吳彥文，汪樂(lè)章，林 嫻，陳心怡

(華中師范大學(xué) 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北 武漢 430079)

0 引言

傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)共同體組建方式非常依賴于個(gè)人交際圈，而隨著互聯(lián)網(wǎng)+教育的不斷深化，基于網(wǎng)絡(luò)的虛擬團(tuán)隊(duì)、虛擬學(xué)習(xí)共同體出現(xiàn)在公眾視野中。例如，依托“網(wǎng)易云課堂”、“網(wǎng)易公開課”、“MOOC”等網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)的論壇而組建的各種討論組，可以幫助各學(xué)習(xí)小組進(jìn)行目標(biāo)規(guī)劃、互動(dòng)交流、經(jīng)驗(yàn)共享等，初步實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)共同體營(yíng)造良好學(xué)習(xí)氛圍的目標(biāo)。然而，這些網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)在面向高校競(jìng)賽、為大學(xué)生提供學(xué)習(xí)共同體組建服務(wù)等方面，尚存在一些不足。湯躍明[3]認(rèn)為，在構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體時(shí)，非常需要成員間的專業(yè)知識(shí)互補(bǔ)性，來(lái)強(qiáng)化團(tuán)隊(duì)成員間彼此的合作。因此，為大學(xué)生跨院系交流提供渠道是構(gòu)建學(xué)習(xí)共同體的關(guān)鍵要素之一。

針對(duì)大學(xué)生群體的社交習(xí)慣，基于微信小程序，開發(fā)出面向高校學(xué)術(shù)競(jìng)賽的學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)，以滿足大學(xué)生創(chuàng)新教育等方面需求。

1 學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)的設(shè)計(jì)與構(gòu)建

1.1 總體設(shè)計(jì)

微信小程序是微信于2017年推出的一款內(nèi)嵌型MiniAPP，不同于一般的手機(jī)APP，無(wú)需下載，打開即用，用完即走，通過(guò)鏈接掃碼等渠道即可打開，非常適合大學(xué)生群體的學(xué)習(xí)生活節(jié)奏。

微信小程序?yàn)殚_發(fā)者提供了較為完善的開發(fā)平臺(tái)，使開發(fā)者可以快速開發(fā)出小程序。本平臺(tái)在微信官方自定義的小程序開發(fā)框架內(nèi)進(jìn)行開發(fā)。為了加快小程序的響應(yīng)速度，視圖層和表現(xiàn)層使用小程序的WXML標(biāo)簽語(yǔ)言和WXSS樣式語(yǔ)言，替換了傳統(tǒng)APP開發(fā)所使用的HTML5和CSS。

考慮到小程序的普及性與便捷性，采用微信小程序作為開發(fā)平臺(tái)，幫助大學(xué)生群體快速組建高質(zhì)量的學(xué)習(xí)共同體，并在學(xué)生群體與導(dǎo)師群體間建立溝通橋梁，通過(guò)個(gè)性化推薦系統(tǒng)，為用戶提供最適合自己的組隊(duì)人選，為學(xué)生隊(duì)伍推薦優(yōu)質(zhì)的導(dǎo)師資源，在雙向推薦下，最大化組隊(duì)效率，幫助大學(xué)生群體更好更快地進(jìn)行共同體建設(shè)。系統(tǒng)總體構(gòu)架如圖1所示。

整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)分為交互層、應(yīng)用層、接口層和基礎(chǔ)設(shè)施層。①基礎(chǔ)設(shè)施層利用分布式文件系統(tǒng)，把不同服務(wù)器上的共享文件夾組織在一起。②接口層通過(guò)開發(fā)環(huán)境，自定義API以及Web Server模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。③應(yīng)用層由用戶、學(xué)習(xí)、個(gè)性化推薦三大模塊構(gòu)成，個(gè)性化推薦模塊挖掘用戶在各模塊的個(gè)性化行為以及留存的個(gè)人信息，進(jìn)行相應(yīng)的個(gè)性化推薦服務(wù)，幫助用戶進(jìn)行學(xué)習(xí)共同體的組建。同時(shí)學(xué)習(xí)模塊作為后續(xù)服務(wù)模塊，整合了大量師資資源，可以為用戶群體提供定向的教學(xué)輔導(dǎo)服務(wù)。

1.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

1.2.1 軟件功能結(jié)構(gòu)

學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)從功能上可以劃分為五個(gè)模塊，各資源版塊在平臺(tái)的統(tǒng)一管理調(diào)配下增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性，提高了資源利用效率，使學(xué)生用戶和導(dǎo)師用戶群體可以在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)，通過(guò)微信軟件快速進(jìn)入該平臺(tái)進(jìn)行學(xué)習(xí)交流。論壇區(qū)將用戶發(fā)帖與附件資源存儲(chǔ)到云端，而直播區(qū)則通過(guò)調(diào)用移動(dòng)視頻直播云服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用程序的編程接口來(lái)為用戶群體提供交互服務(wù)。為更好地體現(xiàn)平臺(tái)的組建服務(wù)功能，該系統(tǒng)包含了個(gè)性化推薦模塊，可以對(duì)用戶的個(gè)性化行為進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而為用戶匹配做出推薦。圖2為軟件功能結(jié)構(gòu)圖。

圖1 創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)總體框架

圖2 軟件功能結(jié)構(gòu)圖

1.2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

本平臺(tái)使用JavaScript框架，在Node.js和Express環(huán)境下完成服務(wù)端系統(tǒng)開發(fā)。通過(guò)騰訊公司提供的云服務(wù)支持，完成了包括Server的配置、數(shù)據(jù)庫(kù)的搭建，云存儲(chǔ)的設(shè)置在內(nèi)的多項(xiàng)操作。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)上，使用ORM(Object Relational Mapping)框架，同時(shí)采用騰訊云提供的MySQL5.7型數(shù)據(jù)庫(kù)，并用Sharding技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行擴(kuò)展。整體關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)如圖3所示。

圖3 學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)局部E-R圖

1.2.3 API接口應(yīng)用

微信服務(wù)端豐富的原生API提供了網(wǎng)絡(luò)、媒體、文件、設(shè)備等功能，可以獲取用戶信息，支持本地存儲(chǔ)、支付功能等。API接口以wx.on開頭，監(jiān)聽某個(gè)事件發(fā)生，接受一個(gè)Callback函數(shù)作為參數(shù)，當(dāng)該事件觸發(fā)時(shí)，會(huì)調(diào)用Callback函數(shù)。如未做特殊約定，其它API接口都接受一個(gè)Object作為參數(shù)——Object可以指定Success、Fail、Complete來(lái)執(zhí)行接口調(diào)用的結(jié)果[2]。

除了微信提供的原生API，針對(duì)平臺(tái)的功能需求，設(shè)計(jì)開發(fā)出了多個(gè)基于Rest(Representational State Transfer)的自定義API。通過(guò)HTTP協(xié)議使服務(wù)端和客戶端進(jìn)行交互，在微信小程序的服務(wù)端提供大量API接口供客戶端調(diào)用。

2 平臺(tái)運(yùn)行機(jī)制

學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)根據(jù)交互需要，圍繞多元化發(fā)展與差異化學(xué)習(xí)模式，從組隊(duì)機(jī)制，師生互動(dòng)機(jī)制以及學(xué)習(xí)合作機(jī)制三大角度，提供了個(gè)性化隊(duì)友推薦、競(jìng)賽引導(dǎo)、團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目管理、任務(wù)進(jìn)程管理等功能，如圖4所示。

2.1 組隊(duì)機(jī)制：面向競(jìng)賽的智能組隊(duì)系統(tǒng)

高校團(tuán)體學(xué)術(shù)競(jìng)賽作為提升大學(xué)生創(chuàng)新能力的重要手段，促進(jìn)了個(gè)人多元化發(fā)展，拓展了學(xué)生各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)，激發(fā)了學(xué)生對(duì)專業(yè)知識(shí)的興趣，同時(shí)提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。在團(tuán)隊(duì)的差異化發(fā)展方面，團(tuán)體賽提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，加強(qiáng)了學(xué)生的協(xié)同合作能力，學(xué)習(xí)者之間的相互反饋可以起到相互激勵(lì)的作用。為了充分利用各類團(tuán)體學(xué)術(shù)競(jìng)賽資源，各高校都非常重視團(tuán)體賽基礎(chǔ)建設(shè)工作，優(yōu)質(zhì)的團(tuán)隊(duì)配置是團(tuán)體賽的基礎(chǔ)，如何合理利用離散信息組建高質(zhì)量強(qiáng)隊(duì)一直是團(tuán)體賽建設(shè)工作的重中之重。通過(guò)創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)的組隊(duì)機(jī)制，學(xué)生之間可以克服自身交際圈的限制，跨專業(yè)、跨院系找到與自己專業(yè)技能互補(bǔ)、時(shí)間安排相近、性格相投的隊(duì)友。在隊(duì)伍組建完成后，可以聯(lián)系心儀的指導(dǎo)老師，為團(tuán)隊(duì)提供學(xué)習(xí)方向，給出目標(biāo)規(guī)劃。

為實(shí)現(xiàn)以上功能，創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)的用戶端分為“學(xué)生端”與“導(dǎo)師端”，在學(xué)生端頁(yè)面，平臺(tái)首先檢索分析用戶的基本信息以及目標(biāo)競(jìng)賽信息，通過(guò)聚類算法得到相似的學(xué)生用戶群體，同時(shí)根據(jù)競(jìng)賽需求，跨院系找到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的學(xué)生用戶群體，結(jié)合后為用戶提供隊(duì)友推薦服務(wù)。在學(xué)生用戶成功組建團(tuán)隊(duì)后，可以以團(tuán)隊(duì)為單位聯(lián)系導(dǎo)師端用戶尋求指導(dǎo)與幫助。教師用戶通過(guò)導(dǎo)師端進(jìn)入平臺(tái)后，可以瀏覽與自己研究方向相近的團(tuán)隊(duì)，為其提供一定指導(dǎo)，或者作為指導(dǎo)老師加入該團(tuán)隊(duì)。平臺(tái)也會(huì)為各團(tuán)隊(duì)定期推薦相關(guān)團(tuán)隊(duì)學(xué)術(shù)競(jìng)賽，幫助團(tuán)隊(duì)保持活躍狀態(tài)。

2.2 師生互動(dòng)機(jī)制：師生學(xué)習(xí)共同體與任務(wù)驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)

師生共同體的三重境界：其一為認(rèn)知拓展，其二為情感互通，其三為共生、創(chuàng)生[3]。構(gòu)建學(xué)生與老師群體間的聯(lián)系，可以充分結(jié)合老師的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與學(xué)生的想象力，教育家懷特海[4]曾指出，“由積極的想象所產(chǎn)生的激動(dòng)氣氛轉(zhuǎn)化了知識(shí)。在這種氣氛中，一件事實(shí)就不再是一件事實(shí)，而被賦予了不可言狀的潛力?！痹谌蝿?wù)驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)中，教師通過(guò)把教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)成一個(gè)或多個(gè)任務(wù)讓學(xué)生掌握知識(shí)，通過(guò)任務(wù)激發(fā)學(xué)生的成就動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。[5]通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)式學(xué)習(xí)建立的師生學(xué)習(xí)共同體，有助于幫助學(xué)生增強(qiáng)責(zé)任意識(shí)，提高協(xié)同合作能力，幫助老師擴(kuò)寬思維。

為實(shí)現(xiàn)以上功能，創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)的團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師用戶可以在導(dǎo)師端頁(yè)面發(fā)布任務(wù)，學(xué)生用戶可以根據(jù)導(dǎo)師指定的任務(wù)與上傳的輔助材料進(jìn)行自我規(guī)劃，合理安排時(shí)間完成相應(yīng)任務(wù)。任務(wù)進(jìn)行過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)可以通過(guò)“師生直播間”進(jìn)行在線互動(dòng)，指導(dǎo)老師可以根據(jù)任務(wù)完成情況對(duì)團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行點(diǎn)評(píng)與引導(dǎo)，給出下一階段的任務(wù)目標(biāo)。

圖4 創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)運(yùn)行機(jī)制圖

2.3 學(xué)習(xí)協(xié)作機(jī)制：團(tuán)隊(duì)協(xié)作工具與成員規(guī)劃

在各類團(tuán)體競(jìng)賽中，一直存在著信息傳遞上的多種問(wèn)題，如團(tuán)隊(duì)成員間任務(wù)完成信息與進(jìn)度不夠透明、任務(wù)疏漏難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)、文件交互存在障礙等。平臺(tái)需要通過(guò)合理的學(xué)習(xí)協(xié)作機(jī)制確保團(tuán)隊(duì)的工作處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。團(tuán)隊(duì)可以根據(jù)每一位成員的進(jìn)度規(guī)劃對(duì)任務(wù)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

為實(shí)現(xiàn)以上功能，創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)為用戶提供了團(tuán)隊(duì)協(xié)作工具版塊，團(tuán)隊(duì)成員可以借助該版塊實(shí)現(xiàn)文件交互、團(tuán)隊(duì)進(jìn)度瀏覽等多項(xiàng)協(xié)作任務(wù)。同時(shí)學(xué)生用戶可以對(duì)個(gè)人成果與目標(biāo)規(guī)劃進(jìn)行展示，團(tuán)隊(duì)指導(dǎo)老師可以對(duì)各成員的貢獻(xiàn)度進(jìn)行打分與評(píng)估，生成相應(yīng)的團(tuán)隊(duì)排名與個(gè)人排名。通過(guò)虛擬激勵(lì)的方式，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能。

3 平臺(tái)應(yīng)用與發(fā)展

創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)作為面向高校學(xué)術(shù)競(jìng)賽的輔助平臺(tái)，已經(jīng)在華中師范大學(xué)試用。測(cè)試版本系統(tǒng)包含了數(shù)學(xué)建模類學(xué)習(xí)共同體、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)類學(xué)習(xí)共同體、電子設(shè)計(jì)類學(xué)習(xí)共同體三個(gè)組隊(duì)版塊。根據(jù)師生用戶的反饋，對(duì)平臺(tái)的各項(xiàng)功能指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)與改進(jìn)。鑒于篇幅原因，僅以數(shù)模競(jìng)賽類學(xué)習(xí)共同體為例進(jìn)行說(shuō)明。

3.1 基于數(shù)學(xué)建模類競(jìng)賽的應(yīng)用情況

全國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽始于1992年，目前已經(jīng)成為全國(guó)高校規(guī)模最大的基礎(chǔ)性學(xué)術(shù)競(jìng)賽，2017年的參賽大學(xué)生數(shù)量已經(jīng)達(dá)到11萬(wàn)。標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)由三名選手構(gòu)成，分工明確，專業(yè)覆蓋面廣。針對(duì)該項(xiàng)賽事，華中師范大學(xué)每年暑期都會(huì)開展專項(xiàng)培訓(xùn)，為有參賽意愿的在校生提供各類賽事指導(dǎo)與幫助。為協(xié)助學(xué)校開展相關(guān)賽前培訓(xùn)工作，開發(fā)團(tuán)隊(duì)將平臺(tái)運(yùn)用于數(shù)學(xué)建模類學(xué)習(xí)共同體的組建，對(duì)平臺(tái)進(jìn)行測(cè)評(píng)。

創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)基于數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽隊(duì)員匹配的應(yīng)用流程如圖5所示。通過(guò)智能匹配模塊，用戶可以快速組建出適合自己的高潛力隊(duì)伍。之后可以通過(guò)平臺(tái)提供的各項(xiàng)教學(xué)輔導(dǎo)功能，不斷完善自己的隊(duì)伍，提高隊(duì)伍的整體水平，向目標(biāo)競(jìng)賽發(fā)起有力沖擊。

圖5 創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)隊(duì)員匹配應(yīng)用流程

3.2 基于數(shù)學(xué)建模類競(jìng)賽的應(yīng)用效果

根據(jù)華師數(shù)學(xué)建模協(xié)會(huì)提供的數(shù)據(jù)來(lái)看，平臺(tái)在暑期培訓(xùn)期間為數(shù)學(xué)建模類學(xué)習(xí)共同體的構(gòu)建提供了相當(dāng)有效的幫助。由表1可知，平臺(tái)于2018年8月推出后，在團(tuán)隊(duì)組建上，2018年的隊(duì)伍組建率與多元化隊(duì)伍比例較2017年分別提高了近12%和20%，充分說(shuō)明平臺(tái)調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，為不同院系的學(xué)生群體提供了溝通交流的有效渠道與多元化發(fā)展的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。而培訓(xùn)完成率也提高了近10%，表現(xiàn)出了團(tuán)隊(duì)的高質(zhì)量與平臺(tái)在創(chuàng)新思維培養(yǎng)上的顯著作用。

表1 2015～2018年華師數(shù)學(xué)建模暑期培訓(xùn)參與情況

注：①隊(duì)伍組建率=參與隊(duì)伍×3/參與人數(shù);②多元化隊(duì)伍：包含兩名以上不同院系成員的隊(duì)伍。

為了檢驗(yàn)平臺(tái)為學(xué)生用戶帶來(lái)的綜合能力提升水平，本研究對(duì)兩個(gè)月內(nèi)的74名用戶進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)問(wèn)卷調(diào)研，圍繞用戶的創(chuàng)新能力提升情況與多元化發(fā)展情況展開，得到用戶評(píng)估反饋結(jié)果如圖6所示，表明平臺(tái)試運(yùn)營(yíng)情況已經(jīng)達(dá)到了大學(xué)生創(chuàng)新教育的預(yù)期成果。

圖6 用戶反饋結(jié)果圖

4 結(jié)語(yǔ)

創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體平臺(tái)通過(guò)信息技術(shù)幫助大學(xué)生群體更好更快地組建高質(zhì)量的創(chuàng)新教育學(xué)習(xí)共同體。目前平臺(tái)已經(jīng)完成了各項(xiàng)基本功能的開發(fā)，后續(xù)將側(cè)重于為學(xué)習(xí)共同體提供針對(duì)個(gè)體的個(gè)性化服務(wù)，在確保共同體多元化發(fā)展的基礎(chǔ)上，為團(tuán)隊(duì)成員制定更加優(yōu)質(zhì)高效且具有差異性的個(gè)體發(fā)展規(guī)劃，進(jìn)一步提高共同體的學(xué)習(xí)效率；同時(shí)在功能上，平臺(tái)也將圍繞同步性與協(xié)同性，對(duì)協(xié)同工具進(jìn)行優(yōu)化與改良，使其在方便導(dǎo)師指導(dǎo)、促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)與合作意識(shí)等方面更智能化和人性化。