智慧課堂實(shí)現(xiàn)方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)
——以統(tǒng)計(jì)學(xué)與機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域?yàn)槔?/h1>
2019-02-20 11:15:48鄭宇晨鄭亞琴
銅陵學(xué)院學(xué)報(bào) 2019年6期
鄭宇晨 鄭亞琴
（1.四川師范大學(xué)，四川 成都 610068；2.安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)，安徽 蚌埠 233030）
一、引言
在新的教育形勢(shì)下，將新興技術(shù)與傳統(tǒng)教育模式相結(jié)合進(jìn)而 “跨入”以信息化為基點(diǎn)的新型教育模式——智慧課堂，已經(jīng)開始受到教育界的普遍認(rèn)同[1]。智慧課堂即是微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、互動(dòng)課堂等“傳統(tǒng)”教育信息化形式在“智能+”時(shí)代下演進(jìn)發(fā)展的產(chǎn)物，最終將顛覆傳統(tǒng)課堂教學(xué)，徹底帶來(lái)從“以師為主”向“以生為主”、“（學(xué)生）被動(dòng)學(xué)習(xí)”向“主動(dòng)學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變。
現(xiàn)有關(guān)于智慧課堂的研究，更多基于理論層面，實(shí)操性有限，或者僅限于對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行局部探討，智能化、多平臺(tái)多終端交互友好、操作性強(qiáng)的系統(tǒng)化智慧課堂實(shí)現(xiàn)方案亟待提出。本文提出一種智慧課堂學(xué)習(xí)平臺(tái)科學(xué)的設(shè)計(jì)方案及流程，擁有可以精準(zhǔn)推薦的數(shù)據(jù)庫(kù)，具備系統(tǒng)、個(gè)性化、人性化、多元化的知識(shí)呈現(xiàn)方式，采用更先進(jìn)的記憶方法指導(dǎo)用戶學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了“課前、課中、課后”的三階段學(xué)習(xí)模式及學(xué)情的實(shí)時(shí)分析，并通過(guò)豐富的激勵(lì)機(jī)制使學(xué)習(xí)的趣味性相比各種傳統(tǒng)在線學(xué)習(xí)方式大為提高。技術(shù)層面上，引入統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（Statistical Process Control，后文中簡(jiǎn)稱為SPC）、文本識(shí)別等技術(shù)，從課堂中的彈幕、課堂反饋留言等入手收集數(shù)據(jù)，根本性地提升了平臺(tái)的性能。SPC是指應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)某個(gè)過(guò)程的各個(gè)階段實(shí)行監(jiān)控。其目的是盡快診斷出異常并及時(shí)采取措施做出調(diào)整，進(jìn)而改進(jìn)及保證過(guò)程的質(zhì)量[2]。
智慧課堂在學(xué)術(shù)圈和實(shí)踐中皆尚未形成具有公信力的定義。本文認(rèn)為智慧課堂的內(nèi)涵及外延應(yīng)包括共8個(gè)維度：智能化的，信息化的軟硬件環(huán)境；個(gè)性化學(xué)習(xí)方式及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)學(xué)習(xí)者有吸引力的知識(shí)傳播模式；師生之間，生生之間多樣化的互動(dòng)形式；電子化程度較高的學(xué)習(xí)方式；“課前、課中、課后”的三階段學(xué)習(xí)模式；繼承傳統(tǒng)課堂的優(yōu)勢(shì)并改進(jìn)其不足；對(duì)用戶表現(xiàn)更全面、更基于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、綜合評(píng)價(jià)。
二、前人研究綜述及數(shù)據(jù)分析
（一）智慧課堂實(shí)現(xiàn)方案的學(xué)術(shù)研究現(xiàn)狀
“智能+”對(duì)我國(guó)教育研究的轉(zhuǎn)型影響巨大，智慧課堂是發(fā)展的新方向[3-4]。智慧課堂的實(shí)現(xiàn)涉及到智慧教育理念、智慧教學(xué)軟硬件條件、智慧課堂教學(xué)模式與方法、智慧課堂教學(xué)內(nèi)容等方面，需要進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有的研究如下：
汪瓊等（2018）對(duì)中小學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行了文本分析[5]，劉邦奇等（2018）建立了智慧課堂的數(shù)據(jù)挖掘分析應(yīng)用模型，并做了基于中小學(xué)的實(shí)證分析[6]。以上基于中小學(xué)的研究成果無(wú)法較好地推廣到高等教育，更毋論普適性的教育實(shí)踐。王冬青等（2018；2019）就智慧教學(xué)數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互可視化做了技術(shù)性的探討[7][8]，此乃“術(shù)”，而非“道”。 Sun Y G（2018）的實(shí)證研究結(jié)果表明，智慧課堂可以有效提高俄羅斯大學(xué)生的專業(yè)能力[9]。我國(guó)的教育現(xiàn)狀不同于俄羅斯。 Cheng N H 等（2014）、張艷等（2018）、Wang D 等（2018）、邱藝等（2019）從不同地維度詮釋了合理的智慧課堂設(shè)計(jì)方案需要包含的要素，如：智慧環(huán)境，個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)與云平臺(tái)，“教”與“學(xué)”的雙向互動(dòng)，實(shí)時(shí)分析[10][11[12][13]。 Zhang C S 等（2018）提出了“課前、課中、課后”的三階段智慧課堂平臺(tái)設(shè)計(jì)思想[14]，楊現(xiàn)民等（2018）較為系統(tǒng)地探討了智慧教學(xué)大數(shù)據(jù)的實(shí)踐框架[15]；然而以上研究是針對(duì)“道”的，在“術(shù)”的層面上有所缺憾，難以實(shí)操。
綜上，兼顧“術(shù)”和“道”，綜合前人較“微觀”的研究著眼點(diǎn)且具有實(shí)操性的智慧課堂實(shí)現(xiàn)方案亟待提出。
（二）智慧課堂的國(guó)內(nèi)實(shí)踐現(xiàn)狀
總體而言，國(guó)內(nèi)的智慧課堂實(shí)踐雖然取得了一些成績(jī)，但依然“智慧化”程度很低，處于起步階段。許多所謂的“智慧課堂”只是噱頭，實(shí)質(zhì)為具備有限互動(dòng)功能的視頻課程或互動(dòng)課堂。舉例：1.某中學(xué)試行開設(shè)的外教遠(yuǎn)程授課，內(nèi)容為“AI入門”。2.網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于辦公軟件的“智慧教學(xué)”，采用QQ群進(jìn)行師生互動(dòng)。
從教育階段來(lái)看，智慧課堂主要應(yīng)用在中、小學(xué)教學(xué)，鮮有本科及更高層次的實(shí)踐。從地域分布來(lái)看，地區(qū)間發(fā)展非常不平衡，智慧課堂的“試水”集中在一線城市（北上廣深）、南京、合肥、西安及四川的一些偏遠(yuǎn)地區(qū)。從業(yè)界的參與度來(lái)看，科大訊飛已經(jīng)在部分中小學(xué)中推進(jìn)智慧課堂系統(tǒng)并取得了成功；中國(guó)電信與成都信息工程大學(xué)共同成立的“5G校企智慧實(shí)驗(yàn)室”，打造了“產(chǎn)學(xué)研”一體化平臺(tái)；聯(lián)想、中國(guó)移動(dòng)也參與了“試水”。但總體而言，參與的企業(yè)比例很低，業(yè)界對(duì)智慧課堂的反映敏感性較為滯后。
所以，從應(yīng)用層面上，急需要提出一個(gè)基于智慧課堂的智慧學(xué)習(xí)范式，即最優(yōu)化智慧課堂的教學(xué)環(huán)境，充分利用智慧教學(xué)平臺(tái)，提出個(gè)性化教育方案并提升和優(yōu)化傳統(tǒng)課堂教學(xué)。
（三）研究現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)分析
本部分以“智慧課堂”為關(guān)鍵詞，根據(jù)CNKI的搜索結(jié)果，對(duì)國(guó)內(nèi)前人的研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。中文學(xué)術(shù)期刊被分為2類：權(quán)威CSSCI期刊、其它。權(quán)威CSSCI期刊的認(rèn)定姑且以 《四川師范大學(xué)中文權(quán)威核心期刊（獎(jiǎng)勵(lì)版）分類目錄》為依據(jù)，表述為“高級(jí)別的研究成果”，無(wú)任何貶損其它刊物之意。
圖1 2013年以來(lái)論文發(fā)表數(shù)量趨勢(shì)擬合圖
由圖1可見，僅從發(fā)表數(shù)量來(lái)看，研究智慧課堂的文章在近幾年中呈現(xiàn)“井噴”的趨勢(shì)。然而，截止2019年4月30日，僅有15篇涉及智慧課堂的權(quán)威CSSCI期刊論文已發(fā)表，其中12篇來(lái)源于權(quán)威B級(jí)的《電化教育研究》、2篇來(lái)源于權(quán)威B級(jí)的《中國(guó)教育學(xué)刊》、僅有1篇來(lái)源于權(quán)威A1級(jí)的《教育研究》。相關(guān)論文在2013年上半年第一次出現(xiàn)；從2017年開始，呈現(xiàn)常態(tài)化出現(xiàn)，維持平均2-3篇（/半年）的水平，表明關(guān)于智慧課堂的高水平研究在國(guó)內(nèi)還比較匱乏，且近2、3年中存在日漸增多的“蹭熱度”研究。
下對(duì)2013年以來(lái)的權(quán)威CSSCI論文和全部文章分別提取關(guān)鍵詞，做詞云分析，以期深入地洞察近些年對(duì)于智慧課堂的研究動(dòng)態(tài)，把握研究的熱點(diǎn)，分析研究的“盲區(qū)”。
以5次為閥值，出現(xiàn)頻數(shù)較高的關(guān)鍵詞依次為：智慧15次，課堂14次，分析8次，數(shù)據(jù)7次，教學(xué)和學(xué)習(xí)各6次。以“智慧課堂”為關(guān)鍵詞搜索，顯然智慧、課堂出現(xiàn)的頻率高；故需要重點(diǎn)關(guān)注的詞：數(shù)據(jù)、分析、教學(xué)、學(xué)習(xí)。故高級(jí)別的研究往往關(guān)注智慧課堂的兩點(diǎn)特性：1.數(shù)據(jù)分析。沒(méi)有數(shù)據(jù)分析的課堂不是智慧課堂。2.教與學(xué)。智慧課堂需要同時(shí)關(guān)注教師的知識(shí)傳遞（“輸出”）與學(xué)生的知識(shí)接受（“輸入”）兩個(gè)方向。
進(jìn)一步研究2015年以來(lái)，432篇涉及智慧課堂的全部中文文章，對(duì)關(guān)鍵詞做詞云分析的結(jié)果如圖所示：
圖2 全部文章中關(guān)鍵詞的詞云分析
除智慧、課堂兩個(gè)詞之外，教學(xué)以171次詞頻為最高，遠(yuǎn)多于出現(xiàn)詞頻較高的另一個(gè)關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)（55次），表明多數(shù)研究更多地關(guān)注教師的“輸出”而非學(xué)生的“輸入”，即許多研究者在潛意識(shí)中尚未能實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)課堂教學(xué)向智慧課堂的觀念轉(zhuǎn)變。其它分析結(jié)果小結(jié)：從受教育層次來(lái)看，?？萍耙韵聦W(xué)歷層次的智慧教育研究占據(jù)絕大多數(shù)，針對(duì)高等教育或全年齡段人群的研究較為匱乏；智能化、信息化環(huán)境已經(jīng)收到較高的關(guān)注。
綜上，國(guó)內(nèi)智慧課堂的研究現(xiàn)狀為：（1）研究較為豐富的維度：智能化的、信息化的軟硬件環(huán)境，電子化程度較高的學(xué)習(xí)方式，繼承傳統(tǒng)課堂的優(yōu)勢(shì)并改進(jìn)其不足。（2）研究略顯不足的維度：師生之間、生生之間多樣化的互動(dòng)形式，對(duì)學(xué)習(xí)者有吸引力的知識(shí)傳播模式，“課前、課中、課后”的三階段學(xué)習(xí)模式。（3）研究嚴(yán)重不足的維度：個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)用戶表現(xiàn)更全面、更基于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、綜合評(píng)價(jià)。
本文將嘗試提出一種智慧教育產(chǎn)品試點(diǎn)方案設(shè)計(jì)，以期繼承前人研究之“長(zhǎng)”，彌補(bǔ)前人研究之“短”，嘗試為智慧課堂的研究與實(shí)踐提供較為系統(tǒng)、完整的解決方案和指導(dǎo)。
三、具有通用性的智慧課堂試點(diǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案
智慧課堂產(chǎn)品設(shè)計(jì)可從某一領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)的普及化教育展開，如果試點(diǎn)成功，再逐步將一所高校開設(shè)的課程與各種網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源一起納入產(chǎn)品，最終在以該校為代表的部分高校首先建立起較為完善的、互通的、具有普適性（而非僅針對(duì)中、小學(xué)生）的智慧課堂實(shí)現(xiàn)方案。且以四川師范大學(xué)（下文中簡(jiǎn)稱“川師”）為例進(jìn)行探討和說(shuō)明，該校是全國(guó)首批推進(jìn)5G進(jìn)校園的少數(shù)高校之一。其它學(xué)校的實(shí)踐同理。以統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)作為試點(diǎn)領(lǐng)域，因?yàn)樵擃I(lǐng)域可以作為各專業(yè)師生開展學(xué)習(xí)、科研的重要工具，也是學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)、人工智能的前提。機(jī)器學(xué)習(xí)是當(dāng)下的熱門研究技術(shù)，主要基于計(jì)算機(jī)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和數(shù)學(xué)專業(yè)的知識(shí)。
通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)稱為“統(tǒng)計(jì)智能”的學(xué)習(xí)平臺(tái)，有PC端學(xué)習(xí)軟件和手機(jī)端APP供選擇；旨在科普統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)中較為基礎(chǔ)的知識(shí)和技術(shù)。下文以APP設(shè)計(jì)為例來(lái)探討，PC端的軟件設(shè)計(jì)思路同理可得。開發(fā)APP的計(jì)算機(jī)技術(shù)不在本文的探討范圍之內(nèi)。平臺(tái)的設(shè)計(jì)流程是具有一般性的，同理可用于其它學(xué)科、領(lǐng)域的智慧課堂設(shè)計(jì)。思路如下：
（一）借鑒“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”APP，構(gòu)建一個(gè)基礎(chǔ)的“智慧”學(xué)習(xí)系統(tǒng)
仿照“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”的設(shè)計(jì)，在“統(tǒng)計(jì)智能”APP中，借鑒用戶的登錄和搜索功能，將知識(shí)分版塊的形式進(jìn)行歸類推薦。
第1個(gè)版塊是統(tǒng)計(jì)與生活，旨在培養(yǎng)用戶對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的興趣。該版塊是最主要的知識(shí)普及版塊，對(duì)數(shù)學(xué)的要求不超過(guò)高二文科生的水平。第2個(gè)版塊有選擇地推薦前沿的學(xué)術(shù)、業(yè)界動(dòng)態(tài)并介紹需要一定知識(shí)背景的生活實(shí)例，旨在提升用戶把統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)作為“工具”使用的能力。內(nèi)容的設(shè)計(jì)原則是“2分理論，8分應(yīng)用”。在第3個(gè)版塊中，針對(duì)用戶需要，推薦個(gè)性化學(xué)習(xí)素材。該版塊的內(nèi)容會(huì)基于對(duì)用戶在注冊(cè)賬戶時(shí)提供的信息、填寫的學(xué)習(xí)訴求以及在其它版塊中的學(xué)習(xí)表現(xiàn)分析得出，比如：對(duì)于一位非理工科專業(yè)的本科生，學(xué)習(xí)目標(biāo)是對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)有初步了解并會(huì)用SPSS進(jìn)行菜單式操作，在平臺(tái)上的學(xué)習(xí)表現(xiàn)也一般；則系統(tǒng)為他推薦內(nèi)容簡(jiǎn)單、操作步驟詳盡、知識(shí)量較小的學(xué)習(xí)材料。而對(duì)于一位志在發(fā)表高水平SCI的物理學(xué)教授，則可以從相關(guān)領(lǐng)域的TOP期刊中選擇與其研究興趣一致的文章作為“工具”推薦。
前3個(gè)是“統(tǒng)計(jì)智能”學(xué)習(xí)平臺(tái)的基本版塊。之后的版塊提供給有興趣系統(tǒng)學(xué)習(xí)的用戶，多數(shù)需要具備基本的高等數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)操作知識(shí)。具體設(shè)置如下：第4-6版塊為“統(tǒng)計(jì)版塊”，依次為抽樣分布、參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)，以《數(shù)理統(tǒng)計(jì)》的視角將統(tǒng)計(jì)學(xué)劃分為三部分，幫助用戶在統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域入門；第7-9版塊為“機(jī)器學(xué)習(xí)版塊”，依次為監(jiān)督學(xué)習(xí)、非監(jiān)督學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)版塊，教學(xué)重點(diǎn)為建模及使用R或Python軟件的實(shí)現(xiàn)；第10版塊為統(tǒng)計(jì)學(xué)史，用于激發(fā)平臺(tái)對(duì)以文、史、哲類為代表的純文科用戶之吸引力，也使平臺(tái)中的知識(shí)體系更加完整；第11、12版塊依次為深度學(xué)習(xí)和人工智能入門、大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下的統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)，為用戶提供拓展閱讀。
（二）設(shè)計(jì)激勵(lì)機(jī)制
“統(tǒng)計(jì)智能”學(xué)習(xí)平臺(tái)還將借鑒一些其它受歡迎的APP形式并做出改進(jìn)，如：百詞斬、扇貝網(wǎng)等英語(yǔ)學(xué)習(xí)APP，以期更好地維持用戶黏著度并保持更高的市場(chǎng)占有率。
所以，平臺(tái)的設(shè)計(jì)將允許用戶每天在社交媒體中打卡展示；再根據(jù)學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行積分，用于評(píng)定等級(jí)，以“電子獎(jiǎng)?wù)隆保ㄈ纾篞Q中是太陽(yáng)、月亮和星星）的形式呈現(xiàn)。針對(duì)每一位用戶，按照周、月、季度、年生成學(xué)習(xí)報(bào)告，該報(bào)告將對(duì)學(xué)習(xí)人格、學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)收獲進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和可視化呈現(xiàn)，并對(duì)高水平的課堂交流、學(xué)術(shù)論文的閱讀給予醒目標(biāo)出并支持分享，以期激勵(lì)用戶自我總結(jié)反思，堅(jiān)持努力。在報(bào)告最后，為用戶生成一段個(gè)性化的評(píng)語(yǔ)作為鼓勵(lì)。
（三）構(gòu)建“智慧的”的數(shù)據(jù)庫(kù)
建立平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于記錄、整理、存儲(chǔ)用戶信息和學(xué)習(xí)資源。相比普通的數(shù)字化圖書館，更“智慧化”之處在于：數(shù)據(jù)庫(kù)中的學(xué)習(xí)資源將被更合理、有效地分類，以支持（一）、（二）中的功能。舉例：某醫(yī)學(xué)專業(yè)博士生從事基因組方向的研究，針對(duì)10000個(gè)指標(biāo)，需要采用機(jī)器學(xué)習(xí)中的方法Lasso進(jìn)行變量選擇。此時(shí)，平臺(tái)將為其推薦并突出顯示《The Elements of Statistical Learning》等經(jīng)典書籍中關(guān)于Lasso的內(nèi)容，而不是只將電子版直接推薦或在搜索框中展示，需要用戶在每本書中人工搜索自己關(guān)注的內(nèi)容：Lasso。 以《The Elements of Statistical Learning》為例，此書厚達(dá)745頁(yè)且難度較大，而與Lasso建模相關(guān)的內(nèi)容出現(xiàn)在書中不止一處。如果直接推薦此書，只會(huì)讓大部分用戶望而卻步。
（四）建立完善的平臺(tái)評(píng)估機(jī)制
分為三個(gè)部分，對(duì)用戶學(xué)習(xí)效果的評(píng)估、對(duì)平臺(tái)資源的評(píng)估、對(duì)平臺(tái)性能的評(píng)估，旨在對(duì)平臺(tái)的不完善處予以歸因，以期有的放矢的解決，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的不斷改進(jìn)和優(yōu)化。
對(duì)用戶學(xué)習(xí)效果的評(píng)估：在小組討論、師生問(wèn)答環(huán)節(jié)等環(huán)節(jié)都參與度低的用戶很可能代表學(xué)習(xí)態(tài)度不佳。關(guān)于用戶的課堂表現(xiàn)，通過(guò)SPC等技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，詳盡的實(shí)現(xiàn)方案將在以后的研究中探討。
對(duì)平臺(tái)資源的評(píng)估：通過(guò)用戶的學(xué)習(xí)效果，評(píng)估平臺(tái)提供的資源是否有效。比如：平臺(tái)中有3000位用戶登陸學(xué)習(xí)了《線性回歸》視頻教程，姑且將其中2個(gè)稱為A、B。連續(xù)10天，視頻A的平均每日累計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)為50h，視頻B為2600h，差異顯著；可能表明視頻A不受歡迎。下一步從課堂中的彈幕、反饋留言等入手探究問(wèn)題出現(xiàn)的原因。若出現(xiàn)針對(duì)教師授課態(tài)度的群體性負(fù)面評(píng)價(jià)，說(shuō)明責(zé)任在教師，平臺(tái)將著手解決。評(píng)價(jià)指標(biāo)：大量用戶打開了學(xué)習(xí)素材，結(jié)果堅(jiān)持學(xué)完的人數(shù)比例過(guò)低或顯著低于其它同類課程。若有些學(xué)習(xí)材料閱讀人數(shù)過(guò)少，可能的原因是內(nèi)容推送或數(shù)據(jù)庫(kù)中學(xué)習(xí)材料的選擇太難、較偏或無(wú)趣。該學(xué)習(xí)材料將被處理：從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除，僅在第3個(gè)版塊中向部分用戶做個(gè)性化推薦，或調(diào)整到第4-9或11、12版塊中。
對(duì)平臺(tái)性能的評(píng)估：如果出現(xiàn)賬戶登錄速度慢、容易掉線，視頻等學(xué)習(xí)資源加載緩慢、卡頓和延遲，部分用戶不支持資源下載及離線學(xué)習(xí)等問(wèn)題，就是平臺(tái)的性能有待提高[16]。
（五）實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)
后臺(tái)根據(jù)用戶的個(gè)性化選擇，及對(duì)每位用戶的學(xué)習(xí)行為、習(xí)慣和偏好等的分析結(jié)果，將相同“特征”的用戶劃分為一組，為每個(gè)小組安排不同的任務(wù)、學(xué)習(xí)目標(biāo)。
在課前自學(xué)階段，用戶反饋疑問(wèn)給平臺(tái)，平臺(tái)再匯總、建模和分析并可視化后呈現(xiàn)給教師，教師在備課中將有的放矢，在課堂中著重講解學(xué)生的困惑點(diǎn)。這樣，既使得教師備課更輕松，也使得用戶更感到受重視，更有收獲。而傳統(tǒng)教學(xué)中，教師需要“全面?zhèn)湔n”，然后根據(jù)作業(yè)情況、課后與學(xué)生的交流獲得學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，結(jié)果不僅效率偏低；而且，有時(shí)由于問(wèn)題的積壓，可能導(dǎo)致積重難返，學(xué)生的自信心也會(huì)受到打擊。無(wú)論在課上、課中、課后，只要用戶發(fā)出提問(wèn)，系統(tǒng)將自動(dòng)私信回復(fù)一條鼓勵(lì)信息，比如：“積極參與，認(rèn)真思考，繼續(xù)加油，你是最棒的”。對(duì)于隨堂作業(yè)，上傳最快和正確回答問(wèn)題者一視同仁，將給予積分獎(jiǎng)勵(lì)。在課后，平臺(tái)會(huì)借鑒《17天搞定GRE單詞》中推薦的記憶方法，在學(xué)習(xí)后的1天、2天、4天、7天、15天等關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)提醒用戶及時(shí)復(fù)習(xí)，幫助用戶最科學(xué)、高效地鞏固知識(shí)。如果當(dāng)天有新的學(xué)習(xí)內(nèi)容，則要求用戶必須完成復(fù)習(xí)后，才可以開始新的學(xué)習(xí)。
平臺(tái)將支持用戶查詢自己的 “學(xué)習(xí)軌跡”（即有數(shù)據(jù)支撐的學(xué)習(xí)歷史），包括但不限于歷次作業(yè)、測(cè)試的數(shù)據(jù)分析和可視化結(jié)果，課堂表現(xiàn)的實(shí)時(shí)分析。從而對(duì)自己的學(xué)習(xí)狀況，尤其不足之處，可以有更科學(xué)、清晰的認(rèn)識(shí)。個(gè)性化學(xué)習(xí)與激勵(lì)機(jī)制互為補(bǔ)充，以數(shù)據(jù)庫(kù)、完善的平臺(tái)評(píng)估機(jī)制為基礎(chǔ)，旨在更好的理解用戶行為并提高用戶體驗(yàn)。
四、總結(jié)及未來(lái)研究展望
本文基于智慧課堂與其它教育信息化模式的關(guān)系，闡明了實(shí)現(xiàn)方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。區(qū)分權(quán)威CSSCI和其他中文期刊進(jìn)行了對(duì)比梳理，并結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)踐現(xiàn)狀，基于數(shù)據(jù)分析和可視化工具進(jìn)行了定量分析。系統(tǒng)地提出了智慧課堂試點(diǎn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，即具有可操作性的智慧課堂設(shè)計(jì)流程，以 “統(tǒng)計(jì)智能”學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明。特別的，該智慧課堂學(xué)習(xí)平臺(tái)可以使不同年齡段、學(xué)習(xí)階段的使用者受益。
研究展望：1.實(shí)證分析與設(shè)計(jì)改進(jìn)。待“統(tǒng)計(jì)智能”平臺(tái)得以落地實(shí)踐并積累了一定的數(shù)據(jù)量后，再基于數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證和迭代修正，進(jìn)一步拓展其在智慧教學(xué)領(lǐng)域的廣泛深入應(yīng)用。2.更多技術(shù)可以引入智慧課堂的研究，如：變點(diǎn)（Change Point）理論。該理論可以與SPC相結(jié)合，“雙劍合璧”實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)的靈敏監(jiān)測(cè)，對(duì)學(xué)習(xí)平臺(tái)的后臺(tái)運(yùn)行異常給予預(yù)警。
猜你喜歡
每章一練之“反比例函數(shù)”初中生世界·八年級(jí)(2023年8期)2023-08-18 19:05:29 《科學(xué)與社會(huì)》“STS研究”版塊2021年征稿啟事科學(xué)與社會(huì)(2020年4期)2020-03-07 08:54:20 加大對(duì)“無(wú)抗”、“替抗”的產(chǎn)品的研發(fā)，潤(rùn)盈明年要在中草藥版塊再度發(fā)力當(dāng)代水產(chǎn)(2019年11期)2019-12-23 09:03:10 關(guān)注用戶商用汽車(2016年11期)2016-12-19 01:20:16 關(guān)注用戶商用汽車(2016年6期)2016-06-29 09:18:54 關(guān)注用戶商用汽車(2016年4期)2016-05-09 01:23:12 拾起遺落在祖國(guó)版塊上的明珠交通建設(shè)與管理(2015年13期)2015-03-20 15:18:23 如何獲取一億海外用戶創(chuàng)業(yè)家(2015年5期)2015-02-27 07:53:25 有智慧的羊小天使·一年級(jí)語(yǔ)數(shù)英綜合(2014年6期)2014-07-22 23:32:38 智慧派智慧與創(chuàng)想(2013年7期)2013-11-18 08:06:04
鄭宇晨 鄭亞琴
（1.四川師范大學(xué)，四川 成都 610068；2.安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)，安徽 蚌埠 233030）
一、引言
在新的教育形勢(shì)下，將新興技術(shù)與傳統(tǒng)教育模式相結(jié)合進(jìn)而 “跨入”以信息化為基點(diǎn)的新型教育模式——智慧課堂，已經(jīng)開始受到教育界的普遍認(rèn)同[1]。智慧課堂即是微課、慕課、翻轉(zhuǎn)課堂、互動(dòng)課堂等“傳統(tǒng)”教育信息化形式在“智能+”時(shí)代下演進(jìn)發(fā)展的產(chǎn)物，最終將顛覆傳統(tǒng)課堂教學(xué)，徹底帶來(lái)從“以師為主”向“以生為主”、“（學(xué)生）被動(dòng)學(xué)習(xí)”向“主動(dòng)學(xué)習(xí)”的轉(zhuǎn)變。
現(xiàn)有關(guān)于智慧課堂的研究，更多基于理論層面，實(shí)操性有限，或者僅限于對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行局部探討，智能化、多平臺(tái)多終端交互友好、操作性強(qiáng)的系統(tǒng)化智慧課堂實(shí)現(xiàn)方案亟待提出。本文提出一種智慧課堂學(xué)習(xí)平臺(tái)科學(xué)的設(shè)計(jì)方案及流程，擁有可以精準(zhǔn)推薦的數(shù)據(jù)庫(kù)，具備系統(tǒng)、個(gè)性化、人性化、多元化的知識(shí)呈現(xiàn)方式，采用更先進(jìn)的記憶方法指導(dǎo)用戶學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)了“課前、課中、課后”的三階段學(xué)習(xí)模式及學(xué)情的實(shí)時(shí)分析，并通過(guò)豐富的激勵(lì)機(jī)制使學(xué)習(xí)的趣味性相比各種傳統(tǒng)在線學(xué)習(xí)方式大為提高。技術(shù)層面上，引入統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（Statistical Process Control，后文中簡(jiǎn)稱為SPC）、文本識(shí)別等技術(shù)，從課堂中的彈幕、課堂反饋留言等入手收集數(shù)據(jù)，根本性地提升了平臺(tái)的性能。SPC是指應(yīng)用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)某個(gè)過(guò)程的各個(gè)階段實(shí)行監(jiān)控。其目的是盡快診斷出異常并及時(shí)采取措施做出調(diào)整，進(jìn)而改進(jìn)及保證過(guò)程的質(zhì)量[2]。
智慧課堂在學(xué)術(shù)圈和實(shí)踐中皆尚未形成具有公信力的定義。本文認(rèn)為智慧課堂的內(nèi)涵及外延應(yīng)包括共8個(gè)維度：智能化的，信息化的軟硬件環(huán)境；個(gè)性化學(xué)習(xí)方式及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)；對(duì)學(xué)習(xí)者有吸引力的知識(shí)傳播模式；師生之間，生生之間多樣化的互動(dòng)形式；電子化程度較高的學(xué)習(xí)方式；“課前、課中、課后”的三階段學(xué)習(xí)模式；繼承傳統(tǒng)課堂的優(yōu)勢(shì)并改進(jìn)其不足；對(duì)用戶表現(xiàn)更全面、更基于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、綜合評(píng)價(jià)。
二、前人研究綜述及數(shù)據(jù)分析
（一）智慧課堂實(shí)現(xiàn)方案的學(xué)術(shù)研究現(xiàn)狀
“智能+”對(duì)我國(guó)教育研究的轉(zhuǎn)型影響巨大，智慧課堂是發(fā)展的新方向[3-4]。智慧課堂的實(shí)現(xiàn)涉及到智慧教育理念、智慧教學(xué)軟硬件條件、智慧課堂教學(xué)模式與方法、智慧課堂教學(xué)內(nèi)容等方面，需要進(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有的研究如下：
汪瓊等（2018）對(duì)中小學(xué)的翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行了文本分析[5]，劉邦奇等（2018）建立了智慧課堂的數(shù)據(jù)挖掘分析應(yīng)用模型，并做了基于中小學(xué)的實(shí)證分析[6]。以上基于中小學(xué)的研究成果無(wú)法較好地推廣到高等教育，更毋論普適性的教育實(shí)踐。王冬青等（2018；2019）就智慧教學(xué)數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互可視化做了技術(shù)性的探討[7][8]，此乃“術(shù)”，而非“道”。 Sun Y G（2018）的實(shí)證研究結(jié)果表明，智慧課堂可以有效提高俄羅斯大學(xué)生的專業(yè)能力[9]。我國(guó)的教育現(xiàn)狀不同于俄羅斯。 Cheng N H 等（2014）、張艷等（2018）、Wang D 等（2018）、邱藝等（2019）從不同地維度詮釋了合理的智慧課堂設(shè)計(jì)方案需要包含的要素，如：智慧環(huán)境，個(gè)人數(shù)據(jù)庫(kù)與云平臺(tái)，“教”與“學(xué)”的雙向互動(dòng)，實(shí)時(shí)分析[10][11[12][13]。 Zhang C S 等（2018）提出了“課前、課中、課后”的三階段智慧課堂平臺(tái)設(shè)計(jì)思想[14]，楊現(xiàn)民等（2018）較為系統(tǒng)地探討了智慧教學(xué)大數(shù)據(jù)的實(shí)踐框架[15]；然而以上研究是針對(duì)“道”的，在“術(shù)”的層面上有所缺憾，難以實(shí)操。
綜上，兼顧“術(shù)”和“道”，綜合前人較“微觀”的研究著眼點(diǎn)且具有實(shí)操性的智慧課堂實(shí)現(xiàn)方案亟待提出。
（二）智慧課堂的國(guó)內(nèi)實(shí)踐現(xiàn)狀
總體而言，國(guó)內(nèi)的智慧課堂實(shí)踐雖然取得了一些成績(jī)，但依然“智慧化”程度很低，處于起步階段。許多所謂的“智慧課堂”只是噱頭，實(shí)質(zhì)為具備有限互動(dòng)功能的視頻課程或互動(dòng)課堂。舉例：1.某中學(xué)試行開設(shè)的外教遠(yuǎn)程授課，內(nèi)容為“AI入門”。2.網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于辦公軟件的“智慧教學(xué)”，采用QQ群進(jìn)行師生互動(dòng)。
從教育階段來(lái)看，智慧課堂主要應(yīng)用在中、小學(xué)教學(xué)，鮮有本科及更高層次的實(shí)踐。從地域分布來(lái)看，地區(qū)間發(fā)展非常不平衡，智慧課堂的“試水”集中在一線城市（北上廣深）、南京、合肥、西安及四川的一些偏遠(yuǎn)地區(qū)。從業(yè)界的參與度來(lái)看，科大訊飛已經(jīng)在部分中小學(xué)中推進(jìn)智慧課堂系統(tǒng)并取得了成功；中國(guó)電信與成都信息工程大學(xué)共同成立的“5G校企智慧實(shí)驗(yàn)室”，打造了“產(chǎn)學(xué)研”一體化平臺(tái)；聯(lián)想、中國(guó)移動(dòng)也參與了“試水”。但總體而言，參與的企業(yè)比例很低，業(yè)界對(duì)智慧課堂的反映敏感性較為滯后。
所以，從應(yīng)用層面上，急需要提出一個(gè)基于智慧課堂的智慧學(xué)習(xí)范式，即最優(yōu)化智慧課堂的教學(xué)環(huán)境，充分利用智慧教學(xué)平臺(tái)，提出個(gè)性化教育方案并提升和優(yōu)化傳統(tǒng)課堂教學(xué)。
（三）研究現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)分析
本部分以“智慧課堂”為關(guān)鍵詞，根據(jù)CNKI的搜索結(jié)果，對(duì)國(guó)內(nèi)前人的研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和數(shù)據(jù)分析。中文學(xué)術(shù)期刊被分為2類：權(quán)威CSSCI期刊、其它。權(quán)威CSSCI期刊的認(rèn)定姑且以 《四川師范大學(xué)中文權(quán)威核心期刊（獎(jiǎng)勵(lì)版）分類目錄》為依據(jù)，表述為“高級(jí)別的研究成果”，無(wú)任何貶損其它刊物之意。
圖1 2013年以來(lái)論文發(fā)表數(shù)量趨勢(shì)擬合圖
由圖1可見，僅從發(fā)表數(shù)量來(lái)看，研究智慧課堂的文章在近幾年中呈現(xiàn)“井噴”的趨勢(shì)。然而，截止2019年4月30日，僅有15篇涉及智慧課堂的權(quán)威CSSCI期刊論文已發(fā)表，其中12篇來(lái)源于權(quán)威B級(jí)的《電化教育研究》、2篇來(lái)源于權(quán)威B級(jí)的《中國(guó)教育學(xué)刊》、僅有1篇來(lái)源于權(quán)威A1級(jí)的《教育研究》。相關(guān)論文在2013年上半年第一次出現(xiàn)；從2017年開始，呈現(xiàn)常態(tài)化出現(xiàn)，維持平均2-3篇（/半年）的水平，表明關(guān)于智慧課堂的高水平研究在國(guó)內(nèi)還比較匱乏，且近2、3年中存在日漸增多的“蹭熱度”研究。
下對(duì)2013年以來(lái)的權(quán)威CSSCI論文和全部文章分別提取關(guān)鍵詞，做詞云分析，以期深入地洞察近些年對(duì)于智慧課堂的研究動(dòng)態(tài)，把握研究的熱點(diǎn)，分析研究的“盲區(qū)”。
以5次為閥值，出現(xiàn)頻數(shù)較高的關(guān)鍵詞依次為：智慧15次，課堂14次，分析8次，數(shù)據(jù)7次，教學(xué)和學(xué)習(xí)各6次。以“智慧課堂”為關(guān)鍵詞搜索，顯然智慧、課堂出現(xiàn)的頻率高；故需要重點(diǎn)關(guān)注的詞：數(shù)據(jù)、分析、教學(xué)、學(xué)習(xí)。故高級(jí)別的研究往往關(guān)注智慧課堂的兩點(diǎn)特性：1.數(shù)據(jù)分析。沒(méi)有數(shù)據(jù)分析的課堂不是智慧課堂。2.教與學(xué)。智慧課堂需要同時(shí)關(guān)注教師的知識(shí)傳遞（“輸出”）與學(xué)生的知識(shí)接受（“輸入”）兩個(gè)方向。
進(jìn)一步研究2015年以來(lái)，432篇涉及智慧課堂的全部中文文章，對(duì)關(guān)鍵詞做詞云分析的結(jié)果如圖所示：
圖2 全部文章中關(guān)鍵詞的詞云分析
除智慧、課堂兩個(gè)詞之外，教學(xué)以171次詞頻為最高，遠(yuǎn)多于出現(xiàn)詞頻較高的另一個(gè)關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)（55次），表明多數(shù)研究更多地關(guān)注教師的“輸出”而非學(xué)生的“輸入”，即許多研究者在潛意識(shí)中尚未能實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)課堂教學(xué)向智慧課堂的觀念轉(zhuǎn)變。其它分析結(jié)果小結(jié)：從受教育層次來(lái)看，?？萍耙韵聦W(xué)歷層次的智慧教育研究占據(jù)絕大多數(shù)，針對(duì)高等教育或全年齡段人群的研究較為匱乏；智能化、信息化環(huán)境已經(jīng)收到較高的關(guān)注。
綜上，國(guó)內(nèi)智慧課堂的研究現(xiàn)狀為：（1）研究較為豐富的維度：智能化的、信息化的軟硬件環(huán)境，電子化程度較高的學(xué)習(xí)方式，繼承傳統(tǒng)課堂的優(yōu)勢(shì)并改進(jìn)其不足。（2）研究略顯不足的維度：師生之間、生生之間多樣化的互動(dòng)形式，對(duì)學(xué)習(xí)者有吸引力的知識(shí)傳播模式，“課前、課中、課后”的三階段學(xué)習(xí)模式。（3）研究嚴(yán)重不足的維度：個(gè)性化的學(xué)習(xí)方式及后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)用戶表現(xiàn)更全面、更基于數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、綜合評(píng)價(jià)。
本文將嘗試提出一種智慧教育產(chǎn)品試點(diǎn)方案設(shè)計(jì)，以期繼承前人研究之“長(zhǎng)”，彌補(bǔ)前人研究之“短”，嘗試為智慧課堂的研究與實(shí)踐提供較為系統(tǒng)、完整的解決方案和指導(dǎo)。
三、具有通用性的智慧課堂試點(diǎn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方案
智慧課堂產(chǎn)品設(shè)計(jì)可從某一領(lǐng)域知識(shí)、技術(shù)的普及化教育展開，如果試點(diǎn)成功，再逐步將一所高校開設(shè)的課程與各種網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源一起納入產(chǎn)品，最終在以該校為代表的部分高校首先建立起較為完善的、互通的、具有普適性（而非僅針對(duì)中、小學(xué)生）的智慧課堂實(shí)現(xiàn)方案。且以四川師范大學(xué)（下文中簡(jiǎn)稱“川師”）為例進(jìn)行探討和說(shuō)明，該校是全國(guó)首批推進(jìn)5G進(jìn)校園的少數(shù)高校之一。其它學(xué)校的實(shí)踐同理。以統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)作為試點(diǎn)領(lǐng)域，因?yàn)樵擃I(lǐng)域可以作為各專業(yè)師生開展學(xué)習(xí)、科研的重要工具，也是學(xué)習(xí)大數(shù)據(jù)、人工智能的前提。機(jī)器學(xué)習(xí)是當(dāng)下的熱門研究技術(shù)，主要基于計(jì)算機(jī)、統(tǒng)計(jì)學(xué)和數(shù)學(xué)專業(yè)的知識(shí)。
通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)稱為“統(tǒng)計(jì)智能”的學(xué)習(xí)平臺(tái)，有PC端學(xué)習(xí)軟件和手機(jī)端APP供選擇；旨在科普統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)中較為基礎(chǔ)的知識(shí)和技術(shù)。下文以APP設(shè)計(jì)為例來(lái)探討，PC端的軟件設(shè)計(jì)思路同理可得。開發(fā)APP的計(jì)算機(jī)技術(shù)不在本文的探討范圍之內(nèi)。平臺(tái)的設(shè)計(jì)流程是具有一般性的，同理可用于其它學(xué)科、領(lǐng)域的智慧課堂設(shè)計(jì)。思路如下：
（一）借鑒“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”APP，構(gòu)建一個(gè)基礎(chǔ)的“智慧”學(xué)習(xí)系統(tǒng)
仿照“學(xué)習(xí)強(qiáng)國(guó)”的設(shè)計(jì)，在“統(tǒng)計(jì)智能”APP中，借鑒用戶的登錄和搜索功能，將知識(shí)分版塊的形式進(jìn)行歸類推薦。
第1個(gè)版塊是統(tǒng)計(jì)與生活，旨在培養(yǎng)用戶對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的興趣。該版塊是最主要的知識(shí)普及版塊，對(duì)數(shù)學(xué)的要求不超過(guò)高二文科生的水平。第2個(gè)版塊有選擇地推薦前沿的學(xué)術(shù)、業(yè)界動(dòng)態(tài)并介紹需要一定知識(shí)背景的生活實(shí)例，旨在提升用戶把統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí)作為“工具”使用的能力。內(nèi)容的設(shè)計(jì)原則是“2分理論，8分應(yīng)用”。在第3個(gè)版塊中，針對(duì)用戶需要，推薦個(gè)性化學(xué)習(xí)素材。該版塊的內(nèi)容會(huì)基于對(duì)用戶在注冊(cè)賬戶時(shí)提供的信息、填寫的學(xué)習(xí)訴求以及在其它版塊中的學(xué)習(xí)表現(xiàn)分析得出，比如：對(duì)于一位非理工科專業(yè)的本科生，學(xué)習(xí)目標(biāo)是對(duì)統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)有初步了解并會(huì)用SPSS進(jìn)行菜單式操作，在平臺(tái)上的學(xué)習(xí)表現(xiàn)也一般；則系統(tǒng)為他推薦內(nèi)容簡(jiǎn)單、操作步驟詳盡、知識(shí)量較小的學(xué)習(xí)材料。而對(duì)于一位志在發(fā)表高水平SCI的物理學(xué)教授，則可以從相關(guān)領(lǐng)域的TOP期刊中選擇與其研究興趣一致的文章作為“工具”推薦。
前3個(gè)是“統(tǒng)計(jì)智能”學(xué)習(xí)平臺(tái)的基本版塊。之后的版塊提供給有興趣系統(tǒng)學(xué)習(xí)的用戶，多數(shù)需要具備基本的高等數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)操作知識(shí)。具體設(shè)置如下：第4-6版塊為“統(tǒng)計(jì)版塊”，依次為抽樣分布、參數(shù)估計(jì)、假設(shè)檢驗(yàn)，以《數(shù)理統(tǒng)計(jì)》的視角將統(tǒng)計(jì)學(xué)劃分為三部分，幫助用戶在統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域入門；第7-9版塊為“機(jī)器學(xué)習(xí)版塊”，依次為監(jiān)督學(xué)習(xí)、非監(jiān)督學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)版塊，教學(xué)重點(diǎn)為建模及使用R或Python軟件的實(shí)現(xiàn)；第10版塊為統(tǒng)計(jì)學(xué)史，用于激發(fā)平臺(tái)對(duì)以文、史、哲類為代表的純文科用戶之吸引力，也使平臺(tái)中的知識(shí)體系更加完整；第11、12版塊依次為深度學(xué)習(xí)和人工智能入門、大數(shù)據(jù)時(shí)代背景下的統(tǒng)計(jì)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)，為用戶提供拓展閱讀。
（二）設(shè)計(jì)激勵(lì)機(jī)制
“統(tǒng)計(jì)智能”學(xué)習(xí)平臺(tái)還將借鑒一些其它受歡迎的APP形式并做出改進(jìn)，如：百詞斬、扇貝網(wǎng)等英語(yǔ)學(xué)習(xí)APP，以期更好地維持用戶黏著度并保持更高的市場(chǎng)占有率。
所以，平臺(tái)的設(shè)計(jì)將允許用戶每天在社交媒體中打卡展示；再根據(jù)學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行積分，用于評(píng)定等級(jí)，以“電子獎(jiǎng)?wù)隆保ㄈ纾篞Q中是太陽(yáng)、月亮和星星）的形式呈現(xiàn)。針對(duì)每一位用戶，按照周、月、季度、年生成學(xué)習(xí)報(bào)告，該報(bào)告將對(duì)學(xué)習(xí)人格、學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)收獲進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和可視化呈現(xiàn)，并對(duì)高水平的課堂交流、學(xué)術(shù)論文的閱讀給予醒目標(biāo)出并支持分享，以期激勵(lì)用戶自我總結(jié)反思，堅(jiān)持努力。在報(bào)告最后，為用戶生成一段個(gè)性化的評(píng)語(yǔ)作為鼓勵(lì)。
（三）構(gòu)建“智慧的”的數(shù)據(jù)庫(kù)
建立平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于記錄、整理、存儲(chǔ)用戶信息和學(xué)習(xí)資源。相比普通的數(shù)字化圖書館，更“智慧化”之處在于：數(shù)據(jù)庫(kù)中的學(xué)習(xí)資源將被更合理、有效地分類，以支持（一）、（二）中的功能。舉例：某醫(yī)學(xué)專業(yè)博士生從事基因組方向的研究，針對(duì)10000個(gè)指標(biāo)，需要采用機(jī)器學(xué)習(xí)中的方法Lasso進(jìn)行變量選擇。此時(shí)，平臺(tái)將為其推薦并突出顯示《The Elements of Statistical Learning》等經(jīng)典書籍中關(guān)于Lasso的內(nèi)容，而不是只將電子版直接推薦或在搜索框中展示，需要用戶在每本書中人工搜索自己關(guān)注的內(nèi)容：Lasso。 以《The Elements of Statistical Learning》為例，此書厚達(dá)745頁(yè)且難度較大，而與Lasso建模相關(guān)的內(nèi)容出現(xiàn)在書中不止一處。如果直接推薦此書，只會(huì)讓大部分用戶望而卻步。
（四）建立完善的平臺(tái)評(píng)估機(jī)制
分為三個(gè)部分，對(duì)用戶學(xué)習(xí)效果的評(píng)估、對(duì)平臺(tái)資源的評(píng)估、對(duì)平臺(tái)性能的評(píng)估，旨在對(duì)平臺(tái)的不完善處予以歸因，以期有的放矢的解決，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的不斷改進(jìn)和優(yōu)化。
對(duì)用戶學(xué)習(xí)效果的評(píng)估：在小組討論、師生問(wèn)答環(huán)節(jié)等環(huán)節(jié)都參與度低的用戶很可能代表學(xué)習(xí)態(tài)度不佳。關(guān)于用戶的課堂表現(xiàn)，通過(guò)SPC等技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，詳盡的實(shí)現(xiàn)方案將在以后的研究中探討。
對(duì)平臺(tái)資源的評(píng)估：通過(guò)用戶的學(xué)習(xí)效果，評(píng)估平臺(tái)提供的資源是否有效。比如：平臺(tái)中有3000位用戶登陸學(xué)習(xí)了《線性回歸》視頻教程，姑且將其中2個(gè)稱為A、B。連續(xù)10天，視頻A的平均每日累計(jì)學(xué)習(xí)時(shí)長(zhǎng)為50h，視頻B為2600h，差異顯著；可能表明視頻A不受歡迎。下一步從課堂中的彈幕、反饋留言等入手探究問(wèn)題出現(xiàn)的原因。若出現(xiàn)針對(duì)教師授課態(tài)度的群體性負(fù)面評(píng)價(jià)，說(shuō)明責(zé)任在教師，平臺(tái)將著手解決。評(píng)價(jià)指標(biāo)：大量用戶打開了學(xué)習(xí)素材，結(jié)果堅(jiān)持學(xué)完的人數(shù)比例過(guò)低或顯著低于其它同類課程。若有些學(xué)習(xí)材料閱讀人數(shù)過(guò)少，可能的原因是內(nèi)容推送或數(shù)據(jù)庫(kù)中學(xué)習(xí)材料的選擇太難、較偏或無(wú)趣。該學(xué)習(xí)材料將被處理：從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除，僅在第3個(gè)版塊中向部分用戶做個(gè)性化推薦，或調(diào)整到第4-9或11、12版塊中。
對(duì)平臺(tái)性能的評(píng)估：如果出現(xiàn)賬戶登錄速度慢、容易掉線，視頻等學(xué)習(xí)資源加載緩慢、卡頓和延遲，部分用戶不支持資源下載及離線學(xué)習(xí)等問(wèn)題，就是平臺(tái)的性能有待提高[16]。
（五）實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)
后臺(tái)根據(jù)用戶的個(gè)性化選擇，及對(duì)每位用戶的學(xué)習(xí)行為、習(xí)慣和偏好等的分析結(jié)果，將相同“特征”的用戶劃分為一組，為每個(gè)小組安排不同的任務(wù)、學(xué)習(xí)目標(biāo)。
在課前自學(xué)階段，用戶反饋疑問(wèn)給平臺(tái)，平臺(tái)再匯總、建模和分析并可視化后呈現(xiàn)給教師，教師在備課中將有的放矢，在課堂中著重講解學(xué)生的困惑點(diǎn)。這樣，既使得教師備課更輕松，也使得用戶更感到受重視，更有收獲。而傳統(tǒng)教學(xué)中，教師需要“全面?zhèn)湔n”，然后根據(jù)作業(yè)情況、課后與學(xué)生的交流獲得學(xué)生的易錯(cuò)點(diǎn)、難點(diǎn)，結(jié)果不僅效率偏低；而且，有時(shí)由于問(wèn)題的積壓，可能導(dǎo)致積重難返，學(xué)生的自信心也會(huì)受到打擊。無(wú)論在課上、課中、課后，只要用戶發(fā)出提問(wèn)，系統(tǒng)將自動(dòng)私信回復(fù)一條鼓勵(lì)信息，比如：“積極參與，認(rèn)真思考，繼續(xù)加油，你是最棒的”。對(duì)于隨堂作業(yè)，上傳最快和正確回答問(wèn)題者一視同仁，將給予積分獎(jiǎng)勵(lì)。在課后，平臺(tái)會(huì)借鑒《17天搞定GRE單詞》中推薦的記憶方法，在學(xué)習(xí)后的1天、2天、4天、7天、15天等關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)提醒用戶及時(shí)復(fù)習(xí)，幫助用戶最科學(xué)、高效地鞏固知識(shí)。如果當(dāng)天有新的學(xué)習(xí)內(nèi)容，則要求用戶必須完成復(fù)習(xí)后，才可以開始新的學(xué)習(xí)。
平臺(tái)將支持用戶查詢自己的 “學(xué)習(xí)軌跡”（即有數(shù)據(jù)支撐的學(xué)習(xí)歷史），包括但不限于歷次作業(yè)、測(cè)試的數(shù)據(jù)分析和可視化結(jié)果，課堂表現(xiàn)的實(shí)時(shí)分析。從而對(duì)自己的學(xué)習(xí)狀況，尤其不足之處，可以有更科學(xué)、清晰的認(rèn)識(shí)。個(gè)性化學(xué)習(xí)與激勵(lì)機(jī)制互為補(bǔ)充，以數(shù)據(jù)庫(kù)、完善的平臺(tái)評(píng)估機(jī)制為基礎(chǔ)，旨在更好的理解用戶行為并提高用戶體驗(yàn)。
四、總結(jié)及未來(lái)研究展望
本文基于智慧課堂與其它教育信息化模式的關(guān)系，闡明了實(shí)現(xiàn)方案的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路。區(qū)分權(quán)威CSSCI和其他中文期刊進(jìn)行了對(duì)比梳理，并結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)踐現(xiàn)狀，基于數(shù)據(jù)分析和可視化工具進(jìn)行了定量分析。系統(tǒng)地提出了智慧課堂試點(diǎn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，即具有可操作性的智慧課堂設(shè)計(jì)流程，以 “統(tǒng)計(jì)智能”學(xué)習(xí)平臺(tái)的設(shè)計(jì)為例進(jìn)行說(shuō)明。特別的，該智慧課堂學(xué)習(xí)平臺(tái)可以使不同年齡段、學(xué)習(xí)階段的使用者受益。
研究展望：1.實(shí)證分析與設(shè)計(jì)改進(jìn)。待“統(tǒng)計(jì)智能”平臺(tái)得以落地實(shí)踐并積累了一定的數(shù)據(jù)量后，再基于數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)方案進(jìn)行驗(yàn)證和迭代修正，進(jìn)一步拓展其在智慧教學(xué)領(lǐng)域的廣泛深入應(yīng)用。2.更多技術(shù)可以引入智慧課堂的研究，如：變點(diǎn)（Change Point）理論。該理論可以與SPC相結(jié)合，“雙劍合璧”實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生課堂表現(xiàn)的靈敏監(jiān)測(cè)，對(duì)學(xué)習(xí)平臺(tái)的后臺(tái)運(yùn)行異常給予預(yù)警。
猜你喜歡
初中生世界·八年級(jí)(2023年8期)2023-08-18 19:05:29
科學(xué)與社會(huì)(2020年4期)2020-03-07 08:54:20
當(dāng)代水產(chǎn)(2019年11期)2019-12-23 09:03:10
商用汽車(2016年11期)2016-12-19 01:20:16
商用汽車(2016年6期)2016-06-29 09:18:54
商用汽車(2016年4期)2016-05-09 01:23:12
交通建設(shè)與管理(2015年13期)2015-03-20 15:18:23
創(chuàng)業(yè)家(2015年5期)2015-02-27 07:53:25
小天使·一年級(jí)語(yǔ)數(shù)英綜合(2014年6期)2014-07-22 23:32:38
智慧與創(chuàng)想(2013年7期)2013-11-18 08:06:04
