非線性學習視域下教師智能研修系統設計與應用研究

劉璇 崔永鵬

摘要：教師研修是促進教師專業發展的有效途徑和重要方式，如何提高教師研修的針對性和實效性，創新研修模式成為各界關注的焦點。該研究在文獻研究的基礎上，提出了包含教師模型、內容模型和推薦模型等核心功能模型的教師智能研修系統模型，認為通過學習分析系統、學習支持系統和學習干預系統等模塊的建設，實現個性化學習路徑規劃、適切性學習資源推薦和精細化學習反饋，可達到提高教師研修質量的目的。在此基礎上，依據非線性學習的理念，明確系統功能定位與需求分析，梳理了教師研修的核心要素，設計了包含教師個體特征分析模塊、研修資源精準推送模塊和研修反饋評價模塊的教師智能研修系統，通過在廣東省某校的應用實踐，驗證了該系統的適用性和有效性。研究成果能為優化教師智能研修系統設計，創新教師研修模式，促進教師專業發展提供依據和參考。

關鍵詞：教師研修；智能研修；系統設計；應用研究

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

本文系國家社會科學基金“十三五”規劃2017年度教育學重點課題“以教育信息化推進教育精準扶貧研究”（課題編號：ACA170010）、中央高校基本科研業務費專項資金項目“社交網絡數據分析與可視化系統設計與實現”（項目編號：31920170067）研究成果。

一、引言

百年大計，教育為本；教育大計，教師為本。教師是教育發展的第一資源，建設高質量教師隊伍是支撐高質量教育體系的重要保障。2018年，中共中央、國務院印發《關于全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》，提出要造就黨和人民滿意的高素質專業化創新型教師隊伍[1]，為教師隊伍建設明確了目標。2020年，全國教師發展大會的召開吹響了教師高質量發展的號角[2]。教師作為“實踐性知識”的掌握者和擁有者，其專業成長往往以在職教育或研修的方式進行[3]，自主研修、校本研修、集中培訓和網絡研修等成為教師專業發展的主要方式。然而傳統的教師培訓多以線下集中培訓、現場培訓等形式開展，存在耗時耗力、培訓效果不佳等問題。相比于傳統的線下培訓，網絡研修作為信息時代背景下教師繼續教育發展的新模式[4]，受到各地教育部門的重視和教師的歡迎，也取得了一定的效果。但部分網絡研修由于系統功能單一、資源有限、交互不足等原因無法有效滿足教師的實際需求，導致研修效果不佳。而隨著大數據、人工智能等信息技術的發展及其在教育培訓領域的深入應用，智能研修為解決網絡研修過程中遇到的問題提供了新的解決方案。

本文在遵循非線性學習理念的基礎上，結合人工智能和大數據等信息技術的特征，構建了教師智能研修系統模型，設計了教師智能研修系統，通過在部分地區的應用實踐，驗證了教師智能研修系統的效果，以期對其他相關系統的設計和應用提供借鑒和參考。

二、教師網絡研修面臨的突出問題與相關研究分析

（一）教師網絡研修面臨的突出問題

1.無法精準刻畫教師畫像，個性化研修難以實現

信息時代對教師能力提出新要求，以“技術、教學法與學科內容整合”為基礎的教師知識能力新框架成為教師發展新視角，也為基于教師個性化需求的智能研修提供了新思路。而從現實情況來看，由于教師個體特征的差異性和職業生涯的階段性，不同的教師在不同的階段具有不同的發展需求，處于同一階段的教師也因為學科背景、個性特征等具有不同的需求。不同性別、學科、學段、年齡、教齡的教師具有不同的發展訴求，這些差異要求教師除了參加共性的研修外，還應具有一些適合教師個性化、自主發展的研修。傳統的網絡研修由于無法實現對教師的精準畫像，對教師研修需求分析不夠細致，無法明確教師的現實需求和發展需求，導致研修的個性化不足。

2.研修資源知識圖譜尚未構建，可調節、自適應的教師研修資源不足

從目前教師研修的主要資源來看，主要包括專題講座、案例集錦、網絡課程、案例分享等內容[5]，從資源的表現形式來看，這些資源存在共享性、個性化和智能化不足等問題[6]。為了滿足教師研修的實際需求，需要對研修資源進行描述和組織。知識圖譜作為認知智能領域的主要技術之一，從使用范圍的角度可以劃分為通用知識圖譜和領域知識圖譜。教育知識圖譜作為領域知識圖譜的垂直應用可用于刻畫教育領域知識與學習資源的特征，解釋知識點與學習資源之間的關系，為資源的語義化聚合、適應性學習和個性化路徑推薦提供支持。根據知識圖譜的相關理論和實踐，教師研修資源可形成面向知識點的知識圖譜和面向活動的知識圖譜，而當下這些研修資源的精細化供給程度不足，無法實現基于學習者時空特征的學習資源推薦[7]和基于多目標優化的智慧學習資源進化[8]，可調節、自適應的教師研修資源不足。

3.研修活動的可持續性不足，研修活動難以常態化

研修的核心要義是激發和引導教師學習，以達到知識建構和能力發展的目的。傳統的網絡研修往往以教師是否完成相關視頻資源的學習，是否參與相關討論等作為評判依據，缺乏對教師研修結束后的持續關注，使教師難以完成“拓展遷移”，難以真正地利用研修中的收獲來指導實踐。而教師研修的實際效果應體現在教師在參加完研修后的教學實踐過程中，體現在教師的師德師風、專業知識和專業能力等方面的提升和轉變。目前部分研修的持續性不足，致使研修往往難以常態化。

（二）教師網絡研修相關研究

1.智能學習系統研究

智能學習系統是云計算、移動互聯網和大數據等技術在教育教學領域應用的新場景，其中自適應學習系統是研究者關注的熱點話題。自適應學習系統的基礎模型、功能設計、應用實踐和未來展望是學者們研究的重點議題。自適應超媒體系統是自適應和基于用戶模型的界面領域中一個新的研究方向，Brusilovsky提出自適應超媒體系統應關注用戶的目標、知識、背景、經驗和偏好[9]。Cannataro等提出自適應系統的通用模型（XML-based Adaptive Hypermedia Model，簡稱XAHM）[10]。邢麗刃回顧了自適應超媒體系統的發展歷史和研究現狀，并對其發展前景進行了展望[11]。陳仕品等[12]、趙傳海等[13]、傅騫等[14]分別以《現代教育技術》、大學英語詞匯和閱讀為例，探討了自適應測試系統的設計。馬相春等通過對學習者需求、學習資源和系統架構等核心要素的分析，提出了基于大數據的個性化自適應系統架構模型[15]。孔維梁提出了包含學習者模型庫、學習過程數據庫、自適應學習路徑構建引擎等核心功能模塊的人工智能支持下的自適應學習路徑構建模型[16]。

2.研修平臺設計與建設研究

研修平臺作為網絡研修的重要載體，其設計理念、功能結構對研修活動開展具有重要的影響。單舉芝等提出了基于Web2.0的教師遠程研修平臺設計的基本指導思想，并探討平臺的功能模塊[17]。嚴加平通過分析三次網絡研修的實踐，提出要構建參與式教師培訓網絡平臺[18]。劉金河等設計了基于協作的區域教師專業能力均衡發展網絡支持平臺[19]。趙健等對相關培訓機構的教師研修平臺功能進行了梳理，從增強用戶體驗、融合虛擬與現實兩個空間、建立“課程超市”、加強教師學習行為數據的收集與分析等角度提出了完善教師網絡研修平臺建設的設想[20]。薛楊等基于混合式培訓的視角構建了研修平臺，并對其應用案例做了分析[21]。

綜上所述，學者們圍繞智能學習系統和研修平臺等議題開展了豐富的研究，這些研究為教師研修實踐和理論發展提供了良好的借鑒和支持。大部分研究均表明研修平臺的質量會對教師研修產生影響，而智能技術的發展也為教師網絡研修系統提供新的升級路徑。教師作為重要的教育資源，如何借助智能技術實現自我發展和個性化發展是教師研修必須要解決的問題。基于此，本研究探索構建教師智能研修系統模型，設計系統的核心功能，并開展應用研究，以進一步完善教師智能研修系統的各個功能模塊，提高應用質量。

三、教師智能研修系統模型構建

（一）基礎模型

1.教師模型

在智能學習系統中，學習者模型實現對學習者個體特征的描述，是實現個性化服務的基礎。對于教師智能研修系統而言，為每一個使用該系統的教師建立教師模型，是規劃個性化學習路徑和推送適切性資源的基礎。參照IEEE PAP[22]和GB/T 29805-2013（學習者模型）[23]等標準與規范，本研究認為教師模型應主要包括教師基本信息（性別、年齡、受教育水平、工作年限、職稱等）、學習偏好（學習風格、興趣偏好、媒體偏好、設備偏好、學習活動偏好等）、認知水平（背景知識、認知風格等）、學習歷史（相關學習經驗、次數等）等維度。

2.內容模型

內容模型是對領域內知識的要素、結構及關系的描述。從現有相關研究來看，主要包括從章、節、知識點和學習對象等方面描述的內容模型[24]和基于語義描述、格式信息、學習活動、學習內容、生成性信息和KNS網絡等學習元信息模型[25]等方式。從使用流程來看，內容模型旨在構建領域內容的知識圖譜，通過對知識圖譜的階段性試用，結合對學習者數據的挖掘，不斷優化知識圖譜，為知識圖譜中各節點及其對應的資源建立標簽，在知識點與評價內容之間建立映射關系，為自適應資源推進和自適應路徑規劃奠定基礎。

3.推薦模型

推薦模型是連接教師模型和內容模型的中介和橋梁，借助教師模型實現對教師的分析、診斷與畫像，基于個體或群體的學習者畫像，匹配和規劃適切性的路徑，并根據學習進程的推進和學習活動的開展，及時調整和優化模型，實現基于教師學情診斷的學習路徑規劃和學習資源推薦，實現教師、學習路徑和學習資源的多維關聯。

（二）系統模型

教師智能研修系統基于云計算、大數據、人工智能、5G等智能技術，以教師模型、內容模型和推薦模型為基礎，形成學習分析系統、學習支持系統和學習干預系統，實現個性化學習路徑規劃、適切性學習資源推送和精細化學習反饋，具有支持個體研修和群體研修，支持區域研修與校本研修。具體來看，教師智能研修系統利用教師模型獲取教師的基本情況，獲取教師的靜態屬性和動態特征，推算和量化教師的基礎知識和能力水平，形成教師畫像。推薦模型參考教師畫像數據，從研修系統內容中抽取最適合教師研修的內容模塊，推薦給教師學習，并根據內容模型，為教師提供相近內容的學習資源。學習分析系統通過對教師的分析，為個性化學習路徑推薦提供數據依據，學習支持系統實現資源的動態組合，為適切性資源的推送提供支持，學習干預系統則通過對教師研修效果的評測，為教師提供精細化學習反饋，以便教師及時調整研修各項安排。其系統模型如圖1所示。

四、教師智能研修系統設計

（一）系統理念與定位分析

非線性學習是數字化時代的重要的學習形態，具有學習內容的離散性、學習時間的碎片性、學習空間的多樣性、拖拉式的知識傳遞、知識建構的主動性等特點[26]，非線性學習空間認為學習空間主要有實體空間、虛擬空間和社會網絡空間構成[27]。將非線性學習理念運用于教師研修領域，通過落實“人人研修、時時研修、處處研修”的研修理念，重新思考教師研修的內容設計和架構。即通過先明確教師需要什么樣的研修內容、能夠達到什么樣目的，然后根據研修成果來設計課程和活動，強調教師經過研修后在知識、技能、態度及行為方面的表現和進步，基于教師研修結果來改進研修過程，通過搭建泛在研修環境和建設可調節、自適應的資源，最終提升研修的實效性。

“教師智能研修系統”旨在創建面向教師的智能化研修空間，其核心是教師網絡研修環節的優化和資源的自適應推送。系統應滿足以下需求：（1）根據教師發展目標和能力測試結果，形成個性化的研修安排與內容設計，滿足教師泛在學習環境下的成長發展需求。（2）良好的學習體驗，及時、有效的學習效果反饋，促進研修目標的達成。因此，本系統在分析教師研修要素的基礎上，優化數據分析、資源推送和信息反饋等環節，利用智能技術賦能教師研修，提高研修質量。

（二）研修要素設計

明確教師網絡研修要素是教師智能研修系統設計的首要工作。本研究通過對目前已開展的多個教師研修項目進行梳理分析，并對部分組織教師研修的相關機構負責人、教師等進行訪談，整理相關需求，認為研修人員、研修主題、研修資源、研修任務、研修反思、研修成果和效果評價等要素是教師研修工作的核心要素，如圖2所示。具體來看，研修人員是研修系統的使用用戶，從研修的實際情況來看，主要包括各級教研員、學校管理者、一線教師等，不同的用戶在研修過程中具有不同的需求，明確需求是教師智能研修系統設計的首要問題。研修主題是根據實際教學、管理問題，針對不同實際需求形成的總體設計。研修資源是為了達成研修主題設定的目的而提供的材料、工具的集合體。研修任務是用戶在研修過程中需要完成的內容。研修活動主要是指通過自主學習或協作學習等方式參與的各類正式或非正式的專業實踐活動，合理有效的研修活動可以提高教師研修的積極性和參與度。研修成果是研修實施效果最直接的體現，其表現形式根據研修主題和任務的不同而表現出不同的形態。效果評價是對研修項目從設計、實施到效果各方面相關數據信息的收集和價值判斷，應當貫穿于一個完整的研修項目實施周期，包括項目設立背景、項目內容設計、實施方案設計、實施效果過程性評價、項目總結性評價等內容，研修效果評價的有效性是研修質量得以保障的關鍵[28]。研修反饋是研修對象對研修內容和整體安排的態度反映。研修反思是在活動參與、任務完成等各環節中對學習任務、自我發展、主題本身的思考，往往會對研修的體驗產生較大的影響作用。因此，研修系統要在在業務流程、功能模塊的設計過程中關注這些相互之間存在緊密聯系的要素。

（三）系統功能模塊

根據教師智能研修系統模型和研修要素的分析，可以將教師智能研修系統分解為教師個體特征分析模塊、研修資源精準推送模塊和研修反饋評價模塊，如圖3所示。

1.教師個體特征分析模塊

為實現研修資源精準推送，首先需要對教師個體特征進行準確分析。教師個體特征是對教師特征的詳細描述，包括個人信息、知識水平、興趣偏好、認知能力等學習者特征。教師個體特征分析模塊從教師個人信息、學習行為信息、學習情景信息三方面描述教師個體特征。教師個人信息的分析有助于系統根據教師的基本信息和任教信息等大致確定教師所需研修資源類別，進行資源模糊匹配，初步預測教師的研修資源偏好，完成教師特征信息模型的初始化。學習行為信息包括學習者知識水平、學習者興趣偏好、學習者認知能力、學習者學習風格等內容。學習者知識水平在一定程度上會影響后續研修過程中研修資源選擇。學習者的興趣偏好主要包括媒體格式偏好、資源風格偏好、交互方式偏好等內容。學習者的認知能力主要是分析教師對研修主題相關內容的理解和掌握情況。學習者學習風格有助于更準確地描述和診斷教師，適配相關信息。學習情景信息主要分析教師參與研修活動和協作學習過程中的過程性數據。通過對教師個體特性信息分析提高系統的適應能力，為教師提供更準確的研修資源和研修建議。

2.研修資源精準推送模塊

研修資源精準推送模塊包含研修課程、研修資源、個性化研修空間等內容。其中研修課程是系統化研修內容，具有完整的教學大綱、課程導航和內容體系，具有較強的針對性。研修資源是各級各類資源聚合體，兼容國家資源平臺、市區級資源服務平臺和本地名師優課資源，為教師提供研修資源服務。個性化研修空間基于教師個體特征分析與資源屬性，為教師推薦個性化資源，教師可以根據個人需求在研修資源中選擇自己感興趣的主題，開展研修。

3.研修反饋評價模塊

研修信息反饋評價模塊為教師提供研修成果展示和效果評價功能，包含研修論壇、研修成果、研修測評等功能。通過設立課程論壇、主題論壇、小組論壇等形式，實現研修教師與其他教師、專家的信息交流與反饋。研究成果部分展示和呈現教師在研修過程中形成的過程性和結果性作品。該模塊具備研修全過程的數據記錄和分析功能，結合相應的評價體系和指標，對教師研修效果進行測評。

五、教師智能研修系統應用案例

（一）背景

基于非線性學習理念設計和開發的教師智能研修系統旨在構建一種技術賦能的學習型社區，致力于為教師提供一個交互方便的學習空間，通過營造寬松和諧的學習氛圍，引導教師通過自主探索、交流協作等方式，根據相應的研修任務，自選學習內容，自定學習路徑和步驟開展研修活動，體現學習方式的主動性、學習內容的非線性和學習時間的碎片性[29]。通過以測助學和以測促學，確定學習起點，及時診斷和評估學習效果，通過生成個性化的學習菜單，滿足不同教師的學習興趣和需求，最終達到個性化研修和精準化研修的目的。基于以上思考，在“停課不停學”期間為了保證“停課不停教、停課不停研”的現實需求而設計研發了教師智能研修系統。該系統自2020年9月運行以來，在多地多個學校推廣試用，為系統的優化升級積累了一定的實際用戶使用數據。本研究以該系統在廣東省陽江市某小學教師研修中的使用情況來驗證該系統的適用性和有效性。

（二）過程

在該校某一次的研修過程中，針對全體教師開展“微課制作與應用能力提升研修”。根據該校的實際情況，研修目的是讓每個老師都能具備微課制作與應用的能力。雖然此次研修的目標都相同，但由于不同年齡、教齡、學科等教師的信息技術能力初始水平不同，傳統的線下培訓或在線視頻學習的方式并不能真正滿足教師的需求。因此，采用智能研修系統開展研修。研究團隊在智能研修系統中設置了“理念與模式”“方法與操作”“分享與交流”等模塊。在研修過程中，系統通過教師完成的前測初步了解教師基本情況，記錄包括基本信息、教學情況、教研情況、培訓經歷、研修需求五個方面的教師個人信息，并從知識水平、興趣偏好、認知能力、學習風格四個角度分析，構建教師學習者畫像。基于教師學習者畫像和大數據分析，對教師的微課制作與應用能力做出精準診斷，從而找到教師研修的起點。同時，引入國家資源平臺、市區級資源服務平臺、校本資源平臺、本地名師優課資源及校本資源，依托豐富的學習資源，將不同主題的研修內容劃分成多個專題，對每個專題進行概念體系、方法體系及問題體系梳理，在此基礎上進行系統化的學習資源管理，整合后設計開發了教育理論篇、微課教學設計、微課評價標準分析、常用方法介紹、軟件使用等課程資源。基于系統內嵌的教師信息特征與學習資源信息特征選擇模型，根據教師觀看、瀏覽資源的行為數據，記錄教師個人學習行為偏好，為不同教師確定個性化的學習起點和學習路徑，并為每個教師規劃了自適應的資源。此外，根據教師在研修共同體中的發帖、評論等交流討論數據，判斷教師的掌握情況。研修目標的達成體現在教師的作品中，根據教師提交的作品給予診斷性的評價，為教師給予個性化的指導，達到以研修促發展的目的。

（三）效果

為了了解教師對智能研修系統的使用效果，研究團隊針對所有參加研修的教師發放調查問卷，并結合智能研修系統中在線數據，分析研修效果。調查問卷主要包括教師個人基本情況、教師前期參與研修的基本情況、教師對智能研修系統的接受度、教師開展智能研修所遇到的問題等。在調查問卷的設計過程中，研究團隊請教了教育技術學專家、有研修經歷的教師，對問卷進行了多次修改與完善。其中，調查問卷第一、二和四部分采用單選或多選題的形式調查實際情況，第三部分引用國際經典量表對教師采用智能研修系統的接受度開展調查。本研究借鑒自我決定理論和技術接受模型，采用感知有用性、感知易用性、感知自主性和持續使用意愿來表示教師參與智能研修的意愿。量表采用李克特五級尺度量表，1至5分別表示從非常不符合至非常符合。數據回收后，采用克隆巴赫Alpha系數來評測各量表的信度。數據分析顯示，各量表的克隆巴赫Alpha系數均高于0.70，表明量表具有較高的信度。

教師對智能研修系統的接受度調查結果如下頁表1所示，調查表明，教師持續使用智能研修系統的意愿較高，均值為4.05，說明教師對未來使用智能研修系統提升自我的意愿較強。教師感知的智能研修對其專業發展的有用性的認同度較高，均值為4.16，表明教師對智能研修系統對自身發展的認識給予較高的認同，認為參與智能研修能夠促進專業發展和成長。教師感知的易用性均值為3.99，說明智能研修系統提供了良好的使用說明和指南，教師開展智能研修比較容易、方便。感知自主性表示教師在智能研修過程中對目標、內容、過程和時間等的自我控制程度，其均值為3.68，表明教師參與智能研修過程中具有一定的自主性，基本能實現自適應、可調節的研修。

智能研修系統記錄的數據也為本研究的效果分析提供了數據支持。研究團隊通過智能研修系統日志數據對教師開展智能研修的情況進行分析，主要包括教師開展研修采用的終端設備類型、各類型資源的訪問次數、每周的學習活躍人數等。從教師教研使用的終端類型來看，使用智能手機開展研修的比例為74.4%，說明大部分教師已經習慣和適應使用智能手機開展研修活動。從各類型資源的訪問次數來看，視頻類資源的訪問數遠高于其他類型資源。從每周的學習活躍人數來看，在研修開始和結束的一周時間內，教師通過智能研修系統學習的人數高于其他周次，保證研修過程中的用戶活躍度是未來智能研修系統需要關注的問題，如圖4所示。

此外，為了更好地完善智能研修系統功能，為教師提供更優質的服務，研究團隊從系統功能穩定性、資源推薦精準度、實際體驗等方面開展了訪談。訪談顯示大部分教師認為在研修期間系統運行良好，用戶體驗較高，研修主題、流程和環節設計較為合理，但推薦資源的精準性、數據挖掘方面還有待加強。

六、總結與建議

信息化賦能教育教學改革的實踐對智能時代教師的能力結構提出新的要求，如何促進教師發展，提升教師素質，成為教育研究者、管理者和教師高度關注的核心問題。本研究在分析教師研修核心要素的基礎上，借鑒相關領域智能系統的模型架構，分析了由教師模型、內容模型和推薦模型構成的教師智能研修系統模型，在對系統功能進行定位和需求分析的基礎上，設計研發了包括教師個體特征分析模塊、研修資源精準推送模塊和研修反饋評價模塊的教師智能研修系統，并將其應用于學校校本研修的實踐過程中，基本滿足了教師研修的需求。但研究發現，智能研修系統在教師研修領域的常態化應用還存在諸多的困難，如系統的智能化和個性化程度提升還需要基層算法、模型的支持，學習路徑和資源的推送也需要大數據分析和海量資源來支撐。希望本研究在教師智能研修系統方面的探索為其他研究提供一點參考，也為各級各類教師研修提供新的思路。

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作者簡介：

劉璇：在讀博士，研究方向為信息技術教育應用。

崔永鵬：在讀博士，研究方向為數字化學習理論與實踐。

Research on the Design and Application of Teacher Intelligent Training System from the Perspective of Nonlinear Learning

Liu Xuan1， Cui Yongpeng2（1. School of Information Science and Technology， Northeast Normal University， Changchun 130117， Jilin； 2.Faculty of Artificial Intelligence in Education， Central China Normal University， Wuhan 430079， Hubei）

Abstract： Teacher Training is an effective and important way to promote teacher professional development. How to improve the pertinence and effectiveness of teacher training has become the focus of all circles. On the basis of literature research， this paper puts forward an adaptive system model of teacher research， which includes learner model， content model and recommendation model， through the construction of learning analysis system， learning support system and learning intervention system， personalized learning path planning， appropriate learning resources recommendation and fine learning feedback can be realized， it can achieve the goal of improving the quality of Teachers research and training. On this basis， according to the concept of nonlinear learning， the orientation of system function and the analysis of demand are made clear， and the core elements of teacher training are sorted out， this paper designs an intelligent system for teacher training， which includes a module for analyzing individual characteristics of teachers， a module for precise push of resources and a module for feedback evaluation of teacher training， the applicability and validity of the system are verified. The research results can provide basis and reference for optimizing the design of intelligent system， innovating the mode of teacher training and promoting the professional development of teachers.

Keywords： teacher training； intelligent training； system design； application research

責任編輯：邢西深