黃騰達(dá) 王澤瑞 韓泉葉

［摘 要］在《機(jī)器學(xué)習(xí)》課程引入了基于探究社區(qū)理論的混合教學(xué)，通過七周教學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明：基于探究社區(qū)理論的混合教學(xué)中高活躍度社區(qū)所產(chǎn)生的交流信息，對低活躍度社區(qū)學(xué)業(yè)成績存在明顯的提高作用；教師教學(xué)提升效果與不同社區(qū)之間學(xué)習(xí)交流信息差有關(guān)，信息差越大，效果提升越顯著；該教學(xué)方式對于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、共同協(xié)作解決問題的能力、批判性思維的培養(yǎng)等方面都有一定的積極促進(jìn)作用。

［關(guān)鍵詞］探究社區(qū)理論；混合學(xué)習(xí)；機(jī)器學(xué)習(xí)；教學(xué)實(shí)踐

［中圖分類號］ G77

［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A

［文章編號］1008-4648（2024）01-0080-06

An Initial Exploration of Instructional Feedback Practices

Based on the Community of Inquiry Theory

Huang Tengda¹， Wang Zerui¹， Han Quanye²

（1.Hubei University of Technology， Wuhan 430068; 2.The Open University of Shaanxi， Xian 710119）

Abstract：The mixed teaching based on the theory of community of inquiry was introduced in the course of “Machine learning”， and through the analysis of seven-week teaching experiment data， the results show that： the communication information generated by the highly active community in the mixed teaching based on the theory of community of inquiry has a significant effect on the academic performance of the low-activity community; the effect of teachers teaching enhancement is related to the difference in the information of the learning and communication between the different communities， and the bigger the difference is， the more significantly the effect is enhanced; the teaching method has a significant effect on the promotion of students learning initiative and their ability to work together to solve problems. The greater the information difference， the more significant the effect enhancement; the teaching method has a certain positive contribution to the promotion of students learning initiative， the ability to work together to solve problems， and the cultivation of critical thinking.

Keywords：Community of Inquiry Theory; Blended Learning; Machine learning; Teaching Practice

隨著5G技術(shù)在我國迅速發(fā)展，越來越多的大學(xué)生利用手機(jī)開展在線學(xué)習(xí)。學(xué)生們通過中國大學(xué)慕課、學(xué)習(xí)強(qiáng)國、嗶哩嗶哩等教育資源平臺學(xué)習(xí)時，經(jīng)常面臨諸如學(xué)習(xí)的主動性不足、學(xué)習(xí)過程中遇到問題如何解決等問題的困擾。三代教育技術(shù)學(xué)者蘭迪·加里森所倡導(dǎo)的混合學(xué)習(xí)能較好地解決這些問題。為此，我們在《機(jī)器學(xué)習(xí)》教學(xué)中引入了基于探究社區(qū)理論的混合教學(xué)，通過三個班的教學(xué)實(shí)踐，我們想了解不同社區(qū)所產(chǎn)生的交流信息如何影響學(xué)生學(xué)業(yè)成績，從師生互動的視角討論學(xué)習(xí)者三個維度的學(xué)習(xí)行為變化對教師教學(xué)行為有哪些啟示，這些問題需要我們進(jìn)一步探討。

一、混合學(xué)習(xí)與探究社區(qū)理論

混合式教學(xué)從物理特性上是網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與線下課堂教學(xué)相結(jié)合的教學(xué)情境^［1］。2000年，加里森和安德森等共同創(chuàng)建的探究社區(qū)理論成功地推進(jìn)了混合學(xué)習(xí)的發(fā)展，該理論以認(rèn)知存在、社會存在和教學(xué)存在三個要素構(gòu)建起混合學(xué)習(xí)的基本框架^［2］。

為了讓探究社區(qū)理論能夠更好地指導(dǎo)混合學(xué)習(xí)實(shí)踐，加里森等人給出了與三個核心要素相對應(yīng)的教學(xué)操作編碼模板COI（Community of Inquiry Coding Template），這個模板框架包含了三個元素和十個類別，每個類別給出舉例的指標(biāo)以便于理解。

依據(jù)混合學(xué)習(xí)和探究社區(qū)理論，本研究中教師根據(jù)學(xué)生的行為，對學(xué)生進(jìn)行三個維度的評分COI。這個COI得分用于分析教學(xué)。每個學(xué)生都有一個COI值。

二、研究設(shè)計(jì)

（一）研究對象

本研究的研究對象是來自大數(shù)據(jù)3個班84名本科生，他們之前從未接觸《機(jī)器學(xué)習(xí)》相關(guān)的課程 ，學(xué)習(xí)起點(diǎn)零基礎(chǔ)。

（二）研究方法與過程

k-means算法簡介：

先隨機(jī)選取K個對象作為初始的聚類中心。然后計(jì)算每個對象與各個種子聚類中心之間的距離，把每個對象分配給距離它最近的聚類中心。聚類中心以及分配給它們的對象就代表一個聚類。一旦全部對象都被分配了，每個聚類的聚類中心會根據(jù)聚類中現(xiàn)有的對象被重新計(jì)算。這個過程將不斷重復(fù)直到滿足某個終止條件。終止條件可以是以下任何一個：1、沒有（或最小數(shù)目）對象被重新分配給不同的聚類。2、沒有（或最小數(shù)目）聚類中心再發(fā)生變化。3、誤差平方和局部最小。Kmeans算法通常應(yīng)用于維數(shù)、數(shù)值都很小且連續(xù)的數(shù)據(jù)集。本實(shí)驗(yàn)中將其應(yīng)用于：

在實(shí)驗(yàn)開始前一周，測得84名受試者的COI值，并使用k-means算法進(jìn)行分類得到三個人數(shù)相等的測試班級，記為a、b、c

每次取距離聚類中心最近的前28個點(diǎn)，這樣可以保證均分。

1.線上：a，b，c三個班分別以班級為單位創(chuàng)建三個學(xué)習(xí)群。群內(nèi)學(xué)習(xí)活動包括學(xué)生自主學(xué)習(xí)在線視頻、師生線上問答、學(xué)習(xí)群討論、小班作業(yè)、個人作業(yè)提交等；

2.七周的線上、線下混合輔導(dǎo)課程。課程包括每周四次集體面授、課上作業(yè)反饋、課后答疑、每周的單元測試等。

為探究班與班之間交流的學(xué)習(xí)信息是否能提高教師的教學(xué)效果，教師在對一個班進(jìn)行授課后，在不改變其他班原有教學(xué)安排的基礎(chǔ)上，將會對該班額外講授其他班交流的問題。

第1周，3個班授課方式一致，不額外講授

第2周，教師將a班的學(xué)習(xí)交流信息記錄下來，經(jīng)過整合處理，在對b，c班進(jìn)行授課后，額外講授a班交流的問題。

第3周，3個班授課方式一致，不額外講授

第4周，教師將b班的學(xué)習(xí)交流信息記錄下來，經(jīng)過整合處理，在對a，c班對應(yīng)班進(jìn)行授課后，額外講授b班交流的問題。

第5周，3個班授課方式一致，不額外講授

第6周，教師將c班的學(xué)習(xí)交流信息記錄下來，整合處理之后，教師在對a，b班對應(yīng)班進(jìn)行授課時，額外講授c班交流的問題。

第7周，3個班授課方式一致，不額外講授

1，3，5，7周為對照組

2，4，6周為實(shí)驗(yàn)組

統(tǒng)計(jì)3個班每個學(xué)生所有周測試的分?jǐn)?shù)、相應(yīng)時期COI值，進(jìn)行三維分析，并分析每個人的成績與COI值的相關(guān)程度

（三）編碼體系及設(shè)計(jì)

為了更好地回答研究教與學(xué)的過程，本研究設(shè)計(jì)了一套編碼體系，該編碼體系是基于加里森（Garrison）等人的探究社區(qū)編碼模板和阿博（Arbaugh）等人編制的測量量表，利用這套編碼對此次的混合學(xué)習(xí)輔導(dǎo)課程中收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與處理，以便進(jìn)行效果分析， 具體如表1 所示^［3］。

（四）學(xué)生的編碼數(shù)據(jù)分析

研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)表2進(jìn)行教學(xué)存在、社會存在和認(rèn)知存在三個維度的編碼數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，再利用機(jī)器學(xué)習(xí)相關(guān)算法對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行多元線性回歸分析。表2如圖所示。

在一個章節(jié)課程學(xué)習(xí)過程中，一個班所有學(xué)生的COI和走周測試成績班一個數(shù)據(jù)集，COI是自變量，成績是因變量。對每個班所有學(xué)生，在每個周課程學(xué)習(xí)過程中，對學(xué)生COI與周測試成績進(jìn)行多元回歸分析。

（五）回歸分析描述

通過機(jī)器學(xué)習(xí)建立模型的方式，預(yù)測實(shí)驗(yàn)組原本不受到“課程額外講授”影響的成績，再與真實(shí)成績對比，即可間接測出教學(xué)效果變化幅度。

實(shí)驗(yàn)選取機(jī)器學(xué)習(xí)“Statsmodels 統(tǒng)計(jì)之 OLS 回歸（Ordinary Least Squares）”進(jìn)行分析。OLS是回歸分析（regression analysis）最根本的一個形式，對模型條件要求最少，也就是使散點(diǎn)圖上的所有觀測值到回歸直線距離的平方和最小。

將正常情況下七個周，所有對照組數(shù)據(jù)和所有實(shí)驗(yàn)組中提供交流信息的那個班的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，對機(jī)器進(jìn)行模型訓(xùn)練。

訓(xùn)練所得到的預(yù)測模型可以表示為如下所示的公式。

T：Y=C+k1*x1+k2*x2+k3*x3+…+kn*xn

準(zhǔn)確區(qū)間=1-（2*|訓(xùn)練后得出的預(yù)測成績-真實(shí)成績|/真實(shí)成績）

通過計(jì)算所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得到平均準(zhǔn)確區(qū)間，進(jìn)而判斷模型擬合情況

（六）回歸分析操作

結(jié)果顯示平均準(zhǔn)確區(qū)間為0.914，說明預(yù)測模型至少有91.4%的準(zhǔn)確率。

（七）對實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行定性分析

實(shí)驗(yàn)組：第2周，表2中85～168號數(shù)據(jù)

第4周，表2中253～336號數(shù)據(jù)

第6周，表2中421～504號數(shù)據(jù)

1.機(jī)器經(jīng)過訓(xùn)練得到預(yù)測模型T

2.將“進(jìn)行講授交流信息情況下”的兩個班的COI數(shù)據(jù)代入預(yù)測模型T

3.得到“在不講授交流信息情況下”的兩個班每個學(xué)生可能的成績數(shù)據(jù)y1。y2表示 “實(shí)驗(yàn)周兩個班在教師進(jìn)行講授交流信息情況下”的實(shí)際成績。

4. 求“教學(xué)效果”的變化幅度deta

deta=|y1-y2|/y1

5.對3個實(shí)驗(yàn)組進(jìn)行上述操作

第2周，對b，c班講授a班交流信息，

b，c班deta分別為：0.0285，0.0816

教學(xué)促進(jìn)效果分別為：2.85%，8.16%，如表3所示。

第4周，對a，c班講授b班交流信息，

a，c班deta分別為：0.0116，0.0464

教學(xué)促進(jìn)效果分別為：1.16%，4.64%，如表4所示。

第6周，對a，b班講授c班交流信息，

a，b班deta平均值分別為：0.011，0.013

教學(xué)促進(jìn)效果分別為：1.1%，1.3%，如表5所示。

即有91.4%的把握解釋這些教學(xué)促進(jìn)效果。

三、研究結(jié)果的分析與討論

（一）學(xué)生的學(xué)習(xí)效果分析

從成績分布上來看，班平均成績與班學(xué)習(xí)活躍度有緊密的聯(lián)系，如圖1所示。

每個周，3個班各班內(nèi)的交流活躍度以及COI值變化不明顯。

將a班產(chǎn)生的交流信息，講解給b，c班后，b，c班的成績有了明顯的變化。

將b班產(chǎn)生的交流信息，講解給a，c班后，c班的成績有了一定的變化，而a班的成績無明顯變化。

將c班產(chǎn)生的交流信息，講解給a，b班后， a，b班的成績無明顯變化。

將a，b班產(chǎn)生的交流信息，講解給c班后，c班的成績有了明顯的變化。

將a，c班產(chǎn)生的交流信息，講解給b班，b班的成績有了一定的變化。

將b，c班產(chǎn)生的交流信息，講解給a班，a班的成績無明顯變化。

（二）學(xué)生的行為變化分析

在研究中發(fā)現(xiàn)：

（1）活躍度相對高的班相較于活躍度相對低的班，所交流的問題，更全面更透徹一些，通常涵蓋了活躍度相對低的班所交流的問題。所以，教師將活躍度相對高的班產(chǎn)生的交流信息講解給相較于活躍度相對低的班，對后者起到了一定的促進(jìn)作用；反之，將活躍度相對低的班產(chǎn)生的交流信息，講解給相較于活躍度相對高的班，對后者來說，反而沒有太大幫助。

（2）“教師講解”，并沒有明顯改變3個班各班內(nèi)的交流活躍度以及COI值，而是通過教師講解學(xué)生之間在學(xué)過程中的一些“共性”問題，即“學(xué)習(xí)信息差”，提高了教師的教學(xué)效果，從而提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

四、結(jié)論

基于探究社區(qū)理論框架設(shè)計(jì)的混合教學(xué)，高活躍度社區(qū)所產(chǎn)生的交流信息，對低活躍度社區(qū)學(xué)業(yè)成績存在明顯的提高作用；反之，提高效果不明顯。

從師生互動的視角討論學(xué)習(xí)者在探究社區(qū)理論框架下三個維度的學(xué)習(xí)行為變化發(fā)現(xiàn)，教師教學(xué)提升效果與不同社區(qū)之間學(xué)習(xí)交流信息差有關(guān)，信息差越大，效果提升越顯著。

基于探究社區(qū)理論框架設(shè)計(jì)的混合教學(xué)，對于促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、共同協(xié)作解決問題的能力、批判性思維的培養(yǎng)等方面都有一定的積極促進(jìn)作用。

五、教學(xué)建議

（一）基于學(xué)生學(xué)習(xí)行為的角度，源于在線學(xué)習(xí)對于學(xué)習(xí)者自律能力、忍耐力、抗干擾能力等要求較高，因此在線授課與線下面授課的課時安排要有所體現(xiàn)，面授課課時的安排要多一些。

（二）基于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的角度，教師在設(shè)計(jì)討論問題時要盡可能聯(lián)系學(xué)生學(xué)習(xí)和生活實(shí)際，讓抽象的概念和理論變成生活中處處可見的應(yīng)用實(shí)例，如我們《機(jī)器學(xué)習(xí)》課可選的實(shí)例有：使用計(jì)算機(jī)管理學(xué)生信息問題、使用計(jì)算機(jī)輔助決策貸款申請問題、使用計(jì)算機(jī)解決推銷員最短行程問題、使用計(jì)算機(jī)解決停車場問題、漢諾塔算法問題、使用計(jì)算機(jī)解決楊輝三角問題等等。參與這些學(xué)習(xí)和生活中經(jīng)?？梢姷膶?shí)例，可以加深對課程內(nèi)容的深入了解，消除學(xué)生對課程的畏難情緒，吸引學(xué)生積極參與課程討論^［4］。

（三）基于學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)和學(xué)習(xí)能力存在一定差異的現(xiàn)實(shí)，教師在線上討論時要積極引導(dǎo)，多肯定學(xué)生的發(fā)言，找到其解決問題思路的閃光點(diǎn)，照顧到學(xué)習(xí)程度不一的每一位同學(xué)，使他們通過討論在原有知識建構(gòu)基礎(chǔ)上都有提高，提升在線討論的教學(xué)效果。

（四）基于教學(xué)相長的理念，教師在線上和線下教學(xué)中要及時觀察學(xué)生知識掌握情況和課堂氛圍，及時調(diào)整教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，如為活躍課堂氣氛，教師可以給學(xué)生講講算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的先驅(qū)者Donald E.Knuth的故事、圖靈的故事、馮諾伊曼的故事等。

（五）從直接指導(dǎo)的角度，教師重點(diǎn)是要解決學(xué)生提出的與課程內(nèi)容相關(guān)的問題。比如，當(dāng)學(xué)生在討論中解釋了錯誤的知識點(diǎn)時，教師需要及時糾正誤解；面授時教師可以重點(diǎn)講解大部分同學(xué)在線討論時經(jīng)常犯錯的的知識點(diǎn)，并加以練習(xí)，強(qiáng)化知識點(diǎn)的正確理解。

（六）基于教師專業(yè)成長的角度，一學(xué)期課程教學(xué)結(jié)束后，教師將所有交流信息存入數(shù)據(jù)庫，開展教學(xué)研究。這有利于提升教師的教學(xué)能力，提升下一輪的教學(xué)績效，也是不斷提升教師的專業(yè)素養(yǎng)的過程。

［參考文獻(xiàn)］

［1］馮曉英，王瑞雪，吳怡君.國內(nèi)外混合式教學(xué)研究現(xiàn)狀述評——基于混合式教學(xué)的分析框架［J］.遠(yuǎn)程教育雜志，2018，36（3）：13-24.

［2］方啟梅，包正委，楊寧.基于探究社區(qū)理論的混合學(xué)習(xí)實(shí)踐研究［J］.數(shù)字教育，2019（01）：31-32.

［3］蘭國帥.探究社區(qū)理論模型：在線學(xué)習(xí)和混合學(xué)習(xí)研究范式［J］.開放教育研究，2018（02）：30-31.

［4］盧乾波.基于探究社區(qū)理論的高校融合課堂教學(xué)設(shè)計(jì)初探［J］.中國多媒體與網(wǎng)絡(luò)教學(xué)學(xué)報（上旬刊），2023（05）：31-32.

［責(zé)任編輯 李 帆］