李宗輝 肖炯恩 劉小銘

[摘 要]在新一代信息技術高速發(fā)展的背景下，智慧教學與信息技術的融合推動教學質量的提升成為一個研究的熱點問題，文章基于協(xié)同理論的智慧教學分析框架，通過虛擬學習空間、數字化學習空間、物理學習空間的三維創(chuàng)新發(fā)展，構建智慧教育三維學習空間，進而通過教師教學過程中的大數據行為分析，助力教學質量的提升。

[關鍵詞]協(xié)同理論;智慧教學;教學質量;學習空間

[中圖分類號]G710 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2020）05-0025-05

一、引言

為實現(xiàn)智慧教學目標，根據高職學校教學信息化發(fā)展需要，促進和優(yōu)化信息化教學環(huán)境，以深化教學應用為落腳點、以教師信息化創(chuàng)新教學能力培養(yǎng)為發(fā)力點，全面推動信息技術與教學的深度融合與創(chuàng)新應用，切實提高教學質量?；诖四繕诵畔①Y源建設如何影響教師教學能力發(fā)展成為一個研究熱點，本研究將以智慧教育空間的協(xié)同理論為指導，具體分析信息技術促進教師教學能力的發(fā)展，主要分為兩個方面：一是智慧教學環(huán)境建設，二是智慧環(huán)境下的教學行為分析。

二、文獻回顧

協(xié)同理論（synergetics）亦稱“協(xié)同學”或“協(xié)和學”，是20世紀70年代以來在多學科研究基礎上逐漸形成和發(fā)展起來的，是系統(tǒng)科學的重要分支理論，其創(chuàng)立者是德國斯圖加特大學教授、著名物理學家哈肯（Hermann Haken）。1971年，他提出了協(xié)同的概念，1976年系統(tǒng)地論述了協(xié)同理論，發(fā)表了《協(xié)同學導論》，還著有《高等協(xié)同學》等。吳文浩[1]提出基于協(xié)同理論的高校大學生思想政治教育體系研究，通過多個維度的協(xié)同，實現(xiàn)學生的思想教育提升。盧元風[2]提出基于協(xié)同理論的職業(yè)院校特色文化建設路徑，通過多種方法進行協(xié)同，推動職業(yè)院校的的特色校園建設。姚丹[3]提出協(xié)同理論視角下應用型院校實踐育人，通過多種方法協(xié)同，推動教學質量提升，提升學生素質。蘆愛疆[4]提出基于協(xié)同理論的高校實踐育人創(chuàng)新發(fā)展理論。

三、基于協(xié)同理論的智慧教學分析框架

基于協(xié)同理論分析智慧教學環(huán)境的協(xié)同，推動教師教學創(chuàng)新能力的發(fā)展，構建基礎模型如下頁圖1所示。通過協(xié)同理論分析教學虛擬空間、教學資源和教學物理空間的建設。以教育信息化技術為輔助，分析教師能力，實現(xiàn)大數據教學分析，最終實現(xiàn)教師創(chuàng)新能力發(fā)展。

（一）基于協(xié)同理論的智慧教學環(huán)境構建

基于協(xié)同理論的分析框架，利用新一代信息技術構建輕巧、互聯(lián)、多媒化、多感知的泛在學習環(huán)境，為學習過程提供學習資源服務、學習情境感知、學習過程記錄、學習數據分析、學習服務維護、學習診斷與評價等智能化支持;學習者在智能化技術所構建的智慧學習環(huán)境/空間中，可以快捷地按需獲取學習資源和服務，交互式建立人際網絡和知識網絡，有效主導和調控學習進程，高效完成學習任務，從而不斷提高創(chuàng)新能力。

智慧教學環(huán)境支持正式學習和非正式學習、個性化學習和社會性協(xié)作學習。智慧學習環(huán)境由“虛擬空間”“教學資源”“物理空間”三部分融合構成，協(xié)同發(fā)展智慧學習空間，以滿足校園中人人皆學、時時能學、處處可學的泛在學習需求，架構如圖2所示。

1.虛擬學習空間建設

基于云+端協(xié)同[5]的智能化學習支持，依托于云計算平臺和校園全覆蓋高速WIFI，支持學習者BYOD[6]多終端快捷接入與資源訪問，以學習者為中心，提供個性化、數字化信息資源及資源關聯(lián)和聚集、學習訂閱和推送、學習導航、學習筆記、學習輔導、協(xié)同交流、智能導師和學習預測等學習服務。在云+端技術支持下，實現(xiàn)多屏、多終端、跨邊界的設備聯(lián)動，使學習者可以自由切換不同的學習場景;將正式學習和非正式學習結合起來，形成學習空間的無縫融合;提供完善的學習支持服務，對學習者學習行為進行分析記錄和評估反饋，從而最大化地促進學習者的學習。虛擬云學習空間實現(xiàn)所有在線學習系統(tǒng)和平臺的集成與融合。以資源共建共享中心為核心，將MOOC/SPOC[7]平臺、在線考試平臺、教師研修空間、個人教學/學習門戶等進行集成，形成資源的動態(tài)生成與鏈接引用，實現(xiàn)各種學習行為、數據、資源的傳遞、共享、整合。

建設資源共建共享中心。資源共建共享中心由“中心資源庫”和“分布式私有鏈資源”兩部分組成。中心資源庫采用云計算[8]的中心化架構，分布式私有鏈資源采用區(qū)塊鏈的對等網絡架構，二者互為依托，實現(xiàn)優(yōu)質資源云化，分享資源區(qū)塊鏈化，集中維護和集體維護互相補充。中心資源庫主要存儲官方認定的優(yōu)質資源，私有鏈資源主要存儲師生自主定制維護的個性化資源。資源共建共享中心扮演中介角色，虛擬演播室、智慧教室等制作和生成的資源能進入資源庫，自我分類和轉化;MOOC/SPOC等應用平臺能通過URL引用;教學過程中的生成性資源可更新到資源中心，實現(xiàn)資源的動態(tài)進化。

2.數字化教學資源建設

實現(xiàn)虛擬演播室、智慧教室等場景制作和生成的資源進入教學資源庫，并實現(xiàn)自我分類和轉化;教學過程中的生成性資源可更新到資源庫，并實現(xiàn)資源的動態(tài)進化。最終通過數字化教學資源庫的建設，教學資源通過MOOC/SPOC等教學平臺實現(xiàn)共享。建設在線開放課程平臺，通過租賃、課程合作等模式擴展課程平臺，實現(xiàn)在線開放課程平臺的多樣化，以滿足不同種類、不同層次課程的多元化開課需求。

建設在線考試平臺?；谠贫思軜嫞w知識庫、自主學習、學習計劃、綜合考試、組卷與改卷、進度監(jiān)控、數據分析與報表等功能;PC版具有防作弊功能，滿足在多媒體機房實施正式的大規(guī)模綜合考試需求;移動版可滿足隨時隨地進行輕量級的微培訓、微考試、微評估等需求。建設教師研修空間（教學創(chuàng)客空間）。教師研修空間為構建教學共同體、踐行“教師即研究者”提供個人教學研究及公共研討空間，解決傳統(tǒng)研修受時空和資源限制等問題，幫助教師將自己對教學的想法轉變?yōu)楝F(xiàn)實，讓教師成為“教學創(chuàng)客”，并提供教師展示和交流各自實踐成果的平臺，對其教學意義和教育價值進行評估。

建設個人學習/教學門戶（微信人人通）。個人門戶實現(xiàn)對所有教學/學生系統(tǒng)或平臺的集成，并提供統(tǒng)一身份認證和集成交互界面，支持多終端，實現(xiàn)對各系統(tǒng)和資源中心的快捷訪問。建設學習情境感知系統(tǒng)。學習情境感知是個性化學習資源的數據基礎，學習情境感知系統(tǒng)根據學習者的學習時間、地點、物理環(huán)境、基本偏好、學習情感、學習歷史記錄和學習評價等多維學習信息生成預設情境，并根據學習者位置信息利用WIFI探針和LBS生成實時情境，從而適應推薦與當前情境相匹配的知識服務。

3.物理學習空間建設

智能物理學習空間主要由各個公共實體空間新建或升級改造組成，是提供智能化的資源、共享、服務等主題的學習環(huán)境，如圖3所示。

建設學習共享空間[9]（Learning Community）。學習共享空間通過配置計算機、網絡、有線電視、投影儀等設施及常用的專業(yè)軟件，打通通信載體、內容分類、物理空間的界限，提供資源的一站式服務中心和協(xié)同學習環(huán)境，是一種新型的空間，一種新型的學習模式，一種共享的交流社區(qū)，既能適應95后、00后對信息獲取與學習方式的變化，又能利用協(xié)作式學習環(huán)境實現(xiàn)知識共享，利用人際網絡關系實現(xiàn)隱性知識挖掘。

建設智慧教室。智慧教室作為數字教室和未來教室的一種形式，基于物聯(lián)網、學習分析等先進技術，集智慧教學、無線投屏、人員考勤、資產管理、環(huán)境智慧調節(jié)、視頻互動、遠程控制于一體，實現(xiàn)多教學系統(tǒng)融合，配合可靈活移動的課桌椅，改善上課環(huán)境、簡化教學管理、豐富網絡教學資源、創(chuàng)新教學模式、提高教學質量。

建設學科創(chuàng)新實驗室。智慧實驗室的設計主要考慮儀器設備管理、環(huán)境管理、實驗安全風險管理的7×24小時監(jiān)控和基于運行數據的危險預警，實驗環(huán)境的真實仿真，操作自然交互方式的實現(xiàn)，實驗過程管理的精細化、網絡化、智能化和移動化，實驗資料和資源云端存儲、個性推薦，實驗指導遠程化，實驗操作協(xié)同化等。

建設智慧創(chuàng)客空間。貫徹國家“雙創(chuàng)”要求，為創(chuàng)新、創(chuàng)造、創(chuàng)客教育提供教育裝備支撐，探索利用信息技術推進智慧創(chuàng)客空間建設，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力、綜合設計能力和動手實踐能力。依托智慧創(chuàng)客空間開展創(chuàng)客教育、建設創(chuàng)客資源、培植創(chuàng)客文化，并創(chuàng)辦系列創(chuàng)新大賽，建成學校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的孵化器。智慧創(chuàng)客空間由線下實體空間和線上虛擬空間兩部分組成，線下空間是基于智能機器人、3D打印等創(chuàng)客教育體驗中心而創(chuàng)建的實體創(chuàng)客空間，線上空間是由創(chuàng)客教育微信群、公眾微信號、在線網絡課程平臺而組成的虛擬創(chuàng)客空間。

虛擬仿真實訓室。為支撐土木、化學、環(huán)境、天文、生命科學等重點學科建設及實驗教學，對宏觀實驗、微觀實驗采用VR、AR、MR等信息技術手段構建學科專業(yè)化虛擬仿真實驗/實訓室。虛擬仿真實驗室包含虛擬現(xiàn)實應用開發(fā)平臺、高性能圖像生成及處理系統(tǒng)、立體式沉浸性的三維顯示系統(tǒng)、自然人機交互系統(tǒng)、集成應用控制系統(tǒng)等核心模塊;根據學科特點分批次建設“桌面虛擬仿真型”“沉浸式虛擬仿真”“分布式虛擬仿真”“增強型虛擬仿真”等類型的虛擬仿真實驗室。

教學設備與環(huán)境的智能管控?；A設施（教學設備、網絡、云平臺）的智能化運維管控;通過物聯(lián)網感知[10]獲取和分析設備分布及運行情況;通過物聯(lián)網感知分析和管控消防、節(jié)能、異常告警等情況。

（二）基于大數據的教學行為分析

基于智慧學習空間的協(xié)同建設，在新型混合式[11]教學實踐中，教學不再是技術與教學方法的簡單疊加，而是一種面向更加復雜學習環(huán)境的技術與教學的融合性創(chuàng)新。構建勝任力模型，以揭示混合教學情境中獲得高績效所必需的深層次勝任特征的組織結構?；趧偃瘟δＰ烷_展培訓，具有明確的績效導向性[12]，能確保教師處于開啟和實施教學改革的前沿。

構建基于大數據的教學行為[13]分析系統(tǒng)，其動態(tài)情境分析數據主要來源于師生在線（MOOC、SPOC）教與學行為、師生課堂教學行為、學生其他學習空間行為（圖書館、實驗室等）及社交網絡數據等，行為數據的記錄，主要采用視頻音頻記錄設備、在線教學平臺、智慧教室分析系統(tǒng)等。教學大數據分析可以幫助校領導清晰地認識不同專業(yè)的教師課堂教學行為的差異與特點，從而助力教師改進課堂教學行為實現(xiàn)課堂教學質量的提高;同時，課堂教學行為大數據還可以促進優(yōu)秀教師更快地概括出課堂教學的經驗和實踐性知識，從而實現(xiàn)教育優(yōu)質資源在知識層面的共享與傳播，如圖4所示。

整個教學大數據分析系統(tǒng)中，教師是關鍵參與者，借助信息化的工具，積極參與、推動教學質量的提升。以學生課堂學習維度為例，依托選課數據、上課數據、作業(yè)數據、課程平時成績、課程期末成績和互動交流評價數據等數據資源，將學生知識掌握水平、綜合素質和成績評價等作為課堂學習行為分析項。通過客觀的評價體系，構建學生的學習行為畫像，依托多維數據源構建教師的教學質量畫像。

教學行為大數據分析，包括三個模型，分別是國外專家提出的ST模型，佛蘭德斯分類體系，國內專家提出的師生行為對象、師生行為屬性模型。基于以上模型進行課堂教學行為評測，具體環(huán)節(jié)：錄播與數據采集，存儲非結構化數據，處理結構化數據，數據分析挖掘，數據建立模型，個體與模型分析對比，師生活動行為、學生情感計算、師生語音分析、知識點的OCR識別，多維度關聯(lián)分析等。最終實現(xiàn)“基于全場景全過程的學習評價”和“基于認知分格和水平的知識推薦”等教學場景應用。

四、研究結論與啟示

智慧校園建設，關鍵是校園的智慧基礎設施建設，而智慧基礎設施建設的核心是智慧學習空間的建設，文章通過智慧學習空間的分析，輔助教師的教學和學生學習的創(chuàng)新，充分體現(xiàn)了智慧教學環(huán)境建設的重要性。通過智慧學習空間的建設，與大數據技術的多維度分析，多角度協(xié)同，共同推動了教師教學創(chuàng)新能力的發(fā)展。為高校智慧學習空間建設，促進教師教學創(chuàng)新能力發(fā)展，提出了一個具有重要參考價值的整體架構，具體的啟示分為以下三個方面。

（一）教學環(huán)境是基礎

教學環(huán)境是教學質量的基礎，通過虛擬學習空間、數字化教學資源建設、物理學習空間的建設，構建一個立體的教學環(huán)境，確保了學生的學習行為都有良好的支撐，同時對教師的教學有較好的輔助作用。通過信息技術的推動，教與學相輔相成，共同促進。

（二）數據分析是核心

教育質量的提升，主要是通過師生的學習行為進行數據采集，再通過師生行為對象、師生行為屬性模型，分析教師教學過程中的不足和學生學習過程中的知識盲點，進行知識點推送，以彌補學生的知識盲點和鞏固已學的知識點。

（三）教育質量提升是目標

在協(xié)同理論背景下，虛擬學習空間建設、數字化資源建設和物理學習空間的建設，三個方面的協(xié)同，圍繞著一個目標，就是教學質量的提升?；A環(huán)境建設、數據采集、數據分析、知識點推送構成支撐教學質量提升的有效閉環(huán)，形成了智慧校園在教學質量提升方面的綜合解決方案。

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[作者簡介]李宗輝（1982-），男，山東郯城人，揭陽職業(yè)技術學院信息工程系副主任，高級工程師，碩士，研究方向：云計算、大數據;肖炯恩（1984-），男，廣東汕頭人，廣東財經大學國際商學院，講師，博士，研究方向：醫(yī)療大數據、政務數據共享，通訊作者;劉小銘（1982-），女，重慶綦江人，揭陽職業(yè)技術學院信息工程系講師，碩士，研究方向：計算機應用、云計算、大數據。

[責任編輯 何一輝]