明善文 黃 睿 鐘水蓉

(西南石油大學理學院 四川 成都 610500)

高速發(fā)展的互聯網，使得線上學習已成為學生重要的學習方式.線上學習常常是把教師的課堂教學通過視頻從教室學習整體搬到了網上學習，當學生進入視頻學習時，師生處于時空分離狀態(tài)，學生由身臨其境的真實參與表演者和劇本創(chuàng)作者變成了觀看表演的旁觀者，學生學習過程就像飛行器進入黑障區(qū)一樣，沒有老師的實時監(jiān)控，師生溝通缺乏及時有效的表達途徑，對學生的問題排除不及時，導致學習效率低甚至放棄學習等問題.同時對學生學習行為的記錄和跟蹤，常常通過記錄學生在課件瀏覽中點播次數、暫停次數、快進知識點數、快退重看次數以及時間等來分析判斷學生的學習狀況，這種追蹤記錄比較模糊，影響教師對學情的精準判斷和教學服務的精準推送.

為了破解上述問題，我們希望在分析優(yōu)秀教師課堂結構的基礎上創(chuàng)建一種新的線上學習模式.在教學實踐中，我們發(fā)現優(yōu)秀教師的課堂教學后，學生在對知識理解方面出現的問題很少.仔細分析這些教師的課堂教學過程，可把其分為兩部分：第一部分，黑板板書的內容，主要是教學要求掌握的知識及其推證過程，它們以一定的邏輯結構出現，其實質是教師為學生設計的理解知識的主路徑.第二部分，圍繞板書進行的講解、啟發(fā)、討論等，實質是讓學生思維動起來，促進和幫助學生理解知識，實現板書內容與學生認知結構融合即知識內化.優(yōu)秀教師之所以優(yōu)秀，第二部分與眾不同是關鍵，即引導學生理解知識的思維路徑簡潔易懂，與學生基礎銜接好，教師展示的理解知識的思路與學生的思維間能引起共振.優(yōu)秀教師的課堂教學過程為我們重構網上學習新模式提供了很好的策略和思路，即把上述兩部分分別改為自主自學和輔助自學兩個部分,如圖1所示.

圖1 自主學習系統結構圖

圖1中“自學PPT” 相當于教師課堂教學中的板書，但又不同于板書，它的目的是滿足自學能力偏強學生的自學，這樣會使“自學PPT”內減少很多敘述和推理過程，從而變得簡潔明了，不繁瑣.其次，在“自學PPT”中插入的“微視頻”+“問題庫”，它們組成網上輔助自學部分，相當于教師課堂上的講解、啟發(fā)過程，這部分主要是為了滿足其他層次學生的自學.自主自學和輔助自學兩部分相互滲透、相互促進、相互補充，并且學生可以根據個人情況來選擇哪些地方需要輔助自學，哪些地方不需要輔助自學，即能滿足學生的個性化需求.由此建構一個“自學PPT”+“微視頻”+“問題庫”+“學習質量監(jiān)控”自主學習系統，使其成為學生掌握本門課程快速、高效、阻力最小的自主學習通道.

1 自主學習系統的構建

1.1 編寫“自學PPT”

所謂“自學PPT”，是指教師依據認知理論和教學大綱，在深入鉆研教材的基礎上，為學生自學某門課程而專門編寫的學習材料，且以PPT的方式提供給學生自學.編寫邏輯性強、組織結構清晰、適合學生自主學習的“自學PPT”的著力點在學什么和怎么學上.學什么是指教學大綱要求的內容，怎么學就是要編寫出適合學生自學的材料.

科學組織“自學PPT”中的內容，在突出課程知識結構體系的同時，讓前后材料與材料間、材料與學生已有知識間形成較強的邏輯關系.它要求教師充分站在學生自學的角度編寫“自學PPT”，對每一個教學目標進行成份分析，弄清各成份間的層次，層次在前的先學，層次在后的后學.其次，對每一個重點難點講解的邏輯起點，總是設計在學生已習得的知識和現有的認知經驗基礎上，以保證“自學PPT”的每部分內容，學生都能利用自己已有的知識和能力進行推理，都能利用原有的經驗和先學的知識建構對后學知識的理解.

為了方便表述，我們以安培力的“自學PPT”為例來做說明,如圖2所示.

圖2 安培力的“自學PPT”

“自學PPT”有的地方很詳細，他們常常是一些重要結論或規(guī)律的推理過程，如圖2中的例題.有些地方很簡潔，它們常常是定義、規(guī)律等的描述，或根據前面知識和自己認知經驗能直接得出的知識、結論等，如圖2中④⑤⑥⑦部分的內容即為知識或結論，但它們能由前面知識推出來，即利用例題的結論可以理解④⑤⑥部分的內容，根據④⑤部分的內容可以同化⑦對應部分的內容.“自學PPT”中盡量不采用大段文字描述，因為學生難以從大段文字中獲得正確而又清晰的物理圖景，影響學生學習和思考.

1.2 “自學PPT”中插入微視頻 形成“解惑系統”

“自學PPT”中各部分以及各部分之間具有很好的邏輯關系，學習時需要學生利用已有的認知經驗及前面的知識理解后面的知識，學生學習障礙常常就出現在怎樣理解或在理解知識過程中的某個點上.學生不能理解或難于理解的地方，嚴重阻礙學生學習進程，這些地方需要教師提供針對性強，且快捷、方便的幫助.把“自學PPT”中學生難于理解或不能理解的地方找出來，才能有效幫助學生解決學習困難.由于“自學PPT”是以自學能力偏強的學生為對象編寫的，所以教師要站在理解能力比較差的學生角度去閱讀它，去感知它，用這類學生的思維去研讀它，這樣才能發(fā)現學生在理解知識的過程中可能遇到的思維障礙.解決這些思維障礙的方法是在相應位置插入微視頻,以微視頻的方式給予學生學習幫助.微視頻的實質是教師在學生理解知識或同化順應知識的關鍵處為學生提供參考思維路徑，它的優(yōu)勢是：一是處理靈活，具有補充知識、銜接、啟發(fā)、思維方式借鑒、學生思維和已有知識激活等作用.二是教師利用圖示、語言描述、動畫和肢體語言等手段的有機組合，展現出的語境形象直觀、簡潔明了，能準確表現出學生理解物理知識或同化順應物理知識所需要的最佳物理情境，從而大大降低學生的認知負荷.

微視頻可用錄屏工具或攝像等方式錄制，它們的長度大多在1min內.學生長時間觀看視頻容易產生疲勞感，學習效率降低.短小視頻穿插在學生的自學過程中，既可以調節(jié)學習進度，又能放松學生學習緊張情緒，從而提高學習效率.

編好的“自學PPT”，通過超鏈接的方式在相應學習難點位置植入微視頻，這些微課視頻組成了依附在“自學PPT”上的“解惑系統”，它能幫助學生解決學習中的絕大部分問題.由于不同的學生基礎不同，自學能力有強有弱，微視頻以超鏈接的方式隱藏在“自學PPT”中，這有利于滿足學生的個體需求，即只看自己需要的視頻，不需要的視頻直接跳過.顯然，學生對微視頻的查看情況能反映學生思維能力的強弱，視頻的查看次數還能反映出這些位置在學習過程中的重要性等等.

1.3 收集及組建學生“問題庫”

為了檢驗“自學PPT”+“微視頻”系統的效果，邀請好、中、差的學生代表來試學，通過他們的試學，解決兩個問題：

(1)找出系統中的不足和難自學的地方，通過改進使系統更加優(yōu)化.

(2)收集系統本身與學生的認知相作用后引起的新矛盾、新問題，并組成“問題庫”.試學學生在學習中遇到的問題，有些問題學生能向老師表述清楚，有些問題學生表述不清楚，特別是在學習過程中與學生認知結構發(fā)生沖突的問題，學生常常難以把問題清晰地表述出來，需要有經驗的教師與試學的學生交談，才能找到導致問題的根本原因.這些問題個性特征明顯，把解決這些問題的材料或拍攝深入剖析這些問題的微視頻單列出來組成 “問題庫”，經過大量學生的試學，問題庫會不斷豐富.由于問題庫中的問題來源于學生學習“自學PPT”+“微視頻”的過程中，后繼學習者在同一位置產生相同或相似的問題概率極大，他們容易從問題庫中找到自己學習問題的原型或影子，從而獲得自己急需的問題答案.

1.4 形成性學習質量監(jiān)控

如果缺乏對學生學習的形成性評價機制，學生的自學效果就難以評判.測試學生的認知缺陷和理解知識后存在的隱形問題，可以幫助學生自己評判自己的學習效果，反思自己的學習過程，糾正學習中存在的問題.因此，每次學習后從以下兩個角度檢測學生學習效果：

(1)學習質量抽查.學生要理解、掌握教學內容，“自學PPT”中的一些關鍵點是學生思維不能繞過的必經之地，對關鍵點的理解，就意味著對自學材料的理解.因此，可以從 “自學PPT”中抽取部分關鍵點，要求學生回答對這些關鍵點是怎樣理解的，以便從回答中判斷學生對知識的理解情況.

(2)理解深度檢測.針對各關鍵點的理解，特別是學生學習中常常出現的理解錯誤，編寫選擇題或判斷題，或者知識的簡單應用題，讓學生通過對這些問題的回答來暴露他們對知識的理解深度.由于這些檢測完全是針對學習過程中的關鍵點的，所以診斷結果能有效反映學生的學習狀況，記錄這些數據，并結合學生學習過程中的行為數據對學生的學習進行個人學習畫像，引導學生反思自己的學習過程，提出學習補救措施，根據學生的學習補救措施，利用人工智能監(jiān)督他們的補救措施落實情況.

經過兩三屆學生的試學和不斷的修改，“自學PPT”+“微視頻”+“問題庫”+“學習質量監(jiān)控”自主學習系統最終將更貼近學生已有的基礎知識和認知能力，變得易學、易懂，這有助于大大減輕輔導答疑的壓力和工作量.

2 自主學習系統與人工智能和大數據的融合

2.1 通過技術賦能實現自主學習系統與人工智能及大數據有機融合

顯然，賦能后的序號能暴露學生最有效的學習痕跡和思維行蹤，用它們作為自主學習系統與人工智能及大數據結合的介質，能實時跟蹤學生學習軌跡，全面感知和反饋學生在線學習過程中的行為特點、思維過程和遇到的問題，從而精準獲取學習過程中最能反映學習狀態(tài)的關鍵信息，從結果性監(jiān)管轉向基于人工智能的過程性動態(tài)監(jiān)管.

為了實時監(jiān)控學生的學習過程，掌握學生的學習狀態(tài)，督促學生的學習，及時解決學習遇到的問題，教師的監(jiān)視視頻能實現以下幾個功能：

第一，對于每次課的學習，教師電腦上能隨時查看學生學習的最新位置，比如安培力的學習，顯示出①處有哪些學生在學習，②處有哪些學生在學習等，如圖3所示.

圖3 學習進度匯總圖

第二，教師能隨時掌握各知識點有哪些學生的問題沒解決.如圖4所示，比如①處有哪些學生有問題，②處有哪些學生的問題沒解決.教師把學生的信息發(fā)給各小組的助教，讓助教督促并幫助這些學生解決問題，如果問題最后獲得解決，助教在該問題處反饋問題解決的信息.本次課結束后剩下沒有解決的問題，說明助教不能幫助學生解決，教師組織這些學生利用晚自習集中輔導答疑.

圖4 學生學習問題分布圖

第三，當教師點擊某學生的名字時，能顯示出該學生的學習軌跡，如圖5所示.其中實心圓表示在這里看過視頻，且能理解視頻中的內容，空心實線圓表示此處沒看視頻就能學懂，空心虛線圓表示對應視頻學習遇到了困難，需要幫助，圓圈下的數字是在該段所用的學習時間，閃爍的圓圈表示該學生學習現在所處的位置.

圖5 學習軌跡記錄圖

學生自己沒學懂而是通過教師或助教幫助才完成學習的地方，教師或助教在該學生學習路徑上把對應位置的空心虛線圓變?yōu)橹行挠悬c的空心虛線圓，表示該處學生主動尋求幫助并獲得了問題解決.點擊各圓，可查看學生在這里看了問題庫中的哪些資料，以及所用的時間.

第四，重點監(jiān)視對象，主要是一些學習態(tài)度不端正的學生和基礎較差的學生.

2.2 融合了人工智能和大數據的自主學習系統具有的特點

(1)學習過程能迫使學生暴露出學習中存在的問題，師生溝通暢通，并能及時得到幫助，掃除學習障礙.

學生遇到問題不但常常不能及時與教師溝通，而且難以把問題清楚地表述出來，造成許多學生有問題也不好意思向教師提出來，需求表達不暢導致教育服務需求不彰.“自學PPT”+“微視頻”+“問題庫”+“學習質量監(jiān)控”系統本身就是學生理解知識的思維過程的一種優(yōu)化范式，跟著理解知識的思維過程學習、思考，學生容易看清楚“自學PPT”上哪些地方自己能解決，哪些地方需要教師幫助.

由于“自學PPT”中的編號(如①②③等)能迫使學生暴露出學習過程中存在的問題，同時也把學生的學習過程細化成許多小段，間接把學生可能遇見的問題細化了，這既便于對學生的學習情況精細化掌控，又便于學生弄清自己理解知識的問題出現的具體位置，借助人工智能，學生能第一時間把學習遇到問題的位置告知教師，教師常常據問題出現的位置就能分析出學生知識或認知上的缺陷與不足，從而給出針對性更強的輔導策略.

(2)學生思考、理解知識的行為和行為的最終效果，是教師掌握學情、分析學情的核心元素.“自學PPT”中的標號①②③等處連接的視頻，展現出了深度學習、深刻理解知識的重要思維途徑，把這些地方以微視頻的形式單列出來，以點擊的方式獲取微視頻，并從微視頻中獲得理解知識的思路和方法.顯然，學生對“自學PPT”中的標識①②③等的使用情況，能有效暴露學生的學習路徑、思維過程、個人學習習慣和學習中存在的問題等等.如各難點處的微視頻看沒看，看懂沒有；在該路徑上對每個知識點的重復學習次數，每次的學習時間，所用總時間；在哪些知識點處學習遇到了問題，這些問題解決沒有，怎樣解決的；在學習哪些地方時，學習材料與學生已知經驗發(fā)生了沖突等等.

應用人工智能通過“自學PPT”中的標識，跟蹤學生在自主學習的關鍵點留下思考、理解知識的行為痕跡和學習效果，記錄學生學習路徑及學習路徑上那些反映思維活動及效果的關鍵信息，使得每一個學習環(huán)節(jié)都處在大數據的監(jiān)督之下，便于學生自主學習過程的監(jiān)督、管理和精細化服務的推送.

(3)基于學習行為大數據分析，修正學生學習行為，改進教學服務策略.具有知識加工路徑范式作用的自主學習系統，有利于捕捉學生的學習狀態(tài)數據，形成數字化的學習情境資源，通過對數字情境資源的統計和分析，掌握學情，精準獲取每位學生的學習需求與學習特征，為改進教學服務策略以及修正學生學習行為提供了良好支撐.

從學生整體角度進行統計分析，如通過統計學生在①②③等處停留時間的長短、提出問題的多少、學習視頻時的通過率以及通過的方式等，就能知道哪些位置學生難于理解，哪些地方的學習學生自己能解決，哪些地方需要教師幫助，哪些學生的學習能力強，哪些學生學習有困難，哪些學生的學習主動性強，哪些學生主動性較弱.把多數學生學習感到難的地方做進一步修改，或者在這些地方加強輔導力度、增加閱讀材料等等，把改進后與改進前學生的學習數據進行對比，還能發(fā)現改進后的效果如何等.

通過聚焦個性化的學習路徑，感知學生知識梳理、知識加工的邏輯和層次，借助學習分析技術，掌握學生學習的投入程度，了解學生學習特點、學習風格、能力水平、知識缺陷等基本信息，對學生的學習形成個性化的解決方案.如從學習優(yōu)秀學生的學習路徑記錄中尋找某些富有成效的學習策略、優(yōu)秀的學習方法，供其他學生參考.把優(yōu)秀學生對每個知識點的學習平均時間作為學習各知識點的參考時間，如果某學生的學習所用時間與之比快得多，將視為學習過程不正常，這些學生的學習將被重點監(jiān)視.把學習效果不理想的學生的學習路徑與學習效果好的學生的學習路徑進行對比，如各知識點的用時、回訪情況、學習中提出的問題情況等，找出學習效果不好的原因，以便給他們提供改進學習方法的建議.通過對中、差生學習中提出的問題和學習質量診斷結果進行分析，找出他們學習上的思維缺陷和知識缺陷，糾正他們的錯誤認識.利用形成性診斷測試題，重點檢測學生學習路徑中沒看視頻的地方或提出過問題的地方，以判斷他們的學習質量.如果某學生學習時看視頻很少但測試成績卻很好，即很多學習難點處不需要幫助自己就能獨立完成，表明該學生學習能力強，可以推薦難度更大的參考材料給他，促進其深度學習.

(4)在學生的自主學習過程中，教師的角色將由知識的傳授者、灌輸者轉變?yōu)閷W生主動建構意義的幫助者、促進者、引導者和監(jiān)督者.

3 “自學PPT”的學習方式

課前調查學生自愿學習方式，根據學生的選擇，把學生分為自主學習類、合作學習類、幫帶學習類，每類分成若干小組.自主學習類各小組的學習全部通過線上自主學習；合作學習類根據自己偏好分成線上學習小組和教室學習小組，在自學過程中遇到問，提出來大家討論解決，線上學習可以通過騰訊會議等形式討論解決；幫帶學習類要求全部到教室自主學習.各組指定小組組長并負責組織本組的學習，幫帶學習類學習小組每組配一名學生助教，幫助解答本組學生學習上遇到的問題，并把小組成員集體不能解決的問題通報給教師，以便教師及時了解學情，從而做出及時恰當的處理.

把 “自學PPT”按原課堂教學的總課時數分配每次自主學習的任務，以便控制每次學習總量和學習進度.按正常教學課時進度把 “自學PPT”提供給學生學習，每次學習的總時間為兩學時，但可以提前結束.