曹陵玉，梁坤，林川楠，李嘉慧，顏云沨，張瑞

（安徽大學(xué) 商學(xué)院，安徽合肥 230601）

德爾科索認(rèn)為： “一個(gè)好的老師應(yīng)該提供個(gè)性化的教育[1]”。所謂個(gè)性化教育，是一種“ 多對一” 的教學(xué)模式， 既尊重學(xué)生的個(gè)體差異，也尊重教師的個(gè)體教學(xué)方式。在個(gè)性化教學(xué)中，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和個(gè)人計(jì)劃設(shè)計(jì)課程目標(biāo)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力，而不是簡單地傳授課本知識。

目前國內(nèi)外有關(guān)研究仍處于理論層面探索和小規(guī)模嘗試階段。馬廷琦、史嘉翠認(rèn)為： “高校人才培養(yǎng)模式的單一、固化、同質(zhì)化的特點(diǎn)，不利于學(xué)生個(gè)性的發(fā)展[2]?！币环矫?，現(xiàn)有研究的范圍大多集中于中小學(xué)，對高校中個(gè)性化教學(xué)的實(shí)施情況少有研究，而中小學(xué)與大學(xué)在學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)上大有不同，且大學(xué)生具備高度自主性、獨(dú)立性、較高的素質(zhì)和長遠(yuǎn)的自我規(guī)劃。另一方面，現(xiàn)有的研究暴露出數(shù)據(jù)采集困難、學(xué)校授權(quán)不充分、網(wǎng)絡(luò)資源混雜、線下資源孤立、學(xué)生參與度低等問題。

“數(shù)字孿生” 又稱數(shù)字雙胞胎、數(shù)字映射，即利用5G、AR/VR、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字化模型，以反映現(xiàn)實(shí)世界中的物理系統(tǒng)，使人們在此基礎(chǔ)上進(jìn)行規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、操作及其他模擬和計(jì)算。數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者是以學(xué)習(xí)者為中心的虛擬孿生，它以數(shù)字智能為驅(qū)動，通過對學(xué)習(xí)者相關(guān)數(shù)據(jù)的完整收集、處理和分析，并基于動態(tài)的學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)映射來創(chuàng)建。本文旨在利用數(shù)字孿生技術(shù)為大學(xué)建立一個(gè)基于數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者的個(gè)性化混合教學(xué)模式，在整合線上和線下資源并輔以大數(shù)據(jù)存儲云的基礎(chǔ)上，深入了解學(xué)習(xí)者信息并推薦個(gè)性化的學(xué)習(xí)方案，以支持教師和學(xué)生更高效地工作和學(xué)習(xí)。

1 高校個(gè)性化教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查

1.1 調(diào)查目的與問卷設(shè)計(jì)

本次調(diào)查采用網(wǎng)絡(luò)問卷的方式，以部分高校全日制學(xué)生為調(diào)查對象，圍繞學(xué)習(xí)者對于課堂教學(xué)的感受和需求，從學(xué)習(xí)集中度和個(gè)性化資源需求兩個(gè)方面進(jìn)行有針對性的問卷設(shè)計(jì)。共發(fā)放問卷200份，回收有效問卷184份，有效率為92% 。問卷分為兩部分：第一部分收集被調(diào)查者的基本特征及其對當(dāng)前教學(xué)現(xiàn)狀的感受；第二部分是使用Likert表調(diào)查受試者對個(gè)性化教學(xué)的感受和建議。

1.2 調(diào)查數(shù)據(jù)分析

（1）調(diào)查對象基本特征。

調(diào)查對象學(xué)校所處區(qū)域?yàn)闁|部43人，西部12人，南部32人，北部22人，中部2人，地區(qū)分布均衡（將中國七大地理分區(qū)歸為東西南北中五類，便于統(tǒng)計(jì)）。調(diào)查對象的專業(yè)為理工類62人，文史類72人，藝術(shù)類4人，專業(yè)分布覆蓋學(xué)科廣。在常用的線上學(xué)習(xí)手段或資源的回答中，89.86%的調(diào)查對象經(jīng)常使用智慧教學(xué)平臺（雨課堂、學(xué)習(xí)通等），學(xué)校教務(wù)系統(tǒng)以72.4%的普及率次之，圖書館系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)資源庫的普及率為67.39%，目前線上學(xué)習(xí)手段多樣，以雨課堂、學(xué)習(xí)通為代表的智慧教學(xué)平臺普及率最高（見表1）。

表1 調(diào)查對象特征分析

（2）當(dāng)前課堂教學(xué)情況反饋。

當(dāng)被問及學(xué)習(xí)收獲時(shí)，88.41%的調(diào)查對象認(rèn)為學(xué)習(xí)到了專業(yè)知識，84.78%的調(diào)查對象認(rèn)為掌握了學(xué)習(xí)方法和技能，43.48%的調(diào)查對象認(rèn)為對于價(jià)值觀產(chǎn)生了積極影響。對于教師的教學(xué)內(nèi)容，65.22%的調(diào)查對象認(rèn)為有一定的挑戰(zhàn)性，可以激發(fā)學(xué)習(xí)熱情；26.81%的調(diào)查對象覺得目前教學(xué)內(nèi)容過于基礎(chǔ)。以上數(shù)據(jù)表明：新時(shí)代學(xué)習(xí)者通過課堂學(xué)習(xí)能夠掌握專業(yè)知識、方法和技能，但對于教學(xué)內(nèi)容的難易程度感受，個(gè)體差別較大；一些學(xué)習(xí)者希望進(jìn)一步加強(qiáng)與教師的交流，提高他們的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。其次，采用SPSS進(jìn)行信度和效度分析（見表2和表3）。KMO值大于0.5；同時(shí)，巴特利特球形檢驗(yàn)的結(jié)果表明，顯著性p值小于0.005，模型的值均大于0.8（見表4）。問卷的信度和效度均較好。

表2 個(gè)性化資源效度分析

表3 學(xué)習(xí)參與度效度分析

表4 信度分析

（3）調(diào)查結(jié)論。

據(jù)本次調(diào)查數(shù)據(jù)可知，目前教學(xué)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)化、個(gè)性化不足，教學(xué)設(shè)計(jì)未考慮到個(gè)體對同一學(xué)習(xí)內(nèi)容接受程度的差異。同時(shí)，現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)計(jì)中學(xué)生學(xué)習(xí)情況反饋路徑缺失，教師無法掌握學(xué)生實(shí)時(shí)學(xué)習(xí)情況。為更好滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需求， 需要一方面加強(qiáng)線上線下個(gè)性化學(xué)習(xí)資源整合，滿足學(xué)生初級學(xué)習(xí)目標(biāo)；另一方面要對現(xiàn)有個(gè)性化教學(xué)升級改造，增加學(xué)生評價(jià)反饋模塊，對出現(xiàn)頻率較高的問題統(tǒng)一設(shè)計(jì)群組任務(wù)，對個(gè)別學(xué)生出現(xiàn)的問題針對性地提出個(gè)人任務(wù)。

2 構(gòu)建基于數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者的高校個(gè)性化混合教學(xué)模式

（1）個(gè)性化混合教學(xué)模式的原理。

基于數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者的個(gè)性化混合教學(xué)模式主要由資源系統(tǒng)、學(xué)習(xí)平臺、大數(shù)據(jù)存儲云三個(gè)平臺構(gòu)成，以學(xué)生、教師兩個(gè)主體為服務(wù)對象，利用物聯(lián)網(wǎng)、XR、AI、5G等新興信息技術(shù)為技術(shù)驅(qū)動，進(jìn)而針對現(xiàn)實(shí)的學(xué)習(xí)者（高校學(xué)生）高度模擬仿生出數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者，并為學(xué)習(xí)者設(shè)計(jì)出不同的個(gè)性化學(xué)習(xí)方案，如圖1所示。

圖1 基于數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者的高校個(gè)性化混合教學(xué)模式

（2）整合系統(tǒng)平臺上的各種學(xué)習(xí)資源。

學(xué)習(xí)資源的來源主要有三個(gè)方面，即各大平臺的教學(xué)資源、高校圖書館資源、分散的線上線下資源。其中，零散的線上線下資源包括課程資源、比賽資料、實(shí)習(xí)信息、社團(tuán)活動等，由教師、學(xué)生上傳到資源系統(tǒng)中，在后續(xù)的學(xué)習(xí)或教學(xué)過程中根據(jù)自身需求下載。相對應(yīng)的整合方法如下：一是各大平臺的教學(xué)資源以及圖書館資源的整合，通過統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化API或Webservice接口，運(yùn)用WEB API接口應(yīng)用開發(fā)技術(shù)，基于Flask構(gòu)造可擴(kuò)展的Restful API框架調(diào)用與獲取各大平臺以及圖書館的數(shù)據(jù)資源[3]，進(jìn)行資源整合、分類。二是整合線上線下分散的教學(xué)資源。學(xué)生和教師利用智慧教學(xué)工具，自行將教學(xué)和實(shí)踐資源上傳到云平臺，并利用云存儲技術(shù)，將各高校的優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源整合到同一個(gè)學(xué)習(xí)平臺中，用戶可以通過訪問權(quán)限實(shí)時(shí)訪問所需的材料。

（3）構(gòu)建數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者。

依托數(shù)字畫像的形成過程和《數(shù)字孿生技術(shù)白皮書》中的規(guī)定，將數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者的構(gòu)建過程歸納為五個(gè)步驟，即采集、模擬、診斷、預(yù)測和共享[4]。數(shù)據(jù)采集，利用學(xué)生自己的設(shè)備、可穿戴技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)獲取原始行為數(shù)據(jù)，從學(xué)習(xí)平臺的注冊信息中導(dǎo)出學(xué)習(xí)者的基本信息數(shù)據(jù)，在學(xué)校圖書館檢索借閱系統(tǒng)中導(dǎo)出內(nèi)容偏好數(shù)據(jù)，學(xué)習(xí)平臺數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出學(xué)習(xí)風(fēng)格數(shù)據(jù)，利用爬蟲技術(shù)獲取社交互動數(shù)據(jù)。仿生模擬，將采集到的各種學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)行為數(shù)據(jù)上傳至大數(shù)據(jù)存儲云中，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)規(guī)約、數(shù)據(jù)變換等處理，從海量的學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)中提取出關(guān)鍵信息特征，建立標(biāo)簽庫。該系統(tǒng)將從基礎(chǔ)信息、認(rèn)知水平、知識結(jié)構(gòu)、情感狀態(tài)、興趣偏好和學(xué)習(xí)風(fēng)格六個(gè)維度構(gòu)建數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者[4]。類型診斷，根據(jù)蔡英學(xué)者的學(xué)習(xí)風(fēng)格分類，將數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者分為視覺、聽覺、讀寫、動覺四種類型[5]，并利用個(gè)性化推薦算法為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)任務(wù)或程序。行為預(yù)測，通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)更新，對數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者進(jìn)行迭代優(yōu)化，基于不完全信息和機(jī)制不明確來預(yù)測未來的學(xué)習(xí)發(fā)展，并及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃。數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者共享，即實(shí)現(xiàn)多個(gè)數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者的智慧共享，以此助力數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者模型和系統(tǒng)優(yōu)化升級。

（4）開展個(gè)性化混合教學(xué)。

布魯姆的教育目標(biāo)分類將人類的認(rèn)知和學(xué)習(xí)發(fā)展分為六大類，即 “記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)和創(chuàng)造”。前兩者為”低階學(xué)習(xí)”，后四者則稱為”高階學(xué)習(xí)”。課前課后，學(xué)習(xí)內(nèi)容主要為低階學(xué)習(xí)，教師通過數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者了解學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)風(fēng)格，對出現(xiàn)頻率較高的問題統(tǒng)一設(shè)計(jì)群組任務(wù)，對個(gè)別學(xué)生出現(xiàn)的問題針對性地提出個(gè)人任務(wù)。學(xué)習(xí)者通過數(shù)字孿生學(xué)習(xí)者進(jìn)行自我監(jiān)控和反思性評價(jià)，接受教師下達(dá)的個(gè)性化學(xué)習(xí)任務(wù)或算法，提供個(gè)性化學(xué)習(xí)解決方案，并對任務(wù)、程序和平臺進(jìn)行反饋和評價(jià)，促進(jìn)教師對整體模式的總結(jié)和優(yōu)化升級。在課堂上，教師注重解決 “學(xué)習(xí)中的困惑”，通過開展自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)等課堂活動，達(dá)到高水平學(xué)習(xí)的目的。這種線上線下融合的個(gè)性化混合式教學(xué)模式，將深度推動互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)教學(xué)的融合，最大限度地發(fā)揮兩者的優(yōu)勢。

3 總結(jié)與展望

本文基于個(gè)性化教學(xué)程度不足的高校教學(xué)現(xiàn)狀，探究與構(gòu)建了基于數(shù)字孿生技術(shù)的深度個(gè)性化混合教學(xué)模式，可為日后高校數(shù)字孿生智慧學(xué)習(xí)資源共享平臺的創(chuàng)建以及數(shù)字孿生技術(shù)驅(qū)動下的教育教學(xué)活動提供借鑒，從而進(jìn)一步整合線上線下資源，創(chuàng)新個(gè)性化推薦機(jī)制，最終實(shí)現(xiàn)以學(xué)生為中心、培養(yǎng)全面發(fā)展的個(gè)體教育目標(biāo)。本文的不足之處在于，該模型尚處于構(gòu)思和探索階段，缺乏已實(shí)現(xiàn)或類似的模型作為論證的例子；投入高校教學(xué)應(yīng)用的前景不清晰；參照本模型搭建的學(xué)習(xí)平臺耗費(fèi)較大，對資源互通與技術(shù)成熟有一定要求。將來的研究可以探討模型實(shí)施的技術(shù)方案，或分析其投入校園教學(xué)的可能性等。

一些發(fā)達(dá)國家已將數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)活動中[6]。隨著數(shù)字孿生技術(shù)的教學(xué)研究與應(yīng)用持續(xù)推進(jìn)以及教育資源共享化趨勢的發(fā)展，高校個(gè)性化教學(xué)將得到深度與廣度兼具的發(fā)展。個(gè)性化教學(xué)需求驅(qū)動、數(shù)字孿生為手段、立德樹人為目標(biāo)的教學(xué)模式符合教育現(xiàn)代化要求，也會是信息化時(shí)代教育變革的成果之一。