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基于数字化的教学改革——超级课程构建大学新的教学图景

2024-10-31 中国教育网络

　　一场由疫情引发的宏大实验

　　三年新冠疫情期间，全球学校和教育机构迅速转向在线教育。当时存在一系列挑战，包括学生和教师难以迅速适应新教学模式、学生自主学习和时间管理能力不足、教师端技术运用存在问题、网络不稳定和拥塞、学习平台并发服务能力不够等。

　　但必须看到，这场在线教育实践，为教育数字化转型提供了宝贵的经验，使整个社会上上下下认识并初步接受了线上学习。我国创造了人类历史上规模最大的线上学习实验，数十万所学校、近三亿师生在无法预估的时间内，完全脱离实体教室，进行了一次前所未有的大规模线上迁徙。此次学习大迁徙完全沉浸在数字世界，是一次史无前例的尝试。

　　同时，我们不禁要思考，后疫情时代为何没能巩固成果？疫情后，线上教学活动似乎突然就大面积消失了，几乎只剩线下教学。大学一定有什么是线上不可替代的，是无法或难以数字化的。

　　笔者整理出23个大学的功能和事项清单，分成三类。包括8个可以完全线上替代的，7个通过元宇宙相关技术加持可以实现数字化替代的，8个只能线下实现的。详情见表1。

表1 大学的功能和事项清单

　　8个只能线下实现的功能和事项，并非疫情后线上教学几乎消失的全部原因。还包括传统教育模式的顽固性、线下教学存在的必要性和不可替代性、线上教学效果事实上不尽如人意、数字化教学设施的窘迫和教育技术的不完备、提供知名线上公共学习工具的有关头部企业缺乏远见和急功近利、人类的惰性等。同时，线上线下如何融合？教师如何定位？教学工作量如何计算？这些问题不解决，也严重制约了线上教学推行。

　　教学改革，知易行难。为何几十年来，学习并未发生变革？主要原因包括：老师和学生在教育技术实现方面存在困难、教学过程缺少分工、教改对教育资源投入要求过高、传统教育理念和模式存在巨大惯性、当前智慧教育应用还不够充分等。

　　全国共有高等学校3000余所，高等教育在学总规模4655万人，专任教师198万人，师生比1∶23.5。师生比高、生均课程少、大班制教学始终是当下教学工作的痛点，这也是高校教书育人的“工业化”“一刀切”的主要原因。

　　我们期望通过某种课程级的变革，在大数据、人工智能和区块链等技术的加持下，实现两个目标：一是教师的减负增效、提质增效，把教师从繁重的重复性教学工作中解放出来，多做创造性的、增量性的工作；二是真正实现学生个性化学习、一生一案学习，因材施教，改变教学范式。

　　简单说，实现“供给侧的工业化，需求侧的个性化”。供给侧指教育管理机构、学校和教师；需求侧指学生。供给侧的工业化指大规模、产业式、标准化、低成本生产优质教育资源；需求侧的个性化指一生一策学习的实现和深度学习的真实发生。

　　供给侧的工业化并非要工业化教师，而是工业化向学生提供的教育“产品”。工业化的最根本的特质和优势，是生产过程可控，产品质量有保证，可重复性强，提供稳定的输出，方便实行流水线和自动化，可规模化提供产品，个体生产成本低。

　　打造知识点生产超级平台

　　高校数字化转型的任务之一应是建设一个知识点生产超级平台，实现以知识点为独立单元的规模化、工业化、产业化、标准化建设和管理，以此来解决学校和老师在数字化技术实现方面存在的困难，并降低教育资源投入的成本，提高教育资源的运作效益和可复制性。

　　那么，如何实现需求侧的个性化？

　　首先，要更新教学模式。高等教育中的一生一案学习模式，是对传统教育方式的深刻变革，核心理念是因材施教，确保教育内容和方式与每个学生的特性、能力、目标和潜力相匹配。每个学生都是独特的个体，具有不同的学习风格、兴趣、能力和目标。尊重每个学生的个性差异，通过深入了解每个学生的特点和需求，为他们量身定制最适合的学习路径，满足学生的独特需求和兴趣。激发他们的学习兴趣和内生动力，确保教育内容和方式与学生的兴趣和目标相匹配。

　　其次，要重新认识“知识点”。目前的智慧教育平台和各种各样的学习平台及其教学资源，都是以课程为独立单元，而非以知识点为独立单元，从根本上造成其建设难、应用难、推广难、成本高、难以实现复用的问题，更遑论承载学习变革的使命。

　　本文所涉及的知识点指狭义的知识点，是指在一门课程中教学安排和信息传递的基本单元，是知识、理论、原理、思想等的相对独立的授课单元。一门课程，一般由几十个、数百甚至数千个知识点以一定的结构组成。一个知识点由若干知识元组成，知识元为课程的最小单位。

　　需要更新认知：把知识点作为教学的独立单元。从内容和特性上，知识点分为两类：一类是知识型的、适合于学生线上自主学习的，这一类知识点约占三分之二，主要以学生自学实现，这相当于把教师队伍的数量扩大三倍；另一类知识点，偏重于能力、技能、交流、感性、难度高、场景化等，需要老师线下+线上混合式授课，约占三分之一。通过人工智能助手的加持，假设能够使教师的工作量减少到原来的三分之一。据此，知识点生产超级平台相当于把师生比降低到现有的九分之一。当前师生比为1∶23.5，九分之一，师生比降到1∶2.6。

　　第三，搭建课程与知识图谱体系。如果把一个专业的知识空间视为一个大脑，那么，每个知识点就可以看作一个神经元。这些“神经元”会产生千丝万缕的联系，这些联系像神经网络的树突和轴突的连接一样，连接的数量和强度是动态的，由教师的教学行为和学生的学习行为而影响、而造就，将会构织成一个宏大的知识图谱体系，里面的一个一个的小子集，就是课程。

　　每门课程不再是孤立的，而是一个宏大的体系的一个小小的子集。我国共有13个学科门类，分92个专业类，约800个专业，每个专业按50门课程算，合计40000门课程。每门课程按80个知识点算，合计320万个知识点（神经元）。如果每个知识点包含20个知识元，那么，我们描述的包含所有学科的宏大的知识图谱体系，包含6400万个知识元。这是我国目前所有高校、所有专业、所有课程的全部。

　　超级课程赋能需求侧个性化

　　知识点生产超级平台能够实现以知识点为独立单元的规模化、工业化、产业化、标准化建设和管理，以此来解决学校和老师在数字化技术实现方面存在的困难，并降低教育资源投入的成本，提高教育资源的运作效益和可复制性，支撑供应侧的工业化。

　　一门课程以知识点为基本独立运行单元，按细化到结构化的知识元为体系来建设，很容易以知识图谱的形态实现。

　　基于独立知识点体系的、具备知识图谱形态、内容可生长的、多模态的数字化课程，基于一课一平台和课程即软件系统的理念，笔者称其为“超级课程”。

　　超级课程从知识点的粒度精心制作微课件、知识库、试题库、答疑系统及评价体系。课件的制作过程需要专业教师、美工设计、动画和3D、教育学、软件开发、多媒体人员的充分参与和支撑。以知识点为粒度的教学课件要充分运用虚拟现实、深度交互、人工智能、自然语言、元宇宙相关技术与手段，使用XR头盔、数据手套、动作捕捉等设备。部分课程可考虑建设适用于本课程特色的设施和场景的专用沉浸式教室。同时，还包含课程专用的考试系统，全面使用人工智能大模型实现对学生的动态的、过程化的考核和评价。

　　超级课程，属于超级学习平台的组成部分。依赖具备大规模分布式课程知识库能力的知识点生产超级平台，建设和维护课程的知识库、短视频库。基于IPv6网络和5G/WiFi 6超高速网络，在知识点生产超级平台上以WIKI形态实现各高校学习这门课程的师生共同参与课程知识库生长的能力和机制。

　　超级课程，使学生从课程知识点的学习者，变成知识点的学习者和建设者。基于知识点体系的超级课程，其内容的建设拥有足够的开放机制，支持课程内容和知识点的可生长、可扩展、可演进。

　　参照教育部“101计划”课程思想，超级课程应包括核心教材、核心师资、核心实践项目、核心平台四个维度的建设与运行。课程的知识点体系，包括基础的、高级的、国际领先的、前瞻性的、产业的、实践的、职业的、探索的，由不同学校不同教师组成团队建设和维护。基础知识点的维护团队主要由普通高校教师组成，高级知识点的维护团队主要由重点和头部高校教师组成，国际领先的和前瞻性的知识点的维护团队应该由大师级的专家领衔，且有强大的教学团队支撑和机制保障。

　　多个高校作为联盟成员，一起对一门课程的知识点体系进行管理。课程联盟只对知识点体系层面进行管理，包括知识点之间的链接关系和规则，但并不能直接负责知识点层面的建设与维护。知识点层面，全国所有会用到这门课程的学校和专业的老师，都可以自由申请作为这门课的具体知识点的内容维护者，以去中心化的模式、基于专用共识机制、由区块链技术加持实现对课程的共同维护。

　　基于此，我们再来讨论“需求侧的个性化”的实现。一个专业50门课程，一门课程80至300个知识点、1600至6000个知识元，一个专业就是4000至15000个知识点、80000至300000个知识元。

　　这些知识点和知识元之间围绕课程的主线产生千丝万缕的联系和路径。每个学生都可以根据自己的基础、能力、学业背景、喜好、目标找到最适合自己的学习路径。特别是由人工智能加持为每位学生学习的知识点体系进行自动化定制和动态调整，实现学习的“千人千面”。把课程碎片化成知识点的学习，还利于实现游戏化的及时反馈式学习，这与短视频的流行存在类似的心理基础。进而实现基于知识点的学习效果考核，通过区块链技术实现学习的过程化，创建每个人的“知识点银行”。

　　超级课程应具有电子游戏的形态。超级课程学习，充分考虑“Z世代”大学生的认知特点和教育教学方式，充分考虑“00后”大学生普遍喜欢玩电游的特点。整个课程平台以电子游戏的形态出现，把大学四年的学习任务、课程体系和课程的知识点体系，展现为电子游戏的任务和关卡。

　　电子游戏中的等级系统、装备系统、积分系统、好友系统、协作系统、任务系统、竞争系统、交易系统等与教学内容和任务结合。学生进入超级课程学习平台，找到进入电子游戏和电子竞技的感觉，以过关“打怪”的形式推进学习进度等，变革学习体验。

　　超级课程引发学习变革。超级课程中，学生既是学习者，又是知识点内容的反作用生产者，是真正的大规模、分布式、知识库式、知识图谱化的、元宇宙化的学习平台。同一门课，全国各层次的大学生共同学习同一套知识点体系，各取所需，学习的成果可以共享和互通，形成规模化效益。

　　课程内部实现知识点粒度的选课。传统的教学计划在课程层面分公共基础课、专业基础课、专业必选课、专业限选课、任选课。与此类似，超级课程将在一门课程的内部实现知识点粒度的选课。在一门超级课程的内部，从知识点上分基础、必选、限选、任选、热点等，实现课程的灵活学习体系。

　　学校和学生根据本校实际、产业实际、政策实际、兴趣爱好，自主组合知识点，直至实现学生学习课程的“千人千面”“一生一策”，真正落实“因材施教”。

　　基于知识点的超级课程，利于快速实现专业领域最新研究方向和技术成果融入教学内容，方便与相关企业、产业的实际需求相结合。

　　以“知识点+授课节次”为单元组织教学，参与超级课程的所有学校的老师都参与课堂授课。所有学校学这门课的学生，在全国范围内以授课节次为单元在超级学习平台上选择听任何一位主讲教师的课程。平台上会动态显示每位主讲教师的听课人数、评价、反馈、排名，基于此实现各校教师的“硬PK”，优胜劣汰。同时通过试题库和考试、测试平台，建立较为客观的评价机制，动态考核教学效果，并根据教学效果动态调整课程的内容。

　　超级课程运行机制：知识点币。知识点币（Knowledge Point Coin，简称K币）。引进区块链的token机制，为超级课程知识点的“生长”做出可确认贡献的老师，依据专用共识机制对其工作量进行量化，奖励一定数量的K币，K币的铸造、流通、交易、使用、功能与主流区块链平台相同。

　　每位学习这些知识点的学生，都需要支付一定的K币。学生的K币有两个来源，一是其所属的学校从其培养经费中拨付一定金额兑换K币发放给学生，二是学生在学习过程中必将对知识点产生反向作用，造成知识点的“生长”，做出被共识机制固化的贡献，这也可以经量化得到一定的K币。

　　基于K币，老师和学生在教学和学习过程中深度协同，最终围绕知识点形成生态，多劳多得，优质教学资源多得，学习用力用心的学生多得，学校可以从老师和学生获取的K币中收取适当管理费（佣金）。这也为实现知识点的校际互选的结算提供支撑。这些交易一般通过一系列区块链智能合约来实现。

　　虽然超级课程内置了K币，但它只是区块链体系的token，只是为了工作量计量和贡献度评价及其结算，并非货币，更非用于商业化目的。超级课程应该是教育管理机构主导建设和运行，主要运行在教科网上。各高校有义务提供硬件资源作为超级平台的CDN节点，提供的计算、存储和网络资源，也可以计算成K币。

　　教师收获的K币作为其教学工作量和工作绩效的计算，学生收获的K币作为其计算成绩、评先评优的重要依据。学校收获的K币可以发放给学生购置兄弟高校的知识点资源，也是教育管理机构评价学校能力的重要参照。

　　超级课程的终极目标：全国一门课。

　　全国高校3000余所，学生4655万人，按生均课程0.1门算，当下全国高校共有课程460万门次，平均每位教师2.3门课。全国800个专业，40000门课，平均每门课被各高校重复了115遍。

　　不管是重点本科高校、普通本科高校，还是职业院校、成人教育院校，一门课程，在平台中只作为同一门超级课程。知识点体系可以建设得很丰富，每种类型的高校学生，根据培养要求和层次的不同，选择不同的知识点组合，甚至对同一个知识点，选择不同的学习深度。

　　采用超级课程，同一门课，全国只有一套知识点体系、一门超级课程，不再重复115遍。超级课程的终极目标是，全国各高校学习这门课的千万学生同上一门课，全国各高校教授这门课的千百教师同讲一门课。从现有技术来讲，没有任何问题。

　　供给侧工业化的实现

　　如何理解供给侧的“工业化”？以课程《分析化学》为例，假设有600所各种层次的高校开设有这门课，不管是化学和化工类专业，还是医学类、生物类专业。假设这些学校有3200个教师教授《分析化学》这门课。

　　《分析化学》这门课程的80个知识点，应该由这些老师共同建设和维护，这3200个教师需要分工，平均每个知识点40位教师。就是说，每个知识点由40个来自不同高校的教师共同维护。每位教师原则上最多允许维护3个知识点。如此，可以实现教师对教学资源建设和维护的高度细分和更加专业化。

　　知识点生产平台应该基于人工智能、大数据、虚拟现实、区块链等技术提供强大的对知识点进行建设和维护管理的技术能力和体系能力。对来自不同专业的教师来讲，不需要培训，可以轻松上手，且仅需专注于知识点的专业内容，不需要额外掌握复杂的信息和教育技术，不为专业教师的增加额外负担。

　　其一，超级教研室是虚拟教研室概念的进阶版。专用于超级课程，使多个学校的教师能够共同参与完成一门课程的教学全过程。这个教学全过程包括教学计划制定、教学日历安排、教学内容核定、教学方法研究、教学心得交流等环节。这使得超级教研室成为超级课程专用的新型基层学习组织。在这个组织中，不同学校的教师能够共享资源、交流想法、合作研究，从而提升教学效果，促进教师的专业发展。

　　每门超级课程设置一个超级教研室，通常由多个学校的几十到几百人，甚至数千人组成。在这个大型的团队中，内部需要有一定的组织架构和岗位分工。

　　其二，线下授课需要根据知识点入口测评时的结果对学生分组，分授课课头，这需要变革排课系统。传统的排课，具有工业时代的烙印，需要一个固定的课程表。一门课第一周在哪个时间、哪个教室、哪些学生、哪个教师上课，到最后一周相同，原则上一学期是不变化的，仅可考虑分单双周。而超级课程需要新型的排课，同一门课程，每周上课的教室、时间、课头学生的组成、主讲教师，都是每周变化的，都提前一周根据学生的入口测评和分组，以即时通讯的方式告知学生和老师。

　　同一门课，传统的分课头的方法，一般是依据院系、专业分教学班，一刀切，无法考虑同一专业的不同学生的不同情况。有的学生听不懂，有的学生觉得讲得太容易，只有一部分学生学得正好。超级课程分教学班的依据是学生的现有层次、能力和背景，并考虑知识点实际测评的结果，使学生的“最近发展区”得以最佳实践。

　　全国高校40000门课程，如果每一门超级课程，都由全国三千所高校的成千上万相关教师和学生，通过教学过程，都训练一个人工智能垂直模型。四万门课，四万个人工智能垂直模型，会如何！

　　高等教育，已到变革前夜。我国教育，20世纪以前，中国学堂式，因材施教、有教无类；20世纪，欧美模式，工业化，学位制，精英教育；1999年至今，扩招，欧美模式，工业化，平民化，规模化，高中化。我们已经站在学习变革门口，高等教育教学必将是数字化、智能化、平台化、个性化、精细分工、全国化、打破校际边界、WIKI化，必将是超级课程形态！

　　来源：《中国教育网络》2024年7月刊

　　作者：张子蛟（郑州大学信息化办公室）

　　责编：陈荣

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