支持问题导学的电子课堂云平台*

俞东进，王晓冬，张艳艳，张永智

（1.杭州电子科技大学，浙江 杭州 310018；2.浙江省教育技术中心，浙江 杭州 310012；3.杭州石开互联科技有限公司，浙江 杭州 310012）

一、引言

随着以云计算、物联网等为代表的新一代信息技术的迅猛发展，人们对教育教学信息化的技术水平提出了前所未有的更高的要求。同时，新的教育教学理念不断涌现，并且经常被用于教育教学改革实践中。如何实现现代化的信息技术与教育教学理念和方法的深度融合，成为了当今教育教学信息化的主要挑战之一。

本文介绍了一个支持问题导学的电子课堂云平台的设计和实现方案。该平台基于SaaS（Software as a Service，软件即服务）应用模式，可有效整合区域内不同教学机构的海量教学资源，并可实现按需扩展。基于该平台，教师根据学生的实际需要，充分利用各种媒体及资源的教学特性，有目的、有计划、有组织地引导学生积极主动、热情高效地投入学习的一切活动和过程。该平台目前已在多个教育教学机构推广应用，用户反映良好。

二、电子课堂与问题导学

1.电子课堂

电子课堂学习是指基于网络技术、计算机辅助教学技术、多媒体技术、虚拟现实技术等进行在线学习与教学的活动。这种学习的学习目标、学习内容和学习环境与传统课堂学习有很大的不同。通过电子课堂，教师可以及时、全面地了解分布在各地的学生，对他们的学习状况进行测试分析；同时，学生的学习由被动转入主动，学习手段也变得更加直观和丰富。所有学生和教师都能在不同的地点对同一教学内容展开讨论。

当前，国内外对于电子课堂的研究，多将电子课堂学习定位为学生基于资源的自主学习，从而导致人们对电子课堂的研究局限于在线网络课程中教学资源的设计和实现，对教师的自身素质及其实施导学活动的方法、技巧关注不足。[1]研制支持问题导学模式的电子课堂平台，对于提高学生的自主学习、合作探究能力，建构符合学生认知发展的知识体系具有重要意义。

由于电子课堂一般分布于广域网络环境，已有的各种关于远程教育的研究成果对于基于问题导学模式的电子课堂的设计可以起到很好的指导作用，[2]如霍姆伯格的“有指导性教学会谈”理论、戴维·西沃特的“持续关心”和穆尔的“交互影响距离”理论都强调了在远程教学过程中如何保持关注的连续性。基更提出的教与学活动再度综合理论认为，远程教育的主要特征在于教与学在时空上相互分离，必须从远程学生的角度考虑，精心设计课程资源与精心安排人际交流，激发学生的内在主动性，重新建构跨越时空的教与学相互作用情景，使教与学的联结重新建立。虽然时至今日我们依然可以从这些经典理论中得到许多有益的启示，但是其局限性也日益凸显。首先，在这些理论中远程教师的导学活动大多被淹没在学生支持服务系统研究之中，使得在线辅导教师的“导学行为及导学策略”等相关研究缺乏针对性和系统性。此外，受历史条件的局限，上述经典理论大多是对传统远程教育中导学方式、方法的探索，随着时代的变迁和技术的进步，在网络远程教育成为主流的今天，这些理论在指导在线教师的导学活动方面开始显得力不从心。

国内技术界和教育界最近几年也开始致力于开发网络教学平台，[3]例如灵泰克教学平台、清华网络学堂等，这些产品各具特色。如灵泰克教学平台侧重于教学资源的建设和应用，但网络的交流功能较弱且缺乏对课程的管理；清华网络学堂是面对大学的学习环境开发的平台，更多侧重于网络课程的开发和应用教师的集体备课。

2.问题导学

问题导学是上世纪60年代中期前苏联教育论专家马赫穆托夫、列尔耐尔、马丘什金等人倡导的一种发展性的教学法，[4]后经有关专家补充完善，现已成为一种被广大教育工作者认可的教学方法，也是当代课堂改革的重要特点之一。问题导学教学需要教师系统地设计一些问题情境，组织学生进行解决问题的活动，同时教师应指导学生将独立探索活动与掌握已确立的科学结论最优化地结合起来。值得注意的是，基于问题导学的教学过程不是教师的提问简单地加上学生的回答，而是师生双方围绕问题的情境进行多元化的、多角度的、多层次的探索、学习、发现。问题解决方式可采用对话式、讨论式、合作研究式、自主探究式等。它突出学生在学习活动中的主体地位，鼓励学生独立思考、大胆质疑，达到发展学生独立思考能力与创造思维的目的。

作为建立在问题教学理论基础上的一种新型的课堂教学模式，与传统的以教师为中心、把知识看作一种教育结果的教学法相比，问题导学教学模式更多地以学生为中心，注重学生作为教学主体的存在，把“教学”改为“导学”，用“问题”启发学生自学和钻研，形成渴望知之而主动求知、求教的积极学习过程。[5]以问题作为驱动教学过程的核心要素，以学生已有知识和经验为基础，在教师创设的最佳情景下呈现问题，或启发学生提出问题，师生共同探索从而解决教学中的重点、难点，达到教学目的的教学活动。

问题导学法的主要特色在于通过科学的、合理的、启发性的问题设置的运用，摒弃传统的填鸭式、灌输式等陈旧的应试教育的教学方式，构建了以创新精神和实践能力为重点的素质教育的新型教学模式。此外，通过教师精心设置的导学问题，还可以让学生开展自主探索学习，促进学生学法的改进。

3.支持问题导学的电子课堂

随着人们对现代电子学习（E-Learning）支持服务系统的深入研究，支持问题导学的电子课堂的重要性日益凸显。由于现有的网络课程多数是大量学习资源如录屏课件、超链接资源的堆积，课程设计只注重教学信息的呈现，忽略了教学活动的设计，E-Learning蜕变成EReading或E-Listening，教师很难对学生的学习过程进行有效的控制和引导，网络环境下的学生自主学习很容易造成学习目标的偏离和教学主题的缺失。[6]

因此，针对电子学习出现的诸多问题，支持问题导学的电子课堂的设计就显得尤为重要。支持问题导学的电子课堂要求导学教师对整门课程、各教学单元及每节课进行教学目标分析，以确定当前所学知识的“主题”，从而通过一些精心设计的问题和任务引领学生进行网络环境下的自主学习。学生根据学案中的问题自主学习，在解决问题的过程中获得成果，同时形成新的问题，然后再在“问题墙”中提出，等待教师或者其他同学的解答。在这个过程中，学生学习帮助的获得以及教师导学作用的发挥，都有赖于一个有效的导学体系和平台的支持。

三、总体架构设计

本文提出的支持问题导学的电子课堂云平台基于富客户端、服务器和数据库的三层架构。其中富客户端层基于c#和微软.net Framework实现，内部可再分成表现子层、逻辑子层和数据/网络代理子层三个子层；服务器层基于JavaEE/J2EE平台实现，内部分为接口子层、逻辑子层和数据子层三个子层，采用典型的Struts、Spring和myBatis框架搭建；数据库层则采用商用关系型数据库。

平台实行“省级导学中心”、“区域导学中心”、“学校导学中心”三级部署。其中，“省级导学中心”包含导学资源中心、数据交换中心、即时通讯中心和应用备份中心等。有条件的学校可以组建“学校导学中心”，作为本校导学中心和数据存储中心。“区域导学中心”作为地区一级的导学资源和导学管理端的汇聚，负责接入一般学校。平台的网络结构如图1所示。

图1 问题导学电子课堂云平台架构图

四、基于电子课堂的SaaS应用模式

支持问题导学的电子课堂云平台采用SaaS模式。SaaS模式是一种新兴的软件开发模式，是一种以托管方式部署软件、通过互联网（或内联网）的存取实现应用功能的软件应用模型。[7]基于这种模式，电子课堂云平台软件不再被某个教学机构所独有，而代之以服务的形式并放在互联网（或内联网）上，并统一部署在公共服务器上。各个教学机构无需自行购买软件，也不需要购买部署软件所需的相应的软硬件资源，而只需要按照实际需求、通过互联网（或内联网）向平台订购所需的应用软件服务即可，同时按照订购服务的种类、用户数量、租用时间或者通过平台获取的销售收入提成向平台运营者支付费用。

问题导学电子课堂云平台软件采用多种技术，以满足SaaS模式的应用需求：

1.基于应用设计方法，实现云环境下的多租户安全隔离

由于不同的教学机构作为不同的租户共用同一个平台，如何有效地实现不同租户之间的私有数据隔离是SaaS模式成功应用的关键之一。目前，实现多租户安全隔离的方法主要有物理分隔、虚拟化、支持多租户的应用设计等。[8]问题导学电子课堂云平台采用了支持多租户的应用设计方法，即主要通过应用本身来实现对多租户的支持。不同租户的数据相互隔离，并且可以用配置的方式对隔离范围进行定制。这种技术比物理分隔方法更具灵活性，同时与虚拟化方式相比，由于仅仅存在一个应用实例，在管理、维护方面更为方便。

2.基于开放的API接口，实现第三方应用的无缝接入

问题导学电子课堂云平台提供开放的API（Application Programming Interface，应用程序接口），支持与第三方移动终端应用、桌面应用、网站应用的集成。各类第三方应用通过调用平台提供的Web服务，可以将平台已有的各类信息资源服务功能便捷地嵌入至原有应用中，不但大大降低了各类应用的研发成本，而且有利于形成一个涵盖教学机构、教师、学生、平台运营者、教学资源提供者、IT技术提供者等多个实体的教育信息化生态圈。

3.基于虚拟化技术，实现平台的平滑、动态可扩展

问题导学电子课堂云平台与传统的面向单个教学机构的信息化系统不同，需要支持来自不同租户的大规模并发用户请求。由于涉及海量多媒体信息资源的访问，同时访问频率随着教学进度呈现出明显的时间变化特性，后台系统必须能够支持平滑、动态的扩展。平台采用成熟的虚拟化技术，将物理服务器划分成多个虚拟服务器，再根据用户需求创建和分配计算资源与存储资源，从而满足用户动态变化的计算和存储需求。

SaaS模式在问题导学电子课堂平台软件的应用，不但大大降低了各级教学机构信息化投入成本，而且为区域内的教育教学资源共享提供了很好的支持。另外，由于平台提供的各类服务可以随着软件版本的更新而实时更新，用户可以得到最新最及时的体验。

五、问题导学电子课堂云平台的应用实践

支持问题导学的电子课堂云平台以人本主义教育理念为先导，以“问题导学”模式为核心，建立学习资源的共建共享机制和自适应推送机制，提供实时的展示交流、自动化评价与反馈、学生学业的诊断性评估等功能，鼓励学生合作、互助和分享，支持个性化学习。

1.基于问题导学电子课堂云平台的导学过程管理

教师依据学生已有知识及认知水平，通过问题导学电子课堂平台，从有利于学生从主动知识建构角度出发设计学习方案。学案主要以问题的形式呈现，即将知识细化为若干个层次递进的问题串，以便激发学生主动思考。教师将学案发布后，学生通过“自主学习”环节进行自主学习。“自主学习”环节包括学习目标、情景导入、探索新知、实战演练四个小环节，每个环节一般包含若干个层次递进的问题，学生需按顺序、于课前独立完成这些问题的解答。另外，学生在自主学习阶段，如果遇到自己难以解答的问题，可以到“问题墙”上进行提问。问题墙是张贴学生和教师问题的地方。学生和教师可在问题墙上提问，可以查看别人的问题并帮助解答，也可以查看每个问题的答案并进行评论。

2.基于问题导学电子课堂云平台的学习资源管理

平台提供优质的碎片化、数字化的学习资源。这些学习资源可按单独知识点切割录制，按章节、按学科建构知识体系并归类存储。一线教师或资源建设者通过互联网实现学案资源的共建共享。另一方面，学生通过“记笔记”、“作小结”、“提问题”，还可将自己的学习成果向教师申报，在通过推优、审核、发布多个环节后，在各级“成果展”上进行展示，成为平台的共享资源。所有这些学习资源在“自主学习”环节，都可根据与学生当前学习内容的相关性，自动推送给学生，以满足学生个性化学习的需要。

3.基于问题导学电子课堂云平台的学习评价

平台针对“自主学习”环节与“检测反馈”环节的问题作答给予及时反馈与评价，如标准答案、答案解析等，并针对作答结果进行统计分析，以统计图表的形式进行直观呈现，为教师进行“点拨升华”提供参照数据。另外，平台可记录学生回答问题的时间和正误、帮助同学解决问题的次数、得到同学的投票数等一系列数据，以辅助学习诊断与素质评价，其结果侧重用于对学生的诊断和激励，而不仅仅是甄别。

4.基于问题导学电子课堂云平台的师生互动

平台提供即时通讯功能，支持教师和学生之间以群组为单位或以点对点好友方式进行讨论交流，体现师生、生生之间的互助与合作、付出与分享的学习模式。特别地，教师通过平台提供的即时通讯功能可对学生进行个性化的辅导和交流。平台同时提供了可用于师生互动的“问题墙”。“问题墙”集中了关于某一主题的各位学生的问题、解答、感想以及教师的点评等内容。

问题导学电子课堂云平台可应用于各级教育教学机构的课堂教学，或与课堂教学相结合的课堂外教学。目前，该平台已在多个教育教学机构得到广泛使用，用户反应良好。

六、结束语

本文所讨论的支持问题导学的电子课堂云平台深度融合了相关问题导学的教育思想、教学方法和教学模式。以“学生自主和问题解决的学习”为构建理念，支持独立自主学习、小组合作探究、团队展示交流、个体检测反馈等教学环节，支持自主学习的学习资源的共建共享，支持师生、生生间的在线交流，支持学生学习成果的诊断性评估，为学生自主、合作与探究式学习，为教师导引、点拨、归纳式导学提供技术服务和支撑。

未来，问题导学电子课堂云平台计划融入SNS技术，以提供面向社区的自主学习功能，为进一步推进素质教育和创新人才培养，以教育信息化带动教育现代化提供技术支持。

[1]陈庚，安玉洁，李亚春，郐红艳.远程学习者特征研究的现状[J].中国远程教育,2005(11).

[2]赵君香，吕文波.现代远程教育中网络教师指导活动的行动研究[J].中国电化教育,2007(2).

[3]谢晓林，余胜泉，程罡，黄烨敏.网络教学平台的新发展[J].开放教育研究,2007(5).

[4]马赫穆托夫.问题教学[M].南昌：江西教育出版社,1994.

[5]张英杰，李传永.关于“问题导学法”的探索与思考[J].高等教育研究,2003(4).

[6]侯建军.网络课程中基于问题的导学策略的研究与应用[J].中国电化教育,2008(5).

[7]Stamatia Bibi,Dimitrios Katsaros,Panayiotis Bozanis.Business Application Acquisition:On-Premise or SaaS Based Solutions?[J].IEEE Software,2012,May/June.

[8]Michael Cusumano.Cloud Computing and SaaS as New Computing Platforms[J].Communications of the ACM,2010,53(4).