王 瑩，劉 妙，李 靖

1.空軍工程大學教研保障中心信息技術室， 西安 710043；2.空軍軍醫(yī)大學唐都醫(yī)院整形燒傷科， 西安 710038

《中國教育現代化2035》提出“加快信息化時代教育變革”“利用現代技術加快推動人才培養(yǎng)模式改革”?！都涌焱七M教育現代化實施方案(2018-2022年)》則進一步將“推進智慧教育創(chuàng)新發(fā)展”明確為教育現代化的重點任務，強調了開展智慧教育的重要歷史意義[1]。智慧教育(smarter education)已成為引領中國教育信息化融合創(chuàng)新發(fā)展的新潮流和必然趨勢，當前的有效教學與智慧教育目標高度吻合，并成為智慧教育的核心支柱[2]。

高等院校作為培養(yǎng)人才、提高公民素質的主要場所，其自身信息化程度的高低直接影響所培養(yǎng)學生信息素質的養(yǎng)成。近年來，高校一方面開展一系列教育教學模式改革，探索MOOCs(massive open online cou- rse)、SPOC(small private online course)、微課、翻轉課堂等新型教學模式，另一方面大力推進智慧學習環(huán)境建設，建設了一批智慧教室、智慧實驗室等，為新型教學模式的開展奠定了良好的環(huán)境和條件。然而，由于缺乏融合智能化技術和先進教學理念的頂層架構設計，使得智慧學習環(huán)境在使用方面存在諸多問題：一是未能充分挖掘智慧學習環(huán)境對教育教學的大數據支撐作用；二是缺乏先進教育教學理念指導下的教學系統(tǒng)設計；三是缺乏多元評價理念和數據驅動基礎上的有效教學評估。因此，該研究旨在構建基于智慧學習環(huán)境的有效教學設計框架，解決智慧學習環(huán)境“不智慧”的問題、教育技術理論向教學實踐轉化問題和全面、精準教學評估問題，以期為高校推進智慧學習環(huán)境有效應用提供理論依據和實踐參考。

1 智慧學習環(huán)境下的有效教學

有效教學自20世紀上半葉誕生以來，歷經起步期、萌動期、發(fā)展期，其內涵一直隨著教學理論的更新和信息技術的發(fā)展而充實演變。有效教學是指在師生雙方的教學活動中，通過運用適當的教學策略，使學生的基礎性學習能力、發(fā)展性學習能力和創(chuàng)造性學習能力得到很好的發(fā)展，其核心是教學的效益，是指學生通過自主學習、自主探究等培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，改進學習方法，不斷提高學習效率和學習能力[3]。由此可見，有效教學的發(fā)生需要教師、學生、教學內容、教學目標、教學方法和教學評估等多個教學要素之間相互匹配，教學才能真正有效果、效率和效益[4]。

相比較傳統(tǒng)的教學環(huán)境，基于大數據分析平臺的智慧學習環(huán)境能夠更好地賦能有效教學。大數據以其大量化(volume)、快速化(velocity)、多樣化(variety)、準確性(veracity)、連通性(valence)和價值(value)的6V技術特征，在物聯(lián)網支撐下，終端傳感設備全程捕捉、記錄教學活動所產生的行為數據，為大數據分析提供有力依據，從看似無序、離散的學習行為中發(fā)現潛在規(guī)律，能夠無縫連通學習空間、敏捷感知學習情境、自然交互學習體驗、精準適配學習服務、全程記錄學習過程、開放整合學習資源[5]，形成精準把脈、互動支持、適切推送、即時反饋的教學閉環(huán)[6]，為有效教學的實現提供技術力量。

2 基于智慧學習環(huán)境的有效教學架構

教學架構是指在教與學理論(教育思想、教學理論、學習理論等)的指導下，在某種環(huán)境中展開的，由目標、任務、進程、評價等影響要素相互聯(lián)系、相互作用而形成的學與教模式的相對穩(wěn)定且具有教學靈活性的框架形式[6]。

該研究以有效教學為研究對象，以大數據支撐的智慧學習環(huán)境為研究情境，沿著“智慧學習環(huán)境分析—有效教學模式構建—精準有效教學評估”的思維路徑，從基于學習分析技術支撐的智慧學習環(huán)境構建、基于學習科學和“逆向設計”邏輯的有效教學模式構建、基于發(fā)展性評價和用戶畫像技術的有效教學評估等三個層次，構建了“三層次、四階段、五維度”的有效教學總體架構(如圖1所示)。

圖1 有效教學總體架構

2.1 基于學習分析技術的有效教學環(huán)境設計

智慧學習環(huán)境是一種能感知學習情景、識別學習者特征、提供合適的學習資源與便利的互動工具、自動記錄學習過程和評測學習成果的線上與線下融合的學習環(huán)境[7]。

顧小清認為，學習分析技術是圍繞與學習者學習信息相關的數據，運用不同的分析方法和數據模型來解釋這些數據，根據解釋的結果來探究學習者的學習過程和情景，發(fā)現學習規(guī)律；或者根據數據闡釋學習者的學習表現，為其提供相應的反饋從而促進更加有效的學習[8]。

“有效教學環(huán)境分析”模塊將學習分析技術運用于智慧教學環(huán)境中，通過各種智能傳感器、智能攝像頭、智能終端設備等數據采集工具和各類智能教學系統(tǒng)、在線學習系統(tǒng)、課堂實錄系統(tǒng)、學習行為軌跡記錄系統(tǒng)等數據采集平臺，對教師的教學過程和學生的學習過程進行多方位、全過程的數據采集和匯聚，建立教師發(fā)展和學生成長數據中心，利用HDFS、SparkSQL進行數據分析的存儲及預處理[9]，包括數據匯聚、數據清洗、元數據加工、數據標準、質量探查等；加工后的數據進入數據倉庫，形成主題和專題數據，再通過數據建模的方式形成模型集市，包含學生畫像、教師畫像、軌跡分析、業(yè)務層綜合校情等各種決策分析模型，為高校智慧教育訓練的全流程提供科學精準的、全方位的數據支撐。有效教學環(huán)境分析模型如圖2所示。

圖2 有效教學環(huán)境分析模型

2.2 基于深度學習理論和UbD逆向設計的有效教學系統(tǒng)設計

教學系統(tǒng)設計是運用系統(tǒng)的方法，將學習理論與教學理論的原理轉換成對教學目標、教學內容、教學方法、教學策略和教學評價等環(huán)節(jié)具體計劃、創(chuàng)設新的教與學的系統(tǒng)過程或程序[10]。

深度學習理論以學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為導向，注重批判性思維的提升、強調知識的遷移應用和面向現實生活的問題解決[11]?；诶斫獾慕虒W設計(under- standing by design，UbD)理論是美國教育評估領域的知名專家Wiggins 等提出的。研究表明“理解”是影響學生知識建構的關鍵，有助于讓學生將所學知識應用到新的情境并解決新的問題。UbD“逆向設計”理論以課程單元為教學設計對象，依照“明確預期學習結果—確定可接受的證據(評估證據)—規(guī)劃相應的學習體驗和教學活動”的設計邏輯引導教學流程的展開[12]。

有效教學系統(tǒng)設計以培養(yǎng)學生的“學科核心素養(yǎng)”為目標，在深度學習理論和UbD逆向設計邏輯的指導下，設計了環(huán)環(huán)相扣的有效教學實施流程，分別是設置學習目標、確定評估標準、重構教學內容、實施教學活動。有效教學系統(tǒng)設計框架如圖3所示。

圖3 有效教學系統(tǒng)設計框架

2.2.1設置學習目標

有效教學瞄準培養(yǎng)具有高階認知能力、知識遷移應用能力和創(chuàng)新性問題解決能力的新時代人才。以學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為導向，以學員的任職崗位需求為牽引，以布魯姆教育目標分類學為準則，制定可操作性強的學習目標。學習目標的制定應考慮到可量化、可評估。比如：要明確學習行為在什么條件下發(fā)生，學習者通過學習后應該獲得哪些成長，以及應該達到的學習標準是什么。

2.2.2確定評價標準

根據逆向設計理念，先確立評價標準再設計教學任務，有助于為學生的深度學習行為提供導向，也為教師設計有效教學任務提供判定依據?；谥腔蹖W習環(huán)境的有效教學評價強調量化評價與質性評價的統(tǒng)一，采用基于測試的量化評價、基于智慧課堂的過程性評價和基于問卷的執(zhí)行評價相結合的多元評價方式，在評價指標體系的導向下實現對學生全面、客觀的評價。

2.2.3重構教學內容

教學內容的重構要從學科的整體布局出發(fā)，在對《課程教學大綱》進行全面分析和深度挖掘的基礎上，以課程單元為單位，梳理出核心概念知識圖譜，注重知識背后蘊涵的科學思維方法和交叉學科內容之間的滲透融合，形成學科神經網絡化的內容體系，為學習者設計有效的支架和學習路徑，引導學習者有序有效地利用智慧教學環(huán)境進行正式或非正式學習。

2.2.4設計教學活動

教學活動設計遵循“以學習者為中心”的教育理念。通過創(chuàng)設自主學習、小組協(xié)作學習、案例式學習、探究式學習等豐富多樣的學習方式，促進學生主動學習、參與式學習，提高學習興趣和學習投入度。另外，從技術的層面，通過智慧教學工具的運用，為實施以上教學活動提供技術支持，加強師生之間與生生之間的協(xié)作學習與互動交流，從而有效提升學生實踐動手和創(chuàng)新思維能力。

2.3 基于發(fā)展性評價理念和學生畫像技術的有效教學評估

教學評價是指以教學目標為依據，通過一定的標準和手段，對教學活動及其結果給予價值上的判斷，即對教學活動及其結果進行測量、分析和評定的過程[13]。

發(fā)展性評價理念認為評價最重要的意圖不是為了證明(prove)而是為了改進(improve)。這與有效教學“促進學生的發(fā)展”的目的高度契合。學生畫像技術通過將學習者信息標簽化，為后面的推薦算法或教學支持服務設計提供更加精準的語義信息，教育利益相關者可以根據所關注的問題，選擇畫像標簽，可以優(yōu)化教學設計，提供學習支持服務，促進個性化學習的實現。

依據發(fā)展性評價理念，借助學生畫像技術，在對國內外有效教學評價指標體系進行解析的基礎上，構建了有效教學評價指標體系。經過高質量評估標準錨定下的專家校驗與迭代修訂，來保證智慧學習環(huán)境下的有效教學模式、策略、工具的質量。精準有效教學評估框架如圖4所示。

圖4 精準有效教學評估框架

2.3.1學生畫像技術支持的大數據分析模塊

學生畫像技術記錄了用戶的個體特征(如基本描述、學習風格、認知水平、興趣偏好及學習歷史等)，反映了用戶的個體差異。該研究利用元認知支架獲得學習者的動機、參與程度和自我意識，采用貝葉斯網絡、協(xié)同過濾推薦技術、社會網絡分析法、Felder-Silverman學習風格模型及霍夫斯坦德文化模型等判定學習風格、興趣偏好、知識水平、學習文化等學習者特征。通過對教與學過程中產生的作品、學習參與、操作步驟、協(xié)作學習、討論交流、資源利用等結構化、非結構化數據進行分析，形成可視化的報表、儀表盤等，并反饋給教育利益相關者(教師、學生和教學管理者等)，為精準有效教學評價提供數據支撐。

2.3.2評價指標體系模塊

從活動取向和人本取向相結合的思維路徑來設計評價指標體系模塊?；顒尤∠驈膶W生外部表現(如作業(yè)、測驗、考試基本知識技能)的角度確定評價維度，人本取向則從學生內部狀態(tài)(如高階認知能力和情感、態(tài)度、價值觀等)的角度來確定評價維度。根據不同學科專業(yè)，構建從“基本知識技能—批判性思維—知識遷移能力—問題解決能力—情感態(tài)度價值觀”不斷遞進升級的有效教學評價指標。

2.3.3評價工具模塊

具有高信效度的問卷和量規(guī)是搜集評價數據的利器。學習者在完成學習后應填寫一份問卷，題目設置包括其對教學模式的看法和對自我的評價、對同伴的評價等問題，建議使用三點里克特式量表(-1：不同意；0：中立；1：同意)?？梢越梃b可靠性和有效性均得到過驗證的Paul Ramsden的課程體驗問卷和Biggs的學習過程問卷、考夫曼領域創(chuàng)造力量表等。

3 結束語

有效教學與大數據技術二者的融合是新近萌現的趨勢和熱點。該研究基于有效教學架構理念，采用教育系統(tǒng)設計研究方法，研制了一種面向大數據環(huán)境的“三層次、四步驟、五維度”有效教學框架。該框架搭建了“智慧學習環(huán)境分析—有效教學模式構建—精準有效教學評估”相互關聯(lián)、智慧融通的有效教學生態(tài)環(huán)境；設計了有效教學模式實施的四大步驟，能夠通過設定學習目標、科學評估標準、優(yōu)化教學內容、設計教學活動四方面的有效性助力教師的有效教學和學生的深度學習；構建了從“基本知識技能—批判性思維—知識遷移能力—問題解決能力—情感態(tài)度價值觀”不斷遞進升級的有效教學評價指標體系。有效教學框架的完善是一個迭代修訂和不斷發(fā)展的過程，后續(xù)還須結合具體的教學情境開展實驗研究，使其有效性和實用性在教與學活動中得到進一步驗證。