石貴民，劉長勇，孟世敏，張為慧

（1.武夷學(xué)院 認(rèn)知計(jì)算與智能信息處理福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 武夷山 34300；2.武夷學(xué)院 數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，福建 武夷山 354300；3.武夷學(xué)院 教務(wù)處，福建 武夷山 354300；4.武夷學(xué)院 學(xué)報(bào)編輯部，福建 武夷山 354300）

《國家教育事業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》指出：“以教育信息化推動教育現(xiàn)代化，積極促進(jìn)信息技術(shù)與教育的融合創(chuàng)新發(fā)展?！盵1-2]“互聯(lián)網(wǎng)+教育”適時(shí)地拓寬了混合式教學(xué)的廣度與深度。2017年美國新媒體聯(lián)盟（new media consortium，NMC）發(fā)布的《地平線報(bào)告（Horizon Report）》展示了信息技術(shù)與教育深度融合的創(chuàng)新實(shí)踐趨勢——深度學(xué)習(xí)[3]，如圖1所示。

圖1 信息技術(shù)與教育深度融合的趨勢Fig.1 The trends of in-depth integration of information technology and education

國家鼓勵(lì)高校利用大數(shù)據(jù)技術(shù)開展對教育教學(xué)活動和學(xué)生行為數(shù)據(jù)的收集、分析和反饋，注重學(xué)習(xí)測量、重構(gòu)學(xué)習(xí)空間，鼓勵(lì)教師利用信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)模式、提升教學(xué)水平，以翻轉(zhuǎn)課堂、混合式教學(xué)等多種方式充分利用優(yōu)質(zhì)數(shù)字資源[4]，為推動個(gè)性化學(xué)習(xí)和針對性教學(xué)提供支持。但目前對這些數(shù)據(jù)的運(yùn)用還很有限，且有效性不高，離實(shí)時(shí)適應(yīng)性學(xué)習(xí)系統(tǒng)的距離還較遠(yuǎn)。學(xué)習(xí)分析[5](learning analytics，LA)可以更有效的測量、收集、分析和報(bào)告學(xué)習(xí)者及其所在學(xué)習(xí)情境的海量數(shù)據(jù)，并用以評估學(xué)生、發(fā)現(xiàn)潛在問題、理解和優(yōu)化學(xué)習(xí)過程及其環(huán)境。

《福建省“十三五”教育發(fā)展專項(xiàng)規(guī)劃》指出：“深化教育教學(xué)改革，實(shí)行啟發(fā)式、討論式、探究式學(xué)習(xí)。”[6]推動示范性應(yīng)用型本科高校建設(shè)，深化課程體系、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式方法、教學(xué)管理制度等改革，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量和增強(qiáng)學(xué)生就業(yè)創(chuàng)業(yè)能力。支持開展教學(xué)模式和方法的改革創(chuàng)新，支持課程教學(xué)改革，構(gòu)建多層次、可選擇、有特色的課程體系。本研究在深化課程與教學(xué)模式改革的同時(shí)，全面推進(jìn)教學(xué)內(nèi)容的優(yōu)化改革，以反向思維方式設(shè)計(jì)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容；全面推進(jìn)課程教學(xué)模式改革，積極推行基于真實(shí)場景與實(shí)際應(yīng)用的案例教學(xué)、項(xiàng)目教學(xué)、任務(wù)驅(qū)動等能力導(dǎo)向的教學(xué)模式與方法，大力推進(jìn)“雙師同堂、深度互動”等形式多樣的雙師教學(xué)新模式，改革課程考核方式，推行全過程、全方位、突出應(yīng)用能力的課程考核方式。

“教”“學(xué)”的改革與創(chuàng)新，源于對學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài)的深層掌控。而網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境下，影響學(xué)習(xí)者知識建構(gòu)的是教學(xué)情境、教師和學(xué)習(xí)者等因素[7]。起源于美國的翻轉(zhuǎn)課堂[8]和引入國內(nèi)高校后本土化的MOOC，多年的教學(xué)實(shí)踐證明其效果是不盡人意的[9-11]，甚至變成“翻船課堂”。大學(xué)生作為接受高等教育的精英群體和SPOC（small private online course，小規(guī)模私有在線課程）[12]的主要學(xué)習(xí)人群，其學(xué)習(xí)情況直接影響著學(xué)習(xí)型社會的深度和廣度。反思和反省性學(xué)習(xí)思維方法只能在一定程度上提高學(xué)習(xí)參與度[13]，高校要進(jìn)一步應(yīng)用學(xué)習(xí)分析來改善課堂參與邊緣化狀況，優(yōu)化學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)過程、提升教學(xué)效果，才能有效推動“教”與“學(xué)”的協(xié)同發(fā)展。

1 應(yīng)用型本科混合式教學(xué)“教”“學(xué)”機(jī)制構(gòu)建

國內(nèi)近七成的高校已經(jīng)使用學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(learning management system，LMS)支持混合學(xué)習(xí)，近年來基于WEB的學(xué)習(xí)平臺成為高校教學(xué)改革的重要技術(shù)支撐[14]，但存在各自為戰(zhàn)，集成度不高的問題。為此，研究團(tuán)隊(duì)從深度融合的角度研發(fā)了“五化一體”混合式集成平臺。

1.1 “五化一體”混合式教學(xué)模式

依托認(rèn)知計(jì)算與智能信息處理福建省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究了信息技術(shù)與教育深度融合問題，從學(xué)習(xí)資源多樣化、在線導(dǎo)學(xué)具身化、互動評價(jià)開放化、思維訓(xùn)練深度化、信息反饋立體化五個(gè)方面構(gòu)建了線上線下、課內(nèi)課外、校內(nèi)校外、固定移動的“五化一體”混合式教學(xué)模式（如圖2所示），有效地解決了學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)需求、教師精細(xì)化教學(xué)管理、教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度以及學(xué)生思維能力訓(xùn)練等難題。

圖2 “五化一體”混合式教學(xué)模式Fig.2 “Five-in-One”mode for blended teaching

1.2 “潛能在線”平臺設(shè)計(jì)

“五化”之間相互促進(jìn)、集成一體，形成了一個(gè)健康、可持續(xù)發(fā)展的教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)，并通過“潛能在線”平臺得以實(shí)施?！皾撃茉诰€”平臺主要包括學(xué)習(xí)資源庫、在線導(dǎo)學(xué)、電子黑板、問題空間圖譜和深度學(xué)習(xí)等模塊，如圖3所示。

圖3 潛能在線平臺主要功能模塊圖Fig.3 Diagram of the main functional modules of the Qian Neng online platform

學(xué)習(xí)資源庫包括微課視頻、學(xué)科APP、教學(xué)PPT、電子化教材等多個(gè)平臺的資料，實(shí)現(xiàn)了多種資源的整合與共享。在線導(dǎo)學(xué)是引導(dǎo)學(xué)生完成學(xué)習(xí)任務(wù)及過程的可視化導(dǎo)航器，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生具身學(xué)習(xí)，滿足了學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)需求。電子黑板是課堂中師生互動，為學(xué)生提供問題質(zhì)疑的互動系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了教師主導(dǎo)、學(xué)生主體的互動課堂，提升了教師課堂教學(xué)精細(xì)化水平。問題空間圖譜以教材問題成像、個(gè)體問題分布圖、群體問題分布圖和學(xué)科問題評價(jià)分布圖等形式將分析結(jié)果反饋給師生，實(shí)現(xiàn)雙向修正教學(xué)設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)策略，提高了教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度。深度學(xué)習(xí)包括黃卡訓(xùn)練、舒爾特方格、思維訓(xùn)練、文圖轉(zhuǎn)換、思維導(dǎo)圖等訓(xùn)練模塊，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。

2 學(xué)習(xí)分析視域下混合式“教”“學(xué)”模塊設(shè)計(jì)

2.1 構(gòu)建跨平臺、多載體的學(xué)習(xí)資源庫

近五年來，通過精品課程建設(shè)、在線網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)，與爾雅課程、智慧樹、高校幫、好大學(xué)在線等平臺合作，構(gòu)建了近千門課程的學(xué)習(xí)資源庫，并通過“潛能在線”平臺實(shí)現(xiàn)了微課視頻、學(xué)科APP、教學(xué)PPT、微信、QQ等多種載體的一體化應(yīng)用，有效地解決了學(xué)習(xí)資源孤島問題，實(shí)現(xiàn)了學(xué)習(xí)資源高度整合與共享，緩解了學(xué)生學(xué)習(xí)資源缺乏、學(xué)習(xí)資料單一的問題，為具身學(xué)習(xí)、互動課堂、深度學(xué)習(xí)提供多樣化的資源保障。

2.2 構(gòu)建多終端、跨時(shí)空的在線導(dǎo)學(xué)

利用多樣的感知管理對象技術(shù)和教育情境矢量化技術(shù)，把優(yōu)秀教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)、教學(xué)流程和教學(xué)資源轉(zhuǎn)為可傳播、可重復(fù)應(yīng)用的在線導(dǎo)學(xué)流程，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生具身學(xué)習(xí)。一是充分利用移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、wifi技術(shù)以及Pad、筆記本、智能手機(jī)等多種具身設(shè)備，形成人人皆學(xué)、處處能學(xué)、時(shí)時(shí)可學(xué)的學(xué)習(xí)環(huán)境。二是通過在線導(dǎo)學(xué)，打破時(shí)間限制、空間界限，推行以學(xué)生為中心的啟發(fā)式、合作式、參與式和研討式學(xué)習(xí)方式，提高了學(xué)生分析解決問題的能力，培養(yǎng)了學(xué)生具身學(xué)習(xí)的積極性和主動性，學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)需求得到了有效地解決。

2.3 構(gòu)建雙主體、多手段的互動課堂

利用人機(jī)認(rèn)知交互技術(shù)和人機(jī)認(rèn)知情景信息采集技術(shù)[15]，借助師生即有的具身設(shè)備，構(gòu)建了開放化的互動課堂，實(shí)現(xiàn)課堂實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)信息反饋與共享，有效地提升了教師課堂教學(xué)精細(xì)化水平。一是發(fā)揮教師引導(dǎo)、啟發(fā)、監(jiān)控教學(xué)過程的主導(dǎo)作用，提高學(xué)生作為學(xué)習(xí)過程主體的主動性、參與性、積極性與創(chuàng)造性[16]，使手機(jī)成為教學(xué)助理，讓教師和手機(jī)化敵為友。二是通過提問情境、問題內(nèi)容可視化和互動評價(jià)等多種手段，讓學(xué)生利用智能手機(jī)參與教師互動，邊上課邊向教師在線提問，對其他學(xué)生的提問及作業(yè)也可以在線評價(jià)，彌補(bǔ)了學(xué)生在課堂現(xiàn)場不敢提問、不敢質(zhì)疑的不足，提高了學(xué)生對課堂教學(xué)的參與度和活躍度。同時(shí)，也給教師提供了一個(gè)面對眾多學(xué)生同時(shí)互動的機(jī)會，及時(shí)采集學(xué)生在課堂內(nèi)的學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)效果，掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動態(tài)，并將課堂學(xué)習(xí)信息及時(shí)反饋給學(xué)生，讓每位學(xué)生實(shí)時(shí)共享其他學(xué)生在課堂中的表現(xiàn)，教師課堂教學(xué)精細(xì)化管理水平得到了有效地提升。

2.4 構(gòu)建多維度、深層次的問題空間圖譜

利用數(shù)字拓?fù)淇臻g建構(gòu)技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)和學(xué)習(xí)成像技術(shù)，構(gòu)建了立體化的問題空間圖譜，實(shí)現(xiàn)雙向信息反饋，提高了教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度。首先，構(gòu)建基于認(rèn)知內(nèi)容、操作、數(shù)理的多維度認(rèn)知標(biāo)架，采集課前、課中和課后的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)字化處理，形成問題集。其次，利用學(xué)習(xí)分析技術(shù)對問題集進(jìn)行分類、聚類、抽象等深層次挖掘，分析學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)知狀態(tài)，獲得學(xué)生群體性問題、個(gè)體性問題以及問題之間的關(guān)聯(lián)邏輯與規(guī)律。再次，采用學(xué)習(xí)成像技術(shù)對分析結(jié)果進(jìn)行可視化處理，形成立體化的問題空間圖譜。最后，將問題空間圖譜反饋給師生，一方面有利于教師改進(jìn)教學(xué)策略，另一方面有利于學(xué)生改進(jìn)學(xué)習(xí)方法，實(shí)現(xiàn)雙向修正教學(xué)目標(biāo)，有效地提升了教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成度。

2.5 構(gòu)建重能力、多方法的思維訓(xùn)練框架

構(gòu)建深度學(xué)習(xí)平臺，實(shí)現(xiàn)對學(xué)生思維能力的深度化訓(xùn)練。一是通過一點(diǎn)凝視、黃卡訓(xùn)練和三色卡片來訓(xùn)練學(xué)生的專注自控能力。二是通過舒爾特方格、瞬間閃視、眼肌訓(xùn)練和記憶方格來訓(xùn)練學(xué)生的照相記憶能力。三是通過詞語推理、思維訓(xùn)練和想象作文來訓(xùn)練學(xué)生的邏輯推理能力。四是通過文圖轉(zhuǎn)換、思維導(dǎo)圖和一目十行來訓(xùn)練學(xué)生的快速閱讀理解能力。通過深度化的思維訓(xùn)練框架，有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)力，達(dá)到了培養(yǎng)學(xué)生思維能力的目的。

3 應(yīng)用實(shí)踐與創(chuàng)新

研究團(tuán)隊(duì)以提升高校學(xué)生學(xué)習(xí)力為目標(biāo)，設(shè)計(jì)了專門的課程《學(xué)習(xí)技術(shù)——來自認(rèn)知神經(jīng)學(xué)的學(xué)習(xí)力訓(xùn)練》，簡稱《學(xué)習(xí)技術(shù)》。此課程以腦認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)為基礎(chǔ)，開展學(xué)習(xí)力訓(xùn)練，涉及專注自控、快速閱讀、深度理解、照相記憶、高效思維、系統(tǒng)方法、具身模擬等內(nèi)容。試圖培養(yǎng)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)、具身學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)等學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的高階認(rèn)知能力，以人機(jī)交互模式展開，發(fā)揮當(dāng)前大學(xué)生都有筆記本電腦、平板等智能終端的優(yōu)勢，同時(shí)也降低教師教學(xué)強(qiáng)度。將通過人機(jī)環(huán)境采集學(xué)生學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)，形成學(xué)習(xí)、認(rèn)知大數(shù)據(jù)，通過學(xué)習(xí)分析、診斷提升學(xué)習(xí)效率。

在實(shí)踐中，每周訓(xùn)練2個(gè)課時(shí)，學(xué)生在機(jī)房開展教師監(jiān)督下的《學(xué)習(xí)技術(shù)》在線訓(xùn)練，或在課外開展人機(jī)無監(jiān)督訓(xùn)練。

3.1 專注力、自控力獲得提升

聽課看書的專注力提升，學(xué)生能夠比較長時(shí)間地堅(jiān)持看書狀態(tài)，看書閱讀的效率提高，專注力甚至還超越閱讀過程，表現(xiàn)到其它學(xué)習(xí)過程中，比如，能夠更加長時(shí)間地專注解題、思考，不容易走神，很快能夠沉浸在學(xué)習(xí)中。表1是2017—2018下學(xué)期，《學(xué)習(xí)技術(shù)》課程部分大學(xué)生的五階舒爾特方格的訓(xùn)練數(shù)據(jù)?；跁r(shí)間參數(shù)、訓(xùn)練次數(shù)可以看到明顯的個(gè)性差別。

表1 大學(xué)生《學(xué)習(xí)技術(shù)》五階舒爾特方格訓(xùn)練數(shù)據(jù)(四課時(shí)后)Tab.1 Data of the fifth-order Schulte Grid training of"learning techniques"for college students(after four class hours)

3.2 2 100字/min以上的快速閱讀力

訓(xùn)練之前，大部分學(xué)生的閱讀速度在500字左右，學(xué)生的深度閱讀能力不足，經(jīng)過訓(xùn)練后，眼球掃描，文字理解能力獲得提升，基本能掌握一目十行的技能，閱讀速讀達(dá)到每分鐘2 100字，甚至部分學(xué)生達(dá)到7 000字/min以上。表2是經(jīng)過兩周四節(jié)課《學(xué)習(xí)技術(shù)》人機(jī)訓(xùn)練后，部分大學(xué)生的閱讀速讀就可以達(dá)到1 000字/min，從數(shù)據(jù)中我們也可以看到學(xué)生的個(gè)性差異。從數(shù)據(jù)表簡單分析，五階舒爾特方格成績靠前的大學(xué)生，一目十行的能力相對也較強(qiáng)，隨著數(shù)據(jù)增多，我們可以獲得更多可信關(guān)聯(lián)。

表2 大學(xué)生《學(xué)習(xí)技術(shù)》一目十行快速訓(xùn)練數(shù)據(jù)(四課時(shí)后)Tab.2 Data of fast-reading training of"learning techniques"for college students(after four class hours)

總體上，此訓(xùn)練讓學(xué)生短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)力的提升，形成“深度學(xué)習(xí)、具身學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)”習(xí)慣，尤其在專注力、記憶力、系統(tǒng)思維、具身模擬方面獲得飛躍，建立全新的學(xué)習(xí)認(rèn)知架構(gòu)[17]、改善學(xué)生整體的學(xué)習(xí)能力。

4 研究總結(jié)與啟示

通過多種信息技術(shù)與教育的深度融合，從學(xué)習(xí)資源多樣化、在線導(dǎo)學(xué)具身化、互動評價(jià)開放化、思維訓(xùn)練深度化、信息反饋立體化五個(gè)方面構(gòu)建了線上線下、課內(nèi)課外、校內(nèi)校外、固定移動的“五化一體”混合式教學(xué)模式?！拔寤敝g相互促進(jìn)、集成一體，形成了一個(gè)健康、可持續(xù)發(fā)展的教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)。

充分利用智能手機(jī)等自媒體設(shè)備，改變傳統(tǒng)思維中“堵”的觀念，讓學(xué)生以第一者“我”的角度進(jìn)行學(xué)習(xí)情境具身模擬和復(fù)演，拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)空，形成了多樣化的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性和主動性，有效地解決了學(xué)生碎片化學(xué)習(xí)需求、降低了學(xué)生課堂參與邊緣化程度。

基于認(rèn)知標(biāo)架采集學(xué)生學(xué)習(xí)難點(diǎn)和熱點(diǎn)，聚類分析學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，通過可視化處理形成立體化的問題空間圖譜，并反饋給師生，讓教師精準(zhǔn)把握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)與個(gè)體差異，及時(shí)改進(jìn)教學(xué)設(shè)計(jì)，同時(shí)也讓學(xué)生掌握自身的學(xué)習(xí)狀態(tài)，依此調(diào)整自己的學(xué)習(xí)策略，最終達(dá)到提高教學(xué)目標(biāo)達(dá)成度的目的。

從認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的視角，繼承傳統(tǒng)教育學(xué)、心理學(xué)、學(xué)科教學(xué)法的內(nèi)容，吸收認(rèn)知科學(xué)的最新成果，從層次性的信息抽象處理架構(gòu)、多維度的信息分析操作架構(gòu)、深度化的思維訓(xùn)練方法等方面構(gòu)建深度學(xué)習(xí)框架，圍繞專注力、速度、深度、創(chuàng)新、記憶、表達(dá)等維度對學(xué)生開展深度化的思維能力訓(xùn)練。

建立了基于“五化一體”混合式教學(xué)模式的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”實(shí)驗(yàn)區(qū)，并在北京、河南、遼寧、福建等地100余所中小學(xué)校推廣應(yīng)用。以人機(jī)交互訓(xùn)練云平臺模式，通過“在線人機(jī)學(xué)習(xí)”和“離線人工教學(xué)”開展混合式教學(xué)；建立智能設(shè)備支持下的“課內(nèi)輔導(dǎo)”和“課外訓(xùn)練”相結(jié)合的隨時(shí)隨地可學(xué)習(xí)模式；運(yùn)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)，通過大數(shù)據(jù)采集學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，開展開放、多元的學(xué)習(xí)評價(jià)，降低教學(xué)負(fù)擔(dān)；實(shí)驗(yàn)區(qū)符合我國當(dāng)前的教育環(huán)境和實(shí)際，研究成果已獲得福建省教學(xué)成果二等獎2項(xiàng)，具有可推廣的條件、價(jià)值和前景。

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”落腳點(diǎn)和本質(zhì)是教育，互聯(lián)網(wǎng)只是一種技術(shù)手段。從傳統(tǒng)課堂到多媒體課堂，某種程度上只是用PPT代替了板書，對教師信息技術(shù)運(yùn)用能力的要求并不高。但嶄新綜合的混合式教學(xué)，師生不僅需要具備熟練利用在線教學(xué)工具的數(shù)字素養(yǎng)，還應(yīng)具備運(yùn)用學(xué)習(xí)分析技術(shù)對教學(xué)情境的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量、收集、分析進(jìn)而優(yōu)化教學(xué)過程以及學(xué)習(xí)環(huán)境的信息素養(yǎng)[18]。要深度融合教學(xué)環(huán)境、教學(xué)過程、教學(xué)結(jié)果及師生情感體驗(yàn)四個(gè)層面[19]，數(shù)字化學(xué)習(xí)研究者需從信息技術(shù)和教育本質(zhì)出發(fā)，一方面信息技術(shù)研發(fā)者要增強(qiáng)學(xué)習(xí)分析工具的適用性，另一方面，教育決策者要創(chuàng)設(shè)更加寬松的學(xué)習(xí)分析技術(shù)應(yīng)用環(huán)境，幫助教師掃清教學(xué)能力障礙，提升教師教學(xué)智慧，以便搭建“教學(xué)者+信息技術(shù)+學(xué)習(xí)者”三位一體的新一代數(shù)字化教學(xué)環(huán)境。