劉文龍

（首都師范大學(xué)教育技術(shù)系，北京100048）

基于移動(dòng)終端環(huán)境的教學(xué)即時(shí)反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

劉文龍

（首都師范大學(xué)教育技術(shù)系，北京100048）

基于移動(dòng)終端的教學(xué)環(huán)境是一種利用移動(dòng)終端進(jìn)行課堂活動(dòng)的新型教學(xué)方式?，F(xiàn)有的手持移動(dòng)設(shè)備都體現(xiàn)了數(shù)碼與教育的融合，但均大多應(yīng)用在課外學(xué)習(xí)，對于課堂教學(xué)中的實(shí)時(shí)反饋涉及較少。本文主要闡述了基于移動(dòng)終端環(huán)境的教學(xué)即時(shí)反饋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過程，該即時(shí)反饋系統(tǒng)對教學(xué)過程中的教師和學(xué)生行為進(jìn)行處理并以直觀圖形的方式呈現(xiàn)出來，對于教師及時(shí)發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的問題、了解學(xué)生學(xué)習(xí)效果、調(diào)整教學(xué)策略具有指導(dǎo)和借鑒作用。

移動(dòng)終端；教學(xué)效果；即時(shí)反饋系統(tǒng)

一、引言

隨著智能手機(jī)、平板電腦等移動(dòng)終端設(shè)備的興起，無線網(wǎng)絡(luò)、3G、4G等立體無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境正在形成。移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，對現(xiàn)代人的生活方式產(chǎn)生了很大的影響，同時(shí)也對教育改革實(shí)踐提供了新的思路和理念。

在整個(gè)教學(xué)過程中，教學(xué)反饋始終在其中處于極其重要的地位。教學(xué)反饋是指教師對教授課程所達(dá)到教學(xué)效果的備忘記錄及評價(jià)。教學(xué)反饋為教師提供教學(xué)效果信息，即時(shí)調(diào)整教學(xué)策略。即時(shí)的教學(xué)反饋能夠快速得到學(xué)生的學(xué)習(xí)效果信息，有針對性地對題目或?qū)W生進(jìn)行專門的講解或指導(dǎo)。

已有的移動(dòng)終端教學(xué)設(shè)備多采用遙控器，如樂佰特互動(dòng)教學(xué)系統(tǒng)、北京松博科技公司的“按按按”互動(dòng)遙控教學(xué)系統(tǒng)等，雖然實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)教學(xué)與移動(dòng)設(shè)備的結(jié)合，但由于類似遙控器的設(shè)備交互通常比較簡單、采集的信息有限、可視化呈現(xiàn)方式少，而且未考慮利用長期的歷史記錄分析教學(xué)規(guī)律以及教學(xué)領(lǐng)域?qū)ο蟮年P(guān)系，所以未能很好實(shí)現(xiàn)教學(xué)輔助和提升教學(xué)的功能。

本研究所使用的移動(dòng)終端授課環(huán)境——智動(dòng)課堂系統(tǒng)，是一種利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、交互技術(shù)、平臺技術(shù)、無線通訊技術(shù)、學(xué)習(xí)終端等建構(gòu)起來一種課堂教學(xué)環(huán)境。該系統(tǒng)充分利用課堂教學(xué)理論與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將移動(dòng)學(xué)習(xí)思想應(yīng)用到課堂教學(xué)中。智動(dòng)課堂系統(tǒng)使用帶有豐富教學(xué)資源的平板電腦（Pad終端）完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)紙質(zhì)課本，能夠非常方便地記錄下教師、學(xué)生同系統(tǒng)的交互行為，學(xué)生同教師之間通過系統(tǒng)進(jìn)行的師生互動(dòng)行為，利用基于事件的方法進(jìn)行行為數(shù)據(jù)的采集和有效分析能夠反映出課堂教學(xué)活動(dòng)中存在的問題，從而促進(jìn)教學(xué)反思，輔助教師進(jìn)行教學(xué)決策。該系統(tǒng)通過無線通信技術(shù)將教師端、學(xué)生端和服務(wù)器端連接在一起，同時(shí)還可使用該系統(tǒng)進(jìn)行多種教學(xué)活動(dòng)，如自主探究、合作探究、搶答、即時(shí)反饋等。其中即時(shí)反饋系統(tǒng)將學(xué)生課上的教學(xué)行為全部收集下來并存儲到服務(wù)器中，進(jìn)而進(jìn)行分析處理并當(dāng)堂反饋給教師和學(xué)生，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的即時(shí)反饋。

即時(shí)反饋系統(tǒng)采用基于事件的方法，依靠教師和學(xué)生的各個(gè)行為點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和處理，并以圖形化的結(jié)果反饋給教師，為教師進(jìn)行教學(xué)判斷提供依據(jù)。

二、移動(dòng)終端授課環(huán)境

通過無線網(wǎng)絡(luò)連接，將移動(dòng)終端設(shè)備與傳統(tǒng)課堂相結(jié)合，就形成了更符合信息時(shí)代教育特點(diǎn)的移動(dòng)終端授課環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)與學(xué)科教學(xué)的完美融合。智動(dòng)課堂系統(tǒng)是天士博公司開發(fā)的以移動(dòng)設(shè)備為載體，進(jìn)行移動(dòng)教學(xué)和學(xué)習(xí)的教學(xué)系統(tǒng)，現(xiàn)已在多所中小學(xué)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用，教學(xué)效果良好。

平板電腦是智動(dòng)課堂系統(tǒng)的基本組成設(shè)備。平板電腦在硬件上輕便易攜，功能強(qiáng)大；在軟件上，大多平板電腦采用Android操作系統(tǒng)，因其開源性，許多在Windows操作系統(tǒng)上運(yùn)行的軟件都有對應(yīng)的Android版本，發(fā)揮出強(qiáng)大功能。安裝在Pad中的智動(dòng)課堂系統(tǒng)使智動(dòng)課堂客戶端軟件可實(shí)現(xiàn)多種課堂活動(dòng)，包括PPT課件、課堂練習(xí)、自主探究、合作探究、即時(shí)問答、即時(shí)測驗(yàn)等，各部分都可實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生的互動(dòng)與即時(shí)反饋。教師和學(xué)生均可通過Pad獲取特定的教學(xué)和學(xué)習(xí)資源以及網(wǎng)絡(luò)資源。在教學(xué)過程中，教師Pad還可對學(xué)生Pad通過該客戶端進(jìn)行監(jiān)看、鎖屏以及表揚(yáng)等操作，保證教師在課堂中的主導(dǎo)性作用。圖1表示智動(dòng)課堂系統(tǒng)教師端界面。

圖1 智動(dòng)課堂系統(tǒng)之教師端界面

一套完整智動(dòng)課堂系統(tǒng)相當(dāng)于一臺服務(wù)器，在該服務(wù)器中安裝有智動(dòng)課堂服務(wù)中心、課件制作軟件以及相應(yīng)的配套軟件。服務(wù)器與Pad之間可形成一個(gè)結(jié)構(gòu)完善、功能強(qiáng)大的新型教學(xué)環(huán)境。教師可按照自己所需制作形式多樣的課件，在線下載整理課程所需的豐富多樣的教學(xué)資源，帶動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

智動(dòng)課堂系統(tǒng)優(yōu)勢明顯，不但功能強(qiáng)大，更符合教師學(xué)生的學(xué)習(xí)愿望；智動(dòng)課堂系統(tǒng)可與白板等多種教學(xué)媒體結(jié)合，豐富教學(xué)環(huán)境；該套系統(tǒng)摒棄傳統(tǒng)課堂教師以講授為主的特點(diǎn)，發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)媒體應(yīng)用優(yōu)勢，注重學(xué)生自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)。即時(shí)反饋系統(tǒng)以該智動(dòng)課堂授課系統(tǒng)為依托，前期進(jìn)行了充分的設(shè)計(jì)、分析和討論，記錄了課堂隨堂測試過程中教師和學(xué)生所有的行為，最終確定向教師所要反饋的教學(xué)信息和相關(guān)圖表。

三、基于移動(dòng)設(shè)備的即時(shí)反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著各種移動(dòng)終端設(shè)備的出現(xiàn)和推廣，移動(dòng)學(xué)習(xí)作為繼網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)之后又一種新興的學(xué)習(xí)和教學(xué)方式，已逐漸引起各界的關(guān)注。移動(dòng)學(xué)習(xí)各終端之間通過無線通信技術(shù)連接，教師與學(xué)生可以通過安裝在移動(dòng)設(shè)備上的移動(dòng)學(xué)習(xí)軟件進(jìn)行教學(xué)、學(xué)習(xí)和交流。它一方面繼承了網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)不限地不限時(shí)的優(yōu)點(diǎn)和教學(xué)資源迅速共享的優(yōu)勢，同時(shí)還能像傳統(tǒng)教學(xué)一樣進(jìn)行實(shí)時(shí)的對話和面對面交流。

即時(shí)反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要從以下幾個(gè)方面入手——反饋系統(tǒng)所依托的硬件環(huán)境、實(shí)現(xiàn)反饋系統(tǒng)的軟件架構(gòu)、系統(tǒng)反饋的結(jié)果。

1.設(shè)計(jì)框架

（1）硬件環(huán)境

即時(shí)反饋系統(tǒng)以智動(dòng)課堂移動(dòng)授課環(huán)境為基礎(chǔ)，學(xué)生端、教師端及服務(wù)器端通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互連。其硬件環(huán)境如圖2所示：

圖2 智動(dòng)課堂系統(tǒng)硬件環(huán)境

其中，服務(wù)器是整個(gè)智動(dòng)課堂系統(tǒng)的中心，在該計(jì)算機(jī)中包含課件制作系統(tǒng)、課堂服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。教師Pad/學(xué)生Pad是一臺安裝有智動(dòng)課堂教師/學(xué)生客戶端的Android系統(tǒng)平板電腦。

在教學(xué)過程當(dāng)中，學(xué)生Pad端將學(xué)生的行為數(shù)據(jù)以特定的形式傳送到數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存；服務(wù)器端負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取、處理并進(jìn)行特定的分析，形成統(tǒng)計(jì)報(bào)表或圖示；教師端向服務(wù)器端發(fā)出請求，服務(wù)器返回不同形式的結(jié)果，可直接返回到教師Pad端，也可返回到大屏幕（白板）上，供學(xué)生參考；教師和學(xué)生接收到返回結(jié)果，首先進(jìn)行自我分析和評價(jià)，反思自己的教學(xué)和學(xué)習(xí)行為。這樣，就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的反饋過程。

（2）軟件框架

即時(shí)反饋系統(tǒng)是基于J2EE的技術(shù)架構(gòu)，可移植性強(qiáng)并且具有安全和再用價(jià)值。即時(shí)反饋系統(tǒng)采用客戶端請求，服務(wù)器端返回Html統(tǒng)計(jì)頁的通信形式實(shí)現(xiàn)反饋過程。在該過程中，智動(dòng)課堂系統(tǒng)請求統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)服務(wù)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并生成Htm l頁面顯示到客戶端。

反饋過程中，教師端通過與智動(dòng)課堂服務(wù)器端的業(yè)務(wù)協(xié)議，向其發(fā)出統(tǒng)計(jì)頁請求，服務(wù)器端接收指令將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并按照指令要求以網(wǎng)頁的形式發(fā)送給指定位置或設(shè)備。其反饋過程主要包括以下幾個(gè)模塊，如圖3所示：

圖3 即時(shí)反饋系統(tǒng)的軟件框架

考慮到即時(shí)反饋系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及與計(jì)算機(jī)端的有效結(jié)合，統(tǒng)計(jì)結(jié)果通過通用的http協(xié)議以網(wǎng)頁形式發(fā)布到Pad端或者白板端，以適用不同類型的終端設(shè)備和不同平臺的多種不同的操作，以保持系統(tǒng)的一致性與可兼容性；學(xué)生課堂學(xué)習(xí)拋棄傳統(tǒng)課堂的紙質(zhì)課本，所有學(xué)習(xí)資源均整合到學(xué)生Pad中，所需學(xué)習(xí)資源可由指定網(wǎng)絡(luò)地址或服務(wù)器下載。當(dāng)隨堂考開始時(shí)，學(xué)生Pad每次操作都會(huì)實(shí)時(shí)地發(fā)送數(shù)據(jù)給智動(dòng)課堂服務(wù)；教師Pad包含豐富的教學(xué)資源和多種課堂教學(xué)活動(dòng)，可進(jìn)行多學(xué)科教學(xué)。教師Pad可以調(diào)用查看并顯示通過統(tǒng)計(jì)服務(wù)生成的Web頁，打開反饋信息圖表。

智動(dòng)課堂服務(wù)是即時(shí)反饋系統(tǒng)及整個(gè)智動(dòng)課堂系統(tǒng)的核心部分，它一方面負(fù)責(zé)顯示W(wǎng)eb統(tǒng)計(jì)頁，另一方面智動(dòng)課堂服務(wù)負(fù)責(zé)對實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的收集和處理，同時(shí)還需接受教師端發(fā)送的控制指令對整個(gè)課堂教學(xué)及統(tǒng)計(jì)服務(wù)隨堂考的開始與結(jié)束進(jìn)行通知。

2.反饋結(jié)果設(shè)計(jì)

隨堂考即時(shí)反饋系統(tǒng)利用移動(dòng)終端設(shè)備，以基于事件的方式在教學(xué)過程中采集學(xué)生學(xué)習(xí)行為。通過考察學(xué)生隨堂考過程中的答題各項(xiàng)行為表現(xiàn)，采集相應(yīng)的教學(xué)信息，形成圖表，反饋到教師和學(xué)生面前。

即時(shí)反饋結(jié)果旨在幫助教師了解學(xué)生情況，指導(dǎo)教師進(jìn)行全面輔導(dǎo)以及個(gè)性化輔導(dǎo)。具體反饋結(jié)果如表1所示：

表1 反饋結(jié)果信息表

在隨堂考過程中，學(xué)生行為信息以及隨堂考試卷試題信息多種多樣，教師可通過系統(tǒng)所反饋的信息得到有用的學(xué)習(xí)信息，對教學(xué)和輔導(dǎo)發(fā)揮指導(dǎo)作用。

四、實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

即時(shí)反饋系統(tǒng)從數(shù)據(jù)層、服務(wù)器層、客戶層（或呈現(xiàn)層）三個(gè)層面進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)層采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫，用于存儲學(xué)生在Pad端的操作行為。通過對學(xué)生在課堂活動(dòng)中的學(xué)習(xí)行為進(jìn)行分析，分離出能夠呈現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)同時(shí)可抓取并記錄的屬性，將其存儲在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，以備服務(wù)器層提取分析。

服務(wù)器層（統(tǒng)計(jì)服務(wù)層）將存儲下來的行為數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取和分析，通過編程代碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)處理，并響應(yīng)客戶層請求將數(shù)據(jù)處理結(jié)果以直觀形式展現(xiàn)出來。

客戶層（內(nèi)容呈現(xiàn)層）是用戶接口和用戶請求的發(fā)出地。即時(shí)反饋系統(tǒng)主要通過教師端發(fā)出業(yè)務(wù)請求，獲取所需要的反饋結(jié)果信息。反饋結(jié)果以網(wǎng)頁的形式展現(xiàn)，同時(shí)預(yù)制多種接口，以適應(yīng)不同移動(dòng)設(shè)備、不同操作系統(tǒng)及不同瀏覽器，同時(shí)增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和易操作性。

1.元數(shù)據(jù)層的實(shí)現(xiàn)

即時(shí)反饋系統(tǒng)針對智動(dòng)課堂系統(tǒng)隨堂考模塊進(jìn)行分析和反饋，使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲學(xué)生行為數(shù)據(jù)，采用臨時(shí)表存儲采集的信息。

即時(shí)反饋系統(tǒng)數(shù)據(jù)模型主要包括四部分——試卷模型、測試模型、試題模型、過程模型。

試卷模型用于存儲隨堂考模塊教師所下發(fā)試卷的主要信息。其字段信息包括試卷名稱、試卷編號、總分?jǐn)?shù)、下發(fā)時(shí)間、是否主動(dòng)提交等。

測試模型用于臨時(shí)存儲試卷下發(fā)和收取過程中學(xué)生的操作信息。主要字段包括試卷編號、學(xué)生姓名、學(xué)生編號、下發(fā)時(shí)間、上交時(shí)間、是否主動(dòng)提交等。

試題模型用來記錄測試中各個(gè)試題的詳細(xì)內(nèi)容。主要字段為試卷編號、試題編號、試題類型、試題分值、正確答案等。

答題過程模型用來記錄測試過程中學(xué)生的做題信息。主要字段包括學(xué)生編號、試卷編號、試題編號、所選選項(xiàng)、是否有效、是否正確等。

2.統(tǒng)計(jì)服務(wù)層的實(shí)現(xiàn)

該層是反饋系統(tǒng)的核心部分，該層實(shí)現(xiàn)對所抓取的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、提取、分析、處理，并生成圖形圖表。統(tǒng)計(jì)服務(wù)層采用Hibernate框架實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的對象化封裝，使用MySQL數(shù)據(jù)服務(wù)。

3.內(nèi)容呈現(xiàn)層的實(shí)現(xiàn)

統(tǒng)計(jì)服務(wù)層所生成的圖形結(jié)果以網(wǎng)頁的格式進(jìn)行展示，同時(shí)供計(jì)算機(jī)端和Pad端調(diào)用。

統(tǒng)計(jì)過程中，教師Pad端向服務(wù)器發(fā)出指令，調(diào)用數(shù)據(jù)分析結(jié)果，接著統(tǒng)計(jì)服務(wù)層收到指令并同時(shí)分析指令類型才會(huì)執(zhí)行回調(diào)方法，將對應(yīng)的頁面?zhèn)鬟f給教師Pad端或者計(jì)算機(jī)端（白板端）。Pad端通過內(nèi)置瀏覽器控件打開網(wǎng)頁鏈接進(jìn)行展示統(tǒng)計(jì)圖表，教師在Pad端進(jìn)行操作時(shí)，可點(diǎn)擊統(tǒng)計(jì)圖中的某個(gè)功能點(diǎn)進(jìn)而打開計(jì)算機(jī)端（白板端）的指定功能。其具體調(diào)用過程如圖4所示。

圖4 反饋信息調(diào)用過程

4.應(yīng)用成果

智動(dòng)課堂系統(tǒng)已在若干小學(xué)和中學(xué)進(jìn)行試用，其即時(shí)反饋系統(tǒng)在實(shí)際教學(xué)應(yīng)用中發(fā)揮了應(yīng)有的作用，教師可通過不同形式的反饋結(jié)果查看學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和自身的教學(xué)情況，以便能及時(shí)調(diào)整后續(xù)教學(xué)和查漏補(bǔ)缺，學(xué)生也可通過查看白板端的反饋結(jié)果反思自身學(xué)習(xí)行為，發(fā)現(xiàn)存在的不足。圖5為智動(dòng)課堂系統(tǒng)在某小學(xué)的應(yīng)用場景。

圖5 智動(dòng)課堂系統(tǒng)實(shí)際教學(xué)應(yīng)用場景

即時(shí)反饋系統(tǒng)針對智動(dòng)課堂系統(tǒng)的隨堂考模塊基本實(shí)現(xiàn)了5方面的即時(shí)統(tǒng)計(jì)分析，學(xué)生即時(shí)答題情況分析、學(xué)生即時(shí)答題正確率和提交人數(shù)分析、所有題目正確率分析、學(xué)生成績等級分析以及學(xué)生答題時(shí)間過程分析。教師對該反饋模塊有較好的評價(jià)，認(rèn)為該模塊對于即時(shí)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況、給學(xué)生有針對性的個(gè)性化指導(dǎo)具有很好的輔助作用。

教學(xué)即時(shí)反饋系統(tǒng)以快速性、即時(shí)性、針對性、教學(xué)性為設(shè)計(jì)原則，充分考慮到教師、學(xué)生對教學(xué)反饋信息的需求?；谝苿?dòng)終端的教學(xué)即時(shí)反饋系統(tǒng)從不同的角度、不同的方式形成教學(xué)反饋，反饋信息清晰明了地展現(xiàn)出了學(xué)生的現(xiàn)有學(xué)習(xí)水平，教師和學(xué)生將其與學(xué)習(xí)目標(biāo)相比較，找出差距，進(jìn)行講解和反思以縮小差距。

五、結(jié)論

即時(shí)反饋系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、快速性、分析性、診斷性等特點(diǎn)，對教師教學(xué)及學(xué)生學(xué)習(xí)能起到指導(dǎo)作用。教師通過反饋結(jié)果及時(shí)改進(jìn)教學(xué)，學(xué)生通過反饋結(jié)果及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身不足并及時(shí)改正。該即時(shí)反饋系統(tǒng)使用PC計(jì)算機(jī)作為服務(wù)端，連接Pad教師端和學(xué)生端，利用計(jì)算機(jī)的高速計(jì)算能力對隨堂考過程中記錄的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，產(chǎn)生反饋報(bào)告并以圖形化形式表現(xiàn)出來。該系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)大大加快了數(shù)據(jù)的處理速度，真正實(shí)現(xiàn)了教學(xué)評價(jià)的即時(shí)反饋，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。即時(shí)反饋系統(tǒng)還不支持主觀問題的即時(shí)評價(jià)和反饋，不過隨著技術(shù)的不斷發(fā)展、理論研究的加深，相信更全面的即時(shí)反饋系統(tǒng)已離我們不遠(yuǎn)。

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（編輯:王天鵬）

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1673-8454（2015）13-0084-04