面向未来课堂的学习支持系统研究

彭 宇，王学军

（石家庄铁道大学 信息科学与技术学院，河北 石家庄 050043）

未来课堂是以大量高新技术在课堂中的广泛应用为特点，让我们的传统课堂成为一个充分体现人性化的泛在学习空间。是教育技术学研究的新领域。

在这样一个充满泛在网络的教室中，师生通过各种智能终端获取教学资源进行学习活动，电子白板和多点触控技术实现了教学者、学习者之间的多元形式的互动，师生利用课堂反馈系统进行实时交互，课堂实录系统用于记录课堂中学习者的学习进程，并存储在云存储服务器上供学习者和教学者使用，基于RFID 的物联网技术的智能环境系统控制，可根据教学需要对课堂内的光、电、声、温度等进行环境调整，云端的教育资源服务平台，为师生提供支持和服务，而所有的资源有专门的人员去进行精细加工整理。因此，未来课堂不是高新技术的简变罗列，应该是把未来课程的关键技术有机结合的学习生态系统。笔者对面向未来课堂的学习支持系统进行了研究。

1 未来课堂学习支持系统的功能设计

未来课堂学习支持系统首先需要具备电子书包的功能，也就是能够替代学生使用的课本和练习册；其次要能够实现教师和学生间的动态交互，教师提出问题学生回答，或者在课堂教学过程中的任意时候学生可以对讲课内容进行及时的反馈。由于未来课堂是一个充满人性化的泛在学习空间，要充分体现其以学生为主的教学理念，所以它还应该是一个自适应的学习系统，可以根据学习者特征、学习风格、学习者的学习现状提供相应的学习资料和指导。

下面具体论述它的功能结构：主要功能是终端个性化设置，前端分析、学习计划管理、电子书包、反馈交流、学档管理以及教学游戏等。功能结构如图1所示。

图1 未来课堂学习支持系统功能结构图

1.1 前端分析

学习者的交互终端首次登陆学习支持系统，需要进行前端分析，即对学习者的特征、学习者的学习风格以及学习者现在的学习状况进行测试分析，从而确定学习者的学习起点，提供相应的学习资源以及制定教学计划。

1.2 学习计划管理

根据前端分析结果为学生制定学习计划，学习计划分为总计划、月计划和周计划，而每日的作业会以日计划的形式呈现给学生。学生可以添加日计划但不可以对作业进行删改，学习者可以对其他学习计划进行修改，教师端可以查看学生的计划内容及完成程度。此模块还包含课程安排及考试通知，当考试通知有更新时会通过点亮图标的形式提示给学习者。

1.3 电子书包

包含各学科课本内容，可以在每一页的任何地方插入备注，可以像正常书本一般标记重点。电子书包是整个系统的核心模块。上课时，可以分屏显示课本内容以及老师的授课内容，老师写在白板上的内容可以显示在其中。

1.4 反馈交流

通过反馈交流功能，学习者可以即时参与到教师教学过程中的随即测验和意见征集，也可以与其他同学进行在线交流。未来课堂是一个高互动的课堂，不仅是学生与教师之间，更多的应该是学生之间的互动。未来课堂更多的会以小组合作的方式展开学习活动，通过小组交流模块可以建立临时小组，进行小组交流和合作，学生发现好的资源可以分享给其他的学生。

1.5 娱乐

寓教于乐一直是教育工作者追求的学习效果，此模块由视频和教学游戏组成，根据前端分析结果以及学习者目前学习状况，给予不同的权限，权限越高可以使用的娱乐资源越多。

1.6 学档管理

作业作品、推荐资源、成绩单、学生信息都会记录在学档管理。可以查询和提交每日的作业，学生的作品也会记录在其中；系统会根据前端分析结果向学习者推荐相应的学习资源和网络课程，从而实现个性化自主学习；学生的基本信息和每次考试的成绩单都会记录其中，方便家长和老师查询调用。评价是教学过程的重要组成部分，教师需要及时的了解学生们的情况，以便于动态的调整自己的教学，或加强对学生学习的个别指导。通过评价按钮，教师既可以对在线测试的题目及结果进行整体评价，也可以对单个学习及单个题目进行评价，还可以查看学生自评情况及课堂评测情况汇总分析［3］。

2 未来课堂学习支持系统的关键技术

未来课堂中各种技术之间没有任何联系，相互独立，可任意组合。各种技术应该是模块化的以便使用者随机拆分、组合、构建不同的教学环境，满足不同的教学需求。这就如同教育技术早年研究的积件一样。

2.1 云端技术

未来课堂是一个高互动的教学空间，在课堂中需要调用大量的学习资源同时又会产生大量的反馈信息，这些都需要有着大存储、高速传输的云端技术作为基础。云平台门户为使用者提供使用云服务的界面，未来课堂云支持平台以应用软件为中心，通过Web远程管理应用软件及工作数据，内置多种应用软件接口，实现为未来课堂各主体提供的SaaS服务，如门户基于角色的权限管理和页面访问控制，可自定义应用程序参数表单，在浏览器上能直接与图形应用程序交互［3］。

2.2 终端个性化

作为接入到学习支持系统的学生终端，以功能简单，低配实用为主。终端个性化功能是未来课堂学习支持系统的一大特点，学习者可以根据个人爱好对界面的风格进行自定义，常用的功能按钮（如电子书包、学习计划、设置、交流等）可以根据用户个人爱好自行添加到桌面上，其余的功能按钮放在个人中心中。体现系统支持学习者的个性化需求，另外学习者也可以将常用的资源链接添加到收藏夹中，方便以后的教与学的过程中查阅和调用。

界面内容的布局可以通过ASP.NET 3.0 WebParts拖拽功能进行可视化调整，学习者可根据个人喜好，调整页面布局和功能，ASP.NET 3.0提供的WebPart分成3类：Web 控件管理器（WebPartManager）、控件带（WebPartZone）和控件（WebPart），通常情况下，在个性化学习空间设计时在网页中放置多种WebPart，允许用户选择哪些显示，哪些不显示，整个界面如何排列等，以构建自己喜爱的环境［4］。

2.3 电子白板

真正实现无纸化的教学，往白板上书写的内容，会输送到电脑或终端内，也可以把电脑的信息投影到白板上。如此便通过学习支持系统直接把老师的讲课内容传送到学生的终端甚至远距离传送，使学习不在受到教室的限制。

2.4 教育游戏

竞争和荣誉是网络游戏吸引人的主要因素。在未来课堂中教学游戏不再是单机小游戏，而是发布于云端的学习支持系统中，通过设立排行榜，计时赛，小组竞技等形式的互动竞争游戏。更能够抓住学生心理，实现寓教于乐。系统收录了很多比较成功的教学游戏，比如Inlight Entertainment公司开发的Mickey Early Learning（一款专为儿童设计开发的英语教学游戏）、韩国开发的《Eye Toy：EduKids》（这款游戏将网游互动思想和英语单词学习结合在一起，实现了适合学前、小学、中学、大学等不同水平层次的游戏环境）、CRYO 公司开发的《埃及：法老王之墓》（完美还原了古埃及的政治、宗教以及经济等方面的特色）等。

2.5 互动反馈技术（IRS）

把现有的互动反馈系统设计思想整合于智能终端里，使学生终端具有测查、统计和记录功能。WebSocket协议是客户端—服务器”的异步通信方法，通过使用WebSocket的wss协议，可以实现任意的终端和服务器程序的双向通讯。服务器端采用Node＿js解决方案，Node＿js是基于V8引擎开发，提供了高效的服务器端JavaScript框架运行环境，可以运行JavaScript，并可作为Web服务来处理各种HTTP请求，Node＿js通过socket＿emit（）函数向当前客户端发送自定义消息和参数，也可以通过socket＿broadcast＿emit（）广播发送给所有客户端，同时服务器端和客户端均通过socket＿on（）响应特定消息并触发相应的处理［6］。

2.6 推荐技术

重点在于所推荐的资源的选择，每个阶段的学生需要什么样子知识，都应该是经过精细加工的，确保资源的精简。防止大量相关资源但不是必要资源的简单分类后叠放，使学生产生超过其可以掌握能力的感觉，以及由于资源的不准确性使学生产生信息迷航。未来课堂强调学习者学习的个性化，强调以学生为主、协作学习为辅的教学手段，在学习过程中学生可以自主控制学习过程。学生完全发挥了主动性，老师和教学支持人员只是起到了辅助作用，学生可以在教师的引导下，利用学习终端自主的到中心“云”里选择适合自己的学习模型和学习媒体，根据自己的学习风格可以随意地终止或进行学习，学生可以选择适合自己的学习方式和自我控制学习过程，实现真正意义上的学习［3］。

3 总结

未来课堂虽然是刚刚起步，但已经成为教育技术学的重要研究领域，由于构建未来课堂成本很大，所以国内的研究主要集中在理论层面上。本文从解决问题的角度出发，对未来课堂学习支持系统进行了研究，该系统的功能和关键技术，充分体现了未来课堂所倡导的构建以学习为主的信息生态系统的学习理念，有效解决了过多分散的系统增大使用者负担的问题，让技术回归于教育的幕后。

［1］吴筱萌.交互式电子白板课堂教学应用研究［J］.中国电化教育，2011，（3）：1－7.

［2］陈卫东.教育技术学视野下的未来课堂研究［D］.华东师范大学，2012.

［3］刘丽萍，胡畔.个性化网络学习支持系统的设计与开发［J］.技术应用，2009，（5）：78－80.

［4］李广文.基于Socket.IO 的互动教学即时反馈系统的设计与实现［J］.中国现代教育装备，2012（18）：10－12.

［5］王麒，陈卫东等.未来课堂视域下的关键技术研究［J］.中国远程教育，2012，（10）：57－64.