淺談如何能教學(xué)平臺 填補(bǔ)教育信息化空白

馬靜怡

[摘 要]近年來，無論在高等教育、職業(yè)教育，還是基礎(chǔ)教育，學(xué)習(xí)者對網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)需求飛速增長，特別是從互聯(lián)網(wǎng)到移動互聯(lián)網(wǎng)，創(chuàng)造了跨時空的學(xué)習(xí)方式，使知識獲取的方式發(fā)生了根本變化。隨著數(shù)據(jù)技術(shù)、圖形技術(shù)的發(fā)展，建立在自適應(yīng)、智能化基礎(chǔ)上的個性化教學(xué)迅速得到普及應(yīng)用。而我國與國外教學(xué)平臺的差距非常大。建設(shè)一流的、能夠大范圍應(yīng)用的自適應(yīng)智能教學(xué)平臺是填補(bǔ)我國教育信息化領(lǐng)域重大空白的重要舉措。

[關(guān)鍵詞]智能教學(xué)；數(shù)字出版；創(chuàng)新方法

一、國內(nèi)外大環(huán)境

1.全球數(shù)字化教學(xué)呈爆發(fā)式發(fā)展

近年來，無論在高等教育、職業(yè)教育，還是基礎(chǔ)教育，學(xué)習(xí)者對網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)需求飛速增長，特別是從互聯(lián)網(wǎng)到移動互聯(lián)網(wǎng)，創(chuàng)造了跨時空的學(xué)習(xí)方式，使知識獲取的方式發(fā)生了根本變化。培生教育集團(tuán)的配套教材在線學(xué)習(xí)平臺學(xué)生人數(shù)突破700萬。斯坦福大學(xué)兩位教授創(chuàng)立了在線免費(fèi)課程網(wǎng)站Coursera，已有30余所一流大學(xué)與其合作共建免費(fèi)課程，2012年4月上線，4個月后學(xué)生數(shù)便突破100萬，不到一年，來自世界各國學(xué)生人數(shù)已經(jīng)突破了234萬，呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。麻省理工學(xué)院和哈佛大學(xué)聯(lián)合發(fā)布的EDX在線教學(xué)計劃，整合兩校師資，建設(shè)在線課程，第一門課程《電子與電路》獲得了12萬名學(xué)生注冊。

2.教育出版社成為數(shù)字教學(xué)發(fā)展主力軍

配套教材的教學(xué)平臺由于有豐富的內(nèi)容作為基礎(chǔ)，更加容易實現(xiàn)功能與內(nèi)容的融合，能夠充分發(fā)揮平臺功能的作用。而且，隨著數(shù)據(jù)技術(shù)、圖形技術(shù)的發(fā)展，建立在自適應(yīng)、智能化基礎(chǔ)上的個性化教學(xué)迅速得到普及應(yīng)用。因此，國際上已有Knewton、Desire2Learn、LearnSmart等先進(jìn)的智能教學(xué)平臺都主要應(yīng)用于配套教材的教學(xué)活動。

3.我國智能教學(xué)平臺水平較低

在我國，一些高校和互聯(lián)網(wǎng)公司合作，錄制了不少課程視頻，在線觀看人數(shù)也增長迅速，但由于缺乏先進(jìn)教育技術(shù)與內(nèi)容資源的支撐，無論是課程的個性化交互功能、配套課件，還是習(xí)題的設(shè)計都停留在初級階段，難以制作出真正具有良好教學(xué)效果的“微課程”，也起不到對課堂教學(xué)的支撐或補(bǔ)充作用?？傮w上，與國外教學(xué)平臺的差距非常大。

一些教育技術(shù)公司和出版社研發(fā)了教學(xué)支撐平臺，普遍停留在內(nèi)容管理系統(tǒng)的層面，某些名為“智能教學(xué)平臺”“泛在教學(xué)平臺”的平臺實際并不具備智能性的個性化學(xué)習(xí)功能，也沒有真正實現(xiàn)跨終端互動。

因此，建設(shè)一流的、能夠大范圍應(yīng)用的自適應(yīng)智能教學(xué)平臺是填補(bǔ)我國教育信息化領(lǐng)域重大空白的重要舉措。

二、建立自適應(yīng)智能教學(xué)平臺的必要性

自適應(yīng)智能教學(xué)平臺在學(xué)科知識網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，運(yùn)用圖論算法構(gòu)建規(guī)劃最佳個性化學(xué)習(xí)路徑，然后利用學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，進(jìn)行個性化知識發(fā)現(xiàn)（PKD， Personalized Knowledge Discovery），為每一個學(xué)習(xí)者找到最適合自身的學(xué)習(xí)內(nèi)容與即時調(diào)整的學(xué)習(xí)路徑。同時，運(yùn)用分層聚類算法提升對于學(xué)生評價的科學(xué)性，幫助教師實現(xiàn)個性化教學(xué)。

面向?qū)W生，自適應(yīng)智能教學(xué)平臺將各學(xué)科知識整理成多維動態(tài)知識地圖，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用圖論算法，為每一個學(xué)習(xí)者生成即時更新的個性化的學(xué)習(xí)路徑，并且按照不同的終端設(shè)備特點進(jìn)行功能與內(nèi)容整合設(shè)計，運(yùn)用知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)為學(xué)生即時提供豐富的個性化內(nèi)容，實現(xiàn)智能化泛在學(xué)習(xí)，能夠極大地提高學(xué)習(xí)效率。

面向教師，自適應(yīng)智能教學(xué)平臺提供個性化定制教材、智能題庫、合作學(xué)習(xí)等各類教學(xué)工具，在平臺上融合大量高品質(zhì)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并大力拓展科學(xué)動畫等前沿領(lǐng)域。同時，運(yùn)用分層聚類數(shù)據(jù)分析技術(shù)，對學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)分析，為教師提供學(xué)生類別區(qū)分依據(jù)，有助于實現(xiàn)分類教學(xué)、因材施教。

在軟件開發(fā)技術(shù)上，自適應(yīng)智能教學(xué)平臺采用基于領(lǐng)域驅(qū)動的軟件開發(fā)方式，以保證系統(tǒng)的可維護(hù)性、擴(kuò)展性和復(fù)用性，在處理復(fù)雜業(yè)務(wù)邏輯方面有著先天的優(yōu)勢。采用HTML5技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)頁與內(nèi)容制作，將大幅提高內(nèi)容資源的生動化與互動性，并可方便應(yīng)用于PC、平板電腦與手機(jī)等終端。

自適應(yīng)智能教學(xué)平臺將填補(bǔ)我國教育信息化的重大空白，可使我國師生在具有世界領(lǐng)先水平的教學(xué)平臺支撐下進(jìn)行混合式教學(xué)，促進(jìn)教學(xué)方式的改進(jìn)，提升學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效率，減輕教師負(fù)擔(dān)，并有效提高教學(xué)質(zhì)量。

三、自適應(yīng)智能教學(xué)平臺的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)和主要創(chuàng)新難點

1.在國內(nèi)首次將學(xué)習(xí)分析技術(shù)運(yùn)用于教學(xué)平臺

目前國內(nèi)尚未有采用學(xué)習(xí)分析技術(shù)進(jìn)行教學(xué)平臺建設(shè)的相關(guān)文獻(xiàn)報道。自適應(yīng)智能教學(xué)平臺在國內(nèi)首次綜合運(yùn)用，對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，可以深入了解每個學(xué)習(xí)者的特性。該技術(shù)創(chuàng)新的主要難點在于如何在不影響既有學(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上采用學(xué)習(xí)分析技術(shù)以及如何降低實時分析的成本。

2.在國內(nèi)首次采用圖論算法來發(fā)現(xiàn)個性化學(xué)習(xí)路徑

學(xué)習(xí)路徑是學(xué)習(xí)活動的主線，學(xué)習(xí)路徑的科學(xué)性對學(xué)習(xí)質(zhì)量的影響至關(guān)重要。目前常用的學(xué)習(xí)路徑引導(dǎo)方法均為靜態(tài)、非個性化的學(xué)習(xí)過程管理，自適應(yīng)智能教學(xué)平臺創(chuàng)新性將圖論算法引入到學(xué)習(xí)領(lǐng)域，來判斷每個學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)路徑。該方法經(jīng)美國培生教育集團(tuán)在Mylabs教學(xué)平臺中應(yīng)用，取得了顯著成效。目前尚未見國內(nèi)有相關(guān)文獻(xiàn)報道圖論算法在這一領(lǐng)域中的應(yīng)用。該技術(shù)創(chuàng)新的主要難點在于訓(xùn)練算法、檢測算法的設(shè)計和優(yōu)化。

3.在國際上首次將個性化知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)運(yùn)用到教學(xué)系統(tǒng)中

個性化知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于數(shù)字圖書館、數(shù)字學(xué)術(shù)資源管理系統(tǒng)中，但在教學(xué)系統(tǒng)中的運(yùn)用還未見先例。在智能教學(xué)系統(tǒng)中，常規(guī)的方法是向?qū)W生推送事先設(shè)定好的課件、習(xí)題等內(nèi)容資源，運(yùn)用個性化知識發(fā)現(xiàn)技術(shù)之后，能夠?qū)⒄搲?、問答、?xí)題等模塊中的相關(guān)內(nèi)容也合并進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘之后推送更具個性化的、更豐富的學(xué)習(xí)資源。

4.綜合運(yùn)用面向?qū)ο蟆㈩I(lǐng)域驅(qū)動設(shè)計等技術(shù)使得平臺更靈活、更具拓展性

領(lǐng)域驅(qū)動設(shè)計（Domain Driven Design）在項目的干系人中形成一個通用的語言，達(dá)到消除業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)＜液统绦蜷_發(fā)者之間的溝通鴻溝。ORM（Object Relation Mapping）對象關(guān)系映射技術(shù)將業(yè)務(wù)領(lǐng)域分析設(shè)計的業(yè)務(wù)對象轉(zhuǎn)換成關(guān)系型數(shù)據(jù)，提取時將關(guān)系數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成業(yè)務(wù)對象。這兩項技術(shù)的配合保證了系統(tǒng)能夠應(yīng)對復(fù)雜業(yè)務(wù)的需求和變更。在國內(nèi)的教學(xué)平臺中，這兩項技術(shù)的綜合運(yùn)用尚屬首次。

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