智慧学习环境下的即时反馈系统设计研究

李维杨　方海光　仝赛赛　高洁

摘 要：智慧学习是数字化学习的高端发展形态，而智慧学习系统中的反馈系统是连接教师与学生的重要组成部分，如何通过有效的反馈系统支持智慧学习环境建设是一个重要因素。本文主要阐述了在智慧学习环境下即时反馈系统的设计，包括即时反馈的流程，即时反馈的原则及其系统设计，旨在优化学习者在学习过程中与学习系统、教学者和学习伙伴的互动反馈效果，让反馈更及时有效，使教学者更了解学生的学习特征，进而给予学生更科学的评价和更适合自身的学习指导建议，同时也使学习者更好地了解自我学习状态，提高学习过程体验，从而促进学习者的个性化学习。

关键词：智慧学习环境；即时反馈；学习系统；系统设计

中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2016）21-0017-05

一、引言

智慧学习是数字化学习的高端发展形态，而智慧学习系统中的反馈系统是连接教师与学生的重要组成部分，有效的智慧学习离不开及时的反馈。智慧学习是一种学习者自我积极参与、以学习者为中心、具有完整学习体验的新型学习范式，有助于学习者进行富有成效的社会协作，施展灵活多样的学习方法，定制个性化学习服务以及回溯反思完整的学习历程。[1]智慧学习以发展学习者的学习智慧、提高学习者的创新能力为最终目标。学习者在智慧环境中按需获取学习资源，灵活自如地开展学习活动，快速构建知识网络和人际网络。[2]典型的智慧学习能够更加贴近学习者的学习需求，满足学习行为的多样化，赋予学习者学习的主导权，从而培养更有智慧的学习者。[3]这便需要构建与智慧学习相适应的学习环境——智慧学习环境。同时云计算、物联网、虚拟现实技术、人工智能等技术也为智慧学习环境的构建与发展提供了现实可能性。

智慧学习环境是一个以信息通信技术的应用为基础、以学习者为中心且具备以下特征的环境：适应学习者不同的学习风格和学习能力；为学习者终身学习提供支持；为学习者的发展提供支持。[4]智慧学习环境是一种能感知学习情境、识别学习者特征、提供合适的学习资源与便利的互动工具、自动记录学习过程和评测学习结果、以促进学习者有效学习的学习场所或活动空间。[5]可以看出，智慧学习环境是以学习者为中心的，能够根据学习者的特征并通过为其提供合适的学习支持来促进学习者有效学习的学习空间，其适应性与协作性是其“智慧性”的显著表现。

移动学习的系统环境路线图表明移动学习环境建设分为移动学习装备环境、移动学习支持环境、移动学习服务环境三个层次，包含移动学习终端设备、移动学习网络接入、移动学习平台开发、移动学习资源建设、移动学习的内容选择与设计、移动学习活动设计六个要素。[6]由此可见，移动学习环境是智慧学习环境的基础，它对智慧学习环境要满足智慧学习学习者在任意时间、任意地点，以任意方式和任意步调，进行轻松、投入、有效的智慧学习提供了装备、技术等方面的支持。而智慧学习环境将是移动学习环境发展的最终方向。智慧学习中教与学要遵循四个基本原则——即学习资源匹配、教学逻辑自洽、学习体验丰富、学习反馈及时。目前的移动学习环境与智慧学习环境中还差着一些“智慧”，即环境对学习者的适应性与协作性，而这一点正是与及时的反馈分不开的。在即时反馈下，学习者才能更畅通地进行教学互动及人机互动，深入交流学习；系统环境才能更好地感知适应学习者的个性特点，协助学习者的学习。

智慧学习环境的构成要素主要包括资源、工具、学习社群、教学社群、学习方式、教学方式六个组成部分。[5]有效学习的发生往往离不开个体建构和群体建构，比起传统的数字学习环境，学习者在智慧学习环境中将会进行更多的群体建构，因此在学习社群的建设中将更强调学习者的互动、交流和协作，在技术上智慧学习环境要能够为学习者建立学习社群，为学习者之间进行及时的交流提供支持。而这种学习社群的建设必然是依赖于学习环境中的交互系统的，而在智慧学习环境下，特别是在支持“课堂学习”的智慧学习环境下，还应有与之相适应的即时反馈系统。

二、即时反馈系统典型分类

在目前众多的学习环境中，即时反馈系统典型分成三个类型：基于课堂交互教学的即时反馈系统IRS（Interactive Response System），基于web2.0的网络学习交互平台如blackboard、moodle学习平台，基于社交网络的即时通讯工具IM如QQ、微信等。

1.基于课堂交互教学的IRS即时反馈系统

IRS是通过电子载具，让课堂中所有学习者可以实时反馈信息给教师的一种教学应用系统。IRS即时反馈系统主要包含硬件软件两部分：其中硬件部分主要包含一组遥控器和一个接收器，同时搭配教室中的班级电脑与显示屏幕。[7]IRS接收器与电脑相连，收到的信息储存在电脑上，进而将信息显示在屏幕上。软件部分则可以供教学者发布检测题，并通过显示屏幕显示问题，学习者通过手中的遥控器进行答题，系统可以同时接收所有学习者的答案，并在屏幕上显示学习者的答题结果，教学者可以据此引导学习者进行深入讨论，同时也可以掌握全班学习者的学习情况，调整教学计划。这类系统有两个优点，一是反馈及时，二是反馈范围全面，教学者可以非常及时地获得全班所有学习者的学习反馈，确保学习者参与互动。

2.基于web2.0的网络学习平台

网络学习平台是包括网上教学、网上自学、网上师生交流、网上作业、网上测试等多种服务在内的综合教学服务支持系统，它能为学习者提供实时和非实时的教学辅助服务。[8]在学习过程中，系统可以记录学习者的学习情况及学习进度；教学者可以通过平台来发布学习资源，开展教学活动，收取作业，掌握学习者的学习情况。典型的网络学习平台有blackboard网络课堂、moodle学习平台等。这类学习平台的优点是功能丰富，可以完整地支持学习者的学习过程，并记录学习者的学习情况，在资源的发布和共享上有很大的优势；缺点方面，这类平台更多是基于PC端，许多功能的实现要求大多数学习者登录在线，在移动互联网时代略显落后，很难保障所有学习者都能实时在线进行交互和反馈。

3.基于社交网络的即时通讯工具IM

IM即Instant Messaging（即时通讯），是指能够即时发送和接收互联网消息的实时通讯服务。近年来它已由最初单纯的聊天工具发展成集交流、资讯、办公协作等为一体的综合化信息平台，而且随着移动互联网的发展，互联网即时通信也在向移动化扩张。IM使人们的沟通突破时空极限，且通讯内容除了文字以外，还有语音与视频的通讯，并支持多种格式文档的传送。因此IM有极大的用户群，这也使用户在IM中构建了自己的社会关系网络。IM工具有很多，最为人们熟悉的有微信、QQ、YY等。在智能学习环境下，这类工具的优点是通讯及时，群组交流方便，特别是基于智能终端设计的微信，使人们的交流反馈更加即时，缺点是其对学习者的学习活动难有完善的记录。

三、即时反馈系统类型和流程

1.即时反馈的类型

在反馈系统中，学习的反馈有多种分类，按照反馈对象来分主要可分为六类，即系统对学习者的反馈、系统对教学者的反馈、学习者与教学者的交互反馈、学习者与学习者之间的交互反馈、学习者的自我反馈以及教学者的教学反思。根据反馈的内容性质可将反馈分为描述性反馈、评价性反馈、建议性反馈、指导性反馈四类。[9]

2.即时反馈的系统流程

根据智慧学习环境的概念，基于各种智能新技术在已有的互动反馈工具的基础上可以设计一种综合的以学习者为中心的即时反馈系统，在该系统中，反馈的主要流程如图1所示。反馈系统将反馈分解为学习者在个人学习环境下的反馈（左侧部分）和学习社群中的反馈（右侧部分），两个部分各自保持独立又相互交互。

（1）面向学习者个人学习环境的反馈流程设计

智慧学习环境的设计是以学习者为中心的，因此其即时反馈系统设计也必然是以学习者为中心的，尊重学习者的个性，符合学习者的个性化学习。学习者在初次进入学习前首先要建立属于自己的学习档案。学习档案主要记录学习者的用户ID、年龄等基本信息，学习过程的行为采集和学习成果，以及来自学习社群中的教学者和学习伙伴的反馈。在学习者的个人学习过程中，反馈系统主要对学习者学习过程中的行为进行采集，包括学习用到了哪些辅助的工具、浏览了哪些学习资源等，并对这些行为进行分析，为学习者提供建议性反馈。系统也会对学习者的学习结果进行评测分析，为学习者提供评价性反馈及建议性反馈。反馈系统还会收集来自学习者所在学习社群的反馈，包括教学者给予的评价、建议和指导以及学习伙伴的评价等，这些反馈也将记入学习者的学习档案并实时更新，反馈给学习者个人。学习者在获得学习档案中的各种反馈信息后也对自我进行反思，进行自我反馈，调整学习状态与学习方法，优化下一步的学习。

（2）学习者在学习社群中的反馈流程设计

学习者在学习社群中的学习可以分为在课堂上的学习和在课下的学习。在课堂上的学习反馈系统可分为即时问答反馈系统和即时讨论反馈系统，在课下学习中的反馈主要是即时讨论中的反馈。学习者在进入学习社群、确定学习主题后，可以建立相应的讨论组，讨论组成员主要是其学习伙伴，有时教学者也可以加入。讨论组主要有两大功能，一方面辅助学习者在课堂学习中的即时发言讨论，包括学习资源的分享等，另一方面为学习者在课后的学习讨论提供工具支持，即时通讯工具IM打破了交流的时空界限，因此，在课后学习基于IM的学习讨论中学习者之间的互动反馈将会更及时。讨论组中的这些交互数据也最终会记入学习者的学习档案并反馈给学习者。

即时问答反馈系统主要是针对教学者在课堂教学过程中进行的即时问答反馈设计，在课程开始前，教学者可以利用即时反馈系统IRS测试学习者的知识和能力水平，以便科学确定学习者的教学起点；在课堂教学过程中，教学者也可以发布即时问答，根据 IRS的即时反馈信息，了解学习者对新知识的掌握情况，及时调整教学进度；在课程结束后，教学者也可以利用IRS测查学习者的整体学习状况。教学者可以根据学习者在IRS中的反馈表现来掌握学习者的学习状态与学习特征，从而为学习者提供建议指导或评价反馈。

四、即时反馈系统的环境模型

1.即时反馈系统设计

根据即时反馈流程设计，即时反馈系统原型设计可以综合多种已有的反馈交互工具提供的智慧学习环境，其环境模型如图2所示。

该即时反馈系统主要可分为三部分——课堂上的即时问答反馈、学习社群中的即时讨论组和学习者的学习平台。其中，课堂上的即时问答反馈主要由即时反馈系统IRS进行。学习社群中的即时讨论组主要依赖于即时通讯工具IM。学习者的学习平台主要依赖于各类网络学习平台，尽管这类平台在交互性能上较IRS与IM差一点，但是其对于学习者的学习档案管理，学习过程记录还是有着目前难以替代的支持，而学习档案的记录与管理则是整个反馈系统的智能性体现，教学者与系统对学习者提供的科学的建议性与评价性反馈也多是根据学习档案的客观记录描述。

此外，在较为高级的即时反馈系统中还应该有语音反馈系统和环境识别系统。语音反馈指的是教学者采用现代化的数字录音方式，对学习者的学习提供过程性的指导和评价的一种反馈方式。[10]语音反馈相较于其它反馈的优点：一方面是其通过口语化的更详细具体的描述与讲解使学习者与学习者之间、学习者与教学者之间的交流更深入，也更及时；另一方面，语音反馈能在一定程度上体现出交互者的情感态度，这也使整个系统给予学习者的反馈能够更加准确智能。在智慧学习环境中实现学习者情感分析，有利于促进智慧学习的发生。[12]学习者的情感状态可以通过眼动追踪数据和表情数据进行分析和识别，有相关研究分析，学习者在学习过程中瞳孔大小主要反映学习者的疲劳程度和对某一学习内容的感兴趣程度，而眨眼频率、注视时间和扫视频率主要反映兴趣和愉悦程度。[13]面部表情中的眼睛大小、眉毛和嘴部状态也可以体现出学习者情感状态，在学习过程中，系统通过眼动仪和摄像头采集学习者图像，利用眼动追踪技术和表情识别技术分析学习者面部表情，判断学习者当前学习的专注度与理解度，并将这些信息及时反馈给教学者，可为教学者进行即时的学习分析和教学干预提供可靠的依据。

2.即时反馈系统中的反馈数据内容

在即时反馈系统中，可以按照反馈对象——学习者、教学者、系统将反馈内容进行分类，如表1所示。

将表1所列的反馈内容分类总结起来可得出系统主要的六类反馈内容——学习者的学习状态、学习者之间的交互与自我反思、教学者对学习者的学习指导建议、系统对学习者的描述性反馈及建议、教学者的教学反思及系统数据信息的更新。这六类反馈在智能程度与认知程度上的对比如表2所示。

在一般的即时反馈系统案例应用中，主要的反馈数据有静态与动态两种。静态数据主要记录学习者的基本信息，动态数据主要是学习者在学习过程中实时生成的数据，包括学习过程的记录数据、参与讨论时的发言、即时问答的正确率、教学者给予学习者的建议指导与评价等，内容案例如表3所示。

五、应用案例分析

基于以上设计，我们选取一节八年级语文课《使至塞上》来说明在实际教学中该即时反馈系统的典型应用。在课程开始前，教师发布几道测试题来测试学习者的知识和能力水平，以便科学确定学习者的教学起点，准备合适的教学内容并确定合适的教学策略。

教师会在课前即时收到学生的答案，经过对学生回答的关键词的统计，教师可以获得学生的学习起点分析，如果学习者对这几道问题回答得很好，则教师在教学过程中在这方面相关内容的讲解上可以适当简略。

在教学过程中，教师在重要的教学内容后设定相应的测试问题，（见表5）让学生通过IRS反馈系统（投票器）或者包含IRS功能的终端应用作答，学生的作答结果即时地以统计图的形式反馈呈现，教师可以根据反馈来获取学生对当前知识内容的理解掌握程度，从而进一步调整教学内容和步骤。

如果正确率过低，则说明学生对这首诗的理解还有一定偏差，教师应寻找问题所在，并对应解决，或重新讲解或改变教学策略，然后让学生再次作答；如果正确率适中，则说明学生对学习相关概念问题有所理解，但仍存在认识偏差，教师可以根据作答结果展开深入的课堂讨论，并将讨论结果记入系统档案，如果正确率高，教师则可以按照原计划进行下一步教学。

在对这首诗意境的赏析上，可采用教师引导、学生自主思考探究的形式。（见表6）教师先根据学习者特点如学习者的诗词基础、性格特点等方面为学习者建立合适的学习社群，并发布学习任务及一些必要的学习材料到学习者的智能终端。

在任务一中，学生可以先自主思考，然后和学习伙伴交流讨论，最后可将自己的想法画在纸上拍照上传给教师，也可以直接在智能终端上画图上传，并由教师总结点评。在任务二中，学习者可以在课堂上面对面交流，并将一些讨论结果上传给教师，也可以在课后通过IM或具有IM功能的智能终端应用进行交流讨论，讨论内容会记录到系统档案中。同时，智能终端也会根据学习者关注讨论的内容为学习者推荐相关的材料内容。最后，学习者将学习成果共享，获得教师和学习伙伴之间的评价反馈。在此过程中，教师主要是学习的帮助者，教师要询问学生的思考探究情况，根据系统及学习者的反馈监控学习探究的进程，为学习者提供合适的个性化的反馈，帮助学习者完成学习任务。

在课程结束后，教师可以通过整个学习过程中学习者的反馈情况分析，或者通过IRS测查学习者的整体学习状况，从而为学习者提供建议指导或评价反馈，也可以布置探究问题“将《使至塞上》这首诗与王维的另一首诗《终南别业》在选材、意境、情怀方面作比较，体会田园诗与边塞诗的异同”，通过IM与学习者进行持续的交流互动，并在交流过程中为学生提供反馈评价。

六、总结

智慧学习环境下的即时反馈系统将更具有实时性，也会更加个性化与社会化，对学习者学习及教学者教学起到科学及时的指导作用。学习者通过反馈结果及时了解自我学习状态，弥补自身不足，优化学习过程；教学者通过反馈结果及时改进教学，给予学习者个性化的指导。 该即时反馈系统综合了现有的三种互动反馈系统工具，旨在为学习者提供全方位的即时反馈，让学习者更好地了解自己的学习、掌握自己的学习。该设计仅为智慧学习环境下的即时反馈系统设计提供了一种设计思路，期望将来有更完备具体的设计。

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（编辑：王天鹏）