徐麗芳 鄒青 李靜涵

近年來(lái)，自適應(yīng)學(xué)習(xí)（Adaptive Learning）因人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展一度成為教育領(lǐng)域的熱門(mén)話題。國(guó)內(nèi)外涌現(xiàn)出大量針對(duì)中小學(xué)教學(xué)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)，依托規(guī)模龐大的內(nèi)容資源、學(xué)情數(shù)據(jù)以及智能化的推薦引擎與問(wèn)答系統(tǒng)提供個(gè)性化教學(xué)服務(wù)。與面向所有用戶(hù)提供同質(zhì)化學(xué)習(xí)資源的傳統(tǒng)平臺(tái)相比，其優(yōu)勢(shì)在于能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)學(xué)生學(xué)習(xí)情況，結(jié)合學(xué)生的個(gè)人特征與偏好規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑，使教學(xué)資源得到更加充分和更有針對(duì)性的利用。若合理使用，這些平臺(tái)將為教師實(shí)施高精度的個(gè)性化教學(xué)提供更多參考依據(jù)和有力的工具支持，進(jìn)而從一定程度上紓解教育系統(tǒng)內(nèi)部因?yàn)榻處熑藬?shù)與時(shí)間精力不足、學(xué)生人數(shù)過(guò)多、學(xué)習(xí)進(jìn)度和水平參差不齊等原因引發(fā)的教學(xué)困境。

然而，自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)要在國(guó)內(nèi)中小學(xué)真正落地應(yīng)用還面臨諸多阻礙，除了技術(shù)問(wèn)題之外，主要還包含以下兩個(gè)方面：一是教師和教學(xué)管理者對(duì)這一新鮮事物仍比較陌生，在不了解其基本原理和功能的情況下很難愿意投入使用;二是教學(xué)使用路徑和方式不明朗，亟待新的理論指導(dǎo)和實(shí)踐參照。鑒于國(guó)外自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)水平較高且已產(chǎn)生了一些成功案例，其中又以翻轉(zhuǎn)課堂應(yīng)用居多，故本文主要基于對(duì)國(guó)外主流自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的技術(shù)架構(gòu)和功能分析，闡述其如何用于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)，以期為廣大教師和教學(xué)管理人員提供參考。

一、自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)原理與性能

所謂自適應(yīng)學(xué)習(xí)，本質(zhì)上是在智能系統(tǒng)支持下，基于特定教學(xué)情境下的學(xué)生需求和對(duì)其學(xué)習(xí)情況的評(píng)估、預(yù)測(cè)，為其提供合適的學(xué)習(xí)路徑和資源。

（一）自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)技術(shù)原理

根據(jù)學(xué)習(xí)科學(xué)與推薦系統(tǒng)專(zhuān)家彼得·布魯西洛夫斯基（Peter Brusilovsky）提出的“自適應(yīng)教育超媒體系統(tǒng)”（Adaptive Educational Hypermedia System，AEHS）通用模型，一個(gè)典型的自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)共包括四個(gè)基本功能模塊：一是學(xué)生模塊，負(fù)責(zé)搜集和處理學(xué)生在平臺(tái)上的操作記錄和行為數(shù)據(jù)，對(duì)學(xué)生特征與學(xué)習(xí)行為進(jìn)行建模，包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)與推理風(fēng)格、個(gè)性與情感、習(xí)慣與偏好等;二是學(xué)科知識(shí)模塊，負(fù)責(zé)對(duì)學(xué)生需掌握的學(xué)科與專(zhuān)業(yè)知識(shí)體系進(jìn)行建模并構(gòu)建包含數(shù)字教材、教學(xué)視頻、動(dòng)畫(huà)、課件、虛擬仿真等各種形式的學(xué)習(xí)內(nèi)容資源庫(kù);三是教學(xué)模塊，負(fù)責(zé)定義學(xué)習(xí)資源推薦和路徑規(guī)劃有關(guān)的規(guī)則和功能，是連接學(xué)生模塊和學(xué)科知識(shí)模塊的“橋梁”;四是自適應(yīng)學(xué)習(xí)引擎，負(fù)責(zé)響應(yīng)學(xué)生在學(xué)習(xí)平臺(tái)上的操作與請(qǐng)求，包括按需規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑、推薦學(xué)習(xí)資源、組織與呈現(xiàn)學(xué)習(xí)內(nèi)容和操作界面等^[1]。

每個(gè)功能模塊都有其獨(dú)特的技術(shù)體系：學(xué)生特征建?？赡苁呛?jiǎn)單的描述性統(tǒng)計(jì)分析，如按性別、年級(jí)、專(zhuān)業(yè)和學(xué)科等人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息進(jìn)行用戶(hù)標(biāo)記和分類(lèi)，也可以利用大數(shù)據(jù)和信息行為挖掘技術(shù)進(jìn)行更加精確的用戶(hù)畫(huà)像;學(xué)科知識(shí)模塊可以是對(duì)學(xué)科知識(shí)體系進(jìn)行最基本和層次較淺的抽象建模，對(duì)學(xué)習(xí)資源進(jìn)行匯聚和簡(jiǎn)單的特征描述與分類(lèi)，也可以利用知識(shí)圖譜、文本挖掘等技術(shù)對(duì)二者進(jìn)行更加細(xì)粒度的處理與加工;教學(xué)模塊中，教師既可以根據(jù)某一次測(cè)試的結(jié)果為學(xué)生制定針對(duì)某一知識(shí)點(diǎn)的專(zhuān)項(xiàng)訓(xùn)練，也可以基于一連串測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合規(guī)劃;自適應(yīng)學(xué)習(xí)方面，學(xué)習(xí)資源推薦包括基于內(nèi)容的推薦、協(xié)同過(guò)濾推薦、基于關(guān)聯(lián)規(guī)則推薦等，學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃可以由教師人為預(yù)置標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)習(xí)路徑，也可以實(shí)時(shí)基于學(xué)習(xí)診斷進(jìn)行更加精細(xì)、靈活的規(guī)劃^[2]。無(wú)論何種自適應(yīng)學(xué)習(xí)方式，都在很大程度上依賴(lài)于對(duì)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)能力狀態(tài)的評(píng)估和預(yù)測(cè)，相關(guān)技術(shù)包括基于項(xiàng)目反應(yīng)、認(rèn)知診斷、空間理論等理論基礎(chǔ)的心理/知識(shí)測(cè)量技術(shù)，以及貝葉斯知識(shí)、深度知識(shí)、概率圖模型等機(jī)器追蹤算法等^[3]。

（二）主流K-12自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)性能簡(jiǎn)析

在國(guó)外，許多K-12自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)為了能最大限度地服務(wù)于課堂教學(xué)，除了核心的個(gè)性化資源推薦和學(xué)習(xí)路徑規(guī)劃功能之外，還集成了教材內(nèi)容制作、測(cè)試與評(píng)估、師生交流、班級(jí)管理等功能（見(jiàn)表1）。例如，世界第一大教育出版與技術(shù)商培生（Pearson）的Revel系統(tǒng)允許教師自主創(chuàng)建課程，上傳原創(chuàng)課程材料^[4];麥格勞-希爾（Mcgraw-hill）的ALEKS系統(tǒng)允許教師在后臺(tái)監(jiān)督學(xué)習(xí)進(jìn)度，統(tǒng)一發(fā)布作業(yè)和測(cè)試，自動(dòng)生成評(píng)估報(bào)告等^[5]。內(nèi)容資源方面，除了需要付費(fèi)的商業(yè)教材，Knewton、Smart Sparrow等平臺(tái)還提供遠(yuǎn)低于商業(yè)教材定價(jià)水平并且能在“知識(shí)共享”（Creative Commons，CC）等版權(quán)開(kāi)放協(xié)議授權(quán)下自由使用的開(kāi)放教育資源（Open Educational Resources，OER），以此來(lái)滿足不同消費(fèi)水平學(xué)生的教材需求，同時(shí)方便教師根據(jù)實(shí)際教學(xué)需求對(duì)教材進(jìn)行改編。自適應(yīng)學(xué)習(xí)方面，多數(shù)自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)采取了持續(xù)測(cè)試和多種算法混合的資源推薦方式^[6]。

二、基于自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)

作為一種典型的線上線下混合教學(xué)模式，翻轉(zhuǎn)課堂的要義是利用網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)流程進(jìn)行顛倒與再設(shè)計(jì)，構(gòu)建以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)環(huán)境和教學(xué)模式，以此鼓勵(lì)和支持學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)和內(nèi)化知識(shí)，培養(yǎng)其獨(dú)立思考和交流協(xié)作的能力^[7]。自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)致力于為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)適時(shí)提供學(xué)習(xí)材料與工具支持，與翻轉(zhuǎn)課堂的理念與需求有著天然的親和性^[8]。最常見(jiàn)的“翻轉(zhuǎn)”教學(xué)路徑是學(xué)生先通過(guò)閱讀材料、觀看教學(xué)視頻與課件等方式自主學(xué)習(xí)，而后由教師解答學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，并根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況提供相應(yīng)的輔導(dǎo)，如提出新的問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生深層次思考、開(kāi)展學(xué)習(xí)小組活動(dòng)等，最后引導(dǎo)學(xué)生完成測(cè)評(píng)和自我反思，并制訂新的學(xué)習(xí)計(jì)劃。自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)日益豐富和完善的功能使其在理論上可以完全覆蓋這一教學(xué)過(guò)程，然而其使用方式會(huì)因?yàn)楦鱾€(gè)環(huán)節(jié)的教學(xué)目標(biāo)、活動(dòng)形式和學(xué)生能力不同而有所側(cè)重，與之相伴的則是“學(xué)生—教師—自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)”三者主次關(guān)系的變化。總的來(lái)說(shuō)，由于中小學(xué)生的認(rèn)知水平、自主學(xué)習(xí)能力、計(jì)算機(jī)操作水平有限，教師在謀求與自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)“合作”教學(xué)的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)學(xué)生使用自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行一定程度的引導(dǎo)和干預(yù)，以使其能夠充分發(fā)揮自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的效用，避免因使用不當(dāng)而帶來(lái)的隱患。以下從課前準(zhǔn)備、課堂教學(xué)和課后總結(jié)三個(gè)環(huán)節(jié)分別闡述。

（一）課前準(zhǔn)備

教師如何選擇以及提供何種優(yōu)質(zhì)、適配的學(xué)習(xí)資源，在很大程度上影響著學(xué)生的知識(shí)獲取和學(xué)習(xí)效果。要使翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果達(dá)到甚至超越傳統(tǒng)課堂，課前知識(shí)傳授的內(nèi)容選擇十分重要。教師可以通過(guò)自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)構(gòu)建課程，根據(jù)教學(xué)進(jìn)度及安排設(shè)置課程內(nèi)容及難度系數(shù)。如美國(guó)面向K12、高校和機(jī)構(gòu)培訓(xùn)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)Fishtree，可以為教師提供課程的內(nèi)容來(lái)源，其中包含CK-12、可汗學(xué)院、YouTube開(kāi)放平臺(tái)，教師可用其自己創(chuàng)建課程或使用其他第三方內(nèi)容。除了在學(xué)生學(xué)習(xí)新知識(shí)時(shí)應(yīng)用自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布課程資源外，教師還可以讓學(xué)生通過(guò)觀看教學(xué)視頻，在課前復(fù)習(xí)已學(xué)過(guò)的基本概念和解題方法，或利用平臺(tái)進(jìn)行復(fù)習(xí)任務(wù)的布置，就像加利福尼亞州山景城中學(xué)（Mountain View）的數(shù)學(xué)教師黛比·林曼（Debbie Linman）所做的那樣^[9]。

翻轉(zhuǎn)課堂雖說(shuō)能夠在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立學(xué)習(xí)和自控能力，但是中小學(xué)生往往自控力較差，導(dǎo)致無(wú)法達(dá)到學(xué)習(xí)目的與預(yù)期效果，因此對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的監(jiān)督和效果評(píng)估十分必要。在教師發(fā)布學(xué)習(xí)資源后，學(xué)生可在自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)按照個(gè)人時(shí)間安排以及學(xué)習(xí)節(jié)奏觀看教學(xué)視頻，根據(jù)自身理解和掌握程度對(duì)教學(xué)視頻進(jìn)行快進(jìn)、倒退、暫?；蛑胤诺炔僮鳌W(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的一系列行為數(shù)據(jù)都會(huì)被平臺(tái)記錄下來(lái)，教師也可以通過(guò)后臺(tái)查看學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度（如圖1）。同時(shí)，家長(zhǎng)的手機(jī)賬號(hào)也可與學(xué)習(xí)平臺(tái)綁定，如果教師發(fā)現(xiàn)個(gè)別學(xué)生尚未開(kāi)始或仍未完成學(xué)習(xí)任務(wù)，可以通過(guò)平臺(tái)向家長(zhǎng)發(fā)送消息，以便其及時(shí)了解孩子的學(xué)習(xí)狀態(tài)并進(jìn)行監(jiān)督和輔導(dǎo)。

完成課前學(xué)習(xí)任務(wù)并不等于達(dá)到了學(xué)習(xí)目標(biāo)，課前的知識(shí)傳授效果評(píng)估有利于判斷翻轉(zhuǎn)課堂實(shí)施的有效性。自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的評(píng)估測(cè)試可以有效判斷學(xué)生的知識(shí)狀態(tài)和概念掌握情況。教師從自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)管理端可以看到學(xué)生個(gè)人及班級(jí)整體的評(píng)估結(jié)果。以ALEKS平臺(tái)為例，它可以清晰地呈現(xiàn)班級(jí)學(xué)生各知識(shí)要素的掌握情況，便于教師及時(shí)了解學(xué)生的自學(xué)情況和學(xué)習(xí)難點(diǎn)所在（如圖2）。

（二）課堂教學(xué)與輔導(dǎo)

傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂中，教師難以了解和預(yù)估學(xué)生知識(shí)狀態(tài)和知識(shí)掌握程度。這往往會(huì)造成教師課堂教學(xué)活動(dòng)安排無(wú)法切實(shí)滿足學(xué)生需求。自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)所提供的課前學(xué)習(xí)行為檢測(cè)和追蹤滿足了教師對(duì)學(xué)習(xí)反饋和數(shù)據(jù)的需求。教師在教師端的學(xué)生報(bào)告處可以清楚地看到學(xué)生的知識(shí)點(diǎn)掌握程度。根據(jù)自適應(yīng)平臺(tái)的課前數(shù)據(jù)反饋，教師可以依照班內(nèi)學(xué)習(xí)的實(shí)際情況更有針對(duì)性地設(shè)計(jì)課堂教學(xué)活動(dòng)，提升課堂參與度與知識(shí)內(nèi)化效率。

課堂上，教師發(fā)揮穿針引線作用，設(shè)計(jì)豐富多樣的課堂教學(xué)活動(dòng)，如游戲互動(dòng)、小組討論、協(xié)作展示等形式，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)積極性，增加師生之間及同伴之間的交流與互動(dòng);在解決課前自學(xué)疑問(wèn)的同時(shí)，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。教師在進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)，可適當(dāng)運(yùn)用自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)提供的教學(xué)工具和素材，節(jié)省課程資源準(zhǔn)備過(guò)程所耗費(fèi)的時(shí)間和精力。如美國(guó)得克薩斯州的中學(xué)數(shù)學(xué)教師凱瑟琳·泰勒（Catheryn Talyor）運(yùn)用了數(shù)學(xué)自適應(yīng)平臺(tái)knowre Math設(shè)計(jì)的幾何內(nèi)容，有效解決課程資源準(zhǔn)備中幾何圖形資源和示例制作困難的問(wèn)題^[10]。

（三）課后測(cè)評(píng)與反饋

在課堂上完成知識(shí)的內(nèi)化學(xué)習(xí)后，學(xué)生需要了解自己掌握知識(shí)的情況，以便繼續(xù)查漏補(bǔ)缺;教師同樣需要掌握學(xué)生的知識(shí)吸收狀況，以便于調(diào)整后續(xù)的教學(xué)安排與教學(xué)內(nèi)容。因此，及時(shí)的課后測(cè)評(píng)與反饋有助于推進(jìn)良性的教與學(xué)循環(huán)。教師可以通過(guò)自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)發(fā)布作業(yè)或測(cè)試，幫助學(xué)生及時(shí)回顧所學(xué)知識(shí)，并檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果。后臺(tái)關(guān)于班級(jí)學(xué)生的測(cè)評(píng)結(jié)果反饋也是教師開(kāi)啟下一輪翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)的依據(jù)。

傳統(tǒng)教學(xué)模式所面臨的一大難題，就是學(xué)生完成測(cè)試與作業(yè)后多數(shù)家長(zhǎng)不會(huì)輔導(dǎo)，而教師也無(wú)法提供細(xì)致全面的解答。自適應(yīng)平臺(tái)的個(gè)性化學(xué)習(xí)資源和路徑推薦能夠有效解決家長(zhǎng)與教師的難處。首先，自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)能夠針對(duì)測(cè)試或作業(yè)題目本身提供解答，如數(shù)學(xué)即時(shí)反饋學(xué)習(xí)平臺(tái)Mathspace能夠自動(dòng)識(shí)別學(xué)生解答數(shù)學(xué)題的步驟是否正確，識(shí)別并糾正錯(cuò)誤步驟，提供正確的解答思路。其次，平臺(tái)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)的一系列學(xué)習(xí)行為與交互數(shù)據(jù)，能夠精準(zhǔn)地判斷學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備狀態(tài)及薄弱點(diǎn)，依據(jù)學(xué)生的個(gè)體學(xué)習(xí)差異，推送符合其個(gè)性需求的學(xué)習(xí)資源，以縮短其知識(shí)掌握水平與課堂學(xué)習(xí)基本要求之間的差距。最后，學(xué)生遵循平臺(tái)為其量身定制的學(xué)習(xí)路徑，包括具體學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)計(jì)劃和學(xué)習(xí)內(nèi)容，能夠有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提升學(xué)習(xí)效率。

三、小結(jié)與展望

由于中小學(xué)生的認(rèn)知水平、自主學(xué)習(xí)能力、計(jì)算機(jī)操作水平有限，教師在謀求與自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)協(xié)同教學(xué)的同時(shí)，還應(yīng)對(duì)學(xué)生使用自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)進(jìn)行一定程度的引導(dǎo)和干預(yù)，使學(xué)生能夠充分挖掘自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的效用，并避免因使用不當(dāng)而帶來(lái)的隱患。本文僅以常見(jiàn)的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)路徑為例闡述自適應(yīng)學(xué)習(xí)平臺(tái)的應(yīng)用，未來(lái)還有待更多不同學(xué)科的廣大中小學(xué)教師進(jìn)行探索。

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[9] Knowre. Our success stories[EB/OL].[2021-12-08]. https：//www.knowre.com/our-success-stories/personalized-math-learning-online-mountain-view.

[10]Knowre. Our success stories[EB/OL].[2021-12-08]. https：//www.knowre.com/our-success-stories/knowre-math-for-remote-learning.

（作者徐麗芳系武漢大學(xué)數(shù)字出版研究所所長(zhǎng)，武漢大學(xué)信息管理學(xué)院出版科學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師;鄒青、李靜涵分別系武漢大學(xué)信息管理學(xué)院出版科學(xué)系博士研究生和碩士研究生）

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