎn)動速度、初始時間等。Method_List就是Componenti在情境仿真中的所應具備的動作，例如“行程角色”沿線段移動、鐘表時針與分針的轉(zhuǎn)動等。Event_List響應用戶鼠標鍵盤等交互信息，例如：鐘表初始時間設置時的按鈕點擊、方程組未知數(shù)設置時的輸入等。

情境編輯模塊CS_Edit主要用于用戶對情境的仿真進行編輯，由常用構件（例如按鈕、文本框等），領域仿真構件列表Component_List，編輯單元等構成。CS_Edit的輸出為情境仿真文件CS_File，記錄著情境的構成、布局，各構成要素的狀態(tài)、事件與動作等信息。鐘表問題的一個CS_Edit界面如圖2所示，用戶可以從工具欄中選擇“鐘表”，在編輯區(qū)進行屬性設置。

CS_File文件為XML結(jié)構，其最外層節(jié)點為CS_Form。當前節(jié)點的簡單屬性包含在節(jié)點中，子節(jié)點為其復雜屬性（property），事件（event）和方法（method），以及被包含的元素。

情境執(zhí)行模塊CS_Do首先對CS_File進行詞法與句法分析，然后將CS_File轉(zhuǎn)變?yōu)镃#類。構件的屬性、事件與方法對應著該類的相應項；再由相應解釋器Compiler解釋執(zhí)行，實現(xiàn)情境仿真。

情境感知模塊CS_Aware嵌入在情境編輯模塊CS_Edit中，可以把CS_Edit中的對象Componenti設置為情境感知熱點HotSpot，然后基于HotSpot，收集用戶情境信息，為分析學生學習情況做好數(shù)據(jù)準備。

圖2 CS_Edit情境編輯界面Fig.2 Context editing interface ofCS_Edit

2.2 體系結(jié)構

C3S從情境仿真的角度對MOOC進行支持。其工作主要流程是：教師在瀏覽器端調(diào)用C3S對各類學習情境進行仿真創(chuàng)設，形成一系列仿真文件CS_File，嵌入到傳統(tǒng)課件視頻文件中，并設置其被執(zhí)行機制；在學生端，由播放頁面解釋執(zhí)行仿真文件，達到增強情境特征與交互性的目的。

C3S基于B/S結(jié)構，其核心部件例如知識庫、解釋器等，嵌入在Web服務器中；在瀏覽器端需要C3S插件支持，并對播放器進行擴展。C3S插件負責在教師端支持仿真創(chuàng)設，在學生端解釋執(zhí)行仿真文件。該插件目前使用ActiveX方式實現(xiàn)。C3S體系結(jié)構如圖3所示。

圖3 C3S體系結(jié)構Fig.3 Architecture of C3S

3 C3S在MOOC教學模式中的應用

傳統(tǒng)課堂教學的主要模式往往是教師以PPT+黑板的方式授課。MOOC教學應該對更多學習情境進行支持，C3S能有效支持MOOC中的情境仿真。

調(diào)用C3S插件，在播放過程中根據(jù)時間戳等條件，使用JavaScript、Flash等停止視頻播放、調(diào)用CS_Do執(zhí)行仿真文件，仿真課堂作業(yè)布置等情境。如圖4所示，視頻播放到一定時刻，可以彈出教師布置的課堂作業(yè)。學生進而進行問題情境重構與解題，之后繼續(xù)觀看慕課視頻，彼此不影響。

圖4 CSMOOCs課堂作業(yè)布置示意圖Fig.4 Sketch diagram of classroom assignment inCSMOOCs

問題情境重構支持學生對問題情境進行動畫等方式的仿真，以較為直觀的方式表達問題情境，非常有利于學生對知識的理解。圖5（a）為圖4所示數(shù)學題的情境仿真界面，圖5（b）為情境重構界面。在圖5（a）中，教師可調(diào)用CS_Edit，在工具欄中選擇構件，在編輯區(qū)進行仿真創(chuàng)設，生成CS_File文件。在圖5（b）中，構件相較簡單，來源于（a）生成的CS_File ，例如只有“甲車”、“乙車”與“AB兩地”等；學生可以選擇構件，重構出問題情境，其中子窗口分別是編輯窗口與仿真運行窗口。

圖5 問題情境仿真與重構界面：（a）問題情境仿真；（b）問題情境重構Fig.5 Sketch diagrams：（a）Problem context simulation interface；（b）Problem context reconstruction interface

圖6為解題仿真界面，可以把學生與圖6（a）所示的文本框、下拉框等構件的交互行為記錄下來，以感知學生“設置未知數(shù)”等題意理解方面的能力；學生可通過“選擇文本”的方式對選擇的方程組、等式或者一般計算式進行一定操作（見圖6（a））、并錄入“計算結(jié)果”，最后由系統(tǒng)對該結(jié)果進行自動判斷，如圖6（b）圖所示。把該過程記錄下來，可以有效感知學生解題步驟的正確性，進而分析學生對知識點的掌握程度。

圖6 解題情境與情境感知界面：（a）情境感知，（b）解題情境Fig.6 Sketch diagrams：（a）Context aware interface；（b）Solving problem context interface

解題情境提供對學生在線解題步驟的支持，調(diào)用情境感知模塊捕獲學生的答題行為，對學生答題步驟進行感知，并分析學生對知識的把握情況，有利于教師進一步作出個性化輔導。

根據(jù)上述分析，C3S能有效支持MOOC環(huán)境下更多的學習情境，增強了慕課課堂互動，使其更加接近真實課堂。

4 結(jié) 語

慕課發(fā)展非常迅猛，其低廉的教育成本、泛在的學習形式，使其得到很大程度上的認可。然而，MOOC教學模式缺乏情境、交互性不足。建構主義學習理論是慕課教學的理論基礎之一，情境學習理論是建構主義的發(fā)展。文章以情境學習理論為基礎，提出情境仿真支持系統(tǒng)C3S，及其在MOOC中的應用。C3S通過在課件視頻中嵌入系列情境仿真文件來支持更多的學習情境，很大程度上提高了情境性與交互性，大大有利于慕課教學質(zhì)量的提高，非常有利于教育公平。

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