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“互联网＋”背景下中等职业教育智慧学习系统研究——以汽修专业为例
本文由《现代远距离教育》杂志授权发布
作者：唐林 周东岱 钟绍春 徐妲
摘要
“互联网＋”时代的到来，对中等职业人才培养提出了新的要求，在专业知识和能力的基础上，更强调学生具有较强的综合素质和学习能力，以促进学生智慧培养为目标、以智能技术为支撑的智慧学习系统是未来学习系统的发展方向。中等职业教育智慧学习系统专门对中等职业教育阶段学生的学习过程进行服务，强调教育过程与社会岗位需求的结合。在构建了学习内容、教学参与角色、教学活动、支撑软件功能以及实现技术等要素的中等职业教育智慧学习系统模型的基础上，以中职汽修专业为例，设计了中等职业教育智慧学习系统架构，并给出了智慧“课堂”、智慧“口袋学习”、智慧“训练室”三类应用场景，为未来中等职业教育智慧学习系统的开发和应用提供参考。
关键词：“互联网＋”；中职教育；智慧学习系统；汽修专业
一、引言
随着“互联网＋”时代的到来，移动互联网络、云计算、大数据等技术蓬勃发展，对人类的生活、学习、工作等都产生了深刻的影响。社会对职业教育人才的要求也逐渐提高，不仅需要掌握职业知识和技能，还需要具有较强的职业素养和学习能力。尤其对于中等职业教育来讲，仍存在学校教育与社会需求相脱节、优质教师资源不均衡、教学思路陈旧、教学资源匮乏等问题，很难跟得上时代的变化。智慧学习作为数字化学习的高级阶段，是教学与信息技术的深度融合，通过物联网、大数据、学习分析等技术的支持，智能感知教学发生的情境，自动判断学习者的特征与学习需求，根据学习者的个体差异提供个性化学习服务，能够对中等职业教育的人才培养给予有力支撑。本文将对中等职业教育的智慧学习系统进行研究，根据中等职业教育的特点，提出针对中等职业教育的智慧学习系统模型，以汽修专业为例对系统架构、运行流程及应用场景进行探讨，以期为中等职业教育智慧学习系统的研发、应用和实施提供参考。
二、中等职业教育智慧学习系统内涵阐述
关于智慧学习系统的概念，韩国最早提出SMART概念，认为智慧学习应当是在一定的智能技术和丰富的学习资源基础上，通过引导学生进行自我导向学习来提高学生的兴趣及能力水平。马来西亚学者Chin认为，智慧学习是通过技术针对学习者的学习风格和学习能力进行个性化的支撑[1]。韩国学者Duk-Hoikoo认为，智慧学习是利用智能装备及学习分析技术预测学习者的各种学习结果，从而支撑学习者进行自我导向学习[2]。在国内，学者李葆萍等认为，技术学习活动、体验及个性化学习方面对智慧学习具有显著的促进作用[3]。黄荣怀等认为，智慧学习环境应具有能够感知学习情境、识别学习特征等功能[4]。杨俊锋等认为智慧学习的核心是信息分析与学习支撑[5]。
通过对以上智慧学习定义的分析可以看出，研究者们认为智慧学习的发生需要学习系统为学生的学习提供智慧的技术支持。在“互联网＋”背景下，智慧学习系统一方面在智慧技术的支撑下，为学生提供智慧型服务，另一方面是根据学生个性化学习需求提供有效的学习支持，促进学生智慧的生成。中等职业教育智慧学习系统专门对中等职业教育阶段学生的学习过程进行服务，强调教育过程与社会岗位需求相结合。从结果上来讲，促进学生专业知识和技能的习得、职业素养的形成以及终身学习意识和跨学科解决问题能力的培养；从技术上讲，充分利用大数据、云计算、移动互联、增强现实、人工智能、深度学习等技术对学生学习和教师教学提供支撑。
三、中等职业教育智慧学习系统模型构建
中等职业教育与其他阶段教育不同，其培养成果是一个学生到职业人的变化，其中社会岗位的需求影响着教师的教学安排和学生的学习评价，直接对学习成果进行检验，进而影响着教师和学生角色的行为变化。针对此变化，本文提出了社会参与的中等职业教育智慧学习系统模型，为系统设计提供依据。
（一）系统模型及要素分析
中等职业教育智慧学习系统由学习内容、教学参与角色、教学活动、支撑软件功能以及实现技术等要素构成。这些要素之间环环相扣，决定着智慧教学系统的设计与实现。本文提出了中等职业教育智慧学习系统模型，具体如图1所示。
1.第一层：智慧学习内容
“职业教育就是为了培养职业人的，以传授某种特定职业所需的知识、技能和职业意识的教育”[6]，在中等职业教育的人才培养上，其学习内容包括知识技能、核心素养、学习能力和扩展能力。与基础教育不同的是，职业教育培养成果是一个学生到职业人的变化，评价学生的目标是合格或优秀，而不仅仅是分数或排名。学生毕业之后面临的是择业问题，所以社会需求是职业教育培养的直接目的，社会岗位所需要的实践性技能以及理论联系实际能力是职业教育的核心内容。对于中等职业教育来讲，社会的进步、技术的迭代更新，导致职业专业理论、实践知识和技能本身是不断发展变化的，比如说新能源汽车的出现就对汽修专业的人才培养、课程建设、课堂教学、实习实训提出了新的要求。因此学生在学习、了解、掌握知识和技能的同时还需要具备与时俱进的态度、终身学习的意识和能力，尤其是要能充分利用信息技术手段高效地学习、智慧地学习。
2.第二层：参与角色
中等职业教育的学生一般是初中毕业生，尚处于青春期阶段，具有一定的自主能力，独立性较强，而且现在的中职学生几乎人人都有一部智能手机，信息素养较强，聊天、游戏、看小说和视频等是他们校园生活必不可少的部分，这为智慧学习系统的使用提供了天然的条件。
因为职业教育的目标比较明确，更注重实践性、技能性知识的培养，那么职业教育的师资更强调的是专业技能和职业素养，这里的职业具有双重性——教师＋技师，除了具备领域知识、教学技能，更需要时刻了解行业动态，了解社会需求，培养符合社会需要的职业人才。
在中等职业教育智慧学习系统中，我们虽然为两类用户服务，即教师和学生，但我们仍考虑社会需求因素。社会的岗位需求决定了教师的课程设计，教师对学生进行课程教学，学生未来要步入社会工作，社会在课程和能力上对学生进行评价。
3.第三层：角色行为
角色确定之后，角色的行为就显而易见。教师在智慧学习系统中可以进行学习组织、引导学生、答疑解惑、学习指导、线上或线下交流等；学生在智慧学习系统中可以采取泛在学习、自主学习、探究式学习、协作学习、混合式学习等多种学习方式；社会提供需求，评价学生和提供实训环境等。
4.第四层：系统功能
根据不同角色的行为特征，围绕学生智慧学习环境的需求，智慧学习系统提供智能仿真环境、交互工具、交流工具、在线课程、智能指导、学习评价、学情分析、学习资源推送等功能，为智慧学习活动提供支持。
5.第五层：支撑技术
位于模型的最外层，系统需要云计算、大数据、物联网、移动互联、智能感知、智能推送、智能诊断及增强现实等技术支持才能实现内部功能的需求，最终实现智慧学习系统，营造智慧学习环境。
所以，中等职业教育智慧学习系统是在“互联网＋”背景下，在大数据、移动互联、物联网、云计算、人工智能等技术支撑下，对行业需求、学习情境、教师需求进行全方位感知，对学生学习过程进行有痕记录和精准分析，为教师教学和学生学习提供与时俱进的教学资源和教学管理服务，最终为学生职业智慧的培养提供“智慧”的支撑服务。
（二）系统服务目标
智慧学习系统以智慧学习服务为宗旨，根据学生的学习风格、学习偏好以及学习进程，给予适时地学习支撑，目的就是促进学生的知识学习和智慧生成。智慧学习系统并不是简单的学习工具，而是以工具集合、资源集合、活动集合为基础，可以为教师的教学和学生的学习提供开放式、自由式的智能支持。尤其是在“互联网＋”背景下，云计算、大数据、学习分析、人工智能等先进技术的支撑下，系统能够自动记录学生的学习数据和学习状态，根据这些有痕学习记录，提取和感知学习情境，识别学习者特征，从而为学生提供个性化的、智能化的学习服务。职业教育智慧学习系统一方面为学生的智慧学习提供支撑，另一方面为教师教学提供智能化支持。
1.支撑学生智慧学习活动
（1）精准的学习服务
“互联网＋”环境下，学习随时随地可以发生，学生学习的自主性更为凸显，也就是学生具有自我掌握学习进度的权力、自主选择学习素材的权力。智慧学习系统依托教育大数据对学生的学习行为进行支持和精准服务，对学生的学习习惯进行分析，给学生的学习行为标定专属标签，通过标签内容刻画出“用户画像”，继而进行有针对性的精准服务，推荐学习资源、分析学习进程、评估学习效果、提供交流平台等，支持任何时间、任何地点、任何方式、任何终端的泛在学习。
（2）虚实相结合的实训环境
实习实训是中等职业教育培养应用型人才非常重要的教学环节，而实际教学环境中往往存在实训环境与现实需求不匹配、设备不足或陈旧、教师指导不及时等问题，所以职业教育智慧学习系统需要重点对实训教学环节进行支持，结合社会岗位具体需求提供虚拟仿真实训环境和基于增强现实技术的实训环境，并提供辅助学习资源，诊断学生操作过程中的问题，在需要帮助的时候给予适当的指导和分析。
（3）知识共享平台
在中等职业教育的实际教学中，教师水平不均衡的现象十分严重，尤其是双师型教师十分缺乏。很多教师从学校毕业之后直接进入高校，缺乏实践经验；而一线工人理论水平不够，不能对学生进行有效指导。中等职业教育智慧学习系统架构了这样的知识共享平台，形成智慧资源库，将优质的教学师资和教学资源进行共享和通用，解决教育资源不均衡的问题。
在智慧学习过程中，学生作为知识消费者的同时，也可以是知识的产生者，教师已经不再是信息的唯一源头，学习过程中，同伴的教学效果可能在某些时候会优于教师，尤其是自媒体时代，学生也乐于成为知识的来源。比如在《汽车构造与拆装》实训课程上，有的学生在学习拆装故障过程中发现了新的故障，并自己尝试解决，他可以将自己的处理过程录制或者记录下来，分享给同学和老师，那么他提供的内容也是学习素材。智慧学习系统打破了传统知识来源是教师或者系统，对学生这种知识生产者进行知识共享提供支撑。
2.支持教师智慧教学活动
当前，在线教育如火如荼，慕课、微课成为教育领域的热点话题，大部分研究论文、课题都是某个学科、某几节课程的教学模式创新，但是真正在线课程的结业率相当低。如前面调查分析，中职教育阶段的学生特点就是学习习惯不好，动机、情绪不稳定，情绪自控能力较弱等，所以，如果脱离了教师的监管和监控，恐怕智慧学习仍然是纸上谈兵。中等职业教育智慧学习系统应从以下几个方面对教师教学提供“智慧”支持。
（1）提供高效、自然的师生互动
智慧学习系统能够支持师生实时、异步在线互动，提高教学效率，让传统的课堂不再枯燥，学生遇到的问题可以得到及时地解决，促进师生之间的交流。
（2）学习过程数据分析
智慧学习系统在数据中心的基础上进行功能设计和学习服务，能够对学生学习过程的数据进行收集、统计、整理和分析，不断挖掘学习过程数据的价值和科学预测，为学生学习和教师教学管理提供服务。智慧学习系统能够自动跟踪学生的学习过程，获取学生状态数据，通过记录在线学习过程、练习、作业、测验、考试、互动信息等，形成多维统计分析报告，为教师教学提供辅助作用。
（3）教学资源的精准推送
专业教师在备课和授课过程中，最需要的是适当的信息化教学资源和工具，包括虚拟仿真环境、讲授工具、信息化课件、微视频资源等内容，社会岗位需求导向，为教师备课提供方向。智慧学习系统就需要实现这些教学资源和工具的精准推送，减轻教师备课负担，提高备课、授课效率和质量。
当然，一门课程是否是智慧的，取决于教师对学习过程和学习内容的设计，在学生学习过程中的指导和监督等活动是智慧学习发生的重要保障，智慧学习系统能够为教师教学提供全方位的教学支持服务。
四、中职汽修专业智慧学习系统架构设计
在“互联网＋”背景下，教育问题聚焦在如何解决大规模教育环境下的个性化问题、学习资源高位均衡问题、教师对学生的精准管理问题以及学生综合思维能力培养的问题，在云计算、大数据、移动互联技术、物联网技术的支撑下，构建智慧学习系统，为学生智慧学习进行环境支撑非常重要。
（一）智慧学习系统总体架构
本研究结合中职汽修专业学生特点和一线教师需求，在产教融合的基础上，设计了智慧学习系统架构，具体如图2所示。在满足学生个性化学习的同时，更强调教师对学习的设计和引导作用，并注重学生实验实训环节，以及线上和线下深度融合。系统模型共分为感知层、数据层、信息层、交互层和应用层。
（二）各模块内涵阐释
1.感知层
感知层用于数据感知，由平板电脑、手机、笔记本、PC机等学习终端，话筒、摄像头等硬件采集设备，传感器等物联设备构成。这些设备在学生或教师使用智慧学习系统的同时持续感知和采集相关数据，为后期数据分析、处理、统计作基础数据来源。
2.数据层
数据层对感知层传递来的原始数据进行汇集和记录，包括图、文、声、像等信息，系统历史数据记录，网络日志，学习活动记录，教师教学活动记录，数据流、点击流等信息，汇集成丰富的结构或半结构化的数据池。
3.信息层
信息是有意义的数据，信息层就是经过转换、清洗、标记后的数据集合，分别存储到相应的数据库中，包括学习者信息库、学习者行为库、情感信息库、学习资源库、学习工具库、课程库、试题库、规则库，根据持续的数据采集、转换，不断形成增量信息，对各种数据库中的内容进行更新。
4.交互层
交互层是核心层，支撑教师的备授课环境和学习环境。包括云学习、云课堂以及云备课。
（1）云学习，是指学生通过手机、平板、电脑等设备进行学习，在云计算的支撑下，实现云、网、端无缝衔接，学生可以使用自己的学习设备进行学习，学习进度、学习数据在云上保持一致。学生可以通过智慧学习系统完成教师布置的任务、作业，也可以进行自主学习、自主练习、学习分享等，系统会根据学生的进度、偏好为学生提供个性化服务。
（2）云备课，主要针对教师，为教师提供资源推送，与学生进行在线答疑和实践指导，最重要是在教育大数据分析的帮助下，动态监测学生学习状态，掌握个别、全班、全校等不同级别的学生的学习状态，根据这些数据动态调整自己的教学策略。同时还支持教师的交流研讨和课程开发。
（3）云课堂，是“互联网＋”环境下的课堂形式，为线上、线下学习做好衔接。云课堂包括在线签到、资料分享、实验实训、师生在线互动、在线作业、在线评价等内容。学习过程数据完全被保留，为教师监控、总结和分析课堂情况提供数据来源。
5.应用层
应用层是根据智慧学习需求封装出来的各个应用。汽修移动课堂，对教师和学生课堂互动提供支撑；汽修精品慕课，供学生学习和教师参考的系列课程；汽修精品微课，有教师提供的微课，当然，在当前的网络背景和条件下，学生也可以自己录制微课上传和分享；学习资源，针对中职汽修专业的数字化学习资源，包括课件、演示动画、图片、声音等；学习工具，针对中职汽修专业学生学习的特色学科交互式工具软件；汽修虚拟实验，由于受到实践器材、场景等限制，提供虚拟实验环境以弥补现实实验的不足；云端教材，为学生设计、研发数字化、富媒化、可交互的电子教材，保存在云端，随时访问；AR图书，在传统纸质书籍的基础上，通过AR技术将数字化学习资源和工具精准推送到图书阅读点上，实现图书和资源的线上、线下结合；企业在线为校企合作、产教融合提供线上渠道；还有在线测试、在线作业和在线交流等环节。
五、中职汽修专业智慧学习系统应用场景
中等职业教育智慧学习系统可以对学生的智慧学习和教师智慧教学提供智慧的技术支撑，其应用场景可以有智慧“课堂”——即能够支持教师组织下的课堂教学活动；智慧“口袋学习”——学生将学习环境装进口袋，随时随地可以利用手机等智能终端进入学习；智慧“训练室”——学生随时进入虚拟或者真实的训练室进行训练，系统提供实时的监控和支持。
（一）智慧“课堂”
在中等职业技术阶段，学生很多知识是在课堂上习得的，智慧学习系统首先服务的场所就是智慧“课堂”，系统构成如图3所示，主要为教师和学生两个角色的服务。（1）对教师备课活动的支持，通过获取班级教学数据和学生学习数据，实时监控学生学习动态，智慧学习系统会为教师提供辅助指导功能，客观分析出整体和个体学生的学习状态，为教师备课、组织课堂活动提供依据；备课系统根据教师的需求，智能筛选和推送适当的资源和工具，为教师备课所用。（2）智慧学习活动组织的支撑，智慧学习系统需要对师生多层次的教学活动提供支撑工具，如提问、分组、探究活动、投票、点名、课堂作业、屏幕广播等多种课堂互动形式。（3）学习情境的感知，通过温度感应器、湿度感应器、光线感应器、红外感应器、摄像头等设备对学习情境进行感知。（4）学习痕迹的保留，将学生学习过程数据完整保留下来，为后续系统分析提供数据依据。
智慧“课堂”概念设计如图4所示。具体智慧“课堂”软硬件包括无线AP、交换机、路由器、学生和教师平板电脑、教师电脑、充电柜、麦克、摄像机、交互电视等设备，以及红外感应器、二氧化碳传感器、温度传感器、湿度传感器、光线传感器等物联网基础设施。
（二）智慧“口袋学习”
中职汽修智慧学习系统基于云计算提供服务，打破了平台、系统之间的数据鸿沟，学生的学习档案、学习过程数据保留在云端，学生可以随时进入学习而不受终端、时间、地点的限制，学习资源放在“口袋”里。学生在利用教材进行学习的时候，拿出手机，通过扫描书上的热点，系统就自动推送学习资源、进入学习讨论、进行虚拟试验等，极大地延伸了纸质书籍的范围，将线上线下资源有力整合在一起，如图5所示。
智慧学习系统最终的目的就是帮助学生完成知识和技能的习得，促进学生智慧的生成，智慧“口袋学习”就是为学生量身定做的能够支撑学生进行图5学生利用手机进行学习场景个性化学习服务，与其他智慧学习系统不同，中等职业教育智慧学习系统的学习目标和学习评价受到企业行业需求影响，所以在资源和工具推送时，需要参考企业行业岗位需求。
（三）智慧“训练室”
职业教育课程以培养学生的技术实践能力为最终目标，从认识论的角度来看，“知道”和“会做”是有本质区别的，所以在理论知识学习的基础上，还要为学生提供实训基地来进行技能“操练”，进而培养他们的实践能力[7]。中等职业教育智慧学习系统为学生提供了两种类型的实训环境，一种是增强现实型实训场景，在学生真正实训的过程中，可以通过智慧学习系统实时获得原理讲解、操作帮助或者问题答疑，理论和实践、线上和线下更完美地结合在一起；另一种是完全仿真实训环境，学生在教室、图书馆、寝室甚至家里的时候，可通过仿真实训环境进行虚拟操作学习和训练，图6是利用平板电脑进行虚拟仿真操作学习的过程。
六、总结
“互联网＋”不是一种技术，而是一种“理念”，一种“思维”，要打破传统固有的思维和行为方式，借力互联网进行职业教育的重构和创新，利用先进的技术和理念为社会的生产、生活提供服务。本文对“互联网＋”背景下的中等职业教育智慧学习系统进行研究，希望能够营造一个智慧的学习环境，为学生掌握职业知识和技能、培养职业素养提供有效的。
作者简介：唐林，东北师范大学教育学部博士研究生，攀枝花学院中国特色社会主义理论教育学院党委书记；周东岱，博士，东北师范大学信息科学与技术学院教授；钟绍春，博士，教育部数字化学习支撑技术工程研究中心主任；徐妲，博士，吉林工程技术师范学院传媒学院讲师。
转载自：《现代远距离教育》2018年第6期
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