基于動態(tài)導圖和虛擬學習社區(qū)的自適應在線學習研究

繆盾

摘? 要：今年全球多個國家和地區(qū)遭受了新冠肺炎疫情的襲擊，在線學習成為保障學子繼續(xù)學習的不二之選。在線學習是“互聯(lián)網(wǎng)+”形式下發(fā)展起來的極具沖擊力的全新學習方式，國家教育十三五規(guī)劃也明確以信息技術、人工智能等技術助力教育信息化創(chuàng)新改革。然而在線學習倡導的個性化學習不能等同于單獨一個人學習，學習容易產生孤獨感，導致學習保持率低，學習熱度不高。因此學習的內環(huán)境和外環(huán)境對長效學習都是至關重要的。本文通過動態(tài)思維導圖可視化反映個體的學習內環(huán)境，通過虛擬學習社區(qū)模擬學習的外環(huán)境，為學習者構建內外匹配的全模態(tài)學習平臺，感受真正的線上課堂，提高在線學習的持久性和活躍度。

關鍵詞：在線學習? 學習內環(huán)境? 學習外環(huán)境? 思維導圖? 虛擬學習社區(qū)

中圖分類號：G434? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（b）-0221-05

Abstract： As many countries and regions across the world have been hit by the COVID-19 epidemic this year， online learning has become the best way to ensure that students continue to learn. Online learning is a new and exciting way of learning in the form of "Internet +". The 13th five year plan of national education also clearly uses information technology， artificial intelligence and other technologies to help the innovation and reform of educational informatization. The personalized learning advocated by online learning can't be equal to learning by one person alone. Learning is easy to produce loneliness， which leads to low retention rate and low learning enthusiasm. Therefore， the internal and external environment of learning is very important for long-term learning. In this paper， dynamic mind map is used to visualize the internal learning environment of individuals， and virtual learning community is used to simulate the external learning environment， to build a full mode learning platform for learners to match inside and outside， feel the real online classroom， and improve the durability and activity of online learning.

Key Words： Online learning; The internal environment of learning; The external environment of learning; Mind map; Virtual learning community

1? 引言

今年全球都遭受了新冠肺炎疫情的襲擊，以中國為例，約有2.8億各年級的學生不能返校學習。國家教育部發(fā)出了“停課不停學”的指示，在線學習成為非常時期保障學生繼續(xù)學習的不二之選。在線學習是隨著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展起來的最具有沖擊力的全新學習方式。據(jù)調查中國有80%左右的互聯(lián)網(wǎng)用戶在使用網(wǎng)絡獲取知識，而幾乎每個大學生都曾不同程度地參與過在線學習，這表明借助網(wǎng)絡來進行學習已經成為人們普遍接受的一種方式，同時在線學習也得到了國家和地方政府的高度重視。國家教育十三五規(guī)劃中明確以教育信息化推動教育現(xiàn)代化，積極促進信息技術與教育的融合創(chuàng)新發(fā)展，努力構建網(wǎng)絡化、數(shù)字化、個性化、終身化的教育體系，形成人人皆學、處處能學、時時可學的學習環(huán)境 。由此可見在線教育的規(guī)模和影響還會進一步擴大。

2? 在線學習目前存在的問題

在線學習正在豐富全球的學習資源，真正讓優(yōu)秀的教學資源公開、透明，被更多學習者關注，這是教育信息化帶來的教學變革，但是無論是在校生還是社會人員在進行在線學習中，都反饋了幾個比較集中而突出的問題。

（1）學習用戶數(shù)量龐大，但輟學率高，學習保持率低。學員通常在前期精力投入較多，能很好的觀看視頻，完成測評，中后期投入精力明顯不足，不能按照教學預期完成。例如中國大學MOOC中的《畫法幾何與工程制圖》某一期共有800多名學生報名參加，第一周登錄的學生數(shù)有705名，五周后的登錄率不足50%，最后只有113名學生順利結課并獲得證書。

（2）在線學習的課程知識體系過于簡單。目前所有的在線學習的課程資源都不具備前置的知識體系結構示意圖，均是簡單以教材章節(jié)設置在線學習的次序，學生選擇學習單元的自由度很大，造成一部分學生跳躍學習，形成知識結構混亂，另外對于有基礎的學生，是通過選擇學習自己想學習的幾個單元，這是基于對自我知識積累的一個簡單判斷，在自我判斷存在較大偏差的情況下，則會影響已選擇單元的學習效果。

（3）大家對在線教育的個性定制是比較認可的，但是不能將個性化定制等同于單獨一個人學習。學習需要外在的環(huán)境，需要學習的情境演化。美國著名的學習專家愛德華·戴爾曾提出學習金字塔的理論，這是一種現(xiàn)代學習方式的理論，他提出了六種學習方式 ，其中第一種就是“聽講”的方式，經過緬因州的國家訓練實驗室測試，這種學習效果是最低的，而“聲音、圖片”的學習方式比第一種略好，較好的學習方式是團隊學習、群體學習。而目前的在線學習曲解個性化學習為獨自學習，摒棄了群體學習對學習的促進作用。

這些凸顯的問題讓在線學習成為一種隨意性很大的學習，致使學習效率低下，在線教育已經成為學生個性化學習以及全民終生學習的可實現(xiàn)平臺，如何改善目前在線教育存在的上述問題，是值得探討的問題。

3? 在線學習自適應模式構建

在線學習自適應模式主要是為了學習者能找到最適宜自己學習的方式和路徑，提高學習的效率。通過課程的動態(tài)思維導圖構建可視化的學習內環(huán)境，明晰學習者自身的知識內儲備，明確學習的方向，規(guī)劃在線學習的路徑。通過互聯(lián)網(wǎng)搭建虛擬學習社區(qū)，豐富學習外環(huán)境，消除學習的孤獨感，通過團隊學習、共性學習增強學習熱情，提高學習效率。

3.1 動態(tài)學科思維導圖——學習內環(huán)境可視化

學科的知識都有其內在的邏輯及固定的結構，通過將概念、知識、問題可視化，同時將結構化思考、邏輯思考、辯證思考等思維方式融合，構建基于學科系統(tǒng)的思維導圖，建立學科內各知識點的隸屬度關系。然而常規(guī)的學科思維導圖是靜態(tài)的，沒有與學習者的知識內存進行鏈接，即沒有內化為自身的學科思維導圖，對學習者繼續(xù)學習該學科沒有起到引導和監(jiān)督作用。動態(tài)的學科思維導圖可以跟蹤個人的學習進度，把控學習效果，通過前測和后測的結果，評價學習者的知識內化程度，再通過隸屬度關系及設定的閾值，解鎖與該節(jié)點有關的各節(jié)點的學習，為了增加學習的趣味性，在動態(tài)思維導圖中可以設定多個閾值，如下公式（1）所示。

其中x為首次前測或后測的評價分，若分值超過預設閾值80，則進入完全解鎖模式，即與該節(jié)點有隸屬關系的節(jié)點均被解鎖，且隸屬度值越高的節(jié)點具有被學習的優(yōu)先權，在可視化中可用高亮顏色顯示。若分值在閾值60與80之間，則進入半解鎖模式，可進入隸屬度值較高的節(jié)點學習。若分值在60分及以下，則不能解鎖后續(xù)學習節(jié)點。

構建學科動態(tài)思維導圖首先分析學科中涉及的各知識節(jié)點，建立知識樹，根據(jù)節(jié)點和節(jié)點之間的樹徑長度建立隸屬度函數(shù)，樹徑長度值與隸屬度函數(shù)成反比，即樹徑越長，隸屬度越低，每兩個節(jié)點之間構建隸屬度函數(shù)，最后得到節(jié)點關系的模糊矩陣。其次要有完善的學科習題庫，并建立習題及其所對應的知識點的映射關系。最后通過Python實現(xiàn)習題庫隨機測試結果和個人動態(tài)思維導圖的鏈接和觸發(fā)，具體流程如下圖1所示。

3.2 虛擬學習社區(qū)——學習外環(huán)境情景化

在線學習從單純的視頻傳輸式教學到人機可交互的半互動學習，打通了學生和老師之間的雙向聯(lián)系，但是同一時刻同步學習的各個學習個體是處于完全的隔離狀態(tài)。隨著學習的深入，學生會產生強烈的孤獨感，知識在運轉過程中只是一種填充過程，沒有碰撞、激化和擴散。學習環(huán)境和學習過程是密不可分的，在學習過程中除了保證支撐學習過程的物質條件（包括學習資源、網(wǎng)絡通暢、學習空間等），還應具備人際交流和任務情境等軟環(huán)境。人際交流和任務情境能夠聯(lián)通學習者個體，將在線學習的點對點集的模式轉化為點對點聯(lián)通集模式，如圖2所示。

點聯(lián)通集可以假定為一個虛擬學習社區(qū)（學習共同體），是由有共同學習目標且同一時刻存在學習行為的學習者構成的臨時團體，他們彼此之間可以在學習過程中進行交流，分享學習心得，共享學習資源，協(xié)作學習任務，在相互影響、相互促進中共同完成學習目標。

從理論上說共同學習體擁有比個體更大的儲存知識、應用知識和創(chuàng)新知識的潛力，因此共同學習體可以更好地推動個體學習，產生遠遠大于個體學習總和的整體學習效果。而且在知識傳播、共享、儲存和應用的過程中不可避免地會發(fā)生“過程損失”，個體學習中這種“過程損失”受個體差異限制，不易發(fā)覺，較難控制，而共同學習可以通過一些組織行為（例如探討、辯論等）干預和修正損失，避免無效學習和偏差學習。

虛擬學習社區(qū)可以將同一時間發(fā)生同一知識節(jié)點學習行為的學習者納入同一區(qū)域，也可以退出。相當于喜歡看同一個電影的觀眾處于同一個影廳，那么學習者在學習的過程中可以通過彈幕、音頻等形式進行交流、互動和分享，通過任務分解合作完成綜合項目。同一社區(qū)內優(yōu)先掌握的學習個體還可以為其他學習者提供幫助，內化和升華知識，同時積累自身獎勵分。

3.3 學習內環(huán)境和外環(huán)境協(xié)同的自適應模式

自適應學習模式是一種新型的教育科技手段，使學習過程更加人性、高效、易于量化 。根據(jù)內容的自適應學習大致分為兩大類、一類是知識點間的自適應學習，通過知識圖譜實現(xiàn);還有一類是知識點內的自適應學習，通過學習畫像實現(xiàn)。這兩類針對的是學習者的知識存量和學習風格，最終還是歸結為學習內環(huán)境的自適應模式。而在學習過程中，學習者的投入度和情緒同時也受到外部環(huán)境的影響，因此學習者當前所處的情境，以及他的學習的周邊環(huán)境特點，也應該是自適應模式需要考慮的一個方面。通過將學習者的情境和環(huán)境信息整合到適應性過程，協(xié)調外部的硬環(huán)境（空間、網(wǎng)絡、地點等）、外部的軟環(huán)境（人際互動、人際協(xié)作、情感變量等），內部的硬環(huán)境（知識點、學習資源、習題庫）和內部的軟環(huán)境（學習者信心、期望、熱度等）四個維度的路徑，形成內外環(huán)境雙軌并行的自適應模式。

自適應模式是一種基于數(shù)據(jù)的驅動方式，將被控對象的學習狀態(tài)和效果量變?yōu)閿?shù)值。定義內環(huán)境狀態(tài)用已學知識的掌握度和未學知識的期望值來模擬，外環(huán)境通過活躍度和置信因子模擬。通過測試，不僅可以獲得學生個體的動態(tài)思維導圖，同時也可以評估個體在節(jié)點的掌握程度，期望值是由學習個體通過滑動條進行賦值。學習活躍度通過前置節(jié)點個體參與討論，交流，共享等互動行為進行量化。討論、交流和共享資源的頻次、質量和層次來置換置信積分。對于每個學習者在進入在線學習系統(tǒng)時，通過計算內環(huán)境的兩個值，來匹配適應性的虛擬學習社區(qū)，針對掌握度和置信因子雙高的學習者，可以優(yōu)先選擇進入深度學習社區(qū)。為了增加學習的融通性和趣味性，還可以在學習社區(qū)中增加一定的“虛擬獎勵”，激發(fā)探究的熱度 。

4? 課程試驗

以工科專業(yè)的基礎課程《畫法幾何》為例，構建了基于動態(tài)思維導圖和虛擬學習社區(qū)的在線交互式微課。通過對已有的《畫法幾何》在線微課進行二次開發(fā)，利用APICloud開發(fā)平臺建設獨立的學習APP。首先在初始學習界面上載入了動態(tài)思維導圖，如圖3所示。

學習者通過圖可以明了各個主要知識節(jié)點間的遞進關系，各個子節(jié)點之間的內部關聯(lián)，路徑的長短體現(xiàn)了知識的隸屬度。在微課的播放間左方設置了虛擬學習社區(qū)聊天室和資源管理庫，教師可以通過彈幕軟件預設問題，在視頻上方滑動，學生在學習微課的過程中，通過微信號登錄學習APP平臺發(fā)送有聲信息或彈幕進行交流互動，如圖4所示。

通過向同專業(yè)的A、B、C班分別無前置要求地推送中國大學MOOC的同濟大學《畫法幾何》課、知牛網(wǎng)站的《畫法幾何》交互性微課和《畫法幾何》學習APP三種不同類型的在線課程，連續(xù)跟蹤16課次，通過出勤率對比，本文所述學習模式比較受學生喜愛，學習保持率均維持在85%以上，如圖5所示。C班級中進入虛擬學習社區(qū)學習的比率為100%，學習過程中語音信息共計發(fā)送551條，其中與課程內容有關的信息為237條，占比43%，彈幕信息發(fā)送共計10322條，與課程內容相關的信息共計6369條，占比61.7%，與A班無交互和交流的學習過程，B班強制性的交互行為對比，C班自發(fā)的學習活躍度最高。在資源管理庫中很多學生主動完成一些討論、心得交流、回答其他學習者的質疑、形體作品制作和展示等任務，并且獲得獎勵分，提升了學習等級。

5? 結語

在線學習的保持率和活躍度是各大管理平臺關注的焦點，基于動態(tài)思維導圖和虛擬學習社區(qū)的在線學習模式打破傳統(tǒng)的單體學習情境，注重學習內環(huán)境和外環(huán)境的多維度耦合。為學習者開辟了更豐富的學習情境和學習模式，能一定程度提高在線學習的保持率，打通學習過程中學習者之間的交流路徑，真正營造“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的課堂狀態(tài)全模擬式的在線學習平臺。

參考文獻

[1] 何帥.“互聯(lián)網(wǎng)+”背景下的智慧教育南通模式[J].教育現(xiàn)代化，2017，4（42）：68-69.

[2] 賈春楊.以“學習金字塔”理論引領“做中學”[J].北京教育（普教版），2015（2）：73.

[3] 劉濯源.思維可視化與教育教學的有效整合[J].中國信息技術教育，2015（21）：5-7.

[4] 師禮.淺論網(wǎng)絡環(huán)境下如何培養(yǎng)成教學生良好的學習習慣[J].商場現(xiàn)代化，2010（24）：226-227.

[5] 景恬.促進虛擬學習社區(qū)中教師互動發(fā)展的策略研究[D].蘭州：西北師范大學，2011.

[6] 張兆芹.個體學習、組織學習與學習型組織之辨析[J].比較教育研究，2006（8）：44-48.

[7] 李興國，顧東曉，黃錦，等.團隊型組織文化對大學生創(chuàng)新實踐能力的影響機制研究[J].實驗技術與管理，2015，32（1）：26-29，33.

[8] 薛畢.教育信息化改革進入成績預警階段[J].信息技術與信息化，2018（6）：5-6.

[9] 李興保，王騰，劉敏.虛擬學習社區(qū)的文化認同影響因素研究[J].現(xiàn)代教育技術，2017，27（6）：101-107.