大学视频公开课交互设计研究

赵秋锦，杨现民，王 帆

(江苏师范大学 教育研究院， 江苏 徐州 221116)

近年来，以信息技术为载体的现代远程教育受到了各国教育领域的广泛关注和重视[1]。其中，大学视频公开课作为网络教育资源的新形式，由于其推广与普及的环境条件日趋成熟[2]，逐渐成为我国开放教育发展的重要方向。“精品视频公开课”作为“国家精品开放课程”的重要组成部分，于2011年11月9日通过爱课程网、中国网络电视台和网易公开课平台向公众免费开放。自上线以来，大学视频公开课很快赢得了社会大众的好评与认可，这些课程充分展示了中国高等教育的风采，为进一步提高高等教育质量，实现全民教育和终身教育，服务学习型社会建设提供了很好的途径。

视频公开课不同于传统师生面对面的课程教学，由于空间的分离导致学生与教师之间不能及时互动交流，而交互是学习的必要条件，著名心理学家赤瑞特拉通过“知识保持即记忆持久性”实验得出：人们一般能记住听到和看到内容的50%，交流过程中所说内容的70%[3]，即通过交流互动能使得记忆内容增加20%。因此，交互在视频课程教学过程中至关重要。就目前上线的精品视频公开课来看，教学过程只是单向的信息传递，缺乏深层次的互动交流。以下将针对目前视频公开课存在的问题，在分析国内外开放课程交互设计的基础上，提出以学习者为中心的交互模型，并对视频公开课的交互流程及关键技术进行论述。通过对视频公开课进行系统的交互设计，从而满足学习者的交互需求并提高其学习效率。

一、国内外开放课程交互现状

(一)我国视频公开课的交互设计分析

目前，我国大学视频公开课主要借助爱课程网、中国网络电视台和网易公开课为社会大众提供学习平台，通过对这三个网络平台的交互情况进行调查，发现用于支持学习者学习的交互功能极少。其中，网易公开课借助“微博评论模块”实现人与人之间的交互，而人与学习内容之间的交互只有“视频下载功能”和“笔记功能”；爱课程网交互功能的实现也仅限于“用户评论模块”，除少数学习者对课程形式、内容及授课教师进行简要评论外，很少看到学习者之间针对课程中某一问题进行分析探讨，且主讲教师也未能针对学生提出的建议及问题做出及时回复；中国网络电视台中的大学视频公开课模块更没有为用户提供任何交互功能。

从总体上来看，目前我国的精品视频公开课缺少个性化的交互支持。尽管一些平台提供了少量交互工具，但这种交互远远不能满足学习者的学习需求，从某种意义上讲，精品视频公开课并没有完全体现精品开放课程的开放理念。

(二)国外开放课程的交互设计分析

国外大规模在线开放课程(MOOC)始于2001年麻省理工学院掀起的“开放教育资源(OCW)”运动，作为一种新型的网络学习课程资源，其方便、快捷、成本低、效率高等优点受到了诸多学习者的青睐[4]。目前，影响较大的是Coursera、Udacity和edX三个开放课程学习平台，它们提供了较为完善的交互功能。其中，Coursera学习平台在教学视频中插入了交互式问题和小测验，待学生真正理解所学内容后才能进入下一阶段的学习。另外，在课程的背景资料上嵌入超链接，学习者可以先链接到相关网站查看资源，再继续学习[5]；Coursera中还引入了学生之间“互相评分”[6]的功能，根据教师制定的作业评分标准，学生之间可以互相评价，不仅在一定程度上解决了作业批改问题，还增强了学生之间的交流互动。此外，还包括一些教学视频下载功能，文字版的课堂实录，供有听力或语言障碍的学生使用[7]。而edX课程的交互方式与Coursera也是大同小异，主要包括网页插入式测试、即时反馈、学生分级问答、在线实验室、学生学习节奏等部分[8]，同时还提供课程论坛，促进师生、生生互动[9]，这些交互都为学习者的有效学习提供很好的技术支持。此外，在Coursera和Udacity项目里，还定期组织学生见面会，促进学生之间的交流合作。随着MOOC的快速发展，为了更好地服务于学习者并继续使其保持吸引力，目前研究者正在努力探索同伴评议系统、学生顾问、奖章制度和其他形式的评价，并且在评价过程自动化与提供个性化的学习机会之间找到良好的平衡[10]。

二、视频公开课的交互原则

(一)个性交互与社会性交互相结合的原则

个性交互即学习者与学习内容之间的交互，内容交互过程是学习者为了达到学习目标的认知过程；社会性交互是学习者之间、学习者与教师之间的交互，它是学习者认知过程持续有效进行的重要保证。因此，视频公开课的交互设计必需满足个性交互和社会性交互相结合的原则，不仅能够为学习者提供个性化的学习支持，还可以通过社会性交互过程，促进学生更好地学习。

(二)教师与学习者共同控制学习过程的原则

在教学过程中，“以学习者为中心”的教学思想已经得到广泛认可，但视频公开课中学习者进行自主学习并不代表教师没有存在的必要，相反，教师的适当引导将有利于学生更好地学习。因此，视频公开课的交互设计应符合教师引导控制与学生自主控制相结合的原则，以学习者为中心，学生自定学习步调，教师辅以学习指导，间接控制学习过程，如通过定期组织主题研讨，针对相关问题发表观点等方式引导学生的学习。

(三)同步交互与异步交互相结合的原则

同步交互是学习交互的理想形式，但视频公开课的学习者数量非常庞大，其学习进度、学习时间的差异使教师与学生之间的同步交互异常困难。因此，视频公开课的交互设计应采取同步交互与异步交互相结合的原则，教师可以在课程首期以直播形式与学生进行同步交互，而在之后的学习中则以异步交互为主，同步交互为辅。

三、视频公开课的交互模型构建

在远程教育中，交互是沟通学生学习和教师教学的桥梁，是远程学习有效进行的重要表现。我国学者陈丽在Laurillard的“学习过程会话模型”基础上，提出了远程学习中的教学交互模型(见图1)，并从具体到抽象、从低级到高级将远程教育中的教学交互分为三个层次，即操作交互、信息交互和概念交互。其中，信息交互体现在学生与某种教学要素之间，是通过各种符号进行有关学习的信息交换的过程[11]。因此，学习者利用视频公开课进行学习属于信息交互层面。

图1 远程学习中的教学交互模型

结合上述研究，本文以陈丽“教学交互层次塔”中的信息交互为基础，将视频公开课的交互分为学习者与学习内容的交互、学习者与学习者之间的交互以及学习者与教师之间的交互，并结合上文提到的视频公开课交互设计的原则，构建了大学视频公开课的交互模型，如图2所示。

图2 视频公开课的交互模型

(一)交互方式

视频公开课的整体交互方式为信息交互，具体又可以分为个性交互和社会性交互。其中，个性交互是学习者根据其学习需求和学习特点，与视频公开课提供的学习内容进行的个性化交互；社会性交互是学习者之间以及学习者与教师之间通过学习平台及面对面的形式进行的交流互动。因此，以下将从学习者与学习内容、学习者与学习者、学习者与教师三个方面阐述视频公开课学习平台的交互功能。

(二)交互功能

1.学习者与学习内容的交互

(1)视频互动

教学视频是学习者自主学习的主要内容资源，通过对教学视频进行学习，从而掌握课程相关知识。交互式的教学视频除了具有一般视频资源的停顿、重看、跳跃等交互功能外，还包括视频下载和视频速度控制的功能，学习者可以将教学视频下载到终端设备上进行学习，还可根据自我喜好控制学习进度。

目前的大学视频公开课每集大约四五十分钟，视频时间较长、包含知识点较多，因此对视频中的知识进行“语义化检索”非常重要。知识的语义化检索是根据视频字幕内容进行关键词检索，与普通的文本匹配关键词检索相比，其主要优点就是检索结果更加全面，能快速找到相关知识点在视频中的具体时间位置。另外，视频公开课学习平台还通过基于规则的推理技术和基于语义基因的相似关系计算技术为用户提供具有动态语义关联的学习资源[12]，学习者在对整个平台中的学习资源进行知识的语义化检索时，不仅可以检索出包含关键词的相关知识点，还可检索出与关键词在语义上相似的知识内容，并根据其语义关系形成一个动态的网状图，即某个知识点的知识网络，从而供学习者更加深入地学习相关知识。

传统课堂教学中，教师会通过问题提问的方式与学生进行互动交流。同样，在教学视频中亦可通过“网页插入式测试”促进交互，在重要知识点处嵌入交互式测试，待学习者正确回答后再进入下一阶段的学习。学习者在学习过程中经常会遇到问题，因此，教学视频需要为学习者提供“定点提问”功能，学生发现问题，可及时提出并提交到学习平台，待教师或其他学习者帮助解答。另外，视频中需要添加“相关内容超链接”功能，在一些知识点处添加超链接，学习者点击超链接可以更深入地学习相关知识。为了满足学习者个性化的学习需求，视频为学习者提供“切片剪辑”功能，学习者可以根据自己的掌握程度，把没有掌握的视频片段剪辑组合，从而形成符合自身学习需求的教学视频。

(2)学习笔记

在学习过程中，学习者为了加深对知识的理解及方便查找和复习使用，对重要知识点进行概括总结并记录，从而形成自己的学习笔记。在课程学习中，学生可以通过“定点弹幕笔记”“笔记搜索”和“笔记分享、评论”等交互功能促进对知识的理解和学习。“定点弹幕笔记”是学习者在视频某个时间点记录笔记后，笔记会在视频指定位置处显示，为后续学习提供支持；“笔记搜索”功能可以帮助学习者快速搜索到所需笔记内容；“笔记分享、评论”是学习者将自己记录的笔记分享给其他学习者，为他人的学习提供参考，而其他学习者在对笔记进行评价的同时，也促进了笔记分享者更加深入地学习。

(3)课件交互

教学课件是教师上课的辅助工具，一般在教学视频中呈现给学习者，学习者只能根据教师教学进度观看课件，从而失去了对教学课件的自我控制。为了使得学习更加个性化、人性化，可将教学视频和教学课件同时置于学习界面中。另外，教学课件在设计时也要充分体现交互性，通过链接、反馈等功能，使得学习者更好地进行交互式学习。

(4)学习计划

计划是有目的学习的必要条件，制定合理的课程计划非常重要。学习计划可以由教师提供，即预设的学习计划，从而为不善于计划学习的人提供帮助，同时也为个人计划的制定提供参考。另外，为了满足个性化的学习需求，学习者可以根据自身情况，量身定制学习计划，以增强学习动力，还可以把自己的学习计划与他人分享，促进课程学习者之间相互交流、共同学习。

(5)学习检测

为了检测学生的学习效果，课程需要为学习者设定多个测试环节。在视频学习过程中，学生学完一个知识点后需要完成测试方能进入下一阶段的学习；学完一节课之后，需要完成课程作业和测试；在整个课程结束之后，会有一个综合性的考试，对学生的整体学习效果进行检测。通过循序渐进的学习测试，将过程性评价和总结性评价相结合，帮助学习者及时检测学习效果。

2.学习者与教师之间的交互

(1)首期同步互动

由于视频公开课的学习人数众多且学习时间不定，进行师生间的同步交互非常困难，因此可以采取首期同步互动的方式为教师与学生提供相互交流的机会。在每门课程第一期上线时，平台为用户提供视频直播功能及师生之间的同步互动问答功能，有教师参与的学习能激发学生的积极性，集中学生注意力并提高其学习效率。

(2)问题答疑

问题答疑功能可以在首期同步互动中得到实现，也可以在之后的学习过程中进行异步答疑。教师通过整体查看学生提出的问题，挑选具有共性和代表性的问题进行回答，以求在最短时间内帮助更多的学习者。另外，如果学习者的某个问题得不到老师的回答，也可以在发布问题的同时给课程教师发邮件，让教师关注到这一问题并作出回答。

(3)主题研讨

主题研讨功能是教师定期发布学习主题，学习者根据教师发布的学习主题进行交流探讨。在讨论过程中，要充分尊重学生的主体地位，同时教师要做好适当的引导工作，并积极参与到学生的讨论之中，促进学生对学习内容的进一步理解和深化。

(4)学习评价

学习评价功能是教师对学生的作业或测试进行评价，评价不仅包括教师对学生不同学习阶段的学习情况进行过程性评价，还包括对学生的学习结果进行总结性评价。另外，学习评价不仅有教师的参与，还有学生与学生之间的互评，即评价结果由教师和学生共同决定。

(5)教学改进

教学改进功能是教师根据对学生的过程性评价和总结性评价，了解学生各个阶段的学习情况，发现学习过程中存在的问题以及遇到的困难，从而对课程教学作出相应的改进和调整。同时，学生也可以在教学改进模块中提出一些教学建议，为教师的后续教学提供借鉴和参考。

3.学习者与学习者之间的交互

(1)作业互评

作业互评是教师根据课程特点制定相应的评价标准，学习者根据该评价标准相互之间进行作业评价。具体的操作过程是：首先，某个学习者将作业提交到视频公开课平台；然后，系统平台会随机抽取其他5名学习者对该学习者的作业进行评价，同时该学习者也要为学习本课程的其他5名学习者进行评分。这种学习者之间互评作业的形式在很大程度上解决了大规模课程作业需要批改的难题，减轻了教师的负担且促进了学生之间的相互学习。

(2)互问互答

互问互答功能是学习者在学习过程中提出问题，同时对他人的问题进行回答。提出问题是一种学习反思过程，回答别人的问题不仅可以帮助他人，还可以了解他人的学习反思过程，从而促使自己更加深入地思考。在对他人问题进行回答的同时，也是对自身学习的一种提高，因此，互问互答是一种双赢。

(3)论坛交流

论坛交流功能为学习者提供了一个同步或异步的交流平台，方便学习者随时随地查看他人观点并给予评价。在课程学习论坛中，学习者可以发表自己的看法，与他人针对相关学习主题进行交流探讨。学习者之间通过分享知识、交流心得，使各种观点和认识在不断地讨论磨合中达成共识，从而促进学习的进一步展开和延续。

(4)同城会面

同城会面是由课程组织者发动的来自同一城市的学习者进行的面对面的交流活动。课程组织者可以先在课程平台上发布见面信息，邀请同一城市的学习者参加见面交流活动，并根据学习者的报名情况、基本信息确定见面的时间、地点和人数。现实交流是网络交流的一种补充，这种同城会面的形式使得网络虚拟课程中互帮互助的学习同伴更具真实感，加强了学习者之间的情感交流。

另外，学习者与学习者之间也可以通过主题研讨功能和学习笔记功能进行交互学习，由于这两个功能在上文中已经提及，这里将不再赘述。

(三)交互流程

图3 视频公开课学习交互流程图

课程学习之前，学习者可以根据课程介绍(如课程内容和时间安排、授课教师背景、学习目录、课程是否需要背景知识、课程所需阅读书目等)及自身已有相关知识水平，选择是否加入该课程学习。

课程学习过程中，学习者可以根据自我需求，进行个性化学习。首先，学习者参照课程预设及自身条件量身定制学习计划。课程计划制定后，学习者开始按照计划进行学习。课程学习的主要资源是教学视频和交互式教学课件，学习者可对视频进行停顿、重看、跳跃及速度控制等操作，还可下载视频离线观看。在观看教学视频过程中，视频中讲到某个知识点时会出现相关超链接标记，学习者阅读相关内容以扩展知识面。另外，还可将交互式教学课件作为辅助工具，进一步理解和掌握重要知识内容。如果学习过程中遇到问题，可以及时提问并提交到学习平台，授课教师或其他学习者将对问题做出回答。在学完一个知识点后，学习者需要完成视频中插入的交互式问题和测试，待正确回答问题后方能进入下一阶段的学习。在学习过程中，为了加深对知识的理解，学习者可以记录学习笔记并将其分享给其他学习者。另外，师生之间也可通过主题研讨、论坛交流等方式促进学生对知识的理解与掌握。

课程学习之后，学习者需要定期完成作业和测试，从而检测自己的学习效果。在完成作业的过程中会遇到一些问题，学习者可以采取向他人求助的方式进行解答，也可以根据问题性质，提取相关内容的关键字对学习笔记和教学视频进行检索，从而快速找到答案或解题思路。作业的评价方式为学生互评，互相评分的过程也是一种相互学习的过程。在学完一门课程之后，学习者需要进行一次考试，对自己的学习效果进行总结性评价，从而检测对这门课程的整体掌握情况。

四、视频公开课交互的关键技术

技术是视频公开课交互功能实现的重要支撑，技术的合理使用将为学习者提供更好的学习支持服务，同时也对视频公开课的进一步改进和完善提供帮助。以下将对视频公开课交互设计的几种关键技术进行简要介绍。

(一)数据挖掘技术

数据挖掘是指从大量的、有噪声的、模糊的、随机的应用数据中，提取隐含在其中的、人们事先不知道的、但又是潜在的和有用的信息和知识的过程[13]。根据不同的目标，数据挖掘主要有预测类任务的回归、分类和异常检测，以及描述类任务的关联、分析、序列模式挖掘等[14]。对精品视频公开课学习平台进行数据挖掘，首先要从大量的数据中选取所需数据并整合成用于数据挖掘的数据集，然后通过多种方法寻找数据集所包含的规律，最后以用户可以理解的方式将发现的数据规律表达出来并呈现给教师、学生和视频公开课开发管理人员。

精品视频公开课拥有大量的学习者，每个学习者的学习过程都会产生大量的数据，将他们每次的讨论内容、测验结果、互评打分等累积起来，就是一个庞大的数据库。对这个数据库进行数据挖掘和分析，不仅可以为学生提供更好的学习指导，还能帮助教师了解学生的学习情况，根据反馈数据调整教学计划，提高教学质量。大量的反馈数据可以作为学生测试反馈的依据，为系统更好地给予学生学习评价提供帮助。另外，对学习者测试结果和学习问题的相关数据进行分析，将为智能化测试反馈系统、智能问答系统的建立提供有利条件。

(二)视频弹幕技术

视频弹幕技术是一种新兴的视频字幕形式，与传统视频字幕不同的是，视频弹幕不是由视频制作者预先添加的对白、说明词等文字说明，而是观看者在视频观看过程中发表的评论性文字且以飞行形式横穿屏幕。当其他观看者在观看此视频的该时间点时，评论将以滑动而过的字幕显示出来，从而增加了观看者之间的互动性。运用视频弹幕技术制作视频弹幕时，首先需要获取第一屏幕中视频节目的时间表和用户对第一屏幕中视频节目的评论内容，然后生成与评论内容对应的弹幕数据，并显示在视频屏幕中。

视频公开课中的定点弹幕笔记功能是对视频弹幕的一种很好的应用。在教学视频顶端预留一些空间，供放置弹幕笔记使用。视频学习过程中，学习者在固定时间点处添加笔记或评论，笔记将以滑动而过的字幕形式显示在教学视频顶端。教学视频中的弹幕笔记有利于学生更好地学习：一方面，可以方便学习者在回看视频时及时巩固重难点；另一方面，也为观看该视频的其他学习者提供参考和帮助，从而提高了学习者之间的交互和用户体验效果。

(三)视频切片技术

视频切片是根据时间序列在逻辑上对视频进行切片而非将视频文件物理地截取生成，它通过记录起始时间点与终止时间点的形式将视频片段切割出来。读取切片时，通过RIA 程序从原始视频的切片起始帧开始播放，到终止帧时停止，并重建视频播放的线性进度条，使其保持与切片时长的一致。因此，在用户体验上与物理片段无异。在此基础上，可进一步为逻辑切片建立信息及其他应用，如标注名称、关键词，利用切片重组内容等等[15]。

在视频切片技术的支持下，学习者可以根据自己的学习需求将原来的视频重新切割、排序、组合，编辑成符合自己学习特点的教学视频。同时，学习者还可以对每个视频片段进行相关信息标注，从而方便后续学习，形成适合学习者学习风格的个性化课程。

(四)语音识别技术

语音识别技术是指让机器通过识别和理解过程把语音信号转为相应文本或命令的技术[16]。一个完整的语音识别系统通常包括语音特征提取、声学模拟与模式匹配、语义理解三个部分[17]。

将语音识别技术应用于视频公开课学习平台，可促进系统的智能化与人性化。首先从教师与学生互动的现场语音中提取随时间变化的语音特征序列；然后根据获取的语音特征，通过一系列的训练产生声学模型，再将声学模型同获取的语音特征进行模式匹配；最后系统对识别的结果进行语义语法分析，从而理解语音信息的意义。视频公开课学习系统通过语音识别技术，将教师语音及学生互动语音自动识别并存储下来，从而便于学习者后期进行知识检索，且可帮助系统对学习者的测试结果进行智能化反馈。

五、结束语

从单向的信息传递到双向的互动交流，这将是视频公开课未来的发展方向。本文对大学视频公开课的交互进行设计，提出以学习者为中心的交互模型，弥补了当前视频公开课交互不足的缺陷，不仅有利于学习者更好地学习，其交互产生的大量数据也将为大学视频公开课的进一步完善提供帮助和借鉴。但本文交互模型的提出仅以国内外开放课程的交互设计为基础，缺乏对学习者需求的调查分析，只对视频公开课的交互设计进行了初步探索，其可行性与适用性尚待进一步的实践检验。期望在大学视频公开课的后续建设及研究过程中，能够更多关注学习者的交互需求，对视频公开课的交互设计进行改进和完善，从而促进我国大学视频公开课的快速发展。

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