新冠疫情背景下智慧學境建設與探索

楊 潔，許 馨，于洪潔，王益國

（1.中國海洋大學 信息化教學中心；2.中國海洋大學 基礎教學中心，山東 青島 266100）

0 引言

當前，人類社會發展面臨眾多全球性挑戰與危機，特別是席卷全球的新冠疫情，推動著高等教育的教學方式發生前所未有的巨變。新一輪科技革命和產業變革蓬勃興起，推動了高等教育信息化、數字化和智能化進程。《教育信息化2.0 行動計劃》提出要構建網絡化、數字化、智能化、個性化、終身化的教育體系［1］；《關于推進教育新型基礎設施建設構建高質量教育支撐體系的指導意見》強調以技術迭代、軟硬兼備、數據驅動、協同融合、平臺聚力、價值賦能為特征，加快推進教育新基建，促進線上線下教育融合發展，推動教育數字轉型、智能升級、融合創新，支撐教育高質量發展［2］。高校通過推進信息技術與教育的深度融合，轉換教育發展動力結構，促進教育理念重塑、結構重組、流程再造、內容重構和模式重建，形成更加高效、更加公平、更有質量的高等教育教學模式。

疫情防控加速了高等教育數字化轉型，推動著教學模式、評價模式和“以學生為中心”理念落實等方面的變革，共同促進智慧學境建設［3-5］。一是促進教學模式轉變，從傳統的課堂教學轉變為線上線下融合的混合教學，打破了原有以課堂為中心的教學模式，重構虛擬教學空間，建立一種以互聯網為基礎的“泛中心”新型教學模式；二是促進教育評價變革，從傳統課堂評價轉變為過程化精準評價［6］；三是促進“以學生為中心”的教育理念落實［7］。

1 智慧學境建設

智慧教育主張“以學生為中心”，旨在通過信息化技術促進學生個性化發展，作為智慧教育技術支撐的智慧學習環境，也日益受到學者的關注。2012 年，黃榮懷等［8］提出智慧學習環境的概念，隨后不同學者從各自角度提出智慧學習環境構想。黃榮懷等［8］認為，智慧學習環境是一種學習場所或活動空間，其目的是通過感知學習情景、識別學習者特征、提供合適的學習資源與便利的互動工具、自動記錄學習過程和評測學習結果以促進學習者有效學習［8-9］。祝智庭等［10-12］認為，智慧學習環境是以現代教與學的相關理論為指導，以新一代信息技術為支撐，能夠識別學習者特征和學習情境，并可以對學習過程產生新數據或歷史數據以進行科學分析和數據挖掘，靈活生成最佳適配學習任務和活動的新型學習環境。

國外學者基于其國家的教育特征也對智慧學境進行了定義，Spector［13］提出評價學習環境是否“智慧”的指標框架，Koper等［14］將智能學習環境定義為通過數字、內容感知和自適應設備的物理環境，目的是促進更好、更快地學習。Gambo 等［15］探討了教學設計和學習評估過程，提出智能學習環境教學和教育需求模型（SLE-PERM），用于開發和評估自我調節的智能學習環境。

伴隨高校人才培養目標的改變，教育支撐體系也隨之發生改變，未來教育必然是架構在互聯網上的新教育［16］，學習環境將發生重大變化。傳統課堂中的學習多以面對面的知識加工型學習為主，學生的學習進度步調一致，學習路徑同質化和線性化，學習方法單一化，不利于學生個性化學習和創新能力培養［17］。隨著信息技術的發展，出現了數字化學習、移動學習、泛在學習和智慧學習等技術賦能課堂的多種形態。經過多年發展，技術增強的學習環境也由數字化學習環境發展為智慧學境，它是數字化學習的高端形態［8］。智慧學境支撐下的教育教學，能夠實現學生個性化學習，形成以知識聯通學習為主，強調構建規格多型、路徑多樣、評價多元的教學生態環境［18］。

高校智慧學境建設主要分為3 個層次：基礎設施、支撐平臺、融合應用。區別于傳統的智慧學習環境建設，本文主要探討后疫情時代智慧學境在基礎設施、支撐平臺和融合應用3 個層面的拓展與創新，討論信息技術與教育教學融合發展方法，以及智慧學境和教學大數據實踐應用。

Fig.1 Three levels of the construction of smart learning environment圖1 智慧學境建設的3個層次

1.1 基礎設施

基礎設施建設是智慧學境生態系統的基礎，主要分為以下幾個方面：

（1）空間環境建設。多媒體教室、智能研討型教室、錄播教室、直播互動教室、開放式學習空間等多樣化新型學習空間環境承載教與學行為的發生，支持學生進行個性化學習、協作學習、遠程和同步學習。

（2）課堂教學支撐設施建設。傳統多媒體教學設施、師生互動工具、多屏互動工具、投屏工具和直播錄播工具等滿足教師各類教學需求，適配多樣化的教學業務場景，促進師生、生生之間的交流與協作。

（3）數字化資源建設。在線課程、數字化教材、實驗實踐資源、學術報告類資源等數字化資源具有方便、快捷、不受時空限制等特點，是數字化學習的基礎，也是后疫情時代線上線下融合教學的必要條件。

在基礎設施建設方面，學校自2017 年起先后啟動“研討型教室”“沉浸式直播互動教室”“微課錄播教室”“樹下學習空間”“標準化考場改造”和“多媒體設備集中管控”等建設項目，不斷優化學習空間環境、升級改造教學設備、建設新型教學空間和豐富數字化教學資源，打造了開放、多樣、靈活、穩定和易用的智慧學境，對推進教學改革與創新、促進學生全面發展起到關鍵作用。

1.2 支撐平臺

根據“教、學、管、評”等各方面的需求，支撐平臺主要分為以下5個部分：

（1）教學支持軟件平臺。師生互動軟件、多屏互動軟件、投屏軟件、設備集中管控軟件等軟件或系統，極大提高了教室等學習空間的靈活度、實用性和便捷性。

（2）在線教學平臺。突破教學場景的時空界限，實現教學資源云共享，為新冠疫情背景下線上線下混合學習奠定基礎，為全體學生的個性化學習、重復學習和隨時隨地學習提供支持。

（3）課堂管理平臺。有助于教師實時掌握學生的學習進度情況，增加對學生過程化學習效果的評估，促進“以學生為中心”的課堂重構，推動課堂教學模式變革。

（4）學生評教系統。通過該系統獲取學生對教學效果的反饋，為教師提高教育教學能力和改進教學方法提供依據，為教學質量的持續改進提供參考。

（5）教務管理系統。完成教務日常管理工作，提高教務管理工作質量和成效。

在支撐平臺建設方面，學校著力構建了以Bb 在線教學平臺為主體、輔以其他教學工具的多元在線教學模式，先后啟動了“Bb 教學平臺升級”“Mediasite 視頻管理平臺建設”和“ClassIn 直播課堂”等信息化項目。建設完成“麥克斯”學生評教系統，及時獲取學生對教師教學情況的反饋。通過項目實施，不斷革新信息化教學手段，破除時空局限、整合教學資源、實現數據集中管控與分析，為實施后疫情時代的大規模線上教學、線上線下混合教學和跨校區教學提供有力保障。

1.3 融合應用

基礎設施和平臺建設是教育信息化融合應用的軟硬件基礎，共同支撐實現混合式教學、翻轉課堂教學、師生在線交流、大規模學習監控和教育大數據應用等融合應用。智慧學境中的融合應用主要分為以下方面：①實現混合教學和翻轉課堂等新型教學模式，打破傳統課堂中的時空限制，增加授課方式、師生互動和學生學習的自主性和靈活性，有助于培養學生自主學習能力；②學生學習效果監控，教師通過課堂管理工具可以實時評估每一個學生的知識掌握情況，以便教師有針對性地調整授課進度和教學方法；③生成教學大數據，以加快實現精準化教學、個性化學習和科學化管理目標。

在基礎設施和平臺建設融合應用方面，學校建設形成“教學大數據平臺”“學生大數據中心”和“教師大數據中心”，通過建模分析形成學生畫像和教師畫像等，以不斷賦能教育教學、學生管理、學習支持和危機干預等多個環節。

2 教學大數據賦能教育教學

智慧教育的深入發展離不開智慧學境建設和大數據支撐，管理大數據與教學大數據共同成為智慧教育新生態建設的基礎部件，管理大數據有助于高校進行數據治理和科學決策，教學大數據對教育教學改革起到重要作用。教學大數據是綜合運用數理統計、機器學習、數據挖掘、模式識別等技術，在對教學數據進行預處理、探索性分析的基礎上，通過分析模型、預測模型構建，從數據中提取出有價值的信息，以促進教學過程優化與教育變革［19］。

后疫情時代，教學大數據不僅包括校園環境下的教學活動、管理活動、科研活動和校園生活中產生的數據，還包括在網絡環境和虛擬環境中的“教”“學”“考”“評”和“支持服務”數據。教學大數據的核心是通過建模產生學生畫像、教師畫像、課程畫像和專業畫像，如圖2 所示。在“教”的方面，教師可以依托智慧學境根據教學需求對學生的學習狀況進行監測、評價、診斷和干預。在“學”的方面，為學生制定個性化的學習路徑，降低學生的學習門檻，及時作出較為準確的學生學習預警判斷，提高學生學業成功率。在“管”的方面，教學大數據輔助管理者綜合掌握教學與管理綜合狀況，擺脫粗放式、直覺驅動的管理模式，對高校精準管理和科學決策起到重要的支持和調節作用。在“支持服務”方面，學習系統基于學生畫像和學生學習狀態，可以推送適合學生知識掌握水平的個性化學習內容。

Fig.2 Core application of teaching big data圖2 教學大數據的核心應用

教學大數據賦能教育教學全過程，為學校教學管理和決策提供數據支撐和依據，為教學模式改革和教學創新提供客觀及時的反饋，為個性化教學提供數據和平臺基礎［20］。從大數據的視角重新審視教與學，有助于全面關注教師的過程化教學、關注教師的教學成果；有助于全面關注學生的學習全過程、關注學生個性化學習與發展；有助于整合各種數據資源輔助進行高效管理和科學決策；有助于建立分層分類教學評價體系，促進高校實現教學監測常態化、數據管理制度化；有助于更加準確地掌握教學現狀，幫助教師更加針對性地優化教學設計，提高教學質量。

3 智慧學境應用效果

智慧學境支撐實現多維度、多層次的教學狀況分析和展示。通過學生課程數據、課堂成績數據、課堂互動數據、課堂教學反饋數據等，分析課堂教學狀態，實現課堂教學效果量化；基于教師線上教學工作時間、工作內容、課程創建和資源使用等數據，通過構建多因子回歸模型計算影響教學效果的因子權重，實現線上教學效果量化；利用學生評教、督導評教、綜合評教等的評教數據，分析量化教師課上課下的整體教學效果；通過各種教與學數據量化，綜合測評教師教學能力及學生學業情況。

學校通過信息化平臺對2019-2022 年開設的理論課程進行學生學習體驗調查，具體情況如表1所示。

通過數據（見表2）分析發現，在智慧學境支撐下：①93%以上的學生認為，教師采用啟發式、互動性教學的效果較好，教師更加注重培養學生分析和解決問題的能力；②93%以上的學生認為，教師依托教學平臺為課程設置的考核項目具有多樣性（包括如作業、考試、口頭報告、小組學習、課程報告、課程設計等），便于引導學生學習；③92%以上的學生認為，通過不斷優化改革，課程教學方法較好地激發了學生的學習興趣并調動了學生的學習積極性；④91%以上的學生認為，教師通過教學平臺對學生給予及時有效的反饋，幫助學生改進學習的效果較好；⑤91%以上的學生認為，教師通過信息化平臺分享給學生教材以外的學習資源更多，對學生學習更加有效。

Table 1 Scope of study experience survey表1 學習體驗調查范圍

Table 2 Survey results of students' learning experience 2019-2022表2 2019-2022年學生學習體驗調查結果（%）

Fig.3 Survey results of students' learning experience 2019-2022圖3 2019 -2022年學生學習體驗調查結果

智慧學境支撐高校精準評價、科學決策。教學大數據不只是數據的簡單統計和可視化呈現，更重要的是為決策和分析提供支撐。教學大數據是基礎，教育教學理論與方法是依據，機器學習、數據挖掘等技術是手段，共同促進“教學質量保障與持續改進”的科學決策。通過不斷優化以教學大數據為基礎的各類畫像和模型，可以實時有針對性地改進和提升教學。同樣，依托教學大數據和模型，高校管理部門更加“決策有據”。智慧學境應用的最終目標是：指導學生進行更精益的“學”；輔助教師進行更精準的“教”；輔助決策管理部門更科學的“管”。

4 未來展望

疫情是危機也是契機，改變了教育教學和組織管理生態，促進產生了一個線上線下聯動的大學。疫情防控的特殊要求，不斷打破傳統課堂教學的“穩態”，通過與新理論、新技術和新方法的融合形成“新常態”。新冠疫情背景下智慧學境建設，不僅僅面臨硬件、技術和管理層面上的挑戰，還面臨著觀念與理論、制度與治理、生存與競爭、安全與隱私等方面的重大變革。