支持問題導學的電子課堂云平臺*

俞東進，王曉冬，張艷艷，張永智

（1.杭州電子科技大學，浙江 杭州 310018；2.浙江省教育技術中心，浙江 杭州 310012；3.杭州石開互聯科技有限公司，浙江 杭州 310012）

一、引言

隨著以云計算、物聯網等為代表的新一代信息技術的迅猛發展，人們對教育教學信息化的技術水平提出了前所未有的更高的要求。同時，新的教育教學理念不斷涌現，并且經常被用于教育教學改革實踐中。如何實現現代化的信息技術與教育教學理念和方法的深度融合，成為了當今教育教學信息化的主要挑戰之一。

本文介紹了一個支持問題導學的電子課堂云平臺的設計和實現方案。該平臺基于SaaS（Software as a Service，軟件即服務）應用模式，可有效整合區域內不同教學機構的海量教學資源，并可實現按需擴展?；谠撈脚_，教師根據學生的實際需要，充分利用各種媒體及資源的教學特性，有目的、有計劃、有組織地引導學生積極主動、熱情高效地投入學習的一切活動和過程。該平臺目前已在多個教育教學機構推廣應用，用戶反映良好。

二、電子課堂與問題導學

1.電子課堂

電子課堂學習是指基于網絡技術、計算機輔助教學技術、多媒體技術、虛擬現實技術等進行在線學習與教學的活動。這種學習的學習目標、學習內容和學習環境與傳統課堂學習有很大的不同。通過電子課堂，教師可以及時、全面地了解分布在各地的學生，對他們的學習狀況進行測試分析；同時，學生的學習由被動轉入主動，學習手段也變得更加直觀和豐富。所有學生和教師都能在不同的地點對同一教學內容展開討論。

當前，國內外對于電子課堂的研究，多將電子課堂學習定位為學生基于資源的自主學習，從而導致人們對電子課堂的研究局限于在線網絡課程中教學資源的設計和實現，對教師的自身素質及其實施導學活動的方法、技巧關注不足。[1]研制支持問題導學模式的電子課堂平臺，對于提高學生的自主學習、合作探究能力，建構符合學生認知發展的知識體系具有重要意義。

由于電子課堂一般分布于廣域網絡環境，已有的各種關于遠程教育的研究成果對于基于問題導學模式的電子課堂的設計可以起到很好的指導作用，[2]如霍姆伯格的“有指導性教學會談”理論、戴維·西沃特的“持續關心”和穆爾的“交互影響距離”理論都強調了在遠程教學過程中如何保持關注的連續性。基更提出的教與學活動再度綜合理論認為，遠程教育的主要特征在于教與學在時空上相互分離，必須從遠程學生的角度考慮，精心設計課程資源與精心安排人際交流，激發學生的內在主動性，重新建構跨越時空的教與學相互作用情景，使教與學的聯結重新建立。雖然時至今日我們依然可以從這些經典理論中得到許多有益的啟示，但是其局限性也日益凸顯。首先，在這些理論中遠程教師的導學活動大多被淹沒在學生支持服務系統研究之中，使得在線輔導教師的“導學行為及導學策略”等相關研究缺乏針對性和系統性。此外，受歷史條件的局限，上述經典理論大多是對傳統遠程教育中導學方式、方法的探索，隨著時代的變遷和技術的進步，在網絡遠程教育成為主流的今天，這些理論在指導在線教師的導學活動方面開始顯得力不從心。

國內技術界和教育界最近幾年也開始致力于開發網絡教學平臺，[3]例如靈泰克教學平臺、清華網絡學堂等，這些產品各具特色。如靈泰克教學平臺側重于教學資源的建設和應用，但網絡的交流功能較弱且缺乏對課程的管理；清華網絡學堂是面對大學的學習環境開發的平臺，更多側重于網絡課程的開發和應用教師的集體備課。

2.問題導學

問題導學是上世紀60年代中期前蘇聯教育論專家馬赫穆托夫、列爾耐爾、馬丘什金等人倡導的一種發展性的教學法，[4]后經有關專家補充完善，現已成為一種被廣大教育工作者認可的教學方法，也是當代課堂改革的重要特點之一。問題導學教學需要教師系統地設計一些問題情境，組織學生進行解決問題的活動，同時教師應指導學生將獨立探索活動與掌握已確立的科學結論最優化地結合起來。值得注意的是，基于問題導學的教學過程不是教師的提問簡單地加上學生的回答，而是師生雙方圍繞問題的情境進行多元化的、多角度的、多層次的探索、學習、發現。問題解決方式可采用對話式、討論式、合作研究式、自主探究式等。它突出學生在學習活動中的主體地位，鼓勵學生獨立思考、大膽質疑，達到發展學生獨立思考能力與創造思維的目的。

作為建立在問題教學理論基礎上的一種新型的課堂教學模式，與傳統的以教師為中心、把知識看作一種教育結果的教學法相比，問題導學教學模式更多地以學生為中心，注重學生作為教學主體的存在，把“教學”改為“導學”，用“問題”啟發學生自學和鉆研，形成渴望知之而主動求知、求教的積極學習過程。[5]以問題作為驅動教學過程的核心要素，以學生已有知識和經驗為基礎，在教師創設的最佳情景下呈現問題，或啟發學生提出問題，師生共同探索從而解決教學中的重點、難點，達到教學目的的教學活動。

問題導學法的主要特色在于通過科學的、合理的、啟發性的問題設置的運用，摒棄傳統的填鴨式、灌輸式等陳舊的應試教育的教學方式，構建了以創新精神和實踐能力為重點的素質教育的新型教學模式。此外，通過教師精心設置的導學問題，還可以讓學生開展自主探索學習，促進學生學法的改進。

3.支持問題導學的電子課堂

隨著人們對現代電子學習（E-Learning）支持服務系統的深入研究，支持問題導學的電子課堂的重要性日益凸顯。由于現有的網絡課程多數是大量學習資源如錄屏課件、超鏈接資源的堆積，課程設計只注重教學信息的呈現，忽略了教學活動的設計，E-Learning蛻變成EReading或E-Listening，教師很難對學生的學習過程進行有效的控制和引導，網絡環境下的學生自主學習很容易造成學習目標的偏離和教學主題的缺失。[6]

因此，針對電子學習出現的諸多問題，支持問題導學的電子課堂的設計就顯得尤為重要。支持問題導學的電子課堂要求導學教師對整門課程、各教學單元及每節課進行教學目標分析，以確定當前所學知識的“主題”，從而通過一些精心設計的問題和任務引領學生進行網絡環境下的自主學習。學生根據學案中的問題自主學習，在解決問題的過程中獲得成果，同時形成新的問題，然后再在“問題墻”中提出，等待教師或者其他同學的解答。在這個過程中，學生學習幫助的獲得以及教師導學作用的發揮，都有賴于一個有效的導學體系和平臺的支持。

三、總體架構設計

本文提出的支持問題導學的電子課堂云平臺基于富客戶端、服務器和數據庫的三層架構。其中富客戶端層基于c#和微軟.net Framework實現，內部可再分成表現子層、邏輯子層和數據/網絡代理子層三個子層；服務器層基于JavaEE/J2EE平臺實現，內部分為接口子層、邏輯子層和數據子層三個子層，采用典型的Struts、Spring和myBatis框架搭建；數據庫層則采用商用關系型數據庫。

平臺實行“省級導學中心”、“區域導學中心”、“學校導學中心”三級部署。其中，“省級導學中心”包含導學資源中心、數據交換中心、即時通訊中心和應用備份中心等。有條件的學?？梢越M建“學校導學中心”，作為本校導學中心和數據存儲中心。“區域導學中心”作為地區一級的導學資源和導學管理端的匯聚，負責接入一般學校。平臺的網絡結構如圖1所示。

圖1 問題導學電子課堂云平臺架構圖

四、基于電子課堂的SaaS應用模式

支持問題導學的電子課堂云平臺采用SaaS模式。SaaS模式是一種新興的軟件開發模式，是一種以托管方式部署軟件、通過互聯網（或內聯網）的存取實現應用功能的軟件應用模型。[7]基于這種模式，電子課堂云平臺軟件不再被某個教學機構所獨有，而代之以服務的形式并放在互聯網（或內聯網）上，并統一部署在公共服務器上。各個教學機構無需自行購買軟件，也不需要購買部署軟件所需的相應的軟硬件資源，而只需要按照實際需求、通過互聯網（或內聯網）向平臺訂購所需的應用軟件服務即可，同時按照訂購服務的種類、用戶數量、租用時間或者通過平臺獲取的銷售收入提成向平臺運營者支付費用。

問題導學電子課堂云平臺軟件采用多種技術，以滿足SaaS模式的應用需求：

1.基于應用設計方法，實現云環境下的多租戶安全隔離

由于不同的教學機構作為不同的租戶共用同一個平臺，如何有效地實現不同租戶之間的私有數據隔離是SaaS模式成功應用的關鍵之一。目前，實現多租戶安全隔離的方法主要有物理分隔、虛擬化、支持多租戶的應用設計等。[8]問題導學電子課堂云平臺采用了支持多租戶的應用設計方法，即主要通過應用本身來實現對多租戶的支持。不同租戶的數據相互隔離，并且可以用配置的方式對隔離范圍進行定制。這種技術比物理分隔方法更具靈活性，同時與虛擬化方式相比，由于僅僅存在一個應用實例，在管理、維護方面更為方便。

2.基于開放的API接口，實現第三方應用的無縫接入

問題導學電子課堂云平臺提供開放的API（Application Programming Interface，應用程序接口），支持與第三方移動終端應用、桌面應用、網站應用的集成。各類第三方應用通過調用平臺提供的Web服務，可以將平臺已有的各類信息資源服務功能便捷地嵌入至原有應用中，不但大大降低了各類應用的研發成本，而且有利于形成一個涵蓋教學機構、教師、學生、平臺運營者、教學資源提供者、IT技術提供者等多個實體的教育信息化生態圈。

3.基于虛擬化技術，實現平臺的平滑、動態可擴展

問題導學電子課堂云平臺與傳統的面向單個教學機構的信息化系統不同，需要支持來自不同租戶的大規模并發用戶請求。由于涉及海量多媒體信息資源的訪問，同時訪問頻率隨著教學進度呈現出明顯的時間變化特性，后臺系統必須能夠支持平滑、動態的擴展。平臺采用成熟的虛擬化技術，將物理服務器劃分成多個虛擬服務器，再根據用戶需求創建和分配計算資源與存儲資源，從而滿足用戶動態變化的計算和存儲需求。

SaaS模式在問題導學電子課堂平臺軟件的應用，不但大大降低了各級教學機構信息化投入成本，而且為區域內的教育教學資源共享提供了很好的支持。另外，由于平臺提供的各類服務可以隨著軟件版本的更新而實時更新，用戶可以得到最新最及時的體驗。

五、問題導學電子課堂云平臺的應用實踐

支持問題導學的電子課堂云平臺以人本主義教育理念為先導，以“問題導學”模式為核心，建立學習資源的共建共享機制和自適應推送機制，提供實時的展示交流、自動化評價與反饋、學生學業的診斷性評估等功能，鼓勵學生合作、互助和分享，支持個性化學習。

1.基于問題導學電子課堂云平臺的導學過程管理

教師依據學生已有知識及認知水平，通過問題導學電子課堂平臺，從有利于學生從主動知識建構角度出發設計學習方案。學案主要以問題的形式呈現，即將知識細化為若干個層次遞進的問題串，以便激發學生主動思考。教師將學案發布后，學生通過“自主學習”環節進行自主學習。“自主學習”環節包括學習目標、情景導入、探索新知、實戰演練四個小環節，每個環節一般包含若干個層次遞進的問題，學生需按順序、于課前獨立完成這些問題的解答。另外，學生在自主學習階段，如果遇到自己難以解答的問題，可以到“問題墻”上進行提問。問題墻是張貼學生和教師問題的地方。學生和教師可在問題墻上提問，可以查看別人的問題并幫助解答，也可以查看每個問題的答案并進行評論。

2.基于問題導學電子課堂云平臺的學習資源管理

平臺提供優質的碎片化、數字化的學習資源。這些學習資源可按單獨知識點切割錄制，按章節、按學科建構知識體系并歸類存儲。一線教師或資源建設者通過互聯網實現學案資源的共建共享。另一方面，學生通過“記筆記”、“作小結”、“提問題”，還可將自己的學習成果向教師申報，在通過推優、審核、發布多個環節后，在各級“成果展”上進行展示，成為平臺的共享資源。所有這些學習資源在“自主學習”環節，都可根據與學生當前學習內容的相關性，自動推送給學生，以滿足學生個性化學習的需要。

3.基于問題導學電子課堂云平臺的學習評價

平臺針對“自主學習”環節與“檢測反饋”環節的問題作答給予及時反饋與評價，如標準答案、答案解析等，并針對作答結果進行統計分析，以統計圖表的形式進行直觀呈現，為教師進行“點撥升華”提供參照數據。另外，平臺可記錄學生回答問題的時間和正誤、幫助同學解決問題的次數、得到同學的投票數等一系列數據，以輔助學習診斷與素質評價，其結果側重用于對學生的診斷和激勵，而不僅僅是甄別。

4.基于問題導學電子課堂云平臺的師生互動

平臺提供即時通訊功能，支持教師和學生之間以群組為單位或以點對點好友方式進行討論交流，體現師生、生生之間的互助與合作、付出與分享的學習模式。特別地，教師通過平臺提供的即時通訊功能可對學生進行個性化的輔導和交流。平臺同時提供了可用于師生互動的“問題墻”?！皢栴}墻”集中了關于某一主題的各位學生的問題、解答、感想以及教師的點評等內容。

問題導學電子課堂云平臺可應用于各級教育教學機構的課堂教學，或與課堂教學相結合的課堂外教學。目前，該平臺已在多個教育教學機構得到廣泛使用，用戶反應良好。

六、結束語

本文所討論的支持問題導學的電子課堂云平臺深度融合了相關問題導學的教育思想、教學方法和教學模式。以“學生自主和問題解決的學習”為構建理念，支持獨立自主學習、小組合作探究、團隊展示交流、個體檢測反饋等教學環節，支持自主學習的學習資源的共建共享，支持師生、生生間的在線交流，支持學生學習成果的診斷性評估，為學生自主、合作與探究式學習，為教師導引、點撥、歸納式導學提供技術服務和支撐。

未來，問題導學電子課堂云平臺計劃融入SNS技術，以提供面向社區的自主學習功能，為進一步推進素質教育和創新人才培養，以教育信息化帶動教育現代化提供技術支持。

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[7]Stamatia Bibi,Dimitrios Katsaros,Panayiotis Bozanis.Business Application Acquisition:On-Premise or SaaS Based Solutions?[J].IEEE Software,2012,May/June.

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