文/ G. Alex Ambrose Kevin Abbott and Alison Lanski

美国诺特丹大学下一代数字教学环境的实践与进展

文/ G. Alex Ambrose Kevin Abbott and Alison Lanski

编者按

不妨设想这样一个场景，面对超过两千名学生，为同一门课程的组织115个小班，如何确保小班之间教学内容和评价的一致性？如何找出那些在困境中挣扎的学生并提供帮助？下一代数字教学环境（Next Generationl Digital Learning Environment, NGDLE）正是为了解决这些问题而付诸实施的。本文对美国诺特丹大学（University of Notre Dame）开发的一个新的NGDLE进行了概念研究，对其实施加以描述，同时还总结了一些经验和教训。诺特丹大学（University of Notre Dame）又译为圣母大学，创建于1842年，位于美国印第安那州芝加哥远郊，是一所文理兼顾的著名私立大学。诺特丹大学作为美国人眼中公认的世界顶尖名校，与麻省理工学院、斯坦福大学、以及加州伯克利大学一道跻身常青藤联盟新贵，在学术与知名度上挑战以哈佛大学为首的老牌常青藤联盟。

情境背景和课程模型

2015年春，诺特丹大学成立了一个校级委员会来设计全新的首年体验（First-Year Experience, FYE）课程，用来取代已有30年历史的体育（PE）要求。原来的体育要求由两门必修的体育课组成，其中包括若干主题，其目的是协助学生调整自身从而适应大学生活。新的课程几乎全部关注如何使学生适应诺特丹大学的经历，包括在校的学术和精神生活、多元文化，以及用来养成健康生活方式和创造成功未来的各种工具。这个必修的FYE课程是一个全校性计划，在全校范围内服务于学校教学和学生，他们的专业技能在此得到了统一整合。因此，这个FYE课程成为了开发数字教学环境的一个完美场景。其中，有一点从一开始就非常明确，即以学生为中心的教学方法、一致的课程编制和创新的技术运用，都是对课程的成功实施至关重要。

这个课程在每个学期有一个学分，每周有一次50分钟的课程。该课程被分为一百多个小班和对应的授课教师，因此需要一个共同的课程方案（课程材料、评价标准、相关的评分题目），来确保信息的一致性以及学生努力和授课教师给分的同等性。在以讨论为主的课堂教学之前，学生要进行预习，完成指定的阅读，观看指定的视频，或者根据指定的提示撰写短篇的书面回复。课程大作业的要求是与课程目标相关的反思性和综合性思维，要课程的电子档案中完成，并共享给课程的授课教师和指导教师。

图1 终端用户视角的NGDLE

尽管有85%的教师使用某种教学管理系统（Learning Management System, LMS），但Blackboard公司近期的一份报告显示，在927所北美高校中的7万门课程中，LMS使用的53%是附加型的（重内容、少互动），24%是补充型的（以内容、公告、成绩单形式的单向沟通），11%符合社交型的特征，10%是评价型的（大量使用评价），2%是全面型的（平衡的使用上述功能）。FYE课程需要创新，要超越在课程层面上对LMS的应用，而创造出一个更全面的、面向全年级学生的下一代数字教学环境（Next Generationl Digital Learning Environment, NGDLE），来充分支持这个项目实现其教学和学生成就目标。因此，NGDLE的核心设计目标是：构建一个通用平台，能够利用现有的系统和工具及现成可用的内容，进行标准课程的传授，并实现所有课程小班之间的同等性；采集、存储和分析生成的所有学生数据，从而支持教学评价、项目的持续改进，以及相关研究；为管理者、指导教师、授课教师和学生生成报告和可行动的分析结果。

实践中的NGDLE维度

EDUCUASE《下一代数字教学环境：研究报告》中提出的NGDLE五个特征维度是新FYE课程数字架构中遵循的指导框架，用以弥补当前的教学管理工具和数字学习环境之间的缺口。首先，我们聚焦于实现“可操作性和集成”、“分析、咨询和教学评价”维度，适当注意“个性化”维度并计划在未来几年中实现其他维度来建成NGDLE。

维度1：可操作性和集成

报告结论中以“NGDLE即乐高套装”为比喻。我们选择构建一个基于开源软件的FYE课程解决方案，以Sakai作为主集成中心和连接多种工具（“乐高积木”）的平台，而不是付费购买厂商的个性化定制方案。

表1 连接工具的初始集成

图2 NGDLE数据源和原始输出

这些工具之间并不直接相连,其连接方式从非常基础的网页框架（iFrame）嵌入和超链接，发展到更加高级的由厂商提供的应用编程接口（API）、教学工具互操作协议（Learning Tools Interoperability，LTI），以及体验API（Experience API，xAPI）连接。图1总结了FYE课程中使用的工具和系统数据的通用途径。

表1列出了为建立FYE课程的整个教学生态而采用的系统互联工具和初始集成的方式。

下去一副办事的样子，进出一副忙碌的样子，归途一副疲惫的样子，办公一副投入的样子，学习一副认真的样子，开会一副严肃的样子，讲话一副激动的样子，外表一副朴素的样子，对上一副忠诚的样子，对下一副关怀的样子，总结一副圆满的样子，检讨一副无辜的样子！

维度2：个性化

尽管课程内容和评分题目是标准化的，但NGDLE也可以将学生个性化的某些组件编排进去（维度2）。课程材料在每个学期的第一周就提供给学生，而课程作业在截止日期前的若干周就开放提交，允许学生的学习按各自节奏进行。许多学生利用对课程电子档案的所有权更新了视觉设计，其中一些人还添加了额外的定制内容。

维度3：分析、咨询和教学评价

我们对NGDLE进行了精心设计，以允许多来源的数据之间的内部互联，例如分数、点击数据、电子档案中的作业文本等。图2显示了NGDLE的数据源提供的数据范围。

整个课程采用了一致的课程编制和评价标准，以手工导出、机器学习技术和自动化方法等方式实现了将数据统一采集入教学数据仓库。分析工作使用Microsoft Excel、Tableau和R语言手工进行，过去几年中我们也使用Kibana逐步开发出了一些有限自动化的报表。对指导教师和授课教师都有用的报表是整个课程的分数分布表，授课教师们可以以此为参考标准来衡量他们自己的评分，指导教师可以了解指导对象所得到分数的背景。分数分布表同样让管理者意识到学生在哪些方面上还需要帮助才能达到掌握知识的要求。

图3 NGDLE和数据流概要

产生的影响

由于我们保留了LMS作为集成中心，连接了学生信息系统并集成了所有其他的工具，它就成了采集大量教学数据的理想渠道。图3展示了NGDLE如何汇集起来构建起数据流，形成了丰富和多样的数据生态和脉动，并因此而实现学生学习动态数据的可视化。

我们的核心设计目标是建成一个通用平台，在其中采集所有生成的学生数据，并通过回顾性分析和实时的行动建议，为相关者及时提供数据分析和报表。我们已经实现和超越了这一目标。

过去两年中，NGDLE采集了12万学生作业和分数，460万点击追踪，以及3000万通过文本挖掘得到的词汇。为FYE教师、咨询人员和管理层形成了大量的报告，包括资源（文章和视频）的可视化、点击追踪和热力图、作业的分数分布表、词汇频率树状图以及电子档案的词汇云等。同时，我们也在期中为指导教师形成了识别风险学生的列表，包含有学生风险原因的情境（例如课堂参与、作业提交等），使得指导教师和学生的面谈能够更有效、更专注。采集到的数据还可以为那些在运用课程技术中存在困难的学生提供直接的拓展。

一是，实时数据采集实现了对学生的“把脉”。提供给授课教师、指导教师和管理层的快速数据分析和报表使得在学期中进行即时的教学和课程更新成为可能。

二是，以学生为中心的设计方案的成功为学校教师们提供了一个广泛的模式，体现出将LMS作为NGDLE的集成中心的思想是如何有利于学生和教学的。

三是，让有意义和可行动的教学分析得到充分展示，在校园中激发在其他课程和情境中加以应用的讨论。

描述性的报告指出，选择使用授课教师和指导教师共享的单一电子档案，能够实现双方与学生之间更加深入的联系。

跨学期分享学生的学习成果和案例（通过NGDLE而实现），对后来学生产出高水平成果是有贡献的。

大学能够采用一种基于证据的流程对学生在课程中学到的和产出的成果进行鉴定，这将改变单纯关注分数的相关讨论，并且促使对学生教学体验的更丰富的理解。

未来计划及经验教训

我们对新兴的NGDLE计划采取的下个步骤是——寻求提升现有维度，并分出力量来实现新的维度。

实施新的教学工具互操作协议（LTI）将优化学生和教师的在线体验。（维度1：互操作和集成）

分析方面的改进将允许在学期中更早分享结果，最终目标是通过一个面向学生、教师和管理层的仪表盘提供实时更新。（维度3：分析、咨询和教学评价、维度2：个性化）

正在研讨通过电子档案作业或在线讨论实现社交性学习，作为课程的演进方向。（维度4：合作）

嵌入字幕来理想地更新课程材料中使用的视频。（维度5：无障碍使用和统一设计）

强化文本挖掘程序（维度3：分析、咨询和教学评价）将允许基于课程目标深入评价学生进展，并预计会影响到课程变革和数字生态的升级。（维度1：互操作性和集成）

全新的FYE课程要授予超过校园中任何单一单位更多的学分数（4000+学分），在这个课程中寻求建立NGDLE是一个完美的大规模应用机会，来联合三个单位（教学中心、教学技术组、Sakai项目组）中的数十人，在几个月之内投入数千小时来设计、开发、实施和评估构成环境的五个维度。

我们使用了NGDLE范式来对课程层面的教学管理系统加以重新认识，将其认为是平台级别的集成教学生态。通过“乐高”式的实现途径，可以启用一组应用，改变将LMS作为单向交流的、辅助管理的应用的方式，转而成为一个更全面的、重评价的平台。此外，使用了开源的LMS，有学校自己的支持人员，因此可以快速、经济、安全的开始进行大规模的创新，而不需要高额的厂商费用或者是漫长的开发时间。

最后，这些维度是向着NGDLE目标演进途中不断前行的路标，这让我们意识到，整个NGDLE未必要全面地使用xAPI或LTI来进行集成（链接/嵌入可以作为起点），并且数据的提取和分析也未必要是实时、全自动可视化的（手工导出和报表也是可行的）。最重要的是，我们拥有了一个架构灵活的测试版，能够针对高等教育中不断变革的需求进行不断修改完善。

（责编：杨洁）

（本文译自EDUCUASE；翻译：陈强 清华大学信息化工作办公室）