构建线上课堂智慧型应用模式的思考

    刘申君 贡益明 陆建荣

    

    

    摘 要：本文针对当前高职校线上课堂教学存在着的许多不足，提出了一种线上智慧课堂的系统构建方案：即采用线上课堂聚合型应用模式，它是通过校企合作的方式，利用线上教学资源进行定向授课;依托5G等高速高带宽网络、以及VR/AR等感传系统实现学生沉浸式线上学习;利用数据中心，收集课堂的大数据信息生成学生画像;并引入推荐算法，实现授课反思内容或学生弱项提升的精准推送。本文还阐述了高职校在构建线上课堂智慧型应用模式中的推进策略。

    关键词：线上智慧课堂;聚合型应用;学生画像;推荐算法

    中图分类号：G511 文献标识码：A

    2018年4月，教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，提出建设“适应5G网络技术发展，服务全时域、全空域、全受众的智慧学习”，建成“互聯网+教育大平台”;[1]2019年1月，教育部发布《关于加强网络学习空间建设与应用的指导意见》，提出要加快推进人人皆学、处处能学、时时可学的学习型社会建设;同年6月，工信部正式下发5G商用牌照，标志着我国正式进入5G商用时代。

    据相关机构统计预测，2020年3月我国在线教育用户较2018年年底增长了110.2%，用户规模达到4.23亿，2020年我国在线教育市场规模将达4538亿元。[2]同年5月份全国高校约1775万人，合计23亿人次参与了在线学习实践。[3]然而，在高职校线上教学实践中，还存在着许多不尽如人意的地方，只有尽快找到解决方案，才能实现教育部提出的“智慧学习”目标。

    一、职校线上教学存在的问题

    （一）线上教学资源短缺

    当前高职校线上授课的教学资源或来自于互联网企业开发的专业资源，或由学校教师自行制作的课件。然而，企业开发的资源普适性的多，特色性的少，这是因为各院校的专业并非完全相同，很多普适性的课程无法满足不同高职校师生的不同需求;而教师自己制作的线上教学资源数量偏少的原因是，大多数教师缺少线上课件开发的专业技术，且线上教学资源是一个长期积累的过程，短期内难以完成;[4]此外，现有的线上课堂大多是将线下课堂转换成线上授课的形式，而线下课堂的教学内容并不完全适用线上授课场景。因此，缺乏优秀的、对口的教学资源产品，已经成为影响在线教学质量的一个瓶颈。

    （二）线上教学场景受限

    线上教学场景包括网络场景和教学场景。网络场景受限于运营商的覆盖范围，目前还存在着网络覆盖不佳的区域，影响线上教学应用的正常接入;教学场景受限是指当前线上教学适合理论课的讲授，而高职校比较关注的实操实训课基本无法在当前线上教学条件下实现。

    （三）线上课堂互动不足管理松散

    当前的线上教学应用基本是将教师端信息单向传输至学生端，而学生端收集和上传的信息较少，教师无法根据学生的实时学习状态而动态调整自己的授课侧重点;即使部分应用支持师生双向视频传输，但视频分辨率压缩率高，且授课老师也很难在同一时刻观察到分散的学生上课期间的微表情;另现有线上教学应用的即时沟通和考勤功能较薄弱，基本无法实时识别学生挂机的情况，教师只能通过随机签到或借助其他应用进行考勤，为此还常常影响到教师正常的教学效率。

    二、构建线上课堂智慧型应用模式的构想

    针对上述问题，我们提出一种侧重于高职校线上课堂智慧型应用的建设构想，即采取“C/S”客户端+云服务数据中心的架构。其中客户端具备线上授课、课堂管理、信息收集、智能识别、定向推送等聚合型线上课堂应用，具备傻瓜式操作模式，可收集授课期间的相关视频信息;依托于5G高速高带宽网络，支持实操实训仿真课程的大数据量实时传输;云服务数据中心是存储专业课程资源库，存储全量数据结合算力分析，智能生成可视化的学生画像及学习档案，利用推荐算法定向推送给相关师生，实现授课学习—短板推送—定向解决的闭环流程。线上课堂智慧型应用模式基本组成为：授课端—服务器/数据中心—学习端，（图1）其各自实现的功能分别是：

    图1 线上课堂智慧型应用模式基本组成

    （1）授课端：为线上教师授课使用的客户端，主要功能包含高清视频传输、授课视频信息收集、图形化操作界面、智能语音操控、可视化授课档案等。

    （2）学习端：为线上课堂学生学习使用的客户端，主要功能包含高清视频传输、实操仿真交互、课时信息采集、课堂出勤记录等。实操仿真交互可由AR/VR、感传系统实现;课时信息采集、出勤记录可由智慧摄像仪完成，该智慧摄像仪具有人脸识别、眼球跟踪、微表情捕捉，高清视频采集等功能。人脸识别和眼球跟踪可作为考勤记录，可以智慧识别上课时学生是否是本人在认真听讲。

    （3）功能服务器：为线上智慧课堂提供信息存储工具，主要功能包含存储线上资源库、存储客户端采集的大数据信息等。需具备高容量，高运力，高稳定性，高安全性，低延迟等特点。可安置在学校机房或者租用运营商服务器。

    图2 仿真操作失误判断流程

    （4）云数据中心：为线上课堂的大脑，主要功能包含大数据分析、智能生成学习档案等。如学生在进行某实操环节操作失误，数据中心结合学习端收集的该知识点讲解时段，该生是否认真听讲;或是该实操环节有较多学生均犯类似的操作失误，进而判断该问题是否为单个学生未认真听讲导致，或是授课教师在该知识点未讲解清楚生成相关建议文档定向推送给相关师生（图2）。引入推荐算法，为某实操环节操作不规范的同学推送在此环节完成较好的同学视频和，用以加强自学，供其查缺补漏，闭环改进。

    三、构建线上课堂智慧型应用模式的推进策略

    通过“C/S”客户端+云服务数据中心的架构，为高职校智慧课堂提供了一种线上课堂的应用模式，这种模式体现了高职教育的特点，着重培养学生的动手能力和操作规范，克服目前只能理论传授、无法进行线上仿真操作的不足。然而，要实现本文提出构想，还需要采取以下推进策略与准备：

    （1）学校层面：首先，高职校要加强软硬件基础建设，结合教育部建设“互联网+教育”大平台的要求，加强和完善功能服务器的建设，做好教学信息化资料的大数据收集与存储;其次，高职校要主动与企业联合制定专业对口的线上仿真课件，线上仿真课件需要三大模块：①实训设备虚拟。②操作环境虚拟。③实训操作虚拟。这些模块的部分内容可能企业本身就有相关资源，高职校可以通过校企合作直接进行二次开发。

    （2）教师层面：高职校教师需做到角色转变：线上课堂智慧型应用模式对教师提出了更高要求，不仅要扎实地掌握相关专业知识，还要深入理解和掌握信息化技术。对一些实训经验丰富但对线上操作不熟练的老教师，需要推广“主讲+辅导”双师型教学课堂。

    （3）学生层面：学生适应新的学习方式，原来的线下书本学习转变成电脑终端等线上网络教学，课堂氛围比以前更加自由，时间更灵活。这可能无形中影响学生的学习态度和学习效果。因此，学生及时转变心态，培养自主、独立和交互交流学习能力，才能适应新的学习方式，跟上教学进度。

    （4）市场层面：外设成本方面：当前的AR/VR、智能摄像机、感传系统外设的成本还较高，需降低成本才能普及使用。网络质量方面：当前的5G网络未做到连续覆盖，另网络容量要充分冗余，避免上课时段出现拥塞导致卡顿，后续也可能使用卫星互联网进行数据传输。

    （5）后续运营层面：5G运营商在高校教育信息化应用方面给予一定的补贴和支撑，不让高校的信息化维护的成本成为负担。

    参考文献：

    [1]教育信息化2.0行动计划.中华人民共和国教育部2018.教技[2018]6号文件.

    [2]边大成.2020年国内在线教育发展现状、趋势及建议[J].中国计算机报，2020-8，第014版.

    [3]湛新星.浅析后疫情时期高校线上教育的发展[J].科技视界，2020（23）：1-3.

    [4]徐春桥.“5G+智慧教育”在高职院校线上教学中的应用初探[J].科技风，2020（20）：54.