5G+AI 技术助力开放大学混合式教学探究

2022-11-16高婧

现代职业教育 2022年38期

高婧

（西安开放大学，陕西西安 710000）

教育部于2020 年印发了《国家开放大学综合改革方案》，提出开放大学要主动适应数字化、智能化、终身化、融合化教育的发展趋势，逐步建成我国终身教育主要平台，为服务全民终身学习提供强有力的支撑[1]。在5G 网络技术、互联网+技术、人工智能技术等突飞猛进快速发展的背景下，开放大学正积极探索利用各种新兴技术加快转型发展，加速人才培养，大力推进智慧学习体系建设。

作为目前领域内最先进的通信技术，5G 凭借其高速率、低延时、大连接性等特点，突破了时空的限制，发挥网络优势，极大地保障了大规模在线开放教育的实时开展与顺利实施。而逐渐发展的智能感知、智能识别、智能问答、智能评价、智能匹配等AI 技术，可以极大地助力解决开放教育中个性化学习、精准教学方面的难题。5G 与人工智能技术的结合应用，可以更好地为开放教育赋能，更高效地推进开放大学转型发展，为开放大学混合式教学提供强有力的技术支撑。基于此，本研究主要探讨5G+AI 技术背景下开放大学如何更有效地开展混合式教学。

一、混合式教学

（一）混合式教学的内涵

自20 世纪90 年代至今，混合式教学一直在不断更新迭代、不断演变。北京师范大学何克抗教授认为，混合式教学模式把传统教学方式的优势和网络化教学的优势结合起来，既发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性[2]。冯晓英等人从技术视角、教师视角、学生视角阐述了混合式教学概念的演变，重点已经从最初的关注混合式教学物理特性上转变为关注其教学特性，更加强调以学生为中心[3]。基于上述对混合式教学概念的界定，本文对混合式教学的内涵定义为：在传统面授教学与网络教学同时开展的情况下，充分发挥和利用传统教学手段、各种信息化技术和手段，实现以学生为主体、教师为主导、多种评价方式共存的教学。

（二）开放教育中的混合式教学

无论教学媒介如何变换，从最早的广播、电视到现在的互联网+学习，开放大学始终采用混合式教学，既有在线的远程学习，又有线下课堂的面授辅导教学。基于以上特点，谭伟等提出基于评价的混合式教学模式，并构建了混合式教学的效果评估指标[4]；吕静静借鉴SPOC，分析阐述了开放大学混合式教学在网络联盟的构建、办学宗旨、翻转课堂应用、教师角色转变、大数据的利用五个方面的变革与改变[5]；杨永芳以开放英语课程为例，详细阐述了混合式教学设计中学习环境的设计、课堂面授教学、在线教学、课程发展性的教学评价中的应用[6]。

开放教育的混合式教学已由最开始的以教师为主导的教学转变为以学习者为中心的教学，以学生自主学习为主，通过全流程、全方位、多层次的学习支持服务，促进教学的发生，倡导学习中实时与非实时、师生与生生之间的交互，通过过程性评价和总结性评价对学习效果进行测评与反馈。因此，从混合式教学的物理特性和教学特性出发，结合目前开放教育混合式教学实施中出现的沉浸式教学情境不足、教学交互效果不佳、教学分析与反馈不够精准有效等问题，本研究从学习情境创设、学习活动设计、学习评价、教学分析与反馈四个方面对混合式教学过程进行设计探索。

二、5G+AI 的特点及教育应用

（一）5G 技术及其应用

相较于前四代通信技术，5G 技术具有五大优势：高速度、高并发、高兼容、高安全、低延时[7]，可以实现服务化设计、模块化网络分配，支持按需调用，能最大限度地为AI 展示与功能实现提供感知技术保障，实现人—机—物的跨时空感知、实时控制、全面互动，促进深度交融。

（二）AI 技术及其应用

AI 人工智能技术经过几年的发展，已逐渐融入并赋能到教育领域中，具体包括机器学习、语言识别技术、图像识别、人机交互、自然语言处理等。AI 技术的发展推动了人工智能模式在教育领域中的融合渗透，使教育环境、学习过程越来越智能化、知识学习与资源推送更加精准、学习评价更加全面多元。目前AI 技术在教育中主要应用于这几种情景：创建课程、提供个性化的学习、普及推广大范围的课程与资源、精准的辅导支持、智能的测评方式、教育决策等。

（三）5G+AI 的融合与应用

5G+AI 的结合，不仅是两个领域中新兴科技的强强联合，更为人类解决各类问题提供了无限可能，两者相互促进，5G 为AI 技术的应用提供运行环境保障与承载空间，有效激活无线传感、远程控制、虚拟现实等技术的落地应用；AI 技术为5G 技术拓宽应用领域，使5G 更加智能，同时利用AI 自主学习、数据分析等技术，强化5G 网络自知能力，实现智慧化网络规划与网络优化，加速5G 核心网络智能化应用和规模化部署。

而5G 与AI 技术的结合，在教育教学中可以助力解决以下问题：（1）高速度和高并发可以克服传输速度有限、网络拥堵问题。（2）5G 与物联网传感技术的加持下，有效解决物联不畅、无法全面感知学习情境信息的问题。（3）5G 与 VR/AR/MR 技术的结合，可以有效激活资源，创建沉浸式学习环境，实现多点位的实施远程交互，避免不同场景无法交互。（4）5G 与云计算、数据挖掘，完成智能数据处理，实现精准分析，建立相应用户画像，助力开展更有针对性的个性化学习。

三、5G+AI 技术背景下开放大学混合式教学设计

在5G+AI 技术结合的背景下，综合利用在线教学平台、VR/AR/MR、全息投影、4K+8K 远程直播、质量监控与大数据平台等智能教学工具，开展混合式教学（见文末图）。

（一）课前准备阶段

5G+AI 技术为混合式教学的开展提供了更多可能。在课前准备阶段，教师需要对教学对象、教学内容和教学环境进行分析。在对教学对象进行分析时，首先要考虑学习者的共同特征，如原有知识储备、学习风格以及成人学习者的个性化特点等。开放教育的成人学习者不同于普通高校学生，工学矛盾更为突出，学习目的更加明确，学习者的学习能力差异较大，涉及工作领域也更广泛。在学习者分析时，可以设计利用智能问答库技术开展课前自测检验，了解学生先前知识掌握情况，有针对性地匹配设计适合的学习内容和资源。

教学内容是整个教学的核心，是学习者通过系统学习后所掌握的知识、技能、经验、情感态度的总和，是个人知识的增长和能力的提升。教学内容的分析设计要与学习者相匹配，以学习者的学习需求为导向，明确学习目标以及学习者通过学习后能掌握的知识和实现的技能，强调内容的深度与广度。在具体分析教学内容时，可以采用归类分析法分析言语信息类内容；采用图解分析法分析认知类学习内容，解释知识点要素及相互联系；采用层级分析法分析从属技能类学习内容，明确难度等级和从属关系；采用信息加工分析法从内在心理操作过程和步骤分析实现教学目标所要学习的内容。

学习环境是作为外部因素影响学习者主动建构知识和形成知识体系，而学习情境作为保障学习者学习发生的基础要素，在一定程度上可以影响学习者的学习兴趣、持久度以及对新知识、新技能的接受程度。因此，在课前准备创设学习情境时，要尽可能地保障真实性与激励性，可以应用AR/VR/MR，提供更加直观的教学内容，创建学生更感兴趣、复杂的真实问题或任务情境，打造沉浸式的智慧课堂，使学习情境更加真实，易于多样化、易于沉浸，让在线教育场景更加丰富、生动，也更有利于学生快速展开学习，协助解决问题，降低危险因素，打破传统限制。如火灾现场救援、模拟驾驶等知识利用VR 技术呈现，可以反复多次模拟，降低实训成本和学习的风险性。同时，还需要考虑创设的学习情境是否有利于学习者开展自主学习、协作学习或探究学习，能否促进学习者在学习过程中主动对知识进行有意义的建构。

作为学习活动的基础，学习资源的设计需要根据前期分析的结果设计适合的微课程、在线开放课程、VR/AR、动画等资源，在设计时充分考虑学习资源的有效性和适切性，通过多种感觉通道的共同刺激，形象化呈现教学内容，激发学生的学习兴趣和注意力，维持学生对学习的持久关注和投入。在设计建设中综合考量教学内容碎片化处理后的系统处理，平衡学习热度的持久性和知识掌握情况、内容难度、广度之间的平衡，在保障资源多元化、多层次的基础上，合理划分，有机融合，最大限度满足学习者的学习需求。

结合学习情境创设和学习资源设计，在混合式教学中最核心的仍然是学习活动的设计。在混合式教学模式下，教师要提前设计制作好符合教学目标的数字化学习资源，按照教学进度安排及时发布，合理利用多种信息化教学手段，合理优化融合多种教学活动，引导和鼓励学生开展参与式学习，采用任务式设计、基于问题/项目的学习，充分发挥教师引导者、监督者、评价者的核心作用，让学习者通过任务完成或问题解决掌握知识和技能。进行学习活动设计时应把握以下原则：（1）以学习者为中心，以学生的探索和体验为主，教师是活动的组织者，积极引导学生参与活动，并及时给予指导和反馈。（2）活动中各类媒体的选择、情境创设要考虑适切、适时、适量，要符合学生的知识水平和思维特征，外在的一切技术都是为学生的学习服务。（3）利用AI 技术，设计师生、生生、人机交互空间，实现沟通信息、情感交流、自我反思，在交互过程中，学习者利用促进认知过程的学习工具，获得指导和帮助，及时获得学习反馈，增强学习的体验感和成就感。

（二）课中实施阶段

经过前期的分析与设计，课堂教学实施阶段主要以线上+线下的方式开展。在5G+AI 技术助力下，可以利用5G+4K/8K 技术实现同步直播教学，利用5G+全息投影技术开展远程学习与互动，利用大数据分析技术实时监控教师的教学过程与学习者的学习过程，有效记录学习数据，及时反馈，增强学习者的学习参与感，为教师调整教学内容和教学思路提供依据。教师在这个环节引导学生参与学习活动，指导学生解决遇到的问题，组织答疑、成果展示等；而学生是此阶段的核心主体，参与学习、讨论、交流、互动，通过协作学习的方式完成任务、解决问题、成果展示。课中实施阶段所产生的一切学习行为和信息都将以数据信息的方式保存，并利用大数据分析技术，实时跟进、实时调整。

基于5G+4K/8K 技术的远程同步直播教学，突破时空的限制，实时同步授课的“零距离”，有效联系开放大学下属各办学单位，解决了师生跨校区或跨平台上课难、观看互动效果不佳、部分课程师资紧缺等问题，优化智慧学习环境，创新教与学的形态，实现全系统内同上一节课，共享优质教学资源，增强学习体验，提升学习效果。

5G 高速率、毫秒级低时延的特性，为全息投影的再现提供了强有力的传输保障。“5G+全息投影”技术，通过建设“全息讲台”和“全息直播教学区”，采用远程全息影像实时立体3D 显示技术，实现远程全息授课，打破了时空、地域的局限性，教师与学生、学生与学生的交流不再局限于电子屏幕两端，而是能够真正地实现三维立体实时交互，可以解决目前开放大学主校区与各教学点之间互动难以连接、资源不均衡的问题，助力实现异地教育的同步共享。以全息投影技术为基础的智慧教学，全息老师+三维全息课件满足各种学科和不同人群的学习需要，通过一对一、一对多、多对一及多对多的远程教学和直播互动，实现多地区共享优质资源，教学适应性强，尤其适用于上课体验、实操技能训练等典型教育场景。在应用时辅以配备的360 度全景摄像头，可以同步将课堂上的精彩内容记录下来，上传至云空间或云服务器，便于学习者在线随时观看课堂内容。在全息投影教学中，同时辅以8K 技术应用于远程教学两端，教师和学生都可以直接呈现出来，极大地增强了远程教学的临场感与沉浸感。

课中实施阶段的教学交互设计是促进学习者内化知识的关键步骤，学习者自身的信息加工与协作学习中交互，有利于促进学习者自我知识体系和技能体系的建构。这种交互不仅停留在学习之初学习者与学习平台、学习情境之间的浅层次交互，还包括学习过程中学习者之间，学习者与教师之间，学习者与学习资源、学习任务之间的深层次交互。在深层次交互过程中，学习者对新学习的知识和技能进行内化与二次加工、组织，能实现与自身原有知识结构中的先前知识经验发生交互、建立联系，促进学习的有效发生。在5G+AI 技术环境下，可以内嵌即时交流工具和在线协同工具，建立学习共同体成员之间的双向联系，以任务式、探究式活动为基础，鼓励学习者积极交流，多视角碰撞思想，集中智慧，加强自我感知，促进学习者的深层思考，强化自我知识建构。

（三）课后评价阶段

在混合式教学中，评价主体更加多元化，评价标准也因学习个体间的差异而呈现差异化，对知识内容的掌握、技能的熟练程度、学习活动的参与度、成果互评等更加全面，评价也贯穿于整个学习过程中，呈现动态化的特点。因此，在5G+AI 技术支撑的学习环境下，开展教学评价要充分发挥技术的优势，大量收集学习者线上学习与线下学习中的过程性表现数据和学习成果，利用新技术搭建真实成果展示平台，利用大数据技术建立多层次、多元化、动态、开放性的考试及其评价体系，结合多种形式，注重过程考核，以对学生的学业表现和能力做出准确、全面、科学、合理的检验评价与反馈。这一阶段使用学习分析技术，动态收集分析学习活动开展过程中的学生数据，掌握过程性学习表现，如在线学习的参与度、视频观看次数、观看时长、交互频率等学情数据；使用终结性评价方式和量表，在实践中采用学生自评、互评、教师评价的方式获取学习结果，评价学习成果的内容、技术、创意，考察学习者在协作学习过程中的参与度、贡献度、协作交流、成果输出价值，检测学习成果。同时，根据学习者的学习行为数据和过程性表现，提出学习改进建议，为学习者后续学习提供改进参考并指明方向。

（四）大数据赋能混合式教学改进

大数据分析是数字化时代的关键技术，是有效提升开放大学教育教学质量的关键和突破口。通过5G 网络实现多接口、多平台、多场景数据的获取、收集和处理，结合物联技术、可穿戴设备、眼动跟踪技术和设备的投入应用，在不干扰学习者学习和隐私的前提下，广泛采集线下和线上学习数据，并有效整合，精准监测每位学习者的学习情况，精准定位学习者学习行为、学习状态、学习偏好、学习参与度等，准确分析学习痛点与难点，及时反馈到教师端，有效提供指导与评估，提供精准教学服务，有效促进个性化学习的发生，实现最优化的定制学习，提升学习效果。同时采集相应教学数据，关注教师教学行为变化对学习者学习效果的影响，加强教师之间的交流共享，依托大数据技术辅助教师提供更加准确、完善、结构紧凑、适于大范围推广的课程教学设计和教学经验。

利用大数据呈现的结果和反馈的信息，可以研究在线学习规律、有效学习的发生条件与策略，准确建立不同学习对象的学习画像，更好地改进教学。基于大数据的实时收集、处理、跟踪、反馈，建立大数据分析与质量监控平台，建设对外发布信息化、呈现教学全流程数据的继续教育数字化管理平台，从人才培养成效、教师专业化队伍培育、教学资源的建设与更新、教学环境的更新、教育技术手段与教学的深度融合应用，建立完整的开放教育数字生态圈，实现智能化、智慧化的整合。