基于信息技術(shù)課程在線出版系統(tǒng)的教學(xué)平臺(tái)研究*

徐艷艷，沈富可，榮姍珊

（1.華東師范大學(xué) 信息化治理辦公室，上海 200241；2.安徽師范大學(xué)皖江學(xué)院 電子工程系，安徽 蕪湖 241000）

一、引言

隨著國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，我國(guó)各級(jí)各類學(xué)校也越來越重視教師和學(xué)生信息素養(yǎng)和信息能力的培養(yǎng)，信息技術(shù)課程的重要性也日益突顯出來，而傳統(tǒng)教材編制與出版周期長(zhǎng)、時(shí)效差，內(nèi)容存在缺乏普適性以及有效的互動(dòng)實(shí)踐等問題，教師和學(xué)生不能很好地利用教材進(jìn)行教學(xué)和學(xué)習(xí)。信息技術(shù)課程在線出版系統(tǒng)是為了解決傳統(tǒng)教材存在的問題而設(shè)計(jì)和開發(fā)的一個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)。在此以教材為基礎(chǔ)的系統(tǒng)上進(jìn)行教學(xué)，則可以很好地解決目前教學(xué)資源的問題，豐富教學(xué)，使教學(xué)更高效。

本研究以傳統(tǒng)教材出版模式轉(zhuǎn)變到基于網(wǎng)絡(luò)的新型教材出版模式為契機(jī)，結(jié)合信息技術(shù)課程新課標(biāo)的要求和特點(diǎn)，以在線出版系統(tǒng)為基礎(chǔ)，充分利用互聯(lián)網(wǎng)和在線教材的優(yōu)勢(shì)，將“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能、SPOC 教學(xué)模式融入到教學(xué)平臺(tái)中。設(shè)計(jì)與研究此教學(xué)平臺(tái)的核心理念是實(shí)現(xiàn)以實(shí)時(shí)更新教材為基礎(chǔ)的在線教學(xué)，為教師和學(xué)生提供豐富的教學(xué)資源，提高教學(xué)效率。

二、信息技術(shù)課程在線教學(xué)現(xiàn)狀

義務(wù)教育階段全面開展信息技術(shù)課程已有數(shù)年之久，與各類在線教學(xué)平臺(tái)也有初步的結(jié)合，鑒于各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，信息技術(shù)課程學(xué)生接觸到的在線教學(xué)質(zhì)量千差萬別，學(xué)生個(gè)體學(xué)習(xí)效果良莠不齊。

陸續(xù)有高校相關(guān)專業(yè)研究生投入到對(duì)信息技術(shù)在線教學(xué)方法的研究中來。研究者劉凱利借助微課技術(shù)，將信息技術(shù)教材內(nèi)容微課化，使之更加符合錦州四中信息技術(shù)課程學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)信息技術(shù)課程的興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率；李暢等將基于STEM 教育理念的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式實(shí)際應(yīng)用到初中信息技術(shù)課程中，有效地提高了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、合作學(xué)習(xí)能力和信息素養(yǎng)水平；毛曉娟等構(gòu)建了基于創(chuàng)客教育理念的項(xiàng)目教學(xué)流程，發(fā)展與信息技術(shù)課程相關(guān)的創(chuàng)客項(xiàng)目，為學(xué)生提供虛實(shí)融合的信息技術(shù)環(huán)境，從而喚起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、建立學(xué)習(xí)信心、激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造力等。

類似在線教學(xué)平臺(tái)在信息技術(shù)課程中的應(yīng)用，較以往的教學(xué)平臺(tái)在調(diào)動(dòng)學(xué)生積極性和主觀能動(dòng)性方面效果顯著，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，也提高了學(xué)生學(xué)習(xí)效率，這些研究沒有考慮到對(duì)在崗信息技術(shù)教師水平的提升，以至于這些實(shí)驗(yàn)性課程在現(xiàn)有師資力量條件下推行普及困難重重。

三、在線出版系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

在線出版系統(tǒng)上進(jìn)行教學(xué)應(yīng)用有多方面的優(yōu)勢(shì)，具體如下。

（1）教學(xué)資源豐富：以往只是提供一個(gè)平臺(tái)供教師組織教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)流程，教師需要花大量精力去找合適的教學(xué)資源，編輯教學(xué)內(nèi)容。在此平臺(tái)上教學(xué)資源以教材為基礎(chǔ)，有助于教師解決將書本教材電子化的大量工作，平臺(tái)上有可供教師選擇的大量可用的多元化、多樣化電子教材。

（2）教學(xué)個(gè)性化：平臺(tái)支持教材選擇的最小顆粒度為章節(jié)內(nèi)容，教師根據(jù)教學(xué)需求或自己教學(xué)特點(diǎn)以及學(xué)生的特點(diǎn)選擇和組合不同教材的章節(jié)；還可以利用平臺(tái)上便捷的功能上傳和編寫自己的教學(xué)資源，實(shí)現(xiàn)教學(xué)個(gè)性化。

（3）內(nèi)容交互式：在線出版系統(tǒng)上的教材與傳統(tǒng)的教科書相比，其內(nèi)容會(huì)包含更多的問題、動(dòng)畫、互動(dòng)工具、自動(dòng)分級(jí)的作業(yè)，能使教學(xué)和學(xué)習(xí)更高效。學(xué)生往往能夠在做中學(xué)會(huì)知識(shí)與技能。

（4）教材的實(shí)時(shí)更新：信息技術(shù)日新月異加上傳統(tǒng)出版周期長(zhǎng)，流程煩瑣，往往拿到一本教材時(shí)，發(fā)現(xiàn)技術(shù)已更新。此平臺(tái)上教材實(shí)時(shí)更新，以章節(jié)為單位快速迭代發(fā)布，解決了信息技術(shù)課程教學(xué)資源的問題，教師可根據(jù)教學(xué)大綱選擇同步更新教材，也可保持原有教材內(nèi)容；學(xué)生則可以學(xué)習(xí)到最新的技術(shù)。

（5）促進(jìn)教師專業(yè)化發(fā)展：信息技術(shù)與人工智能的發(fā)展，對(duì)教師信息素養(yǎng)和能力提出了新的挑戰(zhàn)，教育部每年都會(huì)組織教師進(jìn)行專業(yè)培訓(xùn)，信息技術(shù)的特性導(dǎo)致增加了培訓(xùn)難度，借助此平臺(tái)可以提高效率，教師可利用閑暇時(shí)間進(jìn)行繼續(xù)學(xué)習(xí)，促進(jìn)了教師專業(yè)化發(fā)展。

四、教學(xué)平臺(tái)的需求分析

本文設(shè)計(jì)的教學(xué)平臺(tái)基于在線教材出版系統(tǒng)，主要為教師和學(xué)生提供一個(gè)教學(xué)和學(xué)習(xí)模塊，并記錄數(shù)據(jù)、教學(xué)過程和學(xué)習(xí)過程，以便后續(xù)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)分析模塊時(shí)使用；為管理部門提供一個(gè)教學(xué)監(jiān)督的功能，同時(shí)也為教師提升個(gè)人信息技術(shù)能力提供一個(gè)平臺(tái)。本平臺(tái)總體設(shè)計(jì)思路如圖1 所示，基于在線教材出版系統(tǒng)的教材實(shí)時(shí)更新功能有助于獲取豐富的教學(xué)資源，既可進(jìn)行教師提升也可促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)，有一定的體制機(jī)制保障，提供透明的教學(xué)過程便于教學(xué)監(jiān)管，最終形成一個(gè)教育教、學(xué)、管、評(píng)統(tǒng)一門戶。本平臺(tái)按功能需求分析包含教學(xué)模塊、學(xué)習(xí)模塊、共享評(píng)價(jià)模塊、交互模塊和后臺(tái)管理。

1.教學(xué)模塊需求分析

圖1 平臺(tái)設(shè)計(jì)思路圖

教學(xué)模塊主要由教師或教師培訓(xùn)方使用，對(duì)教學(xué)起到引領(lǐng)的作用，教師登錄平臺(tái)后，可以建立自己的班級(jí)，建立班級(jí)后生成唯一的班級(jí)號(hào)，供學(xué)生查找加入班級(jí)，在班級(jí)管理中可以對(duì)學(xué)生進(jìn)行管理，依據(jù)學(xué)生的水平為學(xué)生分班，然后為不同的班級(jí)進(jìn)行課程建設(shè)，教學(xué)內(nèi)容可以選擇平臺(tái)上已經(jīng)發(fā)布的教材，對(duì)教材進(jìn)行內(nèi)容的挑選和組合，單位為章節(jié)，可以選擇多個(gè)教材中的章節(jié)內(nèi)容，也可以隨意組織章節(jié)的順序，刪除章節(jié)，最后教師可根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況適當(dāng)?shù)匕l(fā)布作業(yè)和測(cè)試等。教學(xué)模塊需求分析如圖2 所示。

圖2 教學(xué)模塊需求分析圖

2.學(xué)習(xí)模塊需求分析

學(xué)習(xí)模塊主要由學(xué)習(xí)者使用，年齡不限，學(xué)習(xí)者可以根據(jù)自己的興趣愛好，自行挑選教材或教材章節(jié)進(jìn)行學(xué)習(xí)，也可以根據(jù)教師提供的班級(jí)號(hào)加入班級(jí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，由于教材中包含了大量的交互式動(dòng)畫、作業(yè)等，不是單向的知識(shí)灌輸，大致可以滿足學(xué)生的學(xué)習(xí)需要。學(xué)生可以查看教材列表、章節(jié)列表，輸入班級(jí)號(hào)加入班級(jí)，在班級(jí)中可以查看課程內(nèi)容，進(jìn)行交互，參與在線討論，完成作業(yè)，得到反饋。學(xué)生可打印自己“選購(gòu)”的教材。通過分析模塊，學(xué)生可以得到推薦教材，個(gè)人根據(jù)各方面的綜合能力，選擇是否加入班級(jí)進(jìn)行學(xué)習(xí)。平臺(tái)中的所有用戶均可以是學(xué)習(xí)者。學(xué)習(xí)者需求分析如圖3 所示。

3.共享評(píng)價(jià)模塊需求分析

共享評(píng)價(jià)模塊是平臺(tái)中不可缺少的一部分，通過共享評(píng)價(jià)教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)過程，可以了解教學(xué)的情況，從而判斷教學(xué)質(zhì)量、成效及不足。教師或?qū)W生在使用教材教學(xué)或?qū)W習(xí)過程中，可以對(duì)教學(xué)內(nèi)容或教學(xué)過程進(jìn)行評(píng)價(jià)或分享，評(píng)價(jià)形式可以有打分、填寫意見、評(píng)語，評(píng)價(jià)的顆粒度可以小到某一個(gè)具體的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)環(huán)節(jié)；分享則可以在平臺(tái)內(nèi)部進(jìn)行，也可以通過社交平臺(tái)進(jìn)行分享，同樣可以分享一整門課程或具體到某一特定的內(nèi)容，后臺(tái)則會(huì)記錄分享信息，作為最后評(píng)比教學(xué)的一個(gè)依據(jù)或參考。

圖3 學(xué)習(xí)者需求分析圖

4.交互模塊需求分析

根據(jù)新課標(biāo)的內(nèi)容，信息技術(shù)課程需要對(duì)學(xué)生做到實(shí)時(shí)和階段性的評(píng)價(jià)，面對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果教師需階段性地調(diào)整教學(xué)方法。在線出版系統(tǒng)中已有交互式模塊，其主要體現(xiàn)在創(chuàng)新型的教材中，教材一改傳統(tǒng)教材只有文字、圖畫等媒介模式，其增加了在線編程、動(dòng)畫交互、在線答題、在線討論等交互模塊，這些交互式工具能夠?qū)崟r(shí)給學(xué)習(xí)者反饋，提高了學(xué)習(xí)的效率，學(xué)習(xí)者能夠在做中學(xué)，更快地掌握和習(xí)得所學(xué)的信息技術(shù)。基于此系統(tǒng)的教學(xué)平臺(tái)利用這種交互式教材可以滿足信息技術(shù)課程的新課標(biāo)，教師也可以在組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)根據(jù)教材增加這些交互模塊，使用在線答題的作業(yè)功能時(shí)也可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平進(jìn)行分級(jí)提供。

5.后臺(tái)管理模塊需求分析

后臺(tái)管理模塊主要由各級(jí)各類的管理者使用，有系統(tǒng)管理者、學(xué)校管理者、教研管理者。系統(tǒng)管理者為平臺(tái)的管理員，擁有最高級(jí)別的權(quán)限，可以為用戶賦予權(quán)限、管理用戶、管理數(shù)據(jù)、導(dǎo)出數(shù)據(jù)；學(xué)校管理者為學(xué)校相關(guān)管理員，可以查看本校學(xué)生學(xué)習(xí)情況、教師教學(xué)情況、導(dǎo)出各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、管理本校師生、管理本校教材；教研管理者可以查看教學(xué)的整個(gè)過程，對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行監(jiān)管和一定的干預(yù)。

6.性能需求分析

由于此系統(tǒng)面向用戶較廣，且不同事務(wù)的同時(shí)在線人數(shù)有不同的需求，有響應(yīng)時(shí)間的要求、存儲(chǔ)容量的要求和數(shù)據(jù)安全的要求。響應(yīng)時(shí)間的需求直接關(guān)系到用戶的使用體驗(yàn)，平均響應(yīng)時(shí)間均在1 秒之內(nèi)，尤其對(duì)其內(nèi)部的交互式模塊，用戶使用在線編程提交代碼進(jìn)行編譯、輸入數(shù)據(jù)測(cè)試、對(duì)比輸出數(shù)據(jù)等一系列操作，基本在1 秒之內(nèi)完成，比起手動(dòng)的要高效。使用在線答題也需要判題速度快、效率高，在多并發(fā)的情況下依然能夠有序、高效地評(píng)測(cè)出結(jié)果。存儲(chǔ)容量上，需要能滿足所需，且能夠方便和實(shí)時(shí)地?cái)U(kuò)容。安全性上一方面要防止他人非法登錄系統(tǒng)，破壞數(shù)據(jù)的安全性，要保證數(shù)據(jù)的可靠性和完整性，以5 種不同的用戶身份加以區(qū)分權(quán)限，防止了其他用戶對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)站信息的隨意處理。在交互模塊，也可以采用一定措施，防止他們?nèi)肭窒到y(tǒng)。最后，要有一定的災(zāi)難恢復(fù)功能，例如用戶在使用平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容組織和編寫過程中，若用戶沒有及時(shí)保存，而產(chǎn)生斷電或系統(tǒng)崩潰，系統(tǒng)能自動(dòng)保存數(shù)據(jù)。

五、教學(xué)平臺(tái)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

1.平臺(tái)的邏輯架構(gòu)

教學(xué)平臺(tái)前端使用Backbone 和Angular 框架，后端使用Django 框架MVC 經(jīng)典體系結(jié)構(gòu)，將前后端分開，采用接口的方式傳輸數(shù)據(jù)，從整體邏輯上將系統(tǒng)劃分為應(yīng)用層、表現(xiàn)層、數(shù)據(jù)層和基礎(chǔ)設(shè)施層，各層次相對(duì)獨(dú)立又相互依賴構(gòu)成完整的整體架構(gòu)。平臺(tái)的邏輯架構(gòu)如圖4 所示。應(yīng)用層顧名思義是直接面對(duì)用戶，用戶直接在此層上進(jìn)行操作和使用系統(tǒng)，因此在這一層中應(yīng)注重UI 的設(shè)計(jì)，為不同的用戶設(shè)計(jì)不同的頁面模式，用戶的體驗(yàn)直接反映到對(duì)平臺(tái)的評(píng)價(jià)；平臺(tái)層為用戶層提供了基礎(chǔ)，這一層為前端對(duì)接后臺(tái)提供了基礎(chǔ)的支持和數(shù)據(jù)的傳輸，因此這一層需要良好的設(shè)計(jì)便于系統(tǒng)的整體開發(fā)和擴(kuò)展；數(shù)據(jù)層為平臺(tái)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，該層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)對(duì)象持久化，并提供對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的底層訪問，便于后續(xù)持續(xù)集成分析平臺(tái)；基礎(chǔ)設(shè)施層則為整個(gè)平臺(tái)提供了硬件基礎(chǔ)，這一層需要根據(jù)平臺(tái)的性能需求提供合適的硬件，為了節(jié)省硬件開銷，也需要對(duì)系統(tǒng)做出優(yōu)化性能的處理，平臺(tái)的安全至關(guān)重要，在這一層中網(wǎng)絡(luò)也可根據(jù)實(shí)際需求分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)物理和邏輯隔離。除此之外，貫穿著四個(gè)層次的還有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和系統(tǒng)安全。

2.平臺(tái)的應(yīng)用架構(gòu)

教學(xué)平臺(tái)依托在線出版系統(tǒng)，在資源中選取教材，組合教材進(jìn)行教學(xué)或?qū)W習(xí)，相關(guān)管理者可對(duì)教學(xué)過程進(jìn)行監(jiān)督，也依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)教學(xué)優(yōu)秀者進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)。最后根據(jù)出版平臺(tái)和教學(xué)平臺(tái)數(shù)據(jù)可設(shè)計(jì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)，在其上進(jìn)行學(xué)習(xí)分析、教學(xué)分析、教材分析等應(yīng)用。其應(yīng)用架構(gòu)如圖5 所示。

圖4 平臺(tái)邏輯架構(gòu)圖

圖5 平臺(tái)應(yīng)用架構(gòu)圖

根據(jù)圖5，教學(xué)平臺(tái)最重要的使用者包含教學(xué)者和學(xué)習(xí)者，即教學(xué)和學(xué)習(xí)是教學(xué)平臺(tái)中最突出的功能，其他功能的設(shè)計(jì)則是更好地為教學(xué)和學(xué)習(xí)服務(wù)。如圖6 所示，教學(xué)平臺(tái)包含了教學(xué)學(xué)習(xí)和教學(xué)評(píng)價(jià)，教學(xué)學(xué)習(xí)跟蹤學(xué)習(xí)過程，對(duì)學(xué)習(xí)進(jìn)行及時(shí)的反饋和階段性的評(píng)價(jià)，最后依據(jù)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行教學(xué)方法和內(nèi)容的調(diào)整；教學(xué)評(píng)價(jià)則是跟蹤教學(xué)過程，根據(jù)評(píng)價(jià)及時(shí)地調(diào)整教學(xué)內(nèi)容。教學(xué)學(xué)習(xí)和教學(xué)評(píng)價(jià)是相互影響相互借鑒密不可分的關(guān)系。

六、結(jié)束語

在信息技術(shù)課程在線出版系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)，可增加教學(xué)平臺(tái)的智能化與便捷性，資源與教學(xué)本為一體，深度融合，可利用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)跟蹤學(xué)習(xí)過程和教學(xué)過程，一方面可促進(jìn)教材的優(yōu)質(zhì)化與快速迭代，另一方面可提高教學(xué)質(zhì)量。文中設(shè)計(jì)了以實(shí)時(shí)更新教材為基礎(chǔ)的在線教學(xué)平臺(tái)，能夠方便地選擇教材和章節(jié)來進(jìn)行教學(xué)或?qū)W習(xí)，提高了教學(xué)效率，由于教材的官方性和準(zhǔn)確性，為學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)上隨處可見的學(xué)習(xí)資源中節(jié)約了搜索時(shí)間。與此同時(shí)，還可提高教師的專業(yè)化能力。

圖6 平臺(tái)架構(gòu)圖

此教學(xué)平臺(tái)的設(shè)計(jì)將內(nèi)容服務(wù)、教學(xué)服務(wù)與學(xué)習(xí)服務(wù)融為一體，對(duì)提高教材質(zhì)量、教學(xué)效率和學(xué)習(xí)效率具有重要的意義。