美國諾特丹大學下一代數字教學環(huán)境的實踐與進展

文/ G. Alex Ambrose Kevin Abbott and Alison Lanski

美國諾特丹大學下一代數字教學環(huán)境的實踐與進展

文/ G. Alex Ambrose Kevin Abbott and Alison Lanski

編者按

不妨設想這樣一個場景，面對超過兩千名學生，為同一門課程的組織115個小班，如何確保小班之間教學內容和評價的一致性？如何找出那些在困境中掙扎的學生并提供幫助？下一代數字教學環(huán)境（Next Generationl Digital Learning Environment, NGDLE）正是為了解決這些問題而付諸實施的。本文對美國諾特丹大學（University of Notre Dame）開發(fā)的一個新的NGDLE進行了概念研究，對其實施加以描述，同時還總結了一些經驗和教訓。諾特丹大學（University of Notre Dame）又譯為圣母大學，創(chuàng)建于1842年，位于美國印第安那州芝加哥遠郊，是一所文理兼顧的著名私立大學。諾特丹大學作為美國人眼中公認的世界頂尖名校，與麻省理工學院、斯坦福大學、以及加州伯克利大學一道躋身常青藤聯(lián)盟新貴，在學術與知名度上挑戰(zhàn)以哈佛大學為首的老牌常青藤聯(lián)盟。

情境背景和課程模型

2015年春，諾特丹大學成立了一個校級委員會來設計全新的首年體驗（First-Year Experience, FYE）課程，用來取代已有30年歷史的體育（PE）要求。原來的體育要求由兩門必修的體育課組成，其中包括若干主題，其目的是協(xié)助學生調整自身從而適應大學生活。新的課程幾乎全部關注如何使學生適應諾特丹大學的經歷，包括在校的學術和精神生活、多元文化，以及用來養(yǎng)成健康生活方式和創(chuàng)造成功未來的各種工具。這個必修的FYE課程是一個全校性計劃，在全校范圍內服務于學校教學和學生，他們的專業(yè)技能在此得到了統(tǒng)一整合。因此，這個FYE課程成為了開發(fā)數字教學環(huán)境的一個完美場景。其中，有一點從一開始就非常明確，即以學生為中心的教學方法、一致的課程編制和創(chuàng)新的技術運用，都是對課程的成功實施至關重要。

這個課程在每個學期有一個學分，每周有一次50分鐘的課程。該課程被分為一百多個小班和對應的授課教師，因此需要一個共同的課程方案（課程材料、評價標準、相關的評分題目），來確保信息的一致性以及學生努力和授課教師給分的同等性。在以討論為主的課堂教學之前，學生要進行預習，完成指定的閱讀，觀看指定的視頻，或者根據指定的提示撰寫短篇的書面回復。課程大作業(yè)的要求是與課程目標相關的反思性和綜合性思維，要課程的電子檔案中完成，并共享給課程的授課教師和指導教師。

圖1 終端用戶視角的NGDLE

盡管有85%的教師使用某種教學管理系統(tǒng)（Learning Management System, LMS），但Blackboard公司近期的一份報告顯示，在927所北美高校中的7萬門課程中，LMS使用的53%是附加型的（重內容、少互動），24%是補充型的（以內容、公告、成績單形式的單向溝通），11%符合社交型的特征，10%是評價型的（大量使用評價），2%是全面型的（平衡的使用上述功能）。FYE課程需要創(chuàng)新，要超越在課程層面上對LMS的應用，而創(chuàng)造出一個更全面的、面向全年級學生的下一代數字教學環(huán)境（Next Generationl Digital Learning Environment, NGDLE），來充分支持這個項目實現其教學和學生成就目標。因此，NGDLE的核心設計目標是：構建一個通用平臺，能夠利用現有的系統(tǒng)和工具及現成可用的內容，進行標準課程的傳授，并實現所有課程小班之間的同等性；采集、存儲和分析生成的所有學生數據，從而支持教學評價、項目的持續(xù)改進，以及相關研究；為管理者、指導教師、授課教師和學生生成報告和可行動的分析結果。

實踐中的NGDLE維度

EDUCUASE《下一代數字教學環(huán)境：研究報告》中提出的NGDLE五個特征維度是新FYE課程數字架構中遵循的指導框架，用以彌補當前的教學管理工具和數字學習環(huán)境之間的缺口。首先，我們聚焦于實現“可操作性和集成”、“分析、咨詢和教學評價”維度，適當注意“個性化”維度并計劃在未來幾年中實現其他維度來建成NGDLE。

維度1：可操作性和集成

報告結論中以“NGDLE即樂高套裝”為比喻。我們選擇構建一個基于開源軟件的FYE課程解決方案，以Sakai作為主集成中心和連接多種工具（“樂高積木”）的平臺，而不是付費購買廠商的個性化定制方案。

表1 連接工具的初始集成

圖2 NGDLE數據源和原始輸出

這些工具之間并不直接相連,其連接方式從非常基礎的網頁框架（iFrame）嵌入和超鏈接，發(fā)展到更加高級的由廠商提供的應用編程接口（API）、教學工具互操作協(xié)議（Learning Tools Interoperability，LTI），以及體驗API（Experience API，xAPI）連接。圖1總結了FYE課程中使用的工具和系統(tǒng)數據的通用途徑。

表1列出了為建立FYE課程的整個教學生態(tài)而采用的系統(tǒng)互聯(lián)工具和初始集成的方式。

下去一副辦事的樣子，進出一副忙碌的樣子，歸途一副疲憊的樣子，辦公一副投入的樣子，學習一副認真的樣子，開會一副嚴肅的樣子，講話一副激動的樣子，外表一副樸素的樣子，對上一副忠誠的樣子，對下一副關懷的樣子，總結一副圓滿的樣子，檢討一副無辜的樣子！

維度2：個性化

盡管課程內容和評分題目是標準化的，但NGDLE也可以將學生個性化的某些組件編排進去（維度2）。課程材料在每個學期的第一周就提供給學生，而課程作業(yè)在截止日期前的若干周就開放提交，允許學生的學習按各自節(jié)奏進行。許多學生利用對課程電子檔案的所有權更新了視覺設計，其中一些人還添加了額外的定制內容。

維度3：分析、咨詢和教學評價

我們對NGDLE進行了精心設計，以允許多來源的數據之間的內部互聯(lián)，例如分數、點擊數據、電子檔案中的作業(yè)文本等。圖2顯示了NGDLE的數據源提供的數據范圍。

整個課程采用了一致的課程編制和評價標準，以手工導出、機器學習技術和自動化方法等方式實現了將數據統(tǒng)一采集入教學數據倉庫。分析工作使用Microsoft Excel、Tableau和R語言手工進行，過去幾年中我們也使用Kibana逐步開發(fā)出了一些有限自動化的報表。對指導教師和授課教師都有用的報表是整個課程的分數分布表，授課教師們可以以此為參考標準來衡量他們自己的評分，指導教師可以了解指導對象所得到分數的背景。分數分布表同樣讓管理者意識到學生在哪些方面上還需要幫助才能達到掌握知識的要求。

圖3 NGDLE和數據流概要

產生的影響

由于我們保留了LMS作為集成中心，連接了學生信息系統(tǒng)并集成了所有其他的工具，它就成了采集大量教學數據的理想渠道。圖3展示了NGDLE如何匯集起來構建起數據流，形成了豐富和多樣的數據生態(tài)和脈動，并因此而實現學生學習動態(tài)數據的可視化。

我們的核心設計目標是建成一個通用平臺，在其中采集所有生成的學生數據，并通過回顧性分析和實時的行動建議，為相關者及時提供數據分析和報表。我們已經實現和超越了這一目標。

過去兩年中，NGDLE采集了12萬學生作業(yè)和分數，460萬點擊追蹤，以及3000萬通過文本挖掘得到的詞匯。為FYE教師、咨詢人員和管理層形成了大量的報告，包括資源（文章和視頻）的可視化、點擊追蹤和熱力圖、作業(yè)的分數分布表、詞匯頻率樹狀圖以及電子檔案的詞匯云等。同時，我們也在期中為指導教師形成了識別風險學生的列表，包含有學生風險原因的情境（例如課堂參與、作業(yè)提交等），使得指導教師和學生的面談能夠更有效、更專注。采集到的數據還可以為那些在運用課程技術中存在困難的學生提供直接的拓展。

一是，實時數據采集實現了對學生的“把脈”。提供給授課教師、指導教師和管理層的快速數據分析和報表使得在學期中進行即時的教學和課程更新成為可能。

二是，以學生為中心的設計方案的成功為學校教師們提供了一個廣泛的模式，體現出將LMS作為NGDLE的集成中心的思想是如何有利于學生和教學的。

三是，讓有意義和可行動的教學分析得到充分展示，在校園中激發(fā)在其他課程和情境中加以應用的討論。

描述性的報告指出，選擇使用授課教師和指導教師共享的單一電子檔案，能夠實現雙方與學生之間更加深入的聯(lián)系。

跨學期分享學生的學習成果和案例（通過NGDLE而實現），對后來學生產出高水平成果是有貢獻的。

大學能夠采用一種基于證據的流程對學生在課程中學到的和產出的成果進行鑒定，這將改變單純關注分數的相關討論，并且促使對學生教學體驗的更豐富的理解。

未來計劃及經驗教訓

我們對新興的NGDLE計劃采取的下個步驟是——尋求提升現有維度，并分出力量來實現新的維度。

實施新的教學工具互操作協(xié)議（LTI）將優(yōu)化學生和教師的在線體驗。（維度1：互操作和集成）

分析方面的改進將允許在學期中更早分享結果，最終目標是通過一個面向學生、教師和管理層的儀表盤提供實時更新。（維度3：分析、咨詢和教學評價、維度2：個性化）

正在研討通過電子檔案作業(yè)或在線討論實現社交性學習，作為課程的演進方向。（維度4：合作）

嵌入字幕來理想地更新課程材料中使用的視頻。（維度5：無障礙使用和統(tǒng)一設計）

強化文本挖掘程序（維度3：分析、咨詢和教學評價）將允許基于課程目標深入評價學生進展，并預計會影響到課程變革和數字生態(tài)的升級。（維度1：互操作性和集成）

全新的FYE課程要授予超過校園中任何單一單位更多的學分數（4000+學分），在這個課程中尋求建立NGDLE是一個完美的大規(guī)模應用機會，來聯(lián)合三個單位（教學中心、教學技術組、Sakai項目組）中的數十人，在幾個月之內投入數千小時來設計、開發(fā)、實施和評估構成環(huán)境的五個維度。

我們使用了NGDLE范式來對課程層面的教學管理系統(tǒng)加以重新認識，將其認為是平臺級別的集成教學生態(tài)。通過“樂高”式的實現途徑，可以啟用一組應用，改變將LMS作為單向交流的、輔助管理的應用的方式，轉而成為一個更全面的、重評價的平臺。此外，使用了開源的LMS，有學校自己的支持人員，因此可以快速、經濟、安全的開始進行大規(guī)模的創(chuàng)新，而不需要高額的廠商費用或者是漫長的開發(fā)時間。

最后，這些維度是向著NGDLE目標演進途中不斷前行的路標，這讓我們意識到，整個NGDLE未必要全面地使用xAPI或LTI來進行集成（鏈接/嵌入可以作為起點），并且數據的提取和分析也未必要是實時、全自動可視化的（手工導出和報表也是可行的）。最重要的是，我們擁有了一個架構靈活的測試版，能夠針對高等教育中不斷變革的需求進行不斷修改完善。

（責編：楊潔）

（本文譯自EDUCUASE；翻譯：陳強 清華大學信息化工作辦公室）