個性化學習工具設計及應用研究

潘征宇，鐘紹春，鐘永江，張語函

(1.東北師范大學 理想信息技術研究院，吉林 長春 130000；2.東北師范大學 教育部數字化學習支撐技術工程研究中心，吉林 長春 130000)

個性化學習工具設計及應用研究

潘征宇1，鐘紹春2，鐘永江1，張語函1

(1.東北師范大學 理想信息技術研究院，吉林 長春 130000；2.東北師范大學 教育部數字化學習支撐技術工程研究中心，吉林 長春 130000)

在智慧教育的視角下，本文對目前教學活動中普遍存在的本質問題進行深入剖析，系統研究了如何讓學生主動學習、個性化學習、盡可能以歸納方式學習等的途徑與方法，分析了按照智慧教育開展個性化學習所需要的學習環境和支撐工具，并對個性化學習工具進行設計及應用研究。

智慧教育；個性化學習；探究學習工具

一、引言

隨著信息技術在教學領域中的發展，學習空間得到拓展，學習手段不斷更新，學習內容形式也更加豐富。在這種形勢下，利用信息技術能夠促進學生自主化、個性化學習，培養學生協作能力、創新精神，實現了教育教學資源的共享。個性化學習作為一種新的學習方式，適應了新課改的要求，為促進學生的全面發展提供了新的嘗試，也為信息技術與教育教學的深度融合創造了條件。在融合的過程中，個性化學習支撐環境和支撐工具應運而生，利用探究學習工具進行教學活動，也將成為一種最有效的學習方式[1]。

二、個性化學習工具瓶頸問題及破解思路

(一)個性化學習工具的問題

1.技術主要作為老師傳遞知識的工具，而非學生的學習工具

信息技術目前在課堂教學中的應用形態，是以教師的教具為主，用以支撐老師的“教”，而并不是作為學生的學具，支撐學生的“學”。學生主要跟隨老師的步調進行學習，這種情況高達90%以上，因此很難發揮學生的主動性和積極性。

2.資源形態不符合學生個性需求

當前現有的教學資源很少或質量不高，大多數資源是教材內容的電子化，而且以圖片居多，因此整體顯得陳舊、靜態、枯燥、僵化，而且很難重復利用與修改，這樣的資源和素材很難滿足學生的個性需要。

3.技術應用過于整齊化、同一化

雖然很多老師在課堂上應用信息技術，但是這種應用主要是在班級教學，全班統一進度、統一內容、整齊劃一的，因此幾乎不考慮學生的個性化特點，也很難實施分層次教學和個性化學習。

4.技術應用過于預設化、順序化

目前老師在教學過程中應用信息技術，主要是以PPT等課件為主要載體，根據需要插入動畫、圖片等資源，這些資源大多數是靜態的，而PPT要講授的內容和順序也是老師提前安排好的，所以課堂基本是按照預習的過程發生，對學生個體需求關注不足[2]。

(二)個性化學習工具的破解思路

當前，在教學中應用信息技術支撐教學創新、提高教學質量和效率遇到最大的障礙是個性化學習工具制作的困難。雖然現在已經有了多種類型的教學資源庫，但是教學資源庫中的資源絕大多數為文本、圖片、影視類等資料，而對于教學中最需要的個性化交互軟件普遍匱乏，即便有多數也是按照教師自己所設定的教學思路制作的，很難通用。對教師而言，制作個性化學習軟件最大的障礙主要是圖形、圖表、公式、符號的編輯，可交互探究環境支撐軟件的制作等，而這些困難單純通過資源庫是無法解決的。

學習工具應針對師生的教育教學活動，側重于教學方法的創新和學習活動的組織上，而不是把過多的精力投入到構建教學環境中去。應能夠根據學科共性、基礎性知識點的需要，為師生提供大量學科素材和基礎性的教學支撐工具[3]。同時，依據學科原理建立知識點的模型，以共性規律為基準，同時以參數化設置個性化學習內容，形成專項內容學習工具，教師就可以如同搭積木一樣簡單操作就很容易構建、集成出交互式個性化教學課件，有效解決教師開發教學軟件的困難；提供給學生個性化學習工具進行知識獲取、訓練提升、學習數據統計分析，以實現教師有效備課、組織課堂教學活動、對學生進行監控與評價，為學生在學習過程中能夠有效開展自主學習、探究學習、訓練與測試等提供有效支撐[4]。

三、個性化學習工具設計研究

很多地方在新課改的形勢下，雖然提供了多媒體教學環境讓學生自己學，教師也在利用教學工具軟件進行教學活動，可是結果考試效果有時還不如原來的講授式。如果把讓學生自己學這件事僅僅是停留在書本基礎知識上，而在解決問題的方法體系上根本沒做，也沒講，盡管做了形式上的調整，但學生的能力培養以及考試成績也還是不行的，甚至不如老師講授式的效果好。所以，所期望的自主、個性化教學環境，一定是兩個層次都做到，才真正能讓學生聰明起來，智慧起來，形成綜合能力。需要構建各種學習環境的資源和軟件，為老師提供具有豐富資源的任務庫、問題庫，為學生提供發現與構想的環境、支持應用的環境、梳理知識體系的環境[5]。

(一)個性化學習工具設計原則

1.個性化原則

個性化學習作為一種信息時代的新型學習方式，既是教育活動中信息技術的功能體現，也是學習方式在新課改發展進程中的深入的、適應性的調整或改革。信息技術在對教學內容、教學方式等的重組中，也必然對教師的教法和學生的學法等產生影響，帶動教育觀念的變化，從而引發學習的根本性變化。個性化學習打破固有的學習內容、學習目標、學習方式的統一性，提供給學生個性的展示、養成、發展的空間，在時空上、內容上、形式上、手段上揭示了相對于傳統學習方式的優勢。

(1)學習不再受時空的約束，學生學習的時間、空間、學習進度等不再受限制，學生可以根據自身情況自主選擇；

(2)利用信息技術，通過搜索網絡空間、教學平臺、教學工具、資源網站中的資源進行學習，獲取的信息量遠高于傳統的課堂學習，學習的深度廣度大大提高；

(3)學生可以選擇不同形式進行學習，可以選擇課堂實錄或者微課等視頻，可以利用學科平臺推送的優質課件，學習工具進行自主學習，還可以通過互動平臺進行師生、生生間的交流、協作、共享；

(4)信息技術能夠提供滿足學生學習需求的一切手段，可以提供學生學習新知時的問題任務驅動工具，可以提供學生學習過程中的監控檢測和評價，可以提供學生學完知識后的知識梳理工具和考試系統等。

2.任務性原則

要想讓學生主動學習，就是要有問題驅動，有值得讓學生思考和研究的問題或完成的任務。要按照能力培養的要求，依據基本知識和解決問題的方法體系設計問題或任務，充分考慮學生興趣、認知水平、知識水平分類、分層次設計問題或任務。但是常規條件下給學生多類別、多層次任務是不現實的，唯一的辦法就是用信息技術手段，把每一類問題物化出來，呈現出來放在空間上供學生選擇。

3.智能性原則

計算機軟件遵循嚴密的運算規律和邏輯方法，為智能性設計提供了堅強的技術基礎，因此在學習工具設計時，要能夠根據學習者學習狀態的個性化輸入進行自動生成學習內容，并能記錄學習者的學習狀態；通過測試檢驗學生學習效果，并根據數據統計分析學生現有學習水平，同時自動推送提升方案與學習資源等。

(二)個性化學習工具設計依據

1.學科視角依據：學科內容是實現教學目標的知識載體，新課標要求學生了解知識的發生、發展過程，能夠利用知識進行實際應用。對于大多數學生來說，很難獨立完成學科內容的學習，而學科內容的重難點是一節課的重要所在，相應的作為教學過程中的重要教學環節，常規教學手段難以支撐它的實施，難以保證教學效率效果，而在學科教學過程中引入信息技術則能夠有效解決此問題。學科內容包含的每類知識的學習方式有所不同，其相應能力形成的方法也有很大差異，根據不同類型學科內容的教學特點，對教學內容進行系統分類，研究每種類型內容的有效的教學過程，有針對性地設計不同的任務驅動問題和知識獲取方式。以信息技術作為支撐環境對學科內容進行梳理分析，將學科內容系統地劃分為不同類型的基本知識點，以知識點為基礎，建立各部分知識點之間的內在聯系，對比辨析相似易混的知識點，揭示知識的本質內涵，理清知識的延伸拓展，展現知識的特征意義。以分類知識點作為要素構成的學科內容，就沒有教材版本的約束，可以根據不同學生各自的實際需求進行靈活調整。在學習的各個環節對相關知識點進行合理的分配重組，形成符合學生認知水平、個性特征的知識結構體系，再根據學科內容的特點選擇適合的教學策略和學習工具[6]。

2.學習方式視角依據：在學習過程中，對于學生學習活動的設計應遵循學生的認知基礎、認知規律，不但涉及到知識體系的完整性和具體學科內容的特殊性，而且涉及到每個學生的具體情況，過程中還包含各種學習策略和學習方法的運用。因此，個性化學習方式不是一成不變的。選擇適合的學習方式才能使學習效果達到最好，這就需要分析學習過程中的各個環節、步驟、流程。在信息技術對學習過程中各個環節的支撐下，教師和學生就可以不受教學條件及個人信息化水平的限制，從而有效完成整個學習流程。信息技術為學生提供豐富的有助于知識還原、教學內容呈現及符合教學實際需要的多媒體素材(如數學現象的呈現可以運用圖像繪制工具、視頻、動畫；數學概念和定理的分析理解可以運用文本、音視頻；數學思想方法的總結可以運用文本、音視頻等)。通過鮮明生動的演示，引導學生進行分析推理、對比探究、抽象概括，經歷從感性到理性、具體到抽象的過程。設計個性化測試訓練，讓學生從理解到應用，拓展綜合能力。設計學習監控評價環節，能夠記錄學生的學習情況，分析教學成果，并為學生提供知識梳理環境，提供能夠創造和諧有趣的學習環境，調動學生學習的積極性和創造性，提高學習效率效果。

3.技術視角依據：(1)還原與形象化。信息技術的一個主要作用是能夠把知識還原和形象化。對于日常生活中比較常見的內容，主要采取圖片、視頻、音頻方式呈現；而在日常生活中不易見到或者不可見的內容，則可以采取動畫演示、虛擬仿真等方式呈現；(2)操作模擬。人們學習知識最終要轉化成能力，要充分發揮信息技術的操作模擬功能，為自主學習知識以及操作訓練、能力培養等提供支持。講解一些重要公式定理可以采取動畫展示、交互虛擬仿真等方式；培養操作能力、探究知識內容可以采取學習工具操作、交互虛擬仿真方式；(3)體系建立。采取建立問題驅動式學習環境方式，幫助學生深化知識、建立體系。為學生以問題為主線，分別提供問題情景、知識學習、測試訓練和知識拓展等相關體系化知識；(4)學生間、師生間協作交流。利用信息技術的仿真交互性，采取基于學科虛擬平臺、學科平臺、視頻會議技術建立支撐環境，使教師和學生能夠進行音頻和視頻等的交流；(5)資料檢索。在學習過程中主要依據應用建立學習資源序，采取資料建序方式建立學科資料庫，設計資源搜索引擎。實現資料的快速檢索、拓展延伸，主要包括庫和專題網站；(6)測試與診斷。實現基于虛擬平臺實現訓練與診斷，利用數據庫技術建立各種錯誤分類及特征虛擬仿真庫，建立可能的錯誤操作流程虛擬庫，建立可監控操作過程的環境、實現智能推送資源的方式，建立個性化訓練測試環境，為實時測評提供支持；(7)情景創設。情景的創設和營造是信息技術的優勢之一，可以把知識內容還原為現實問題，把問題的場景再現，幫助學生理解和應用知識。對于比較容易展示的真實場景可以通過視頻、音頻、圖片、動畫等方式完成；對于不易展示的場景或無法再現的場景、微觀或宏觀的場景可以采取模擬方式實現。

(三)個性化學習工具主要功能模塊

個性化學習工具的主要功能設計要遵循智慧學習模型，如圖1所示。

圖1 智慧學習模型

1.問題與任務工具

讓學生主動學習，就要有問題或任務的驅動，有值得讓學生思考和研究的問題或完成的任務。設計問題、任務的原則，要按照能力培養的要求，依據基本知識和解決問題的方法體系設計問題或任務，充分考慮學生興趣、認知水平、知識水平分類、分層次設計問題或任務。但是常規條件下給學生多類別、多層次任務是不現實的，唯一的辦法就是用多媒體方式，把每一類問題物化出來，呈現出來放在空間上，讓孩子有選擇，這就是解決辦法。對信息技術的需求也是很清楚的。要做問題庫，解決問題或完成任務原有知識不夠，本節課知識加進去正好夠，這就是基本原則。讓學生會思考、會創造、變聰明、有智慧，關鍵是要有能培養學生會發現、會創造，聰明起來的教學模型和支撐環境[7]。

2.知識獲取工具

知識主要有三種獲得方式：一種是聽講接受式；第二種是自主獲取式；第三種是自己解決問題過程中自己歸納、總結出知識，即探究式[8]。老師講授也分為三種形式：第一種是結果講授式，直接講授知識是什么；第二種是來龍去脈講授式，為什么要學這個知識，學這個知識能解決什么問題，然后再把知識講出來；第三種是智慧講授式，老師不直接講知識，設置問題讓學生自己探究、總結。目前學校絕大多數教師都采用結果講授式。這么多年來，結果講授式只需要黑板、粉筆就夠了，對多媒體的需求僅僅是方便，提高了效率，沒有多大的必要性。來龍去脈講授式需要大量資料，需要與信息技術結合。學生把知識探究出來，沒有信息技術做手段根本很難實現。

為了能夠有效提高學生的自主探究能力和創新思維能力，要讓學生在同一個知識點上選擇不同的適合自己的獲取方式——接受式、獲取式、探究式，真正做到因材施教、有教無類。聽講接受的學習方式是最直接最有效的知識獲取方式之一，因此，個性化學習工具設計必須要體現個性化聽講接受的知識獲取方式。在設計中要盡量針對獨立的知識內容片段提供微課視頻資源來幫助學生實現個性化聽講。通過翻轉學習、碎片化學習使學生聽講的個性化，滿足學生在任意時間和地點對任何內容的聽講[9]。

教材呈現的任何知識內容，都是現實世界的符號化反映，學生理解起來非常困難，為了幫助學生更好的理解所學知識內容，就要盡量提供還原知識再現的環境，從不同側面、不同類型給出不同程度的豐富的知識理解內容，學生在學習中才能根據自己的喜好和學習程度選擇適合自己的學習案例，從而幫助學生進行個性化知識理解。

3.個性化測試與訓練工具

在知識獲取之后需要針對學生進行測試與訓練。學生天天做試卷，無論哪一類的學生都很厭煩，所以測試要在“重質不重量”的同時做到滿足個性化測試。筆者認為最有效的測試是學生的成績在中上水平(百分制70-90分，一百五十分制在95-135分)，成績太高沒有提高的余地，成績太低讓學生失去信心，一張卷子是做不到讓每個學生都得到有效測試的。要為學生提供適合的測試，成績在中上水平，讓他擁有自信，還能夠發現不足，這才是有效的測試，即個性化測試，這需要借助信息化手段的介入才能做到。同時，不同的學生適合不同的知識獲得方式，為學生推送的學習資源也應該是不一樣的，要有滿足學生個性化需求的學習資源。

為了提高學生的學習效率，就要能夠有針對性地為每個學生提供個性化的學習內容，因此工具必須對學習內容進行分類，并對內容難易程度進行劃分，對每個知識點建立掌握程度的需求模板，學生在進行內容學習時，將學習結果寫入相應知識點的需求模板中，每個學習者都有自己個性化的學習檔案，系統可以根據學習者的學習檔案進行有針對性的訓練和測試，保證測試的個性化才能夠診斷出每個學習者的學習狀況和學習程度，并根據學習者的學習程度，進一步給出知識體系梳理的學習內容和個性化提升的學習方案。

4.知識體系梳理工具

學生在整個學習過程中，必須形成一套自己比較成熟的學習方法。學習方法有很多，知識的系統化是最根本、最重要的方法，是各種方法的統帥；其它的學習方法只有在它的統領下才能充分發揮作用。知識的系統化幾乎可以應用到所有的學科，并對提高和穩定學習成績起到關鍵性的作用。以后完成各種工作任務也需要“系統化”的思維方式。 在今后的學習和工作中，可以在知識系統化這一成功實踐的基礎上，舉一反三、活學活用、觸類旁通。因此，在個性化工具設計時就要能夠幫助學生對知識內容的結構、關系等進行梳理，全面理解知識的自身規律。

要幫助學生梳理學科知識解決問題方法體系的個性化的理解，幫助其形成個性化的體系；要幫助學生了解自己的學習程度，哪里會，哪里不會，找出薄弱環節，隨時可以復習。傳統手段做不到，可以借助網絡學習空間，借助信息技術，提供給學生的資源中包含所學內容的相關知識體系，以樹狀目錄形式呈現給學生，其中包含不同版本、不同難度、不同類型的知識點、背景知識、相關聯知識以及典型例題等。知識的梳理既能利用工具自動生成，也可以學生手動尋找，尋找的手段與利用搜索引擎相同，讓學生在做中學，盡可能用探索的方式學習，這才是真正的智慧教育。

以上功能模塊，前兩種工具可以針對單一知識點或某一類知識內容，后兩種工具一般是針對某一教學內容的，也可以是階段性內容。另外，還新增拓展提升工具，通過資源庫的智能推送功能供學生自主選擇，從而拓展學生對知識掌握的深度廣度，提升學生認知水平，如圖2所示。

圖2 工具模塊結構

(四)個性化學習工具應用效果分析

個性化學習工具適用于教師課堂授課、集體備課、學生自學、學生輔助學習等，而不只限制于教師授課用，學生利用個性化學習工具進行學習，加深了對知識的理解，大大提高學習效率。為了驗證工具在學生進行個性化學習中的作用，在實驗校中進行了兩輪實驗，一次在平行班級，一次在實驗班級，學生人數共120人，通過對學生采用調查問卷的形式，針對高中數學個性化學習工具與常規教學對比以及融合教學的效果等多方面的問題設計了測試與評價，統計分析結果如下表所示。

個性化學習工具應用滿意度調查表

通過測試分析，我們可以看到，從不同的側面提出問題，都可以肯定高中數學個性化學習工具的正面效果和對提高教學質量的重大作用：

1.從學科特點的角度來看，在常規教學中對學生來說在常規教學方法下的數學學習過程中所獲得的樂趣絕對遜色于學習物理、化學、生物等學科，數學課更多的感受和體驗可能是抽象、單調、枯燥、繁瑣。但高中數學個性化學習工具軟件在數學教學活動中的介入，明顯地改善了這種狀況，它所彰顯的強大功能和神奇魅力，必將催發出學生強烈的好奇心和求知欲，有利于促進和提升學生學習數學的興趣和激情[10]。

2.從工具軟件的操作流程來看，完全符合教材內容，遵循本節課講授的教學規律，學生在操作過程中，很容易形成學習習慣，提高數形結合能力。工具軟件的屬性欄中按鈕排列從上到下，標簽從左到右，在前一步操作未完成前，后續按鈕無法被激活，在主界面圖示呈現后，屬性欄輔助選項才能繼續操作。

3.從軟件使用情況來看，按鈕簡單且布局合理，方便師生操作，并能使師生迅速掌握本工具軟件的操作方法；數據錄入后圖示區響應快速，師生在使用階段無需等待；軟件計算作圖精確，可以繪制標準的點線區域等圖形圖像，數學形式顯示標準規范；計算功能精確并且人性化，可以根據不同需要進行調整。本工具軟件最大的優勢還在于它是開放的，深入的，師生在應用時，可以隨時調整圖示區任何部分，也可以在按鈕區進行任何操作，隨時修改相關函數的系數、符號等。在不斷修改的過程中，一道問題變成了一類或幾類問題，每一次更改，會加深一次對知識點的理解，每一次變化，都讓學生更加靈活地認識和掌握規律，而且即使操作錯誤還會有幫助提示，軟件會在一定程度上引導學生進行正確的操作[11]。支撐工具融合后對高中數學中繪制圖像方面問題的解決效果尤為明顯。

四、結語

學生的個性化自主探究學習需要有適合的支撐環境，也就是學習資源與工具軟件的深度融合，是否能夠受到師生的歡迎，是否能夠提高教學效率效果，關鍵在于工具軟件的呈現形式、功能操作難易度、軟件的速度與精確度、內容的合理性等，而最重要的一點是能夠有效提高學生學習興趣，提高學生創新思維能力。當前個性化學習方面已初步有了一定的成果，在未來發展過程中，無論從技術層面還是從需求層面看，都要以體現素質教育、創新能力培養為總目標，多元化、智能化、個性化必將成為未來發展的主要方向。

[1]教技[2012]5號文件,教育部關于印發《教育信息化十年發展規劃(2011-2020年)》的通知[Z].

[2]吳華,馬東艷.美國信息技術與數學課程整合的研究與啟示[J].電化教育研究,2008,(4):73-76.

[3]鐘紹春,鐘世軍,王偉,鐘永江.關于深入推進基礎教育信息化的思考[J].中小學信息技術教育,2009,(10):106-110.

[4]王燕玲,李廣倫,張瑞玲.一種交互式關系代數學習工具設計[J].實驗技術與管理,2014,(2):96-99.

[5]簡婕,解月光.試論學習環境及其數字化——一種教學論的視角[J].中國電化教育,2011,(2):14-18.

[6]宗曉芳.構建數學模型追求有效課堂[J].教書育人:教師新概念,2014,(1):59-60.

[7]林育曼.任務驅動法在程序設計課程教學中的問題及對策[J].中國信息技術教育,2010,(18):12-13.

[8]趙昕.從獲得知識到擁有智慧——探究式學習方式的探索與實踐[J].中國數學教育:高中版,2010,(1):30-34.

[9]梁樂明,梁錦明.從資源建設到應用:微課程的現狀與趨勢[J].中國電化教育,2013,(8):71-76.

[10]穆肅,郭鑫.學習工具發展的“風向標”——基于對2012年TOP100學習工具變化趨勢分析[J].現代遠程教育研究,2014,(1):42-48.

[11]Gabriela Trindade Perry. A case study on the design of learning interfaces [J]. Computers amp; Education,2012,(9):722-731.

潘征宇：在讀博士，研究方向為數字化學習環境(mikewolfpzy@sina.com)。

鐘紹春：教授，博士生導師，研究方向為信息技術與學科教學融合、數字化學習環境(sczhong@sina.com)。

鐘永江：教授，碩士生導師，研究方向為數字化教學資源設計與應用(494022934@qq.com)。

張語函：碩士，研究方向為數字化學習環境設計(470104931@qq.com)。

2015年4月10日

責任編輯：趙興龍

Design and Application Research on Personalized Learning Tools

Pan Zhengyu1, Zhong Shaochun2, Zhong Yongjiang1, Zhang Yuhan1
(1.Ideal Information and Technology Institute, Northeast Normal University, Changchun Jilin 130000;2.e-Learning Support Technology Engineering Research Center of Ministry of Education, Changchun Jilin 130000)

Under the perspective of smart education, this article analyzed the essential problems commonly existing in present teaching activities; systematically studied the ways and methods of how to make the students learn actively, individually,and in the inductive approach as far as possible; systematically analyzed learning environment and support tools according to the need of personalized learning in the smart education application; and carried on the design and application research on personalized learning tools.

Smart Education; Personalized Learning; Inquiry Learning Tools

G434

A

1006—9860(2015)06—0086—06