基于云端一體的高校個性化教學空間探究

摘要：在利用現代技術加快推動人才培養模式改革的背景下，建設適應多元化教學組織形式與個性化學習方式的教學空間尤為重要。云端一體化概念的出現，為個性化教學空間的建設與發展帶來了新契機。基于此，文章首先從教學的環境、數據、資源等維度，分析了傳統多媒體教學空間與個性化教學融合所面臨的問題；隨后，文章闡述了云端一體個性化教學空間的內涵與構建原則，并按照“物理空間—虛擬空間—云端分析—資源組織”的邏輯，設計了基于云端一體的高校個性化教學空間。最后，文章以中南大學為例，開展了基于云端一體的高校個性化教學空間的實踐應用。基于云端一體的高校個性化教學空間的設計與建設，為建設適應教育發展和個性化需求的新型教學空間提供了思路，也為高校實現規模化教育與個性化培養的有機結合提供了技術支撐。

關鍵字：云端一體；個性化教學；教學空間；人才培養

【中圖分類號】G40-057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2023）05—0119—08 【DOI】10.3969/j.issn.1009-8097.2023.05.013

2019年，國務院印發《中國教育現代化2035》，倡導要“利用現代技術加快推動人才培養模式改革，實現規模化教育與個性化培養的有機結合”[1]。作為高校人才培養的主陣地，教學空間需適應多元化教學組織形式與個性化學習方式，以滿足人才的個性化培養需求，因此建設與之相適應的個性化教學空間尤為關鍵[2]。但是，當前高校仍以傳統多媒體教學空間為主，“計算機+投影儀+幕布”的簡單設計暴露出設計理念相對落后、技術設備陳舊、應用模式單一等弊端。傳統多媒體教學空間現已無法適應新時期高校的個性化教學需求，尤其是在突發疫情、自然災害等重大公共危機時期，難以為大規模教學提供高質量的個性化服務，甚至在某種程度上制約了教學改革發展[3]。隨著物聯網、虛擬化、云計算、大數據等技術在高等教育領域的廣泛應用，信息技術與教育教學深度融合，教學空間的內涵和外延不斷發生變化[4]，適應一體化發展態勢，實現云與終端在數據、應用、資源等方面統一融合管理的云端一體化概念也應運而生，為個性化教學空間的建設與發展帶來了新契機。基于此，本研究以中南大學為例，以突破傳統多媒體教學空間的時空局限為出發點，聚焦云端一體優勢融合，探索構建更滿足個性化培養需求的云端一體個性化教學空間。

一 傳統多媒體教學空間與個性化教學融合所面臨的問題

傳統多媒體教學空間體現的是20世紀初的教育價值取向，其突出了教師的主體地位，規劃整齊、應用模式單一，存在一定的時空滯后性。隨著技術的演替、教學改革的推進，多元教學組織形式與單一教學空間的碰撞愈發激烈。為適應多元化教學組織形式和個性化教學方式，實現高校人才的個性化培養，本研究從教學的環境、數據、資源等多個維度，分析了當前高校傳統多媒體教學空間與個性化教學融合所面臨的問題。

1 環境統一難以承載個性化教學需求

近20年來，我國高校建設了大批量傳統多媒體教學空間，配備計算機、投影儀、幕布、功放、中控等設備，實現集中統一管理，在一定程度上解決了原有教學空間中存在的運維難題，并在教學改革與發展進程中發揮了重要作用[5]。傳統多媒體教學空間通常面向所有專業和課程，承擔海量教學與實驗任務。出于管理需求、網絡安全和系統運行效率等方面的考慮，傳統多媒體教學空間的計算機系統大多安裝硬件還原卡，并部署統一的基本軟件環境，支持抽象教學內容的直觀化、形象化呈現。然而，不同學科的專業發展需求多樣，對教學環境的需求也存在極大差異。此時，統一的標準化教學環境將難以承載多元的個性化教學需求，兩者之間的矛盾必然會影響教學成效。

2 數據缺失難以保障個性化教學轉型

在面向群體的教學方式下，多數教師往往根據經驗設計教學內容，并通過階段測試、課后作業等途徑優化教學，對學習者的個性化差異重視不足，難以做到因材施教。隨著智能技術與現代教育方式的結合，數據驅動的個性化精準教學成為教育改革重點，面向大眾群體的傳統教學方式開始轉變為面向學習者個體的現代教學模式。然而，傳統多媒體教學空間普遍缺乏學習數據采集功能，對教與學活動支持的有效度相對有限，無法支撐個性化教學活動深入開展。

3 資源分散難以實現聯通化共享協作

教學資源是課堂教學工作開展的基礎，其類型多樣，主要包括文本、音視頻、圖形、圖像等[6]。在備課、授課等階段，教師通常借助U盤實現教學資源的存儲與轉移，既面臨泄密、丟失和損壞等風險，也難以實現教學資源互聯互通，共享性差，協作困難[7][8]。傳統多媒體教學空間缺乏對教學資源存儲、共享與協作的有效支撐，既降低了資源利用率，還將導致符合現代化教與學需求的高質量教學資源難以發揮其應有功效。

綜合上述分析，傳統多媒體教學空間存在的問題主要表現為：①規劃和建設注重通用性和管理效率，對個性化教學需求的重視程度不夠，個性化教學空間的研究方向不明確；②缺少智能手段，難以獲取各類動態教學數據，缺乏個性化教學數據的支撐；③忽視教學資源的互聯互通，難以實現資源的個性化精準推薦。因此，本研究針對傳統多媒體教學空間的不足，在虛擬化、大數據、云計算等技術的支撐下，依托新型教學理念，嘗試構建一個以數據驅動為基礎、資源豐富、能提供智能化管理和個性化教學支持服務的虛實空間相融的教學空間。

二 基于云端一體的高校個性化教學空間構建

1 云端一體個性化教學空間的內涵

從歷史發展進程來看，“教學空間”的概念隨著技術的更替、教育理念的轉變而不斷演進[9]。從最初的開放式講學到班級授課制的出現，教學空間逐步發展為支撐教學活動展開的物理場所，早期的教學理念以教師講授為主。隨著投影儀、幻燈片等設備的出現，多媒體教室取代傳統教室，知識呈現方式更加直觀化、多樣化，但教學理念仍未發生較大轉變。整體而言，這一時期的教學空間仍以物理空間為主，側重于滿足群體的教學方式，難以滿足多元的個性化需求。隨著信息技術的發展，尤其是在當前智能時代背景下，智能技術與教育的結合為教學空間的發展提供了更多可能，衍生了教學空間的網絡說[10]，即以互聯網為基礎，構建支持在線教學活動的虛擬學習環境。隨著突破物理空間時空局限的“虛擬教學空間”“網絡教學空間”等概念的出現，虛實空間融合理念逐漸深入人心，其具有個性化、交互性、聯通性、開放性、靈活性的特征[11]，為教學空間注入了新的內涵，也為教學模式革新帶來了機遇。

究其本質，教學空間是教與學發生的空間場所，由教師、學習者、學習環境等要素構成，是能夠為教學過程提供工具、資源、數據支持的學習場域[12]。在技術賦能的教學空間，不同教學主體的角色、地位發生了轉變，但“學什么”（學習內容、資源）、“用什么學”（工具）、“怎么學”（教學組織形式）依然是教學活動考慮的關鍵問題[13]。因此，云端一體的個性化教學空間要以這些關鍵問題為出發點，考慮不同教學主體的個體差異，一方面要強調對教學過程的支持，即在云計算技術的支撐下，將豐富的教學資源、個性化教學輔助應用工具集中于云端，使師生能隨時隨地通過任意終端訪問云資源，靈活開展教與學；另一方面要關注數據驅動下的精準教學，將虛實空間全過程數據經云端分析后自動推送至不同教學主體，既便于教師改進教學策略，也便于學習者進行自我反思并優化學習方式。

綜上所述，本研究認為基于云端一體的個性化教學空間是在智能技術的支撐下，實現教學空間的基礎設施改造，打破物理空間和虛擬空間之間的壁壘，促進虛實空間的聯通融合，同時全過程記錄線上線下學習行為數據，開展云端智能分析，并融合靈活教學法、個性教學工具、動態教學數據、豐富教學資源于一體的教學場所。

2 云端一體個性化教學空間的構建原則

（1）聚焦高質量、高水平復合型人才培養

科學技術的快速革新與進步，促使社會對未來人才的需求更大、要求更高，這就亟需培養大量的高質量、高水平復合型人才，使其具備創新性思維與創造能力、深度交流的水平、持之以恒的學習態度等。因此，高校應立足于培養高質量、高水平復合型人才，提升學習者適應人工智能時代多元化學習方式的能力[14]。云端一體個性化教學空間的設計要充分考慮當前技術發展與高質量人才培養的需求，注重增強大學生適應未來社會發展的能力，并能夠激發學生的主動性、創造性。

（2）強化人機共生的學習形態轉變

虛擬現實、深度學習、人機交互等智能技術的快速發展，衍生了人機共生的學習生態[15]，教與學之間通過信息感知反饋深度交互融合。相較于傳統教學，人機共生狀態下的學習形態發生了重大轉變。而傳統的教學空間難以承載這類學習生態，也無法實現教學信息的感知反饋與深度學習交互，因此云端一體個性化教學空間的設計要充分考慮學習形態轉變的需求，以此為基礎借助智能技術對傳統教學空間進行全方位改造，為不同教學主體提供個性化學習資源、工具，探索互動性、開放式、個性化的多元教學組織形式。

（3）推進教學空間的統籌設計

智能時代教學目標、理念、方式、內容等的轉變，以及智能技術、智能設備、教學資源等要素的相互作用，都將以工具或思維的方式嵌入教學需求當中，最終作用于個性化教學空間的設計[16]。因此，云端一體個性化教學空間是多因素、多條件協同構建的結果，其設計要統籌考慮高校的人才培養目標，充分融入教學資源和教學主體等多種要素，并利用虛擬現實、深度學習、人機交互等智能技術優勢重構教學空間，打造高品質的云端一體個性化教學空間，踐行“以學習者為中心”的教學理念。

3 云端一體個性化教學空間的功能設計

依托云端一體個性化教學空間的內涵與構建原則，在智能技術的全過程支持下，本研究按照“物理空間—虛擬空間—云端分析—資源組織”的邏輯，設計了基于云端一體的高校個性化教學空間，如圖1所示。該空間聚焦教學組織形式、學習方式、教育模式的轉變，通過多種智能技術組合、海量資源支撐，使個性化教學支持服務成為現實。

（1）物理空間

作為教學活動開展的基礎，物理空間在高速網絡、智能設備、教學工具等物理資源的加持下得以重構[17]。無縫覆蓋的高速網絡是實現設備互聯、云端高效融合的前提，并將直接影響教學過程中教學工具、資源選擇與整個教學效果的呈現。在此基礎上，智能設備（如電子班牌）完整采集線下學習行為信息，實時傳輸至云端并分析，實現多維度、可視化展示，助力開展有針對性的科學決策[18]。此外，“用什么學”對教學效率具有重要影響，而個性化教學工具的彈性部署使物理教學空間對持續更新的教學內容與教學組織形式具有更強的適應性。重構后的物理空間為教學主體提供了更好的教學環境，一方面能夠提升學習者對智能時代的適應能力，另一方面也能滿足個性化學習活動開展的需求，為教師、管理者提供個性化教學支持服務。

（2）虛擬空間

虛擬空間是融合智慧教育理念和多樣化智能技術的載體，整合各類教學支持、學習互動等功能，提供課前、課中、課后全流程的網絡化與智能化教學支持服務：①提供智能備課功能，支持課件、題庫等多種資源類型和知識點級、課程級、專業級等校本多層級資源庫，實現資源的積累和重復利用；②提供課堂實時互動功能，通過點名、搶答、即時討論、即測即評等完整記錄課堂交互數據；③提供課后測試、作業、微評問卷、教學反饋等功能，多維度精準獲取學生的學習情況。此外，虛擬空間還提供課程錄播功能，通過無感知自動化錄制課程視頻，實現教學監控，方便課程資源的存儲與獲取。在具體的教學過程中，大量線上學習行為數據通過虛擬空間得以無感采集，全流程、泛在化的數據整合、分析及應用有助于形成數據支持的教學組織新形態和個性化學習方式，促進教育模式轉變。

（3）云端分析

數據在一定程度上驅動物理空間和虛擬空間的交融，是其融合的關鍵點[19]。作為重要的數據來源，物理空間智能終端采集的線下教學數據與虛擬空間完整記錄的線上學習數據、管理數據、交互數據等會自動上傳至云端服務器，通過云端數據挖掘、分析，反饋給不同教學主體，驅動教師改進教學策略、學習者調整學習方法。依托云端分析結果，教師可多方位掌握學習者的個性特征、學習習慣、知識掌握情況，為開展分層教學、合作探究、個性化探究等教學活動，形成與教學空間、教學主體多維度相適配的學習結構提供了個性化支持[20]，有助于實現數據驅動的個性化教學。與此同時，學習者也能借助精準的云端數據分析，自我反思學習過程與方法，促進個性化學習活動效果達到最大化。

（4）資源組織

資源是云端一體個性化教學空間的重要組成部分，也是影響教學質量的重要因素。隨著信息化的迅猛發展，資源存量急劇擴張，文本、圖像、音視頻等資源逐漸豐富，資源的供給方式、進化機制也在發生顯著變化。云端一體個性化教學空間以共享、協作、開放為準則，對不同模態資源進行整合，并在使用過程中不斷完善與優化，促進了資源的自組織與自成長[21]。資源組織的主要功能有：①提供統一資源中心。不同教學主體既是資源的使用者，也是海量資源的建設者。充分開展虛實融合空間中的資源自組織整合與完善，有助于擴大資源建設規模，為高質量教學活動的實施提供了有效保障。②提供智能化知識采集手段，實現內容沉淀與智能分析，支持個性化服務。③提供全終端、跨地域、泛在接入體驗，促進資源在使用手段上由固定形態轉向云端互聯，實現靈活、方便的個性化教學應用。

三 基于云端一體的高校個性化教學空間實踐應用

為滿足個性化教學服務需求，中南大學于2015年開始著力打造云端一體的個性化教學空間。在多種智能技術的支持下，中南大學以服務器超融合架構和智慧教室全光專網為基礎，初步構建了融學習行為信息化平臺、超融合云桌面、可視化教學支持平臺、資源中心、設備管理平臺為一體的個性化教學環境，實現了數據、資源、應用云端一體化，在降低運維復雜度的同時，也在提升教學環境的適應性、賦能數據驅動的智慧教學、提供精準的個性化服務等方面發揮了重要作用，為構建更符合個性化需求的教學空間新生態提供了思路。

1 形成多元化利用路徑，提升教學環境的適應性

云端一體的個性化教學空間建設，不僅促進了融合物理空間和虛擬空間的精準化、智能化、可視化教學支持體系的形成[22]，而且有效解決了難以滿足教師差異化數字教學環境需求的難題。在中南大學的計算機學院、機電工程學院、土木工程學院等多個院系，不同專業的教師除了繼續采用傳統的PPT、多媒體展示教學內容，還需使用不同的教學軟件與數字環境來開展教學。教師通過個性化教學空間打造個人專屬的數字教學環境，實現桌面隨身、業務漫游，能很好地適應課堂教學、實驗實踐、工程訓練等不同的教學場景，形成了云端一體個性化教學空間的多元化利用路徑，有效提升了教學效率和教學質量。

基于云端一體的個性化教學空間在助力教師針對不同教學場景進行個性化授課的同時，也實現了教學環境運維人員對多媒體教學環境的集中管控，有效降低了運維管理的復雜度，時空管理效率得以顯著提升。在新冠疫情爆發時期，中南大學將線下授課緊急調整為線上，要求全校500余間公共教室快速完成改造，時間緊、任務重，運維人員充分利用個性化教學空間的優勢，實現了遠程教學工具的快速部署，為師生營造了良好的線上教學環境。

2 可視化呈現數據，賦能數據驅動的智慧教學

中南大學基于云端一體的個性化教學空間，通過硬件設備、軟件系統、虛擬空間等對各類數據進行多模態采集、多維度分析、多層次整合，為知識分析、學習干預、流程優化等提供支持，賦能數據驅動的個性化智慧教學：一方面，通過400余間教室的電子班牌、視頻監控等設備，采集學生學習行為數據并予以可視化呈現（如圖2所示）；另一方面，結合大數據與人工智能技術，對線上學習平臺產生的大量學習記錄數據（包括登錄次數、學習時長、點名情況、互動次數、測試成績、作業完成情況、討論、問卷調研等）進行整合與自動化分析，并實時呈現給教師、學生、管理人員、教務人員等，為個性化教學、督導巡課、教學評估與教學效果預測等提供支撐。在基于云端一體的個性化教學空間的支持下，教師大大減少了重復性勞動（如上課點名、作業批改等），提高了教學效率，并能快速掌握課堂學習動態、及時調整教學節奏，提升了教學質量；學校管理人員可以隨時跟蹤授課進度，基于學習數據分析結果及時發現問題并反饋給教師，保障了教學成效。

3 不斷豐富教學資源，提供精準的個性化服務

通過智能化知識采集與資源分級管理，基于云端一體的個性化教學空間可以實現海量教學資源的存儲與統一調配。基于此，中南大學通過平臺建課、課程錄制、外部資源導入等方式不斷豐富教學資源，以提供精準的個性化服務：①平臺建課方面，疫情期間中南大學緊急創建了高等學校師生新型冠狀病毒肺炎防護指引系列課程并上傳可視化教學支持平臺，師生總訪問量現已超過80萬人次，這為高校應對突發事件提供了思路。②課程錄制方面，每學期中南大學可完成約44萬課時課程的自動錄制[23]。這部分資源不僅為疫情常態化背景下在線教學的順利開展提供了支持與服務，便于授課教師充分發揮云端一體個性化教學空間的資源優勢來提高課程質量、提升教學成效，也為促進學生的個性化學習提供了支撐與保障。③外部資源導入方面，中南大學支持教師將教學資源上傳平臺，經審核后可同步至校本資源庫；同時，也支持學生將學習資源上傳平臺，經任課教師與管理人員確認后可進入校本資源庫。這種方式既推動了資源的共建、共享，也滿足了師生的個性化資源需求，便于師生利用融合多人智慧、經驗的教學資源更好地開展教與學。

四 結語

本研究針對傳統多媒體教學空間與個性化教學融合所面臨的問題，闡述了云端一體個性化教學空間的內涵與構建原則，在此基礎上設計了基于云端一體的高校個性化教學空間，并以中南大學為例開展了實踐應用，其應用效果表明：基于云端一體的高校個性化教學空間在提升教學環境的適應性、賦能數據驅動的智慧教學、提供精準的個性化服務等方面發揮了重要作用。

需要說明的是，基于云端一體的高校個性化教學空間雖然采集、存儲了大量線上線下學習行為數據和教學資源，但尚未實現精準的數據推送和資源推薦功能。對此，后續需加強對大數據的深度挖掘與分析研究，以期為師生提供更好的個性化服務。此外，促進云端一體的高校個性化教學空間與教育教學的深度融合，構建更符合個性化需求的教學空間新生態，也是后續研究有待繼續努力的方向。

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Abstract： Under the background of using modern technology to accelerate the talents cultivation model reform， it is particularly important to construct a teaching space that adapts to diversified teaching organization forms and personalized learning styles. The emergence of cloud-terminal integration concept has brought new opportunities for the construction and development of personalized teaching space. Based on this， the paper firstly analyzed the problems faced in the integration of traditional multimedia teaching space and personalized teaching from the aspects of teaching environment， data， and resources. Then， the connotation and construction principles of cloud-terminal integrated personalized teaching space were expounded， and the personalized teaching space in universities based on cloud-terminal integration was designed according to the logic of “physical space-virtual space-cloud-terminal analysis-resource organization”. Finally， taking Central South University as an example， the practical application of personalized teaching space in universities based on cloud-terminal integration was carried out. The design and construction of personalized teaching space in universities based on cloud-terminal integration provided ideas for the construction of new teaching space adapting to education development and personalized needs， and technical support to realize the organic combination of large-scale education of university talents cultivation and personalized cultivation.

Keywords： cloud-terminal integration; personalized teaching; teaching space; talent cultivation

*基金項目：本文為國家自然科學基金青年基金項目“超融合云端一體可視教學全息表達研究”（項目編號：62207032）、湖南省教育廳科學研究項目“基于多模態信息融合的云端一體教學可視化研究”（項目編號：22B0014）、湖南省學位與研究生教學改革研究項目“基于超融合的云-端一體研究生全息化教學空間研究與實踐”（項目編號：2022JGYB021）的階段性研究成果。

作者簡介：高士娟，中南大學信息與網絡中心實驗師，中南大學地球科學與信息物理學院在讀博士，研究方向為教育信息化、教學可視化等，郵箱gaoshijuan@csu.edu.cn。

收稿日期：2023年1月11日

編輯：小米