面向大型学术讲座的移动交互系统设计及应用*

李 浩 ，胡 敏 ，杜 旭 ，林 炳 ，张明焱

（1.华中师范大学 国家数字化学习工程技术研究中心，湖北 武汉430079；2.湖北中医药大学，湖北 武汉 430065）

一、引言

在日常教学活动中，高校举办的大型学术讲座和讨论越来越多，学术讲座已经成为高校重要的教学活动。学生除了从传统课堂教学中获取知识外，还从学术讲座中获取了更多的知识。交互是教学活动最基本的特征之一，交互活动应该贯穿于教学活动的始终，而学术讲座是一种特殊的教学活动。自从人类有了教学活动，便有了教学的交互模式。传统的交互模式只是一种面对面的交互，其主要表现形式是教师提问、学生回答，或学生提问、教师解答。随着移动互联网技术的发展，教学交互方式发生了质的飞跃，它突破了时空的限制，使交互方式、交互环境和交互形式等方面发生了根本性的变革。传统大型学术讲座由于受讲座时间、讲座场地和讲座人数等因素的限制，教学交互存在诸多问题。开放大场景下的学术讲座中能有效参与到交互的学习者人数有限，演讲者与听众之间的交互活动开展较少，演讲者无法实时了解听众对当前主题内容的掌握情况。[1]同时，由于座位分散，听众只能通过现场大屏幕设备获取讲座相关资料内容。但是，即便通过大屏幕投影呈现，部分座位靠边和靠后的受众，无法看清大屏幕呈现的主讲内容，使教学效果大打折扣。传统课堂中使用“提问-回答”的方式交互，单位时间里只有一个学生能参与，学生的参与度较低，而且大多数学习者不愿意在公众面前发表自己的观点及看法，学习者参与交互的意愿程度低。[2]对于演讲者，交互容易增加演讲者的额外负担，占用过多的时间，从而影响正常的教学活动。另外演讲者无法迅速全面掌握和了解的学习者对学习内容的掌握情况，也没有完整系统的评价机制，因此无法对教学活动进行实时调整。由于参与讲座的学习者座位不固定，学习者之间大部分互相不认识，学习者之间的交互和协作学习活动无法开展。[3]

本文设计了一个面向大型学术讲座的移动学习交互系统，师生双方使用智能移动终端开展无缝的交互活动。演讲者可以方便快速地安排学术讲座过程中的交互活动，并实时查看和统计交互情况，学习者可以随时向演讲者进行提问。实验结果表明，面向大型学术讲座的移动交互系统，可以有效提高演讲者与学习者之间的交互程度，可以满足大型学术讲座场景下教学交互的需求。

二、相关工作

交互是教学过程中最基本的教学特征之一，自从人类有了教学活动，便有了教学交互。在各种形态的教学活动中都存在着交互，教学交互的本质是教学信息在教与学二者之间的双向流动。关于教学交互，瓦格纳做出了如下定义：“教学交互是一个发生在学习者和学习环境之间的事件，教学交互的目的是为了使学习者的行为朝着教学目标的方向发生改变并达到教学目标。因此，教学交互拥有两个目的，改变学习者、帮助学习者实现他们的学习目标。”[4]陈丽分别从一般交互的定义、次级涵义的定义和在教育情境中界定三种方法对教学交互的定义进行了分析。[5]依据在一定教育情境中的界定方法，陈丽借用陈青关于远程教育中教学交互定义的方法，将远程教育环境下教学交互定义为，在远程学习者与所有远程教育资源之间的相互交流与相互作用，包括学习者与学习材料、与学习支助组织（包括辅导教师、顾问、行政管理人员、机构设施等）之间的相互交流与相互作用。[6]陈丽将教学交互的本质界定为“在学习过程中，以学习者对学习内容产生正确意义建构为目的，学习者与学习环境之间的相互交流与相互作用”，其内涵为“一种发生在学生和学习环境之间的事件，它包括学生和教师，以及学生和学生之间的交流，也包括学生和各种物化资源之间的相互交流和相互作用”。王志军从理清教学交互这一概念及其相关概念的关系角度出发，对远程教育中教学交互的定义是“为了让学习者达到学习目标，学习环境中的主体间相互交流和相互作用的过程；狭义的教学交互则为学习者与学习环境中的主体相互交流和相互作用的过程”。[7]

在不同形态的教学活动中，教学交互的作用也不尽相同。在日常教学活动中，教师通过必要的教学交互来促进教学活动的正常开展与实施。另外，教学交互可以集中学生的注意力，诱导学生积极思维，调动学生参与教学的主动性，从而促进教学目标的实现。教师根据与学生的交互情况和反馈信息，及时了解和掌握学生的学习情况，从而根据需要对教学活动做有针对性的调整。关于教学交互模式，传统意义上的交互模式是一种面对面的交互，其主要表现形式是教师提问、学生回答，或学生提问、教师解答，或是讨论和游戏等方式的交互。然而，这些都是发生在课堂内面对面的教学交互。随着多媒体计算机在教学中的广泛应用，以及网络通信技术的发展，教学的交互模式产生了质的飞跃，它突破了时空限制，并在教学内容和教学形式等方面发生了根本性的变革。随着智能移动终端以及无线互联技术的发展并在教学中的应用，使大型学术活动中师生间实时的交互成为可能。[8]关于课堂交互教学系统方面，Siau等设计了一款使用CLICKER应答器应用于传统课堂的教学交互系统，借此来提升课堂教学交互。[9]Lehmann等设计了一款用于实时呈现大型学习讲座过程中交互信息的交互系统，应用于智能移动终端，[10]并在此基础上，进一步开发了用于大型学术讲座的移动应用系统，[11]提升教学交互质量。Kim Y等设计了一款使用Twitter的课堂交互移动应用系统，并应用于高校大课堂教学以提高教学交互和学习者参与度。[12]

三、移动学习交互系统设计

1.系统架构设计

移动交互系统的主要应用场景是大型学术讲座，开放大环境下的多人交互，交互质量容易受网络环境、参与人数多等诸多因素的影响，影响用户交互的参与度，因此平台架构方式对交互质量的保障有着至关重要的作用。平台采用基于“客户端-服务器”的整体构架，如图1所示。在服务器端，主要包括数据库服务和接口服务。数据库服务器用于记录和存储系统所用的各种数据信息，包括用户信息、资源信息、签到信息、答题信息、提问信息及交互统计信息等。接口服务器主要用于负责处理客户终端的各种请求，调用后台服务做出处理，并将接口调用结果发送到客户端，同时接收客户端的数据信息并存储到数据库中。这里的处理请求包括消息请求和数据请求两大类，消息请求主要有由演讲者（或教师端）发出的上/下课、开始/关闭签到、开始/关闭答题指令等类型，当接口应用服务器收到用户消息请求后，向服务器端发送数据请求；数据请求包括用户信息获取、签到信息提交、答题信息获取及提交、提问信息获取及提交、学习资源相关信息等。流媒体服务器主要存储与学习内容相关的视频、文本、音频及其他相关学习资料。本系统主要由交互子系统和资源管理子系统两部分组成，资源管理子系统用于演讲者提前将与讲座相关的学习资料上传至平台，以方便学习者在讲座过程中随时查看学习内容和资料；交互子系统主要用于支持演讲者和学习者之间的签到、调查、答题、提问等多样化双向交互教学活动。

图1 系统体系结构图

2.交互功能设计

平台主要针对的用户角色包括演讲者 （或教师）和听众（或学习者）两大类。平台功能包括用户管理、资源管理、交互管理等几个大功能模块，移动交互平台基本功能描述表如表1所示。参与讲座的所有用户提前分配好账号，用户登录平台后才能参与教学活动以及教学交互。演讲者在讲座开始之前，新建好讲座内容主题，同时将与讲座内容相关的学习资料，包括讲座PPT、视频资料、交互答题以及其他拓展资料上传至平台。传统大型学术讲座，一般情况下都是通过投影来呈现演讲者的讲座内容，而学习者位置分散，有些座位离演讲者座位比较远，或者投影效果不佳，根本就无法看清投影上呈现的学习资料内容，因而极大地影响了学习效果。而学习者使用移动学习交互平台登录后，可以很方便地通过平台查看讲座学习资料，摒除了因学习者座位带来的学习内容呈现质量有差异而影响学习者学习效果的因素。课程学习资料的呈现通过上、下课来控制其访问权限，演讲者点击开始上课，学习者就可以通过相应的课堂查看学习资料，否则无法进入。为了方便演讲者查看学习者总体情况及考勤情况，演讲者可以开启签到功能，学习者点击签到后，演讲者可以实时看到当前课堂的整体出勤信息。在讲座过程中，演讲者根据实际情况，需要掌握学习者当前学习内容的掌握情况或者某些特定学习内容的学习状况，可以利用事先准备好的题目，并使用开启/关闭答题的功能，将对应题目发送给学生端，学生端通过平台收到答题后，选择作答并提交后，演讲者可以实时查看整体的作答信息。在整个学术讲座过程中，学习者如果对学习内容有任何疑问，可以通过平台的提问功能，对演讲者发起提问。讲座结束后，演讲者可以针对学习者所提问题有针对性地作答。

四、移动交互系统实现

1.基于消息推送的交互实现机制

由于考虑到移动交互过程中系统的稳定性以及服务质量，系统主要采用基于消息推送的机制来实现大型学术讲座中演讲者与听众之间的互动。讲座过程依托于移动学习交互平台，交互类型包括师生交互、生生交互、用户与平台交互等几种类型，交互分类和交互说明如表2所示。面向大型学术讲座的移动交互平台重点是师生间的交互、生生间的交互两类。其中师生间的交互，也就是演讲者与听众之间的交互主要包括上课/下课交互、签到交互、答题交互、提问交互等类；而学生间的交互主要是讲座过程中，针对听众对演讲者的提问信息，学生间表达赞同或反对意见。

表1 移动交互平台功能描述表

表2 移动交互分类及说明

由于讲座现场网络环境的不稳定性、讲座参与人数多等方面因素，会直接影响交互质量。演讲者与听众之间的交互即师生交互，特别是答题交互，当演讲者与学习者需要开展答题互动时，并不是直接由演讲者将题目信息发送给听众，而是由交互活动的发起方向消息服务器发送交互消息的请求。消息服务器接收到交互请求消息后，对消息内容进行解析，生成消息发送队列，然后对消息发送队列中消息的发送内容和发送对象进行遍历，对每一个消息发送对象一一实现消息发送。当终端收到服务器发送的答题交互消息后，教师角色直接跳转到对应的答题统计页面；而如果学习者接受到答题交互消息，则直接跳转到对应答题页面。跳转到对应的页面，再向服务器发起获取当前答题信息的请求，更新当前页面的相关信息并呈现给终端用户。

为了节约时间，使讲座教学活动更加紧凑，演讲者可以通过平台提前将讲座过程中可能使用到的题目提前设置好，目前支持的主要有单选题、多选题、对错题等类型的客观题。

2.答题统计实现机制

传统的课堂交互使用举手方式统计学习者对某一具体学习内容的掌握情况，受同伴意见的影响或者计数信息出错导致统计不准确，同时统计耗费时间较长而影响正常的教学活动，如果学习者参与人数众多，这种方式势必加重教学者的负担，使大型学术讲座中这种传统的交互答题统计方式根本无法开展。在本平台中，当演讲者开启答题后，学生端接收答题信息，根据各自的理解提交答题信息至服务器。服务器接收到学生端的答题信息后，一方面更新整体答题统计表，另一方面给教师端发送统计更新消息，而当教师端收到统计信息更新的消息后，进行教师端统计页面的数据呈现更新。统计页面除了在演讲者的移动终端中直接呈现外，还会通过现场大屏幕的投影进行呈现。而统计页面的数据更新，采用数据图表的局部更新机制，产生数据动态增长的动画效果，给用户带来更强的交互体验，答题的统计页面如图2所示。整体的答题情况以及各个选项的分布一目了然地呈现在教师端及投影大屏幕上，演讲者可以很直观地了解学习者目前对学习内容的整体掌握情况，学习者也可以知道自己在整体中所处的位置。只要提前准备好学习者更详细的信息，例如性别、年龄、学历、分组、专业、学习风格等，还能以多维度答题统计信息呈现，从而有针对性地对教学活动做出调整。

3.交互质量的保证机制

在大型学术讲座过程中，由于受大场景、多人交互、受众座位分散且不固定、网络环境差异及网络异动等诸多因素的影响，移动交互的质量难以得到保障，移动交互质量直接影响着用户的交互体验和参与度。为了保障移动交互的质量，本文主要采用基于消息主动推送和题目信息主动获取相结合的方法。①基于消息主动推送方法主要是由交互活动的发起方向消息服务器发送交互消息的请求，消息服务器根据接收到交互请求消息进行消息的转发，终端根据接收到服务器发送的消息后，进行消息内容解析和角色判断，对应发服务器发送请求，获取交互数据内容。基于消息的触发机制获取交互信息内容，而不是在交互双方直接发送和接收内容，在一定程度上保证交互信息的完整性和交互质量。②基于题目信息主动获取的方法主要是学习者通过手动主动获取交互题目信息内容。当基于消息推送的方法不能获取当前交互信息内容的时候，学习者便以手动更新的方式主动获取题目信息，这种方式直接向服务器发送请求，获取交互信息内容，这样可以更高质量地保障交互信息内容的完整性，但是需要用户主动介入。

五、结束语

本文以大型学术讲座和讨论为主要应用场景，设计了一个应用于大型学术讲座的移动学习交互平台，平台支持学术讲座过程中的课程签到、答题交互、课堂提问、交互统计等多样化的教学交互活动，可以在不增加演讲者教学活动组织负担的前提下，实现演讲者与学习者的无缝交互。采用消息推送的机制实现题目快速推送至学习者终端，保证教学交互活动快速及高效地组织和开展。交互过程中的统计结果实时在教师终端和大屏幕投影上显示，一方面可以方便演讲者根据交互统计结果对教学活动进行有针对性的调整，另一方面学习者可以一目了然地知道自己提交答题在全体学习者中所处的水平，增加了学习者参与教学活动交互的意愿。学习者在学习过程中遇到学习问题，可以直接通过移动终端向教师提问，演讲结束后演讲者对所提问题统一回答，高效组织学术讲座中的提问活动环节，让更多学习者参与提问答疑的交互环节。在下一步研究中，我们将就大型学术讲座中移动学习交互平台对学习者学习效果的影响做定性和定量分析研究，本论文重点关注了师生之间的交互活动对学习者交互意愿的影响，在未来研究中，将进一步研究学习者之间的交互、评价对学习者交互意愿和学习效果的影响。另外，将移动学习交互平台应用于传统课堂教学场景、小班教学以及在线课程教学活动中，进行教学交互和学习效果分析，也将是我们进一步研究关注的重点。

图2 答题统计界面