構建線上課堂智慧型應用模式的思考

劉申君 貢益明 陸建榮

摘 要：本文針對當前高職校線上課堂教學存在著的許多不足，提出了一種線上智慧課堂的系統構建方案：即采用線上課堂聚合型應用模式，它是通過校企合作的方式，利用線上教學資源進行定向授課;依托5G等高速高帶寬網絡、以及VR/AR等感傳系統實現學生沉浸式線上學習;利用數據中心，收集課堂的大數據信息生成學生畫像;并引入推薦算法，實現授課反思內容或學生弱項提升的精準推送。本文還闡述了高職校在構建線上課堂智慧型應用模式中的推進策略。

關鍵詞：線上智慧課堂;聚合型應用;學生畫像;推薦算法

中圖分類號：G511 文獻標識碼：A

2018年4月，教育部發布《教育信息化2.0行動計劃》，提出建設“適應5G網絡技術發展，服務全時域、全空域、全受眾的智慧學習”，建成“互聯網+教育大平臺”;[1]2019年1月，教育部發布《關于加強網絡學習空間建設與應用的指導意見》，提出要加快推進人人皆學、處處能學、時時可學的學習型社會建設;同年6月，工信部正式下發5G商用牌照，標志著我國正式進入5G商用時代。

據相關機構統計預測，2020年3月我國在線教育用戶較2018年年底增長了110.2%，用戶規模達到4.23億，2020年我國在線教育市場規模將達4538億元。[2]同年5月份全國高校約1775萬人，合計23億人次參與了在線學習實踐。[3]然而，在高職校線上教學實踐中，還存在著許多不盡如人意的地方，只有盡快找到解決方案，才能實現教育部提出的“智慧學習”目標。

一、職校線上教學存在的問題

（一）線上教學資源短缺

當前高職校線上授課的教學資源或來自于互聯網企業開發的專業資源，或由學校教師自行制作的課件。然而，企業開發的資源普適性的多，特色性的少，這是因為各院校的專業并非完全相同，很多普適性的課程無法滿足不同高職校師生的不同需求;而教師自己制作的線上教學資源數量偏少的原因是，大多數教師缺少線上課件開發的專業技術，且線上教學資源是一個長期積累的過程，短期內難以完成;[4]此外，現有的線上課堂大多是將線下課堂轉換成線上授課的形式，而線下課堂的教學內容并不完全適用線上授課場景。因此，缺乏優秀的、對口的教學資源產品，已經成為影響在線教學質量的一個瓶頸。

（二）線上教學場景受限

線上教學場景包括網絡場景和教學場景。網絡場景受限于運營商的覆蓋范圍，目前還存在著網絡覆蓋不佳的區域，影響線上教學應用的正常接入;教學場景受限是指當前線上教學適合理論課的講授，而高職校比較關注的實操實訓課基本無法在當前線上教學條件下實現。

（三）線上課堂互動不足管理松散

當前的線上教學應用基本是將教師端信息單向傳輸至學生端，而學生端收集和上傳的信息較少，教師無法根據學生的實時學習狀態而動態調整自己的授課側重點;即使部分應用支持師生雙向視頻傳輸，但視頻分辨率壓縮率高，且授課老師也很難在同一時刻觀察到分散的學生上課期間的微表情;另現有線上教學應用的即時溝通和考勤功能較薄弱，基本無法實時識別學生掛機的情況，教師只能通過隨機簽到或借助其他應用進行考勤，為此還常常影響到教師正常的教學效率。

二、構建線上課堂智慧型應用模式的構想

針對上述問題，我們提出一種側重于高職校線上課堂智慧型應用的建設構想，即采取“C/S”客戶端+云服務數據中心的架構。其中客戶端具備線上授課、課堂管理、信息收集、智能識別、定向推送等聚合型線上課堂應用，具備傻瓜式操作模式，可收集授課期間的相關視頻信息;依托于5G高速高帶寬網絡，支持實操實訓仿真課程的大數據量實時傳輸;云服務數據中心是存儲專業課程資源庫，存儲全量數據結合算力分析，智能生成可視化的學生畫像及學習檔案，利用推薦算法定向推送給相關師生，實現授課學習—短板推送—定向解決的閉環流程。線上課堂智慧型應用模式基本組成為：授課端—服務器/數據中心—學習端，（圖1）其各自實現的功能分別是：

圖1 線上課堂智慧型應用模式基本組成

（1）授課端：為線上教師授課使用的客戶端，主要功能包含高清視頻傳輸、授課視頻信息收集、圖形化操作界面、智能語音操控、可視化授課檔案等。

（2）學習端：為線上課堂學生學習使用的客戶端，主要功能包含高清視頻傳輸、實操仿真交互、課時信息采集、課堂出勤記錄等。實操仿真交互可由AR/VR、感傳系統實現;課時信息采集、出勤記錄可由智慧攝像儀完成，該智慧攝像儀具有人臉識別、眼球跟蹤、微表情捕捉，高清視頻采集等功能。人臉識別和眼球跟蹤可作為考勤記錄，可以智慧識別上課時學生是否是本人在認真聽講。

（3）功能服務器：為線上智慧課堂提供信息存儲工具，主要功能包含存儲線上資源庫、存儲客戶端采集的大數據信息等。需具備高容量，高運力，高穩定性，高安全性，低延遲等特點?？砂仓迷趯W校機房或者租用運營商服務器。

圖2 仿真操作失誤判斷流程

（4）云數據中心：為線上課堂的大腦，主要功能包含大數據分析、智能生成學習檔案等。如學生在進行某實操環節操作失誤，數據中心結合學習端收集的該知識點講解時段，該生是否認真聽講;或是該實操環節有較多學生均犯類似的操作失誤，進而判斷該問題是否為單個學生未認真聽講導致，或是授課教師在該知識點未講解清楚生成相關建議文檔定向推送給相關師生（圖2）。引入推薦算法，為某實操環節操作不規范的同學推送在此環節完成較好的同學視頻和，用以加強自學，供其查缺補漏，閉環改進。

三、構建線上課堂智慧型應用模式的推進策略

通過“C/S”客戶端+云服務數據中心的架構，為高職校智慧課堂提供了一種線上課堂的應用模式，這種模式體現了高職教育的特點，著重培養學生的動手能力和操作規范，克服目前只能理論傳授、無法進行線上仿真操作的不足。然而，要實現本文提出構想，還需要采取以下推進策略與準備：

（1）學校層面：首先，高職校要加強軟硬件基礎建設，結合教育部建設“互聯網+教育”大平臺的要求，加強和完善功能服務器的建設，做好教學信息化資料的大數據收集與存儲;其次，高職校要主動與企業聯合制定專業對口的線上仿真課件，線上仿真課件需要三大模塊：①實訓設備虛擬。②操作環境虛擬。③實訓操作虛擬。這些模塊的部分內容可能企業本身就有相關資源，高職?？梢酝ㄟ^校企合作直接進行二次開發。

（2）教師層面：高職校教師需做到角色轉變：線上課堂智慧型應用模式對教師提出了更高要求，不僅要扎實地掌握相關專業知識，還要深入理解和掌握信息化技術。對一些實訓經驗豐富但對線上操作不熟練的老教師，需要推廣“主講+輔導”雙師型教學課堂。

（3）學生層面：學生適應新的學習方式，原來的線下書本學習轉變成電腦終端等線上網絡教學，課堂氛圍比以前更加自由，時間更靈活。這可能無形中影響學生的學習態度和學習效果。因此，學生及時轉變心態，培養自主、獨立和交互交流學習能力，才能適應新的學習方式，跟上教學進度。

（4）市場層面：外設成本方面：當前的AR/VR、智能攝像機、感傳系統外設的成本還較高，需降低成本才能普及使用。網絡質量方面：當前的5G網絡未做到連續覆蓋，另網絡容量要充分冗余，避免上課時段出現擁塞導致卡頓，后續也可能使用衛星互聯網進行數據傳輸。

（5）后續運營層面：5G運營商在高校教育信息化應用方面給予一定的補貼和支撐，不讓高校的信息化維護的成本成為負擔。

參考文獻：

[1]教育信息化2.0行動計劃.中華人民共和國教育部2018.教技[2018]6號文件.

[2]邊大成.2020年國內在線教育發展現狀、趨勢及建議[J].中國計算機報，2020-8，第014版.

[3]湛新星.淺析后疫情時期高校線上教育的發展[J].科技視界，2020（23）：1-3.

[4]徐春橋.“5G+智慧教育”在高職院校線上教學中的應用初探[J].科技風，2020（20）：54.