面向開放教育的云端學習環境及應用

吳凡韓+后代毅

【摘 要】 學習環境研究一直是開放教育的重大命題。隨著我國開放教育的不斷發展，已有的在線學習環境已經不能滿足學習者的需求，特別是在交互性與課程管理等方面亟待改善。本文結合開放大學的應用需求和云計算與移動互聯網等新一代信息技術對構建新型教學模式帶來的機遇，提出從學習活動管理、課程管理、學習內容管理和個人學習空間等方面設計云端綜合的學習環境，并在珠海廣播電視大學開展課程教學應用實踐，結果表明：新型云端學習環境在創新開放教育教學模式、滿足學習者個性化需求等方面成效顯著。

【關鍵詞】 開放教育；云端學習環境；學習管理；學習內容管理；個人學習空間

【中圖分類號】 G434 【文獻標識碼】 B 【文章編號】 1009—458x（2016）04—0045—07

一、問題提出

開放教育較之全日制普通教育，其參與群體無論在年齡、職業還是學習能力、時間和需求等方面都更為復雜、多樣。開放教育強調學習時間、地點、方式和資源等的開放[1]，這些特點決定了開放教育適合將信息技術作為支撐手段。追溯廣播電視大學（簡稱“電大”）的發展歷程，其每一次革新都與現代信息技術的推動作用密不可分。從電大成立之初以廣播和電視為媒介傳播教學內容，到2000年起搭建遠程教育平臺實施開放教育新模式，再到2003年啟動網絡教育精品課程建設，電大的學習環境（尤其是“在線學習環境”）發生了重大變化，為教師和學習者帶來了不受時空限制的資源共享方式和快速便捷的信息獲取途徑。然而，傳統的開放教育在線學習環境較多關注內容傳送，對互動和學習管理關注不夠[2]，無法滿足開放教育學習者多樣化的學習需求。

（一）缺乏高度的互動與協作

信息技術的廣泛應用為教育教學帶來了許多方面的變革。有學者從內容傳遞方式和互動性兩個維度進行了分析（如圖 1所示）[3]。電大開放教育課程實踐采取“面授輔導與網上學習相結合”的教學模式，其網上學習以“網絡學院”為載體，互動性處于“低到中等互動”水平，并存在以下問題：一、教學內容缺乏交互性。各類網絡課程的教學資源以文本、大視頻和流媒體為主，內容本身缺乏交互性[4]。盡管此類學習資源支持學習者自定步調學習，但是在學習過程中由于缺乏及時、有效的反饋，學習質量難以保證。二、基層電大學習者與教師以及學習者之間的網上交互層次較淺。大多數在線學習平臺提供了網絡論壇和留言板等互動模塊，然而，由于互動主題不明確，學習者與教師和其他學習者之間多次回答的帖子數量較少，并沒有真正發揮互動模塊的作用。

（二）缺乏有效的網絡學習管理

“學生為主體、教師為主導”和“以學生為中心”是教育教學實踐需要遵循的基本原則[5]。開放教育在線學習環境充分發揮了學生的主體作用，卻在一定程度上忽略了教師的主導作用，具體表現在以下三個方面：一、在課程管理方面，不支持教師設定課程內容序列。網絡課程按照單一的線性順序組織教學資源，同一課程不同章節或同一章節不同知識點的教學資源之間的關系未被定義與利用，學習者完全自主地學習每一個教學資源，容易造成學習偏航。二、在線學習活動組織與管理功能較弱。教師和學習者通常使用QQ進行實時交流，但交流過程難以記錄，不便于學習者復習回顧。三、忽略了對學習者自主學習過程的有效監控。我國現有的開放課程系統并沒有對學習者學習過程與效果進行有效監控，教學管理部門與教師尚未能利用學習過程中的數據做出有效的決策[6]。研究表明：進行學習者學習效果評價和學習行為跟蹤，對網絡學習管理具有重要作用，有助于學習者客觀、正確地評估自己的學習情況[7]。

云計算、大數據和移動互聯網等新一代信息技術的發展及其在教育中的應用為解決上述問題帶來了新的機遇。從2012年起，大規模開放在線課程（MOOC）作為一種新的開放教育資源模式受到全世界的矚目[8]，MOOC以“短視頻+交互式練習”為基本教學單元組織學習內容[9]，能夠為學習者提供即時反饋與多元化互動交流方式，并追蹤學習者學習過程數據，鼓勵和引導學習者更加積極地學習與思考。這些特征為新一代信息技術背景下云端學習環境的設計注入了新的活力。

利用新一代信息技術構建以學習管理與互動為核心的開放教育云端學習環境，基于云計算技術提供的動態、可伸縮、虛擬化的計算資源，有效地支持大規模用戶訪問教育資源與服務；借助移動網絡通信技術，通過PC、PAD、手機等各種移動終端為學習者提供隨時、隨地、隨需的學習體驗，滿足開放教育學習者碎片化學習的需求。

二、云端學習環境分析與設計

（一）構成要素分析

從教育應用角度分析，云端學習環境的設計必須同時考慮教育信息管理、學習管理與學習內容管理等教育服務以及學習內容制作工具等內容（如圖 2所示）。其中，教育信息管理服務主要用于維護用戶信息和教育教學相關信息（包括用戶組織結構管理、用戶注冊和審核、用戶角色設置等），從而為各類應用系統提供教學業務中所需的相關信息。

學習管理服務提供兩類應用：一是學習活動管理，包括網上學習活動的組織和開展、參與學習活動的學習者登記和考勤、活動過程的記錄等。常見的網上學習活動包括直播課堂、在線答疑、在線項目學習等，具體內容將在“核心功能與服務”部分予以說明。二是課程管理，包括課程目錄和課程材料的管理以及學習序列的安排等。有研究者認為，網絡教育需要通過運用教學資源定義結構化（知識內容體系本身的關系）課程和特定的學習路徑（某種教學策略、教學活動和內容活動序列）以引導學習者[10]。開放教育在線學習環境支持學習者基于適應性學習路徑完成自主學習過程，避免學習活動發生偏離或迷失方向。此外，學習監控是學習管理服務必不可少的一部分。在云端學習環境中，學習監控應該有效融入學習活動和課程管理中，為用戶提供學習進度跟蹤、作業與測評、數據分析和報表生成等。

學習內容管理服務以數字化學習對象LO（Learning Object）為基本單元，創建、存儲和管理個性化學習內容。LO是構成一門學習課程的可重用的組件，通常為文本文檔、圖片、PowerPoint文檔、視頻或符合SCORM規范的課件和試題等。學習內容管理系統的各種學習對象可以打包成符合AICC或SCORM標準的學習資源，然后添加到學習管理系統中，支持教與學的順利開展。“共建、共享”是資源建設與應用的基本原則。學習內容管理服務支持教師共享個人創作的學習內容并設置共享范圍，有助于實現教師之間和兄弟院校之間的資源共享。

學習內容質量的高低對開放教育學習者的學習效果具有重要影響。優質學習內容的建設有賴于教師對教學資源和教學活動的一體化設計和能夠實現教師設計思想的制作工具。學習內容制作工具的選擇需要考慮以下三點：一是能夠支持交互性內容的制作（例如增加交互式練習、設置反饋策略等），為學習者提供精確的反饋，促進學習者對深層次概念的理解[11]。二是所制作的內容遵循AICC/SCORM等資源建設標準，能夠被學習內容管理系統解析，即學習內容管理系統能夠識別學習內容中的交互類型（例如測試題目類型），進而實現對學習者學習進度的追蹤和學習情況的統計。三是所制作的內容能夠跨終端發布，支持Wins、Android、iOS等不同終端。基于以上考慮，本文選擇Adobe Presenter和Adobe Captivate作為學習內容制作工具。

（二）核心功能與服務

基于對開放教育學習環境構成要素的深入分析，提出如圖 3所示的云端學習環境體系結構。用戶通過兩種方式接入該環境：通過PC機瀏覽器訪問開放教育門戶網站進入各類服務系統，或者通過移動終端APP應用接入系統。下面從學習活動管理、課程管理、學習內容管理與制作以及個人學習空間四個部分描述云端學習環境的核心功能與服務。除學習內容制作工具安裝在終端之外，其他服務均部署在云端。

1. 學習活動管理

基于大規模流媒體交互服務的虛擬課堂提供的音頻和視頻解決方案為開放教育教學應用提供支撐。虛擬課堂提供豐富的在線交互功能，包括實時視頻、文檔共享、桌面共享、電子白板、文字討論、私聊與交互、分組合作、投票等，滿足直播課堂、討論答疑、在線項目學習等情境下各種可能的交互需求。其中，直播課堂適用于以主講教師講授為主的遠程、實時、在線課堂，所有注冊學習者均可觀看；在線項目學習以人與人之間的交互討論為主，為已登記的學習者提供服務。

基于學習活動管理功能，教師能夠有效地組織和開展遠程在線教學活動，遠程學習者可以在職在崗參加教學活動。通過終端設備（PAD、PC等）與其他學習者參與實時視頻音頻交互；教師可以錄制上課內容，將課程URL分享給有權限的學習者點播；課前教師以郵件等方式提前通知每位學習者，保證學習者能夠準時上課。

2. 課程管理

課程管理實現在線課程的組織與管理，包括在線課程定義、在線學習資源添加、學習者登記、學習過程追蹤與管理（含學習互動過程記錄、學習互動結果記錄以及學習成績統計等）。根據可關聯的資源數量，在線課程又可以細分為課程與課程表兩類。

（1）課程

課程必須關聯并且只能關聯一個教學資源，教學資源來源于學習內容管理系統。從學習者自主學習角度分析，在課程開始與結束期間已登記的學習者可以訪問課程并進行學習，系統根據教師制作學習內容時預置的反饋策略為學習者提供教學反饋，學習結束后系統為學習者提供課程學習報告。學習過程中，學習者可以隨時退出課程，再次進入時能夠繼續學習。從教師教學與管理的角度分析，系統自動追蹤學習者的課程學習進度，包括通過人數、未通過人數、正在進行人數以及未開始人數等。當所關聯的教學資源包含測試題目時，系統能夠依據答案和題目統計所有學習者的測試作答情況，以“計算機應用基礎——Excel知識考查”課程為例，圖 4和圖 5呈現了學習者在測試中的作答情況。

（2）課程表

與課程相比較，課程表可以包含多個教學資源、課程以及學習活動。教師可以設置必修內容、選修內容以及后續內容與先修內容的關系，學習者可以根據學習內容的先后順序進行學習。由于每個學習者對不同學習內容的學習情況不同，系統為學習者推送的后續學習內容也有所差異，學習者在學習過程中能夠逐步形成個性化的學習路徑。

學習路徑由一系列有序的節點構成，每個節點對應一個學習內容，每個學習內容包含三類狀態，分別是“設定狀態”“學習狀態”和“操作狀態”，每類狀態的屬性值如表 1所示。

“設定狀態”由教師在課程表創建階段設置。當課程表需要的學習內容添加完成后，教師可以設置哪些學習內容是必修的、哪些學習內容是選修的，以及在學習某一個學習內容之前需要先學習哪些學習內容和哪些學習內容是隱藏的；“學習狀態”與“操作狀態”用于記錄學習者對課程表中學習內容的學習狀態以及系統提供的操作建議，這兩類狀態的屬性值由系統自動計算，受學習路徑的“設定狀態值”以及學習者的學習情況共同影響。

以“計算機應用基礎——表格處理”課程表為例，圖 6為教師端學習路徑的設置頁面，呈現了與表格處理相關的學習內容的“設定狀態值”；圖 7為學生端學習任務界面，呈現了學習內容的“學習狀態值”與“操作狀態值”。該課程表中第一項學習內容為選修，后面五項學習內容均為必修；學習者在學習第二項、第三項、第四項以及第六項學習內容之前必須先學習第一項學習內容。因此，在第一項學習內容未完成之前，后面四項學習內容都處于“已鎖定”狀態。當學習者完成此內容的學習后，其學習狀態值為“已通過”，操作狀態值為“復習”，后面四項學習內容由“已鎖定”轉變為“打開”；盡管第五項學習內容也設置了入門項目，但由于設定狀態為“建議”（即選修），在完成第一項學習內容之前學習者可以“打開”第五項學習內容，進行測試。

基于教師設置的學習路徑，不同學習者可以依據各自工作時間和狀態自定步調進行學習，系統自動記錄學習者的學習過程、學習狀態以及取得的學習效果等。這一模式既方便了教師對課程的管理，也能滿足開放教育學習者自主學習與碎片化學習的需求。

3. 學習內容管理

學習內容管理系統為學習管理中課程管理提供內容服務，優質學習內容的制作是關鍵。結合學習內容的交互性、標準化以及跨終端發布的需求，選擇Adobe Presenter與Adobe Captivate作為學習內容制作工具。其中，Presenter具有錄音、錄屏、攝像頭捕獲、測試題的編輯與管理以及多媒體動畫嵌入等功能。作為PPT插件，Presenter支持將設置了交互式動畫和試題的PPT發布為可在線播放的網頁或符合SCORM/AICC規范的Zip壓縮文件，該壓縮文件能夠上傳到學習內容管理系統，并被學習內容管理系統解析，從而支持教師在課程管理中使用。

在Presenter中與測試相關的概念包括測試集（quiz）、問題組（question group）與問題（question），三者的關系如圖 8中的“測試集1”和“測試集2”所示。Presenter支持選擇、判斷、填空、簡答、連線、排序、等級量表以及熱區等問題類型。在設計測試時，教師首先需要創建測試集，測試集中最小的單位是問題，教師可以選擇使用問題組將同類問題進行歸類。依據徐茜等人對教學反饋的分類[12]，教師在Presenter中通過設置測試集、問題組以及問題的參數，可以為學習者提供以下類型的反饋：① 重試性反饋，即告訴學習者回答不正確/未通過測試，允許學習者再次或多次回答這個問題/測試，直到作答正確或通過為止；② 糾錯性反饋，為具體錯誤或誤解提供信息；③ 提示性反饋，當學習者未通過測試集/問題組或問題作答錯誤時，跳轉到教學資源內部某一位置（如圖 8中下方判斷流程所示）或打開外部資源供學習者學習，而不是直接給出正確答案。

Adobe Captivate在交互內容制作方面具有與Presenter類似的功能。除此之外，Captivate還支持錄制計算機或應用軟件的操作步驟。根據不同的教學用途，教師可以選擇軟件模擬演示、軟件模擬引導或軟件模擬評估等模式進行軟件操作類或技能訓練類微課的制作。

基于Adobe Presenter與Adobe Captivate在交互式學習內容制作和視頻錄制方面的優勢，教師可為學習者制作涵蓋不同教學單元的學習內容（如面向一個教學單元的測試或針對某一知識點的微視頻等）。

4. 個人學習空間

學習活動管理為開放教育教師與學習者之間以及學習者與學習者之間的實時交互提供平臺支撐，課程管理為學習者自主學習提供內容保障。盡管在學習過程中平臺與內容具有豐富的交互性，然而學習者在學習過程中難免會存在疑問。云端學習環境為學習者提供個人學習空間服務，為人與人的交互提供一種常態化的機制。個人學習空間具有以下特色（如圖 9所示）：① 基于視頻虛擬切片和標注技術實現視頻切片點與視頻進度關聯，解決大容量的教學課例在自主學習中的個性化支持問題。② 構建基于社交網絡的學習者學習網絡，支持基于視頻內容的分享與討論。學習者可以通過標簽訂閱的方式形成“學習圈”，在“學習圈”內學習者可以共享視頻或資料、開展在線專題討論，提升學習者學習效果。“學習圈”提供“私信”功能，私信內容僅交流雙方可見，便于學習者與教師或其他學習者單獨交流。私信的應用拓展了學習者之間以及學習者與教師之間交流討論的空間。當學習者在觀看視頻課例存在疑惑時，可以與教師以私信的方式進行交流，實現異步答疑。③ 面向Andriod終端的輕量級APP應用，支持用戶的移動學習與在線研討。④ 與學習管理系統無縫連接，實現在線學習活動的遠程直播與點播，支持基于課例的互動與研討。⑤ 匯聚學習者的學習瀏覽記錄，包括學習者在學習過程中收藏、下載、關注和瀏覽的內容，作為主動推薦學習內容的基礎。

三、應用試驗與效果評估

2012年，珠海市廣播電視大學開始了開放注冊、網絡學習的教育探索。在廣東省“粵教云”計劃的支持下，珠海電大在網絡教學組織和教育資源整合等方面開展了實踐與探索，為大規模在線教育課程應用搭建了平臺，其中云端學習環境是重要的組成部分。從2014年9月開始對云端學習環境開展了應用試驗與效果評估。

分別從計算機網絡和電子商務專業各選出一門課程，組織相關教師對4個班的160名學生開展了為期一個學期的云端學習環境課程教學應用研究。任課教師針對“計算機應用基礎”和“電子商務管理”兩門課程開發了53個交互式學習內容，組織了19次在線教學答疑活動，形成了15個課程表資源。教師通過“虛擬課室”進行課堂直播和在線答疑，學習者使用不同終端實時參與課堂互動；學習者基于教師制作的交互式學習內容和設定的學習路徑進行自主學習，有問題時通過個人空間的圈子、私信等功能與教師和其他學習者交流討論。課程結束時，組織了對參與應用試驗學生的問卷調查與相關訪談。調查結果表明：86.3%的學生認為云端學習環境有助于課程的學習，84.9%的學生認為云端學習環境緩解了自己的工學矛盾，73.9%的學生愿意將此環境推廣應用到其他課程。

在取得初步成效的基礎上，從2015年3月開始，組織了對學校內更多教師開展云端學習環境課程教學應用專項培訓和交流，為擴大云端學習環境應用范圍做準備。培訓結束后，使用問卷星對參與培訓的30名教師進行調查。問卷基于技術接受度模型，從教師對“云端學習環境”的功能易用性、有用性、行為意愿以及保障條件接受度四個方面進行設計、試測與修改，調查結果如表 2所示。其中12個量表題目的Cronbachs Alpha值為0.863，表明量表信度可以接受。由表 2可以得出，教師對“云端學習環境”的功能易用性、有用性、行為意愿以及保障條件接受度的均值均在3.5以上，介于“一般”與“贊同”之間，更偏向于“贊同”。由此表明，珠海電大的教師對云端學習環境的總體接受度比較高。專項培訓與交流加深了教師對云端學習環境下學習活動管理、課程管理、交互內容制作和學習空間應用等內容的了解。

盡管云端學習環境為“豐富在線學習互動形式”（均值為4.09）、“增強對學生學習過程的監控”（均值為4.05）和“創新教學模式”（均值為4）帶來了可能性，但在應用過程中“為教師提供技術與學習活動設計或課程設計方面的幫助非常必要”（均值為4.5），有助于教師克服技術障礙、進行教學創新。由于云端學習環境還處于實踐探索階段，本文得到的數據以態度、接受程度等調查類數據為主，進一步的試驗將從兩個方面推進：一是擴大云端學習環境應用范圍，讓更多專業的教師與學生接觸該環境，體驗該環境對開放教育教學模式與學習方式帶來的變化。二是深化試驗內容，通過學習者學習過程與結果數據量化云端學習環境教學應用對提高學習效果、提升學習效率的作用，形成云端學習環境教學應用模式。

四、結束語

云端學習環境既能夠很好地滿足開放教育的應用需求，又體現了云計算與大數據時代學習環境的發展趨勢，能夠支持新型教學模式的探索和有效的教學管理，并為學習者提供個性化學習支持，滿足開放教育學習者利用碎片化時間進行學習的需求。研究仍處于初步實踐階段，下一步工作將集中在繼續完善云端學習環境和深入做好云端學習環境的應用研究。希望通過云端學習環境的應用，發現新問題，進一步完善環境建設；通過云端學習環境的建設，更好地支撐教學應用，讓教學應用與環境建設形成良好的互動。

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責任編輯 韓世梅