《研究型課程大規(guī)模實(shí)施智能支持平臺(tái)研發(fā)與實(shí)施模式探索》項(xiàng)目介紹及可推廣的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

撰稿：張治

成果完成者：張治/上海市電化教育館館長(zhǎng)

其他成果持有人：劉小龍 徐和祥 余明華 武嘉捷 凌玲

項(xiàng)目背景

研究型課程是世紀(jì)之交上海二期課改的亮點(diǎn)之一，與綜合實(shí)踐活動(dòng)中的研究性學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)，旨在讓學(xué)生獲得項(xiàng)目研究的經(jīng)歷，培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。課程注重在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)自身興趣和條件自主選擇研究課題，并通過(guò)科學(xué)研究或項(xiàng)目設(shè)計(jì)的方式獲取知識(shí)、應(yīng)用知識(shí)和解決問(wèn)題。

項(xiàng)目組通過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，在課程實(shí)施中出現(xiàn)了開(kāi)設(shè)率低、水平不高等問(wèn)題，需要解決的主要問(wèn)題包括：第一，如何克服研究型課程實(shí)施遇到資源匱乏、導(dǎo)師不足、教法陳舊、管理困難等導(dǎo)致的課程開(kāi)展普及難，避免以部分學(xué)生的深入發(fā)展掩蓋對(duì)全體學(xué)生的支持不足；第二，如何克服研究型課程大量紙質(zhì)材料和過(guò)程數(shù)據(jù)記錄、分析處理難、評(píng)價(jià)難導(dǎo)致的課程實(shí)施效率低；第三，如何利用技術(shù)有效地支持、引導(dǎo)、激勵(lì)和服務(wù)學(xué)生開(kāi)展深入、個(gè)性化的課題研究活動(dòng)，解決大規(guī)模因材施教難。

解決問(wèn)題的過(guò)程與方法

（一）基本思路

隨著智能技術(shù)的普及和應(yīng)用，讓人們看到利用技術(shù)輔助解決教育教學(xué)問(wèn)題的希望。在具體研究過(guò)程中，以利用信息技術(shù)輔助上海市教育綜合改革為目標(biāo)，通過(guò)對(duì)上海市中學(xué)開(kāi)展研究型課程的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)研，總結(jié)調(diào)研結(jié)果，分析歸納出學(xué)校和學(xué)生參與研究型課程所面臨的主要問(wèn)題；基于對(duì)國(guó)內(nèi)外教育技術(shù)、教育心理學(xué)、人工智能等相關(guān)理論的研究，結(jié)合調(diào)研實(shí)際，針對(duì)影響高中研究型課程普及性發(fā)展的制約因素及其有效策略，基于如何幫助學(xué)生尋找研究課題、如何解決學(xué)生的研究方法教育、如何評(píng)價(jià)、如何確立課題研究的核心價(jià)值（例如，獲得學(xué)習(xí)經(jīng)歷和體驗(yàn)）等一系列問(wèn)題，采取理論和實(shí)踐相結(jié)合，構(gòu)建了一個(gè)以自適應(yīng)學(xué)習(xí)理念和技術(shù)為基礎(chǔ)，以富集資源與智能推送、個(gè)性化引導(dǎo)與輔助、學(xué)習(xí)過(guò)程性數(shù)據(jù)記錄與分析為特色，實(shí)現(xiàn)學(xué)校研究型課程管理、評(píng)價(jià)、服務(wù)于一體的智能支持系統(tǒng)，并探索了基于該系統(tǒng)的大規(guī)模實(shí)施模式。

（二）過(guò)程與方法

互聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)為解決上述問(wèn)題提供了新思路，構(gòu)建開(kāi)放、免費(fèi)、共享的研究型課程智能支持系統(tǒng)及其實(shí)施模式必要而緊迫。項(xiàng)目組采取實(shí)踐和研究并行、跨界合作、迭代更新、規(guī)模推廣的工作路徑，歷經(jīng)18年研發(fā)了一套研究型課程智能支持系統(tǒng)（Massive Open Online Research System，以下簡(jiǎn)稱MOORS），并探索了基于MOORS的課程實(shí)施模式，支持學(xué)校大規(guī)模實(shí)施研究型課程的教學(xué)、管理和評(píng)價(jià)。探索分為五個(gè)階段：

1.課程實(shí)施和案例研究（2000-2003年）：開(kāi)展研究型課程教學(xué)實(shí)踐，初步總結(jié)出研究性學(xué)習(xí)規(guī)范化流程和教學(xué)管理方法，出版著作《高中研究型課程案例100例》等。

2.經(jīng)驗(yàn)提煉和模型初探（2003-2007年）：2003年起，深入調(diào)研上海研究型課程實(shí)施現(xiàn)狀及制約因素，從大量案例中，初步抽提出三個(gè)領(lǐng)域的“教學(xué)策略模型”，嘗試開(kāi)發(fā)了《促進(jìn)研究性學(xué)習(xí)普及性實(shí)施的教育專家系統(tǒng)》，并探索實(shí)施模式，編寫教材《研究型課程資料包》等。

3.試點(diǎn)應(yīng)用與系統(tǒng)迭代（2007～2009年）：2008年第一代完整系統(tǒng)開(kāi)發(fā)完成，包括課題管理模塊、教學(xué)管理模塊、個(gè)性化學(xué)習(xí)模塊等。該系統(tǒng)在吳淞中學(xué)等12所高中試用，并根據(jù)應(yīng)用反饋進(jìn)行迭代升級(jí)和應(yīng)用模式探索。早期成果獲得上海市第三屆學(xué)校教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。

4.實(shí)踐應(yīng)用與智能化升級(jí)（2009～2013年）：在專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，“教學(xué)策略模型”從3個(gè)領(lǐng)域擴(kuò)展到13個(gè)，并構(gòu)建“學(xué)習(xí)者模型”和“知識(shí)模型”，構(gòu)成智能支持的核心。通過(guò)“智能推理引擎”適時(shí)推送個(gè)性化學(xué)習(xí)資源與任務(wù)。隨后進(jìn)行迭代升級(jí)，2012年在上大附中等13所高中進(jìn)行規(guī)模試驗(yàn)，并在全國(guó)發(fā)放1000個(gè)網(wǎng)絡(luò)試用賬號(hào)。

5.應(yīng)用推廣與反思提升（2013～2018年）：2013年起，再次迭代更新后的智能系統(tǒng)上線，在上海大規(guī)模運(yùn)用，并在北京、河南等地推廣，目前已經(jīng)成為上海新高考改革綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)“研究能力”模塊數(shù)據(jù)認(rèn)證的來(lái)源。

成果主要內(nèi)容

本項(xiàng)目成果主要包括MOORS平臺(tái)構(gòu)建及基于MOORS的課程實(shí)施模式探索，是“互聯(lián)網(wǎng)+”和“人工智能”時(shí)代下的研究型課程與智能技術(shù)深度融合的實(shí)踐與探索，是當(dāng)下創(chuàng)新素養(yǎng)培育理論與實(shí)踐、理念與技術(shù)、管理與評(píng)價(jià)、探索與創(chuàng)新的綜合研究產(chǎn)物，屬于大型教學(xué)智能支持平臺(tái)研發(fā)及實(shí)施模式探索，旨在支持學(xué)校大規(guī)模實(shí)施研究型課程的教學(xué)、管理和評(píng)價(jià)。

圖1：基于研究性學(xué)習(xí)的個(gè)性化學(xué)習(xí)者模型

（一）MOORS核心組件

項(xiàng)目組基于學(xué)習(xí)者的能力傾向和興趣，構(gòu)建了“學(xué)習(xí)者模型”；開(kāi)發(fā)、匯聚優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，構(gòu)建了“程序性知識(shí)模型”；從大量案例中，提煉建立了“教學(xué)策略模型”，支持開(kāi)展“工程設(shè)計(jì)”“社會(huì)調(diào)查”等13個(gè)領(lǐng)域的研究性學(xué)習(xí)。三個(gè)模型結(jié)合，構(gòu)成智能支持的核心，并通過(guò)實(shí)踐不斷進(jìn)化。

1.個(gè)性化學(xué)習(xí)者模型

MOORS針對(duì)學(xué)習(xí)者操作、協(xié)作、探究等多種行為特點(diǎn)，通過(guò)描述學(xué)習(xí)者本征、學(xué)習(xí)情境特征、學(xué)習(xí)者偏好、學(xué)習(xí)行為特征、研學(xué)績(jī)效等信息構(gòu)建了學(xué)習(xí)者模型（見(jiàn)圖1），以便更全面地呈現(xiàn)學(xué)習(xí)者特征，更好地監(jiān)督學(xué)習(xí)者學(xué)情和狀態(tài)，進(jìn)一步提供個(gè)性化學(xué)習(xí)服務(wù)和支持。

2.程序性和方法類知識(shí)模型

知識(shí)模型是解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題時(shí)用到的知識(shí)類型和結(jié)構(gòu)關(guān)系。MOORS構(gòu)建知識(shí)模型時(shí)，強(qiáng)調(diào)程序性知識(shí)和方法類知識(shí)，針對(duì)高中開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)各階段所需的方法性知識(shí)、研究背景知識(shí)和問(wèn)題解決案例等資源進(jìn)行征集和梳理。同時(shí)，不同于以往根據(jù)學(xué)習(xí)者對(duì)陳述性知識(shí)掌握程度的資源推送機(jī)制，MOORS強(qiáng)調(diào)技能類、方法類知識(shí)，為每個(gè)知識(shí)點(diǎn)關(guān)聯(lián)相應(yīng)的研究策略和路徑建議，即矩陣關(guān)聯(lián)。程序性和方法類知識(shí)模型如圖2所示。

3.個(gè)性化教學(xué)策略模型

教學(xué)策略模型旨在通過(guò)預(yù)先設(shè)定的教學(xué)策略來(lái)為學(xué)習(xí)者提供學(xué)習(xí)引導(dǎo)和支持。MOORS從大量研究型課程研究案例中抽提出研究性學(xué)習(xí)的一般范式，其教學(xué)策略根據(jù)不同研究領(lǐng)域（工程設(shè)計(jì)、社會(huì)調(diào)查等）預(yù)置規(guī)范化研究過(guò)程為學(xué)習(xí)者提供研究支架，通過(guò)構(gòu)建研究性學(xué)習(xí)行為分析模型，對(duì)學(xué)習(xí)者行為數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，結(jié)合學(xué)習(xí)者模型和知識(shí)模型，為學(xué)習(xí)者推薦匹配的學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)策略和學(xué)習(xí)路徑建議。學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過(guò)程中可隨時(shí)根據(jù)需求開(kāi)展記筆記、討論、分享等來(lái)支持學(xué)習(xí)的開(kāi)展。基于規(guī)范化研究流程的個(gè)性化教學(xué)策略模型如圖3所示。

（二）基于MOORS的課程實(shí)施模式

為探索MOORS更好地支持研究型課程實(shí)施，本成果結(jié)合混合式學(xué)習(xí)模式理念，形成基于MOORS的大規(guī)模實(shí)施模式，即融合學(xué)生線上基于個(gè)性化指導(dǎo)的項(xiàng)目研究過(guò)程和線下的調(diào)研探究體驗(yàn)：基于MOORS線上借助智能教學(xué)助手，為學(xué)生推薦研究主題，引導(dǎo)學(xué)生參與規(guī)范化研究過(guò)程；適時(shí)智能推送個(gè)性化學(xué)習(xí)資源和任務(wù)，讓教師有更多時(shí)間、精力指導(dǎo)個(gè)性化和深度學(xué)習(xí)；記錄過(guò)程性數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為表現(xiàn)性評(píng)價(jià)，為教師管理、服務(wù)、評(píng)價(jià)學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)提供大數(shù)據(jù)支持。在MOORS支持下，線下學(xué)生能夠在真實(shí)世界便捷開(kāi)展自主探究，如調(diào)研、觀察、實(shí)驗(yàn)等探究活動(dòng)；教師適時(shí)掌控學(xué)情，形成網(wǎng)絡(luò)空間與真實(shí)世界深度融合的學(xué)習(xí)模式。典型應(yīng)用場(chǎng)景如下：

1.學(xué)生角色。開(kāi)展課題前，MOORS根據(jù)能力傾向、興趣和搜索記錄為學(xué)生推薦研究方向，學(xué)生通過(guò)查看資源、導(dǎo)師指導(dǎo)獲得研究靈感，自行決定研究領(lǐng)域并開(kāi)始研究。研究流程具體包括確定研究課題、制定研究方案、進(jìn)行設(shè)計(jì)構(gòu)思、設(shè)計(jì)表達(dá)與制作模型、測(cè)試與改進(jìn)作品、提交與展示項(xiàng)目成果，學(xué)生組建團(tuán)隊(duì)開(kāi)展研究。在規(guī)范化研究流程引導(dǎo)下，學(xué)生線下開(kāi)展探究活動(dòng)，線上記錄研究過(guò)程并形成研究報(bào)告。并且在研究過(guò)程中，MOORS自適應(yīng)匹配相應(yīng)的學(xué)習(xí)資源和案例，持續(xù)給予學(xué)習(xí)支持和指導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生深入探索。同時(shí)，學(xué)生當(dāng)前研究課題可以隨時(shí)分享到研討圈進(jìn)行展示，供其他學(xué)生收藏、點(diǎn)贊和評(píng)論，教師也可以參與討論、指導(dǎo)。

圖2：基于研究性學(xué)習(xí)的程序性和方法類知識(shí)模型

2.導(dǎo)師角色。在課題研究過(guò)程中，MOORS輔助導(dǎo)師為學(xué)生提供學(xué)習(xí)服務(wù)和支持。課題開(kāi)始后，導(dǎo)師同意學(xué)生的導(dǎo)師申請(qǐng)，MOORS會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建包括導(dǎo)師和學(xué)生的群組，供師生即時(shí)討論。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，導(dǎo)師根據(jù)MOORS的過(guò)程性評(píng)價(jià)反饋，實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生學(xué)情，并適時(shí)提供評(píng)語(yǔ)、情感激勵(lì)、指導(dǎo)探究活動(dòng)等，引導(dǎo)、激勵(lì)和服務(wù)學(xué)生完成課題研究。

3.校長(zhǎng)角色。校長(zhǎng)通過(guò)MOORS可以隨時(shí)監(jiān)控全校研究型課程實(shí)時(shí)情況和學(xué)生研究性學(xué)習(xí)情況，并了解不同研究領(lǐng)域的課題開(kāi)設(shè)和變化情況，同時(shí)通過(guò)數(shù)據(jù)可視化掌握以課題為中心的教師指導(dǎo)課題情況、課題團(tuán)隊(duì)組建情況、學(xué)生研究進(jìn)展情況，以支持教學(xué)管理決策和資源分配。

成果創(chuàng)新點(diǎn)

（一）理論創(chuàng)新

作為一門新課程形態(tài)，研究型課程建設(shè)、實(shí)施、評(píng)價(jià)方法經(jīng)歷了從無(wú)到有的過(guò)程，本成果針對(duì)課程特點(diǎn)，梳理了課程價(jià)值觀和教學(xué)策略模型，嘗試將人工智能技術(shù)嵌入研究性學(xué)習(xí)的內(nèi)在流程，延伸了混合式學(xué)習(xí)理論，豐富了自適應(yīng)學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，初步構(gòu)建多源異構(gòu)數(shù)據(jù)分析與評(píng)價(jià)模型，為大規(guī)模實(shí)施因材施教提供了范式。

（二）技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新

系統(tǒng)集成了教學(xué)策略模型、學(xué)習(xí)者模型和程序性知識(shí)模型，通過(guò)“智能信息感知與識(shí)別引擎”動(dòng)態(tài)感知學(xué)習(xí)者狀態(tài)，根據(jù)“智能推理引擎”適時(shí)推送個(gè)性化學(xué)習(xí)資源與任務(wù)，從而輔助教師引導(dǎo)、激勵(lì)和服務(wù)學(xué)生完成課題研究。通過(guò)過(guò)程性數(shù)據(jù)采集與分析，促進(jìn)課程評(píng)價(jià)的科學(xué)性。通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)不斷進(jìn)化，資源創(chuàng)生、匯聚、迭代和推送機(jī)制得以不斷完善，為發(fā)展未來(lái)智能化教學(xué)產(chǎn)品提供基礎(chǔ)。通過(guò)“云化”資源服務(wù)，發(fā)揮優(yōu)質(zhì)教育資源的示范和輻射效應(yīng)，成為所有學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的貼身助手，促進(jìn)教育公平。

（三）推進(jìn)機(jī)制創(chuàng)新

建立完善的信息生態(tài)系統(tǒng)，與綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)系統(tǒng)數(shù)據(jù)融通,為綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)、分類分層遴選學(xué)生提供真實(shí)可信的實(shí)證依據(jù)。形成了人工智能支持下的課程實(shí)施模式，為學(xué)習(xí)方式多樣化提供支持。通過(guò)技術(shù)和政策相配套，結(jié)合推廣活動(dòng)，促進(jìn)研究型課程普及性開(kāi)展。

圖3：基于規(guī)范化研究流程的個(gè)性化教學(xué)策略模型

成果應(yīng)用成效

本成果于2008年首次規(guī)模使用，目前全國(guó)在線活躍學(xué)生人數(shù)46515名，分布于400余所初、高中，形成25129個(gè)本校或跨校的網(wǎng)絡(luò)研究小組，累計(jì)形成有效課題成果42152項(xiàng)，應(yīng)用單位滿意度達(dá)95%。具體應(yīng)用成效如下：

促進(jìn)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的開(kāi)展。學(xué)生在研究過(guò)程中獲得了方向推薦、適時(shí)的過(guò)程引導(dǎo)和情感激勵(lì)，在線研討圈支持項(xiàng)目小組實(shí)時(shí)交流，參與學(xué)校的學(xué)生投入研究性學(xué)習(xí)的人均時(shí)間從最初的0.5小時(shí)/周上升至3.5小時(shí)/周。

輔助學(xué)校管理研究型課程。校長(zhǎng)可以隨時(shí)了解學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)情況，包括誰(shuí)和誰(shuí)一起、在誰(shuí)的指導(dǎo)下、在做哪類研究，進(jìn)展情況如何，需要哪些支持和幫助等。以上大附中、吳淞中學(xué)為例，使用系統(tǒng)前平均每年有30余人參與20余項(xiàng)課題，使用后發(fā)展到每年有600余人參與400多項(xiàng)課題研究，并逐年提高。

提升了研究型課程的教學(xué)水平和經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)“云化”服務(wù)，將通識(shí)、通法和通用技能的教學(xué)外包給系統(tǒng)，適時(shí)推送給學(xué)習(xí)者，減少教師重復(fù)講授，讓教師有更多時(shí)間和精力指導(dǎo)個(gè)性化和深度學(xué)習(xí)，提高了教育的經(jīng)濟(jì)效益。更多的學(xué)科教師也參與進(jìn)來(lái)，提供特殊知識(shí)領(lǐng)域的研究性學(xué)習(xí)指導(dǎo)和幫助。

變革資源共享方式。目前資源庫(kù)開(kāi)發(fā)匯聚了3680分鐘研究型課程教學(xué)微視頻或動(dòng)畫(huà)、206份優(yōu)秀研究報(bào)告范本、350萬(wàn)字方法指導(dǎo)與案例，通過(guò)智能推送，讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生和上海頂級(jí)初、高中的學(xué)生一樣，能夠隨時(shí)得到“教育專家”提供的教學(xué)指導(dǎo)。

沉淀大量學(xué)習(xí)過(guò)程和結(jié)果數(shù)據(jù)。系統(tǒng)已累積大量學(xué)習(xí)過(guò)程性數(shù)據(jù)，2017年有2000多項(xiàng)課題同步到上海“綜評(píng)”系統(tǒng)，為上海“兩依據(jù)，一參考”的高考改革提供實(shí)證依據(jù)，并將在教育規(guī)律挖掘和人才發(fā)現(xiàn)等領(lǐng)域持續(xù)發(fā)揮效應(yīng)。

成果累計(jì)出版著作四部，發(fā)表論文三篇，兩次得到上海市教委資助，得到《文匯報(bào)》等17家媒體的關(guān)注，《文匯報(bào)》于2016年8月17日發(fā)表《上海188所高中的高二學(xué)生“人人有課題”——研究性學(xué)習(xí)成為新風(fēng)尚》對(duì)MOORS進(jìn)行了專題報(bào)道。同時(shí)，北京、河南等地高中已引進(jìn)使用，來(lái)自全國(guó)七個(gè)省市電教館及四十余所學(xué)校專程前來(lái)考察交流。