面向开放教育的云端学习环境及应用
□ 吴凡 韩后 代毅
【摘要】
学习环境研究一直是开放教育的重大命题。随着我国开放教育的不断发展，已有的在线学习环境已经不能满足学习者的需求，特别是在交互性与课程管理等方面亟待改善。本文结合开放大学的应用需求和云计算与移动互联网等新一代信息技术对构建新型教学模式带来的机遇，提出从学习活动管理、课程管理、学习内容管理和个人学习空间等方面设计云端综合的学习环境，并在珠海广播电视大学开展课程教学应用实践，结果表明：新型云端学习环境在创新开放教育教学模式、满足学习者个性化需求等方面成效显著。
【关键词】 开放教育；云端学习环境；学习管理；学习内容管理；个人学习空间
【中图分类号】 G434 【文献标识码】 B 【文章编号】1009—458ｘ（2016）04—0045—07
一、问题提出
开放教育较之全日制普通教育，其参与群体无论在年龄、职业还是学习能力、时间和需求等方面都更为复杂、多样。开放教育强调学习时间、地点、方式和资源等的开放[1]，这些特点决定了开放教育适合将信息技术作为支撑手段。追溯广播电视大学（简称“电大”）的发展历程，其每一次革新都与现代信息技术的推动作用密不可分。从电大成立之初以广播和电视为媒介传播教学内容，到2000年起搭建远程教育平台实施开放教育新模式，再到2003年启动网络教育精品课程建设，电大的学习环境（尤其是“在线学习环境”）发生了重大变化，为教师和学习者带来了不受时空限制的资源共享方式和快速便捷的信息获取途径。然而，传统的开放教育在线学习环境较多关注内容传送，对互动和学习管理关注不够[2]，无法满足开放教育学习者多样化的学习需求。
（一）缺乏高度的互动与协作
信息技术的广泛应用为教育教学带来了许多方面的变革。有学者从内容传递方式和互动性两个维度进行了分析（如图1所示）[3]。电大开放教育课程实践采取“面授辅导与网上学习相结合”的教学模式，其网上学习以“网络学院”为载体，互动性处于“低到中等互动”水平，并存在以下问题：一、教学内容缺乏交互性。各类网络课程的教学资源以文本、大视频和流媒体为主，内容本身缺乏交互性[4]。尽管此类学习资源支持学习者自定步调学习，但是在学习过程中由于缺乏及时、有效的反馈，学习质量难以保证。二、基层电大学习者与教师以及学习者之间的网上交互层次较浅。大多数在线学习平台提供了网络论坛和留言板等互动模块，然而，由于互动主题不明确，学习者与教师和其他学习者之间多次回答的帖子数量较少，并没有真正发挥互动模块的作用。
（二）缺乏有效的网络学习管理
“学生为主体、教师为主导”和“以学生为中心”是教育教学实践需要遵循的基本原则[5]。开放教育在线学习环境充分发挥了学生的主体作用，却在一定程度上忽略了教师的主导作用，具体表现在以下三个方面：一、在课程管理方面，不支持教师设定课程内容序列。网络课程按照单一的线性顺序组织教学资源，同一课程不同章节或同一章节不同知识点的教学资源之间的关系未被定义与利用，学习者完全自主地学习每一个教学资源，容易造成学习偏航。二、在线学习活动组织与管理功能较弱。教师和学习者通常使用QQ进行实时交流，但交流过程难以记录，不便于学习者复习回顾。三、忽略了对学习者自主学习过程的有效监控。我国现有的开放课程系统并没有对学习者学习过程与效果进行有效监控，教学管理部门与教师尚未能利用学习过程中的数据做出有效的决策[6]。研究表明：进行学习者学习效果评价和学习行为跟踪，对网络学习管理具有重要作用，有助于学习者客观、正确地评估自己的学习情况[7]。
图1 技术背景下教与学发展趋势
云计算、大数据和移动互联网等新一代信息技术的发展及其在教育中的应用为解决上述问题带来了新的机遇。从 2012 年起，大规模开放在线课程（MOOC）作为一种新的开放教育资源模式受到全世界的瞩目[8]，MOOC以“短视频+交互式练习”为基本教学单元组织学习内容[9]，能够为学习者提供即时反馈与多元化互动交流方式，并追踪学习者学习过程数据，鼓励和引导学习者更加积极地学习与思考。这些特征为新一代信息技术背景下云端学习环境的设计注入了新的活力。
利用新一代信息技术构建以学习管理与互动为核心的开放教育云端学习环境，基于云计算技术提供的动态、可伸缩、虚拟化的计算资源，有效地支持大规模用户访问教育资源与服务；借助移动网络通信技术，通过PC、PAD、手机等各种移动终端为学习者提供随时、随地、随需的学习体验，满足开放教育学习者碎片化学习的需求。
二、云端学习环境分析与设计
（一）构成要素分析
从教育应用角度分析，云端学习环境的设计必须同时考虑教育信息管理、学习管理与学习内容管理等教育服务以及学习内容制作工具等内容（如图 2所示）。其中，教育信息管理服务主要用于维护用户信息和教育教学相关信息（包括用户组织结构管理、用户注册和审核、用户角色设置等），从而为各类应用系统提供教学业务中所需的相关信息。
图2 云端学习环境构成要素
学习管理服务提供两类应用：一是学习活动管理，包括网上学习活动的组织和开展、参与学习活动的学习者登记和考勤、活动过程的记录等。常见的网上学习活动包括直播课堂、在线答疑、在线项目学习等，具体内容将在“核心功能与服务”部分予以说明。二是课程管理，包括课程目录和课程材料的管理以及学习序列的安排等。有研究者认为，网络教育需要通过运用教学资源定义结构化（知识内容体系本身的关系）课程和特定的学习路径（某种教学策略、教学活动和内容活动序列）以引导学习者[10]。开放教育在线学习环境支持学习者基于适应性学习路径完成自主学习过程，避免学习活动发生偏离或迷失方向。此外，学习监控是学习管理服务必不可少的一部分。在云端学习环境中，学习监控应该有效融入学习活动和课程管理中，为用户提供学习进度跟踪、作业与测评、数据分析和报表生成等。
学习内容管理服务以数字化学习对象 LO（Learning Object）为基本单元，创建、存储和管理个性化学习内容。LO是构成一门学习课程的可重用的组件，通常为文本文档、图片、PowerPoint文档、视频或符合SCORM规范的课件和试题等。学习内容管理系统的各种学习对象可以打包成符合AICC或SCORM标准的学习资源，然后添加到学习管理系统中，支持教与学的顺利开展。“共建、共享”是资源建设与应用的基本原则。学习内容管理服务支持教师共享个人创作的学习内容并设置共享范围，有助于实现教师之间和兄弟院校之间的资源共享。
图3 云端学习环境体系结构
学习内容质量的高低对开放教育学习者的学习效果具有重要影响。优质学习内容的建设有赖于教师对教学资源和教学活动的一体化设计和能够实现教师设计思想的制作工具。学习内容制作工具的选择需要考虑以下三点：一是能够支持交互性内容的制作（例如增加交互式练习、设置反馈策略等），为学习者提供精确的反馈，促进学习者对深层次概念的理解[11]。二是所制作的内容遵循AICC/SCORM等资源建设标准，能够被学习内容管理系统解析，即学习内容管理系统能够识别学习内容中的交互类型（例如测试题目类型），进而实现对学习者学习进度的追踪和学习情况的统计。三是所制作的内容能够跨终端发布，支持Wins、Android、iOS等不同终端。基于以上考虑，本文选择Adobe Presenter和Adobe Captivate作为学习内容制作工具。
（二）核心功能与服务
基于对开放教育学习环境构成要素的深入分析，提出如图3所示的云端学习环境体系结构。用户通过两种方式接入该环境：通过PC机浏览器访问开放教育门户网站进入各类服务系统，或者通过移动终端APP应用接入系统。下面从学习活动管理、课程管理、学习内容管理与制作以及个人学习空间四个部分描述云端学习环境的核心功能与服务。除学习内容制作工具安装在终端之外，其他服务均部署在云端。
1.学习活动管理
基于大规模流媒体交互服务的虚拟课堂提供的音频和视频解决方案为开放教育教学应用提供支撑。虚拟课堂提供丰富的在线交互功能，包括实时视频、文档共享、桌面共享、电子白板、文字讨论、私聊与交互、分组合作、投票等，满足直播课堂、讨论答疑、在线项目学习等情境下各种可能的交互需求。其中，直播课堂适用于以主讲教师讲授为主的远程、实时、在线课堂，所有注册学习者均可观看；在线项目学习以人与人之间的交互讨论为主，为已登记的学习者提供服务。
基于学习活动管理功能，教师能够有效地组织和开展远程在线教学活动，远程学习者可以在职在岗参加教学活动。通过终端设备（PAD、PC等）与其他学习者参与实时视频音频交互；教师可以录制上课内容，将课程URL分享给有权限的学习者点播；课前教师以邮件等方式提前通知每位学习者，保证学习者能够准时上课。
2.课程管理
课程管理实现在线课程的组织与管理，包括在线课程定义、在线学习资源添加、学习者登记、学习过程追踪与管理（含学习互动过程记录、学习互动结果记录以及学习成绩统计等）。根据可关联的资源数量，在线课程又可以细分为课程与课程表两类。
（1）课程
课程必须关联并且只能关联一个教学资源，教学资源来源于学习内容管理系统。从学习者自主学习角度分析，在课程开始与结束期间已登记的学习者可以访问课程并进行学习，系统根据教师制作学习内容时预置的反馈策略为学习者提供教学反馈，学习结束后系统为学习者提供课程学习报告。学习过程中，学习者可以随时退出课程，再次进入时能够继续学习。从教师教学与管理的角度分析，系统自动追踪学习者的课程学习进度，包括通过人数、未通过人数、正在进行人数以及未开始人数等。当所关联的教学资源包含测试题目时，系统能够依据答案和题目统计所有学习者的测试作答情况，以“计算机应用基础——Excel知识考查”课程为例，图4和图5呈现了学习者在测试中的作答情况。
图4 测试作答情况（依照答案分析）
图5 测试作答情况（依照题目分析）
（2）课程表
与课程相比较，课程表可以包含多个教学资源、课程以及学习活动。教师可以设置必修内容、选修内容以及后续内容与先修内容的关系，学习者可以根据学习内容的先后顺序进行学习。由于每个学习者对不同学习内容的学习情况不同，系统为学习者推送的后续学习内容也有所差异，学习者在学习过程中能够逐步形成个性化的学习路径。
学习路径由一系列有序的节点构成，每个节点对应一个学习内容，每个学习内容包含三类状态，分别是“设定状态”“学习状态”和“操作状态”，每类状态的属性值如表1所示。
以“计算机应用基础——表格处理”课程表为例，图6为教师端学习路径的设置页面，呈现了与表格处理相关的学习内容的“设定状态值”；图7为学生端学习任务界面，呈现了学习内容的“学习状态值”与“操作状态值”。该课程表中第一项学习内容为选修，后面五项学习内容均为必修；学习者在学习第二项、第三项、第四项以及第六项学习内容之前必须先学习第一项学习内容。因此，在第一项学习内容未完成之前，后面四项学习内容都处于“已锁定”状态。当学习者完成此内容的学习后，其学习状态值为“已通过”，操作状态值为“复习”，后面四项学习内容由“已锁定”转变为“打开”；尽管第五项学习内容也设置了入门项目，但由于设定状态为“建议”（即选修），在完成第一项学习内容之前学习者可以“打开”第五项学习内容，进行测试。
图6 教师端学习路径的设置案例
基于教师设置的学习路径，不同学习者可以依据各自工作时间和状态自定步调进行学习，系统自动记录学习者的学习过程、学习状态以及取得的学习效果等。这一模式既方便了教师对课程的管理，也能满足开放教育学习者自主学习与碎片化学习的需求。
图7 学生端学习任务界面
学习内容管理系统为学习管理中课程管理提供内容服务，优质学习内容的制作是关键。结合学习内容的交互性、标准化以及跨终端发布的需求，选择Adobe Presenter与Adobe Captivate作为学习内容制作工具。其中，Presenter具有录音、录屏、摄像头捕获、测试题的编辑与管理以及多媒体动画嵌入等功能。作为PPT插件，Presenter支持将设置了交互式动画和试题的PPT发布为可在线播放的网页或符合SCORM/AICC规范的Zip压缩文件，该压缩文件能够上传到学习内容管理系统，并被学习内容管理系统解析，从而支持教师在课程管理中使用。
在Presenter中与测试相关的概念包括测试集（quiz）、问题组（question group）与问题（ques⁃tion），三者的关系如图8中的“测试集1”和“测试集2”所示。Presenter支持选择、判断、填空、简答、连线、排序、等级量表以及热区等问题类型。在设计测试时，教师首先需要创建测试集，测试集中最小的单位是问题，教师可以选择使用问题组将同类问题进行归类。依据徐茜等人对教学反馈的分类
[12]，教师在Presenter中通过设置测试集、问题组以及问题的参数，可以为学习者提供以下类型的反馈：①重试性反馈，即告诉学习者回答不正确/未通过测试，允许学习者再次或多次回答这个问题/测试，直到作答正确或通过为止；②纠错性反馈，为具体错误或误解提供信息；③提示性反馈，当学习者未通过测试集/问题组或问题作答错误时，跳转到教学资源内部某一位置（如图8中下方判断流程所示）或打开外部资源供学习者学习，而不是直接给出正确答案。
Adobe Captivate在交互内容制作方面具有与Presenter类似的功能。除此之外，Captivate还支持录制计算机或应用软件的操作步骤。根据不同的教学用途，教师可以选择软件模拟演示、软件模拟引导或软件模拟评估等模式进行软件操作类或技能训练类微课的制作。
图8 Presenter交互内容设置
基于Adobe Presenter与Adobe Captivate在交互式学习内容制作和视频录制方面的优势，教师可为学习者制作涵盖不同教学单元的学习内容（如面向一个教学单元的测试或针对某一知识点的微视频等）。
4.个人学习空间
学习活动管理为开放教育教师与学习者之间以及学习者与学习者之间的实时交互提供平台支撑，课程管理为学习者自主学习提供内容保障。尽管在学习过程中平台与内容具有丰富的交互性，然而学习者在学习过程中难免会存在疑问。云端学习环境为学习者提供个人学习空间服务，为人与人的交互提供一种常态化的机制。个人学习空间具有以下特色（如图 9所示）：①基于视频虚拟切片和标注技术实现视频切片点与视频进度关联，解决大容量的教学课例在自主学习中的个性化支持问题。②构建基于社交网络的学习者学习网络，支持基于视频内容的分享与讨论。学习者可以通过标签订阅的方式形成“学习圈”，在“学习圈”内学习者可以共享视频或资料、开展在线专题讨论，提升学习者学习效果。“学习圈”提供“私信”功能，私信内容仅交流双方可见，便于学习者与教师或其他学习者单独交流。私信的应用拓展了学习者之间以及学习者与教师之间交流讨论的空间。当学习者在观看视频课例存在疑惑时，可以与教师以私信的方式进行交流，实现异步答疑。③面向And⁃riod终端的轻量级APP应用，支持用户的移动学习与在线研讨。④与学习管理系统无缝连接，实现在线学习活动的远程直播与点播，支持基于课例的互动与研讨。⑤汇聚学习者的学习浏览记录，包括学习者在学习过程中收藏、下载、关注和浏览的内容，作为主动推荐学习内容的基础。
图9 个人学习空间特色
2012年，珠海市广播电视大学开始了开放注册、网络学习的教育探索。在广东省“粤教云”计划的支持下，珠海电大在网络教学组织和教育资源整合等方面开展了实践与探索，为大规模在线教育课程应用搭建了平台，其中云端学习环境是重要的组成部分。从2014年9月开始对云端学习环境开展了应用试验与效果评估。
分别从计算机网络和电子商务专业各选出一门课程，组织相关教师对4个班的160名学生开展了为期一个学期的云端学习环境课程教学应用研究。任课教师针对“计算机应用基础”和“电子商务管理”两门课程开发了53个交互式学习内容，组织了19次在线教学答疑活动，形成了15个课程表资源。教师通过“虚拟课室”进行课堂直播和在线答疑，学习者使用不同终端实时参与课堂互动；学习者基于教师制作的交互式学习内容和设定的学习路径进行自主学习，有问题时通过个人空间的圈子、私信等功能与教师和其他学习者交流讨论。课程结束时，组织了对参与应用试验学生的问卷调查与相关访谈。调查结果表明：86.3%的学生认为云端学习环境有助于课程的学习，84.9%的学生认为云端学习环境缓解了自己的工学矛盾，73.9%的学生愿意将此环境推广应用到其他课程。
在取得初步成效的基础上，从2015年3月开始，组织了对学校内更多教师开展云端学习环境课程教学应用专项培训和交流，为扩大云端学习环境应用范围做准备。培训结束后，使用问卷星对参与培训的30名教师进行调查。问卷基于技术接受度模型，从教师对“云端学习环境”的功能易用性、有用性、行为意愿以及保障条件接受度四个方面进行设计、试测与修改，调查结果如表2所示。其中12个量表题目的Cronbach’s Alpha值为0.863，表明量表信度可以接受。由表2可以得出，教师对“云端学习环境”的功能易用性、有用性、行为意愿以及保障条件接受度的均值均在3.5以上，介于“一般”与“赞同”之间，更偏向于“赞同”。由此表明，珠海电大的教师对云端学习环境的总体接受度比较高。专项培训与交流加深了教师对云端学习环境下学习活动管理、课程管理、交互内容制作和学习空间应用等内容的了解。
四、结束语
云端学习环境既能够很好地满足开放教育的应用需求，又体现了云计算与大数据时代学习环境的发展趋势，能够支持新型教学模式的探索和有效的教学管理，并为学习者提供个性化学习支持，满足开放教育学习者利用碎片化时间进行学习的需求。研究仍处于初步实践阶段，下一步工作将集中在继续完善云端学习环境和深入做好云端学习环境的应用研究。希望通过云端学习环境的应用，发现新问题，进一步完善环境建设；通过云端学习环境的建设，更好地支撑教学应用，让教学应用与环境建设形成良好的互动。
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收稿日期：2015－07－20
定稿日期：2015－09－17
作者简介：吴凡，副教授，硕士，珠海广播电视大学校长（519000）。
韩后，博士，华南师范大学广东省教育云服务工程技术研究中心（510631）。
代毅，讲师，博士研究生，华南师范大学教育信息技术学院（510631）与珠海市教育研究中心（519000）。
责任编辑 韩世梅