教育現代化中教師教學經驗建模及獲取方法研究

［摘 要］ 隨著信息技術的發展，網絡教學、MOOCs等輔助教學手段迅速改變著傳統教學模式，對教師角色和教學經驗的傳承提出了新的挑戰。針對計算機、網絡等輔助教學環境中教師教學經驗的建模及獲取方法進行了研究，分析了教師教學經驗的概念和內涵，運用網絡模型進行了建模，論述了系統的構成及工作機理，提出包含教師備課、學生應用、課堂教學、報表生成及分析、智能數據分析等核心模塊的教學經驗獲取系統，可以對教師教學經驗進行獲取、儲存、挖掘和應用，提升網絡和計算機輔助教學的智能程度。

［關鍵詞］ 教學經驗；學科教學知識；機器教學；網絡教學

［中圖分類號］ G640 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2025）05-0021-04

一、背景與意義

隨著信息技術和相關產品的發展，網絡教學、MOOCs等網絡和計算機輔助教學手段（本文統稱此類教學手段為“機器教學”）逐漸流行，使得傳統的教學過程發生了深刻變化。機器教學以一種標準化的形式簡化了本來復雜而微妙的教學過程，教師在此類教學過程中的職能發生了巨大轉變，教師的角色不斷被淡化，作用不斷被降低。當前的機器教學不具備教師豐富的教學經驗，教師的地位被先進設備和技術所替代的同時，教師豐富的教學經驗也無用武之地。學科教學知識是針對特定學科內容的教學知識，其核心是學科知識的轉化。具體而言，這種轉化發生在教師解釋學科知識，尋求多種途徑來表達它，對教學材料進行剪裁、調整、概念轉換等的加工活動中，從而使其與學生的已有知識建立連接，幫助學生掌握學科知識。

如果能夠把教師的教學經驗以恰當的方式提取并與先進的教學手段相結合，讓機器教學更加智能化，對于提升機器教學的效率和效果必定是意義重大的，甚至有可能帶來機器教學的整體“革命”。正是基于此認識，本文研究了適合于機器教學方法的教師教學經驗的建模和獲取方法，并探討了其在機器教學中的應用。

二、文獻回顧

機器教學有利于學生學習效率的提高，可以改善學生的協作學習、影響學生的情緒、改善學生的學習態度、提高教學評估和反饋效果、增強學生學習動機，以及利用更多的教學資源。在機器教學飛速發展的過程中教師的作用不斷弱化，給了人以機器將取代教師完成教學工作的錯覺。盡管教師和機器之間的分工隨著機器教學的發展將不斷深化，但機器實現教學經驗的積累是它智能化的必經之路。大數據技術的發展，允許高校設計新的教學方法和策略來規避傳統機器教學千篇一律的教學方式。目前，教學系統中已開始重視該方面的研究，教學系統的適應機制就是實現教學經驗積累的一種嘗試。

Rani［1］提出一個基于Felder-Silverman學習模型的自適應學習系統，該機器教學系統可以實時監控學生的學習方式，并不斷根據學習的展開對其學習模式進行調整，經過驗證其與網絡教學環境集成的效果良好。

教學是教師與學生之間的互動過程，是通過教師的教和學生的學而進行的人才培養活動。教學是一個復雜的非結構化的過程，要求教師在不同的案例和情境中能靈活運用復雜的知識，無論是由教師還是學生主導的教學過程都極大地受到教師教學經驗的影響。精通某一學科知識并不代表能夠成為一名優秀的教師，某些擁有深厚學科知識的教師，在教學中卻難以順利地引導學生開展相關學科知識的探究，原因之一是缺乏相應的教學經驗。

三、教師教學經驗的建模

（一）教學經驗的內涵

教學經驗是教師有效率和有效果地完成教學活動的知識和技能，包括學科知識、教學知識、情境知識等顯性和隱性知識以及對這些知識熟練運用的能力。所謂經驗，其實強調了這些知識和技能是由實踐得來的，經過了實踐的檢驗。教師的教學經驗是一個多維度的知識能力體系，包括對學生的把握、對學科知識的把握、對教學過程的把握等，教學經驗的體現在于這些方面的綜合運用。每一個維度能力的掌握都有其自身的難度。

首先，教學經驗是對學科知識的深刻領悟。學科知識是教師在教學過程中教的內容以及通過所教內容和教學的過程逐步培養起學生對一個學科知識的運用能力并建立起相應信念的知識。任何學科的知識都是立體的、豐富的，不可能把這門學科的所有知識都納入教學大綱中去。教師往往會有效地從該學科的概念、定義、原理和法則體系入手，不斷為學生建立起該學科的基本結構。教師對學科知識的掌握程度決定了其會選擇何種方式將龐大的知識結構進行分解，又以何種方式讓學生理解分解后的知識模塊，以及用何種方式幫助學生逐步建立起該學科的知識結構。同時，這也決定了教師能否幫助學生建立起這門學科與其他知識之間的聯系，能否有效地利用學科知識解決問題。

其次，教學經驗涵蓋了豐富的學科教學知識。教師豐富的教學經驗不僅涉及對所傳授知識的深刻把握，還涉及知識轉移過程所涉及各種因素的無法言傳的知識。教學的核心是知識的轉移，具有豐富經驗的教師經常能夠將無論多么復雜的知識高效率地轉化為學生能容易領會的知識。復雜知識的轉化過程是一個信息傳遞過程，由于信息通道的限制，需要將復雜的知識轉化為學生可以理解的知識點，這些知識點連貫而成為知識流。學生持續地接收信息流，經過加工在頭腦中建立起結構化的知識。理論上無論多么宏大的知識體系，都可以進行轉移和構建，但只有通過一定的途徑才能夠實現教學目的。書山有路，不僅是“勤”，還有正確的方式和方法。能力的培養也同樣可以借鑒這個思想。

最后，教學經驗是學科教學知識的成功運用與積累。學科教學知識不僅是教師頭腦中的知識，還是這些知識的成功運用與積累。教學經驗來源于教師的教學實踐活動，在教學實踐中學科教學知識得到應用和檢驗，并升華為教師的教學能力。教學經驗具有教師個性化的色彩，同時又是可以在教師之間傳播和相互借鑒的寶貴財富。

（二）教學經驗的描述模型

通過對教學經驗內涵的分析，筆者認識到教學經驗是建立在對教學情景、所傳授知識、教師、學生深刻把握的基礎之上的高效化的教學策略的知識。教學經驗可以描述為教學經驗所涉及各要素之間的一個網絡，如圖1所示。

教學經驗概念模型中，各個節點表示教學活動中可能涉及的因素，例如，教學過程中會涉及學生因素、教師因素、教學目標、教學內容、教學材料、教學方法等因素。節點之間的聯系可以用節點之間的連線或箭頭表示，例如，教學目標和教學內容之間有箭頭連接，表示教學內容是受到教學目標影響的。有些節點是沒有箭頭指向它的，如學生特點，它們表示教學的基本因素。在特定情況下，這些節點的條件是既定的事實，同時這些節點在另一個更為宏大的網絡中可能是受到其他節點影響的。更多的節點是有箭頭指向它的，表示它受到那些節點的影響。節點之間的聯系（箭頭）可以被賦予一定的數值，表示影響強度，或關聯強度，例如可以用一般意義上的權重測度，也可以用概率測度來表示節點之間的聯系。節點之間的聯系可以通過貝葉斯網絡等方法進行機器學習獲得。

教學經驗模型中的每一個節點都可以進一步細化，例如，學生特點可以細化為學生的認知特點、學生已有知識、學生學習態度、學生情緒狀態等。教學目標可按Bloom［2］的教育目的分類框架細分為7個目標等。教學材料可以按照多個維度進行標記，例如，材料類型（視頻、音頻、圖片、文字、實物等）、材料的內容（生活場景、抽象場景、社會場景、生產場景）、材料的時間長度等。

教學經驗模型中，教學內容、教學方法、教學材料、教學活動之間的組合常常被稱為教學設計。教學活動四個要素構成一個四面體結構，由教學目標、學生特點、教學情境等因素決定。教學活動可以看成教學設計另外三個要素在時間軸上的展開，從而形成一系列的教學事件流［3］。

無論知識的結構如何復雜，具體知識內容在學習的過程中都是在時間線上線性展開的。以“管理學”的教學為例，管理學的各個職能的內容之間聯系很復雜，但就每個職能的某個知識點的學習是以線性的方式進行的，即立體的知識在時間軸上進行線性呈現。不同知識點的轉換在數學上描述為一個狀態轉移矩陣，知識點構成了矩陣的行和列，節點之間的轉移概率構成了矩陣的要素。不同的教師經驗會形成不同的狀態轉移矩陣。例如，數理類課程知識點之間有著比較強的邏輯關系，因此狀態轉移矩陣表現為對角陣，其他位置上的轉移概率接近零；而對于一些知識點之間邏輯關系不是遞推關系的課程，矩陣可能是一個稠密矩陣。

四、教學經驗獲取系統的實現

如何通過計算機及信息系統來獲得并保存課堂教學經驗？為解決這個問題，將教師教學活動解構為一個教師進行教學設計并根據教學情況反饋調整的過程。教學經驗獲取系統的任務是記錄這個過程各環節的數據，按照第3節討論的方法對教學經驗進行建模并在教學過程中加以應用。教學經驗獲取系統的構架包括以下核心模塊：教師備課模塊、學生應用模塊、課堂教學模塊、報表生成及分析模塊、智能數據分析模塊等。

教師備課模塊包括教學材料的上傳、保存、修改等資料庫建設功能（類似于網盤）。上課組織系統可以規劃教學內容的時間、內容、提問問題、提問方式、所采用的教學材料等，教師可以在時間線上將上課希望用到的材料進行排列，并支持在教學活動中實時調整。該模塊可以支持并記錄教師的備課活動，是其教學經驗的重要體現。這個系統智能化地將教學和學習過程結合到了一起。通過這個系統可以記錄舒爾曼提出的優秀教師的7個方面的學科教學知識。

學生應用模塊在機器教學相關研究中討論已經比較多了，包括課件下載、討論區、課后作業、筆記、小組作業等功能。這個模塊的各個子模塊在為學生學習提供方便的同時，也收集學生的學習信息。這個模塊可以通過學生學習行為獲得學生的知識掌握情況、學習行為、學習習慣、認知特點以及影響學生學習效果和效率的課堂外因素［4］。

課堂教學模塊包括課堂教學管理（點名、報到、心情反饋系統等），課堂教學組織（分組系統、小組管理、案例討論組），課堂教學實施（課件展示、視頻、音頻展示、動畫演示、課堂提問），課堂反饋系統（學生答題、即時反饋）等。該模塊可以支持并記錄教師課堂教學活動，包括多種教學法的教學活動，支持和記錄學生上課學習、記錄筆記、回答問題以及對教師授課內容和授課方式的實時反饋，同時也支持和記錄教師課堂管理行為。這個模塊通過線上和線下兩個渠道的結合，一方面提供學生課堂學習狀況的反饋，例如，學生課堂學習行為、學習能力、知識掌握情況以及學生學習動機和偏好方面的信息；另一方面也對教師教學過程進行反饋，對教和學的互動過程的信息進行反饋。課堂教學過程是教師教學經驗的重要方面。

報表生成及分析模塊和智能數據分析模塊，包括系統變量的常用報表生成及統計分析和大數據機器學習功能。為教師提供其熟悉的反饋方式，并拓展教師總結教學經驗的能力（大數據分析結果）。這個系統是一個正反饋的系統，隨著使用的增加，知識庫也在增加，系統各項功能的運行將更加科學和高效。經驗的總結與演進與各種反饋與學生學習效果評價相聯系。教學活動中或結束后獲得這些信息，從而使材料安排和過程安排得到優化，迭代次數和速度與上課的頻率正相關。

結語

分析了教師教學經驗的概念和內涵。教學經驗是教師有效率和有效果地完成教學活動的知識和技能，包括學科知識、教學知識、情境知識等顯性和隱性知識以及對這些知識熟練運用的能力。這些知識和技能是由實踐得來的，起源于教師對教學的反思，經過了實踐的檢驗，從而形成了教師教學經驗。通過對教師教學經驗形成過程的解構，對（機器）教學過程中的主要環節進行建模，發揮機器的使能和放大作用，將機器教學與教師教學經驗積累有機集合起來，從而讓機器教學系統逐漸積累教師的教學經驗。論述了獲取和積累教師教學經驗的系統的構成及工作機理。該方法和系統可以將教師教學經驗進行獲取、儲存、挖掘和應用，提升網絡和計算機輔助教學的智能程度。通過在機器教學過程中充分發揮各主體的主觀能動性，讓網絡和計算機輔助教學工具擁有智能。

參考文獻

［1］RANI M，NAYAK R，VYAS O P .An ontology-based adaptive personalized e-learning system， assisted by software agents on cloud storage［J］. Knowledge-Based Systems，2015（90）：33-48.

［2］SPEER， NATASHA M ，WAGNER，et al.An evaluation of e-learning on the basis of Bloom’s taxonomy： An exploratory study［J］. Journal of Education for Business，2009，84（6）：374-380.

［3］陳向明.對教師實踐性知識構成要素的探討［J］.教育研究，2009，30（10）：66-73.

［4］張小菊，王祖浩.學科教學知識的結構化—敘事表征：內容表征—教學經驗模型［J］.外國教育研究，2014，41（3）：50-57，128.

On the Modeling and Acquisition Methods of Teacher’s Teaching Experience in Computer Aided Teaching

LIU-Jun

（School of Continuing Education， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 610031， China）

Abstract： With the development of information technology， web-based teaching， MOOCs and other auxiliary teaching methods are rapidly changing the traditional teaching mode， which poses new challenges to the inheritance of teachers’ roles and teaching experience. In this paper， the modeling and acquisition methods of teachers’ teaching experience in computer and network assisted teaching environment are studied. This paper analyzes the concept and connotation of teachers’ teaching experience， uses network model to build a model， discusses the composition and working mechanism of the system， and puts forward a teaching experience acquisition system which includes the core modules of teachers’ lesson preparation， students’ application， classroom teaching， report generation and analysis， intelligent data analysis and so on. The method and system can acquire， store， excavate and apply teachers’ teaching experience， and improve the intelligence degree of network and computer aided teaching.

Key words： teaching experience; pedagogical content knowledge; machine-based teaching; online teaching

［作者簡介］ 劉 俊（1980—），男，四川瀘州人，碩士，西南交通大學繼續教育學院助理研究員，主要從事教育信息化、在線教育研究。