#$() )$+,)! "#$%& ' () +,- 福建省电化教育馆福建福州福建省普通教育教学研究室福建福州武夷学院图形图像研究所福建武夷山在无监督环境中保持学生持续而有效的学习是翻转课堂的难点翻转课堂无监督学习环境是人机情境从人机交互角度学生沉浸在持续学习中达到有效学

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缎笑籍
4 years ago
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1 ! "#$%& ' ()* +,- 福建省电化教育馆福建福州福建省普通教育教学研究室福建福州武夷学院图形图像研究所福建武夷山在无监督环境中保持学生持续而有效的学习是翻转课堂的难点翻转课堂无监督学习环境是人机情境从人机交互角度学生沉浸在持续学习中达到有效学习深度学习状态也称人机认知耦合态认知耦合态是学生认知结构个性能力和教师设计的学习内容情境轨道匹配的状态是学生和机器相互依赖形成高效学习体人机耦合态设计理念上需理解学生心理规律及过程让计算机成为教助理引导学生学习设计形式上需采集人机交互数据观测学习过程创意耦合情境调制认知过程翻转课堂中人机认知耦合设计重点是教学资源结构认知思维过程在线导学互动学习成像形式认知大数据处理技术实证教学实施方法基于人机认知耦合态的翻转课堂是教育数字化实证化思想的实践也是信息技术与教育深度融合的尝试翻转课堂人机交互认知结构教学代理实证教育间充裕但监管困难的矛盾教师如何通俗易懂地把翻转课堂是当前课堂改革热点在信息技术教育设备比较成熟的大背景下我国教育界具备开设此类课堂的硬件基础翻转课堂难点之一是保证学知识点讲透如何让学生理解视频内容如何在无教师监督的数字环境中保持学生持续注意力将成为翻转课堂难点生在家等无监督状态下的持续学习其中视频设计是关键一方面基于计算机屏幕录制技术的教学视频制作比一般摄像机视频交互课件制作简单另一方面当前因特网存在大量资源这些资源通过简单的方式被应用在视频制作中而不需软件专业人员参与提高了资源应用率但是如果没有领会信息技术与教育深度融合的理念大量翻转课堂视频还是有可能成为闲置的宝贵资源为此我们需要把翻转课堂视频无监督学习管理机制列为首要研究对象研究如何设计视频及学习管理方法实现信息技术和教育的深度融合翻转课堂的设计不能仅用丰富多彩的视频吸引学生而要考虑学生是否产生有效学习深度学习翻转课堂要解决课内时间短暂但内容丰富课外时翻转课堂教学基础设施是计算机网络学生面对机器学习是典型的人机环境涉及大脑计算机两个复杂系统科技领域称为人机交互人机交互是横跨认知信息脑科学的热门研究领域因此我们不能简单地理解人机学习系统必须基于人机交互视角理解翻转课堂中的人机环境翻转课堂中的人机交互涉及的人与计算机均为认知系统与传统人机环境不同比如弹钢琴也是人机交互但是它是物理系统具有时不变特性任何时候任何人按下某个钢琴键都发出同样的声音从人机交互角度描述就是无论何时相同的输入总可以得到相同的输出而计算机是认知系统能够理解用户根据用基金项目本文系全国教育信息技术研究十二五规划年度重点课题信息化环境下翻转课堂教学的实践研究课题编号的研究成果全国教育科学十一五教育部规划年课题学生学习活动科学化与学习素养养成课题编号!" 研究成果得到福建省教育厅科技基金基于人机交互的问题空间可视化技术研究 # 课题编号 $ % 的资助

2 学术视点!"#$ 户和操作做出相关反映在不同时间和问题情境下假如相同输入但可能根据认知逻辑得到不同输出也称为时时变特性在人机交互和人工智能领域计算机经常被看作人的替身代理在翻转课堂中计算机是教师助理学习伙伴本文都简称教助理教助理是翻转课堂信息平台研究开发者设计者出的人依据认知逻辑或者教师旨意命令和学生交流是翻转课堂信息平台研发的难点其水平直接关系到人机学习的体验程度根据教助理和学生之间的配合依存关联程度我们把翻转课堂的人机交互状态分为物理匹配状态认知匹配水平! 和认知耦合水平 " 三种 #$% 状态在翻转课堂人机交互设计中物理匹配水平指人机交互有时不变性不考虑时空及学生个性操作的变化学生根据经验记忆就可完成操作任务认知匹配水平指人机交互有时时变性计算机将依据学生个性操作状态等做反馈认知耦合水平指人和机器之间通过认知匹配水平的交互而彼此影响相互依赖以至联合起来获得高效学习体验认知耦合要求计算机能对学生个性水平习惯有记录并成为互动调控的参量学生也感觉和计算机学习很顺畅甚至达到个体单独学习难以到达的水平显然翻转课堂的人机交互设计应以人机认知耦合为目标基于人机交互设计的用户中心原则人机认知耦合设计要求我们在翻转课堂人机交互系统设计中以学生为中心构建教助理角色 & 先确定学习任务并把学习任务分解为序列流程 $ 在每个流程节点上设计可供选择的学习方向不同难度的阶层内容便于个性学习因材施教 ' 记录学生的学习过程并带到学生评价中构建多样性多元化的学习评价标准建立科学导学机制在学生遇到困难时给予帮助建立学习流程和轨道的概念让学生清晰地知道自己的学习线路图也便于教师对学习过程的调整如教助理能让学生明白 & 自身目标任务和学习轨道 $ 对人机学习过程进行动态调节 ' 获得学生个性特征根据学习状态对学生进行即时导航根据学习缺陷对学生进行培训和辅助让学生顺畅完成学习任务获得耦合体验我们就称这样的人机学习互动水平发展到认知耦合状态认知耦合态实质是计算机的输出信息成为大脑输入内容大脑输出信息成为计算机输入内容当然双方不能随意输出必须对交互的内容情境进行认知加工后输出即计算机和大脑双方都按照认知逻辑认知规律学习轨道协调互动在翻转课堂中人机交互构成信息耦合系统人机被调制到 #' 认知耦合态面向人机交互的学习学研究涉及认知认知心理学教育学信息科学人机交互人工智能等领域是一门综合性学科 $ 年美国国家科学基金会启动庞大学习科研计划设立学习科学中心项目把学习学研究推进到国家科研战略层面此计 # 划资助七大学习科研中心包括视觉语言与视觉学习空间智力学习时间动力学认知与教育神经科学教育科学与技术非正规与正规环境等认知科学和学习科学充分融合从学习科学及人机交互角度我们看到深度融合新难点即人机交互学习技术研究仍需要两方面的人才信息技术阵营为代表的技术研究者以心理学和教育学为代表的人文研究者在现实研究中两个领域配合不佳耦合程度不高难以融合形成信息技术与教育深度融合的人为障碍尤其在我国各学科之间本身融合交流就比较困难的状态下认知科学信息技术和教育人文研究人群的融合就更加困难基于认知理论和人机交互环境的数字学习方式和传统课堂学习方式比较最大不同是数字化实证化实证教育提倡高质量和高效率的教育方法精确 #, % 教学 () * + (* 等理念希望教师能像医生一样基于数据工具开展工作我国相关团队 # % 在基于人机交互的学习动力分析基于人机交互面 #/ 向学习过程的数据采集基于认知耦合态的认知 #&.&& #&$ 数字流形认知结构拓扑成像人机学习情境 #&' #& 矢量化 &0& 课堂架构等方向开展了许多研究形成基于人机认知耦合和新认知观的教育数字化实证化研究思路 %& ' 人机无监督学习的难点在于教师不在现场学生学习心理和行为空间约束力少自由度高目标感弱当然教师虽不在现场但教师信用权威等通过教助理可传递到远程学习数字现场形成虚拟监控加上家长的现实监管还是可构建有约束力的家庭远程学习情境的教助理虚拟监控和家长现实监管只能说是

3 翻转课堂远程学习的基本架构要让此架构发挥作用我们需要深入分析其监管关键和基础基于教育心理学原理教助理的工作重要基础是学生的认知结构状态个性心理特征等信息如何获得学生认知结构状态是重要挑战梳理认知结构概念及历史学习是认知结构的变化是大多数学习心理学理论的论述认知结构在教学中的重要性不言而喻但是更多时候认知结构在教师眼中还是来无影去无踪的概念就像普通人对微观原子结构陌生一样但是认知结构在学习科学中的核心地位毋庸置疑尤其是对认知结构进行实证化研究更显现出日益重要的趋势当前认知结构的研究逐渐成为热点包括脑认知功能成像技术认知结构评估的动态贝叶斯网络分类器方法等实证研究模式当然认知结构实证化前提是需要采集到认知结构数据在翻转课堂中我们如何采集到认知结构数据呢甚至我们可以说认知结构存在于脑内用计算机能够进行观测和研究吗在认知结构发展历史上数理实证方法也不断地被引入比如著名认知心理学家皮亚杰在世纪年代就开始基于范畴论开展认知研究他为了让人们更清晰地看到认识过程从具体发展到形式的线路图开始研究范畴论研究证明态射范畴与范畴论可以成为人类认知工具认知发生的重要想象方式基于皮亚杰认知态射假设学生认知结构是范畴体系和学生交互的计算机学习系统也可以是范畴体系人机之间通过态射关联实现结构态射转换通过态射关系大脑和计算机实现融合即人机交互学习环境从心理空间物理空间信息空间的融合发展到多元空间的态射融合态射是两个范畴系统之间的映射过程在人机交互中态射是主要通过人机情境来实现比如计算机向大脑发出态射操作将由相关的人机情景和操作接口来承载学生理解后做出相关的操作实现大脑和计算机之间的态射回路可见人机情景就像人机中间的纽带是人机耦合态射的载体媒介从这个角度我们把翻转课堂中的人机交互学习环境进行面向态射的抽象并分解为脑认知体耦合情境信息流形!" #$%&!" ' ' & ( $ 认知态射系统简称 ( 信息流形可以简单理解为信息空间信息系统定义 ) 翻转课堂 ( 范畴体系在翻转课堂的人机交互中假定脑认知体是范畴耦合情景是范畴信息流形是 ( 范畴总称 ( 范畴或人机耦合范畴 ( 范畴中存在如下态射 ) 符号态射 * 计算机信息流形中存在的态射符号态射以计算机能够处理的信息符号为基础是符号逻辑操作空间中的态射认知态射 * 脑内认知对象之间存在的态射态射以认知思维对象为基础是脑内认知空间对象的关联 + 耦合态射 * 耦合情境是认知态射和符号态射之间建立的双向态射实现认知空间和符号空间之间的双向态射链路定理 ) 认知信息空间认知自然同构如果存在的双边逆 &), /0 这样的态射, /1-0 称为等价的 */-0 显然在认知耦合状态脑认知体中的认知对象和人机交互情境信息系统中的对象是可以建立双边逆运算的比如在一定条件下计算机给出熊猫照片大脑是反应这个熊猫照片而不是牛的照片同样大脑中熊猫的照片传递给计算机后计算机也能够明白用户是要表达熊猫而不是牛以上就是双向态射因此认知信息范畴之间存在等价认知态射认知信息范畴对象是等价的在范畴论中以上规范被称为认知自然同构定理如图 ) 所示, 1 0, 1(0, 1(0, (1 0, 1 0, (1 0 在教育心理学角度认知自然同构就是在人机认知耦合态脑内认知对象和计算机中假定的对象保持一致就像观测遥远的星球不需要进入星球内部而通过接收星球发出的光线射线等来推断星球内部结构一样我们通过人机认知耦合态获得脑认知活动数据根据这些数据能推断学生认知结构状态定理认知信息空间认知耦合变换范畴体系中存在范畴函子认知函子保持 ( 范畴之间的耦合变换即保持脑内认知对象之间的态射和信息流形认知态射之间的认知规律逻辑是一样的具有协变性图所示图中认知自然同构图中认知自然变换认知自然同构和认知耦合变换定理在范畴角度

学术视点 ' ()* +, 保证认知信息空间认知对象统一性和认知规律协变性是翻转课堂基于观测学习认知的数理基础从教育心理学角度认知耦合变换就是脑认知结构对象之间的认知关系认知逻辑能够被投影到信息符号系统中通过分析信息符号系统就能发现认知对象之间的逻辑耦合关系以上我们对基于皮亚杰范畴论思路

4 学术视点 ' ()* +, 保证认知信息空间认知对象统一性和认知规律协变性是翻转课堂基于观测学习认知的数理基础从教育心理学角度认知耦合变换就是脑认知结构对象之间的认知关系认知逻辑能够被投影到信息符号系统中通过分析信息符号系统就能发现认知对象之间的逻辑耦合关系以上我们对基于皮亚杰范畴论思路获得人机认知耦合系统中认知自然同构和认知自然变换两个定理的研究结构并做了简单论证基于平台的认知信息范畴的自然同构耦合变换原理为人机环境的学习观测提供数理基础基于此原理我们能开展认知结构实证模拟分析并创新类似基于人机交互的认知拓扑观测等研究方法为认知观测探测预测提供新技术以上虽然我们论证人机认知耦合态可以观测到脑内认知结构和认知逻辑等重要内容但是如何观测还是摆在我们面前的问题即在翻转课堂的人机交互设计中我们该如何采集学习认知数据!"#$%& 如何把翻转课堂中存在的认知学习对象内容方法过程形式数字化是有意思的科学和技术问题假如翻转课堂研究者准备对其进行信息采集一般会有如下方式拍摄照片获取课堂及远程现场的活动片段的视觉信息录制声音录制课堂及远程现场声音情景摄像录制课堂及远程现场的图像和声音假如我们获得以上翻转课堂教学过程数字化的数据准备开始重新回顾翻转课堂时发现以上数据都以紧耦合方式存在难开展分解归并检索运算处理比如我们要寻找某个阶段的学习过程细节时候以上资料难以寻找到相关结果因此人机情境的数据采集思路方法技术不能延续传统课堂信息化方式须另辟蹊径换个角度可认为翻转课堂中每个学生面前都有台信息采集设备对人机学习活动进行信息采集计算机不仅是辅助监管学习的工具还是学习活动过程观测平台像一台数字化认知学习观测仪器不断采集信息基于学习认知理论人机交互环境采集的内容分为学习行为和操作情景两大类学习行为采集比如学生用计算机听写英语单词用户开始时候敲击键盘再敲击再敲击形成组合但是计算机没有确认其准确性学生思考后发现以上拼写错误就退格键删除再敲击两个以上学习拼写过程有以下三种描述方式代表拼写正确! 表示拼写错误 " 在认知重构角度第一种记录方法能够一定意义上表达学生拼写过程第三种记录方式最简单只记录结果认知信息最少学习情境采集比如在翻转课堂视频学习过程中给学生我要求助按钮遇到障碍时候能获取到视频图像再如学生可把某个图形中不懂的部分情境截图在以上两种数据采集中最难的是学习行为过程操作数据采集此数据涉及采集精度和效度问题如果采集精度过高会造成数据爆炸采集精度过低又忽视遗落了认知的重要信息在翻转课堂中我们把具有认知操作内涵并且能反映学生学习认知操作过程的符号序列叫认知符号序列 #$%&' ' $( )* &+,, 数据重要功能是能通过结构化矢量化的数据集重构认知和学习过程也便于进行学习和认知分析因此, 数据是翻转课堂数据采集的基础特性, 标准规范及采集方法技术是翻转课堂数字平台重要内容在翻转课堂中认知符号序列数据分为以下几种学习知识内容的符号表达主要是学习知识技能相关内容的数据 - 学习操作过程的符号表达通过这些数据能够对学习操作进行有效重构学习行为参数的符号表达包括进入学习平台的时间时长等参数比如学生进行. 点数字思维训练计算机给学生四个数字 / /./0 我们采集到不同学生的组合形式形成以下记录记录前部分表示操作内容和过程后面表示学生花费时间及结果通过这些认知符号序列我们就能够还原学生的操作过程如图所示图点计算认知符号序列和一般测试数据比较认知符号序列无疑是大

5 数据在采集方法处理技术方面都有难度认知符号序列数据重构及可视化就是一定意义上的认知结构可视化或者成像无疑认知符号序列要基于信息认知教育心理等背景理念进行设计这也是造成新一代翻转课堂平台研发高门槛的原因基于计算机人才自身学习体验的研发设计思路显然无法满足现实深度融合的需求翻转课堂视频学习过程是教师设计符合学生发展区学生会操作能学习的内容学习过程同样存在关键点难点重点在传统学习环境中难以捕捉学生在这些点上的准确状态比如多少学生学习圆周长是难以理解这个数据但是在人机交互环境中我们可把列为学习观测点通过类似选择题等方式对其进行测试获得学生掌握状态我们在翻转课堂学习中定义如下概念定义学习轨道教师在翻转课堂中设计的学生学习某个知识点的学习过程称为认知轨道或者学习轨道学习轨道是教师根据经验理论等设计的符合学生发展水平的学习过程的具体体现定义学习实例学生在翻转课堂的人机环境中依照学习轨道开展学习的实际过程是学生个体在认知轨道上活动的具体化学习实例是人机环境中按照学习轨道而发生的个体认知过程也称认知流学习流定义学习轨道节点在一定角度上学习轨道是由一系列认知点组成这些点可能成为学生认知学习的疑点难点重点关键点定义学习观测点根据学生现有发展水平和教学设计选择某些学习轨道节点进行观测进一步了解学生在这些节点上的学习活动状态为调整学习轨道学习流提供参数定义认知耦合度根据学习观测点获得学习实例即学习流的轨迹对比教师预先设计的学习轨道可以计算出认知耦合度比如个学习观测点顺利地通过了个那耦合度可表示为定义学习分叉学习节点之间存在关系包括科学关系认知关系假如这些关系也可用态射箭头矢量来表示认知节点可能和另外几个认知节点之间存在态射形成学习分叉学习轨道概念和牛顿力学物体运动轨道概念类似当前在认知科学领域动力系统研究范式是热点和前沿构建认知轨道等也是迈向学习动力系统学习动力研究的体现!" #$%& 基于! 环境的学习观测和传统心理教育观测不同! 是连续精确巨量地采集学习和认知信息数据就类似一台天文学望远镜对空间星体进行持续观测显然自动化的望远镜和人工化的眼睛观测比较是天文学的巨大的进展翻转课堂中在线大量采集到认知数据这些数据如何即时处理我们需要设计一个学习调控系统让其驻留在云中心像信息工厂在线处理远程终端的学习信息一样学习调控网络具有动力特征其基础元素是学习对象及对象之间的认知逻辑学习规范等在翻转课堂中我们通过在线观测学习对象通过!! 分析对象之间的关系而不像传统课堂通过教师测试问卷调查经验等方式观测学生的学习状态和过程学习调控网络的基础对象点线是学习调控网络的基本对象为了便于理解我们把这些点和线都可视化在可视化学习调控网络中点代表学习对象学习点属性有名称大小颜色等基础属性学习调控网络的线代表点之间逻辑及关系有名称大小方向颜色等可视化属性由于点线是基础拓扑元素基于可组成丰富的可视化的网状树状等可视化拓扑图形为翻转课堂的学习调控网络可视化提供基础学习动力过程变量比如学习训练的次数训练时间长 " 训练结果 # 等都是学习动力过程变量学习动力变量决定影响学习过程速度效果效率的因素定义 $ 复杂学习网络众多学习节点和它们之间的逻辑关系认知规则构成认知网络拓扑图这些图可以用树结构复杂网络等可视化形式表示学习拓扑网络可以根据复杂网络理论建立可视化可计算的复杂认知网络模型基于学习网络我们可以建立翻转课堂知识点及学习网络调控系统实现学习流的调制及控制定义学习调控每个学习网络点都设置调控逻辑根据逻辑决定下个学习点比如图所示学习点测试之后有 %& 三个认知学习分叉

学术视点 "# $% &' 点学生经过相关测试后系统根据认知网络调控逻辑选择三个点中的一点继续学习经过分叉点最后都回归到点图复杂认知网络示意图在学习调控网络中通过学习调控矩阵认知逻辑等数理方法进行分叉选择多元化计算是认知学习计算模式调控的重要模型从控制论角度调控核心之一是调控逻辑或者业务规则在翻转课堂中调控逻辑和规范有认知逻辑学习逻辑行为规范教学计划等

6 学术视点 "# $% &' 点学生经过相关测试后系统根据认知网络调控逻辑选择三个点中的一点继续学习经过分叉点最后都回归到点图复杂认知网络示意图在学习调控网络中通过学习调控矩阵认知逻辑等数理方法进行分叉选择多元化计算是认知学习计算模式调控的重要模型从控制论角度调控核心之一是调控逻辑或者业务规则在翻转课堂中调控逻辑和规范有认知逻辑学习逻辑行为规范教学计划等调控逻辑蕴含在以上图所示的复杂认知网络中并且通过教助理去执行在翻转课堂信息系统中教助理分为两个角色一个角色小时驻留在云系统中另外一角色驻留在学习终端陪伴学生学习学习终端教助理不仅根据学生的状态模拟代理教师响应学生的操作还采集信息传递到云系统云教助理根据相关的逻辑指导终端教助理的工作例如学生在口算训练中取得分的成绩终端教助理就把分数传递给云教助理云教助理将根据当前的情况反馈分在当前的排名再如云教助理发现某个学生在晚上点还没按教师计划进入学习状态它将给家长发送短信让家长催促孩子在线学习教助理是教育技术发展的一个新事物促使教育数字化实证化走向自动化智能化通过教助理教师简单重复劳动由计算机完成计算机不仅是简单的教学工具而是学习伙伴教助理甚至教助理能够完成教师难以完成的工作就像人脑计算方面无法和计算机比较一样教助理的部分工作也是教师无法比拟的总之翻转课堂信息系统中的教助理将模拟现实中的教学逻辑而工作让学生在无监督条件下感觉教师的存在! 根据以上思想理论方法和技术我们设计了翻转课堂教学信息系统系统主要包含复杂认知调控网络在线导学认知思维训练应用学习成像教助理等模块可视化复杂学习网络在翻转课堂中我们可以把认知结构知识结构用可视化复杂认知网络表达形成可视化的学习目标便于教师学生及时了解自己的学习状态比如有个学习目标节点红色表示学习目标没有实现黄色表示学习目标掌握不稳定绿色表示学习目标掌握比较稳固每个复杂学习网络节点和相关的课程训练关联例如某个学生的口算学习节点是黄色的通过点击口算节点就可以直接进入口算训练系统开展人机交互的口算训练学习轨道设计我们在翻转课堂视频录制过程中先定位知识点的学习轨道学习轨道可以依靠教师经验及群体智慧研究决定只是和传统课堂不同学习轨道用知识点比较准确地表达出来比如一个知识点讲解的几个知识点它们之间的顺序哪个知识点会形成分叉哪个知识点和另外哪些知识点会混淆等都在录制视频之前确定下来形成学习轨道如果教师群体形成不同学习轨道也是正常的且可以通过不同认知轨道方式确定下来在未来认知实例中进行实证学习观测点设计在视频流中在某些节点上将出现暂停让学生回答相关问题即出现学习观测点以及相关测试点的关联点在导图中每个节点的状态也会不断采集学习过程信息为教学轨道设计调整提供数据和信息学习流监测通过我要求助按钮建立翻转课堂无障碍学习环境即学生可以提供其向后台服务人员比如教师等其他协助团队提供学习难点系统后台能获得远程的学习情境状态并及时提供协助包括人工及智能系统的自动化协助在线智能导学卡翻转课堂的核心模块之一是电子导学卡图所示为小学四年级数学用字母表示数的电子导学卡基本结构是课堂或者课程单元目标类似思维导图概念等可视化结构是教学蓝图上面可以放置微视频图片等多媒

体资源圆点位置学生可交互答题并通过逻辑进行过程监控导学卡内容分为学习资料动画视频等资源微课程听字母歌都连接有视频了解学生知识掌握情况的测试在此知识点上容易犯的错误类型数学医生相关知识在实践中的应用留心观察学生存在的问题我的问题等图翻转课堂电子导学卡在线导学卡不仅可以采集每个学生的信息还可以对学习信息进行即时统计处理比如让所有学生答案集中显示

7 体资源圆点位置学生可交互答题并通过逻辑进行过程监控导学卡内容分为学习资料动画视频等资源微课程听字母歌都连接有视频了解学生知识掌握情况的测试在此知识点上容易犯的错误类型数学医生相关知识在实践中的应用留心观察学生存在的问题我的问题等图翻转课堂电子导学卡在线导学卡不仅可以采集每个学生的信息还可以对学习信息进行即时统计处理比如让所有学生答案集中显示教师不必翻阅几十本的作业本极大地方便教师了解学生学习状态也可让学生相互评价互动从新认知观角度通过展示导学卡学生在家学习的情境经验认知此刻在大脑中被唤醒并参与到翻转课堂学习中实现课内和课外地有机融合极大激发学生参与热情在学习成像卡上教师和学生还可进行评价点赞等操作根据已学的计算公式计算相关几何量面向认知思维的人机训练基于教助理思想我们在翻转课堂系统中设计部分认知和思维训练应用比如口算想象作文等因为这些基础能力需要千锤百炼单纯依靠课堂是难以完成的学生回家和教助理训练这些高强度训练项目可根据认知符号序列开展更加精细的认知学习动力分析比如针对口算训练我们设计人机交互的口算训练软件系统系统采集了大量数据获得学生口算训练不同次数的加速曲线用坐标系刻画学生口算训练状态轴代表口算训练次数轴代表前后次数之间的进步分数假如某个学生第次训练分数是分第次训练分数是分我们就认为学生进步了分形成学生口算训练的加速曲线统计图通过坐标曲线可发现学生进步态势比如某些学生开始进步加速度很大但是很快降速有部分学生会出现加速度为负的状态说明在此时是退步但是很快就转向正向到一定次数学生进步都出现瓶颈大部分都出现型发展模式如图所示图口算训练型图学习成像简单案例学生利用画图工具画出柱体和椎体并根据实际的长度数据计算其表面积体积图中展示了学生自己绘制几何图形并用尺子测量屏幕中图形的大小获得图形的大致数据再根据型学习成像图教师可以开展教学比如部分学生在型底部时候可能失去训练信心通过观测训练图明白学习成绩起伏是正常的只要坚持训练就会走出进步低谷同样根据总分名次等学习状态像教师可以开展更多学习指导比如自己进步类型先慢后快稳步增长型先快后慢快步突进型但是不管是哪种类型到了一定分数都将出现增长瓶颈需要改进方法增加训练难度才能够突破自我比如通过数据分析发现三年级到六年级的小学生通过次左右的人机训练口算成绩大

8 学术视点!"#$%&' 部分能够到达 ( ) 附近这个区间学生口算能力个性差别不大但是我们发现越过 ) 分数点后口算能力的个性差异被显示出来我们称个性难以区分的区域为个性共同区相反个性差异强的区称为个性差异区例如我们发现学生练习 * 次后就进入个性差异区根据以上这些规律和学习像教师可指导学生的训练基于人机认知耦合态和教助理思想我们建立翻转课堂无监督远程学习模型基于认知范畴态射理论创新翻转课堂人机学习情境观测认知结构重构方法创建复杂认知网络模型实现翻转课堂教学的自动化智能化调控本文只是认知结构观测探测和预测初步研究及实践还需要在理论技术实践层面深入尤其需要在认知结构重构方法认知逻辑挖掘认知耦合态调控机制认知耦合动力系统方面进行深入研究 % 参考文献 & +, 何克抗 % 如何实现信息技术与教育的深度融合 +-,% 课程教材教法 ) ().*/&0) 01% +), 方志刚 % 人机交互技术综述 +-,% 人类工效学 /.0(&00%, $% 5 $ # 5 $ $ # : 5;% ) $ % 54 9 %* ) ) $.* &* 1% +(,4 $ <= ;% ) & )&)0;%.<<!!!% %$ #< > $< $? %@ A?>B**01% *; 美 ; 莫兰 ' C%-% 美 ; 马洛特 ' 7%D% 著肖艳邵冉译 % 实证教育方法 ;% 北京. 中国轻工业出版社 ) 0. /&0 % 0; 蒂姆哈福德 % 实证式教育革命 8<= ;% ) & *& 0;%.<<!!!% E %E < < * )* % 1; 23 4 $ 3 = D E% ' $ C ' E ' 8' 5 &6 ' 'E -;% ' ' - ' $ $ 9 E $ ' $ ) / *. )& 0% /; 刘长勇孟世敏 % 面向认知的. 数字课堂信息序列 -; % 长春师范学院学报自然科学版 ) ) ). ) & )(% ; 陈珉吴婧等 % 基于人机交互环境的教学精确观测 -;% 电脑与信息技术 ) /.0& % ; 孟世敏刘长勇等 % 基于人机交互的认知数字流形 -; % 电脑与信息技术 ). &/ ( % ; $ 4 5 $ 7 $ $ % 5 $ # 9 $ ' $ ' 6 ' &5 'E -<= ;% - ' 9 E $ ' 4 E 9' 'E ) ) <(. ) & % );4% ' $ D% 5% E% 5 $ # 9 $ 4 E = #' 'E 8' = ' & 'E 5 $ 4 ' -;% 5 $ ' 2! 9 E $ ) 1. 1(& /(% ; 杨升刘长勇程仁贵 % 采用认知标架的人机学习情境矢量化方法 -;% 重庆理工大学学报自然科学 ). )& 0% (; $ E" #'!' % 9 $E' :'! ". C$ ' ' $ ;% 9 'E 9'" ' D' ' % '' C#. 6' $ 3 ).// % *; 李兰春双成杜瑞杰 % 认知结构评估的动态贝叶斯网络分类器方法 -; % 中南大学学报自然科学版 ).0 *&0 % 0; 瑞 ;-% 皮亚杰等 % 态射与范畴. 比较与转换 ;% 上海. 华东师范大学出版社 ) * & 1% 1; 徐光陶霖密张大鹏等 % 物理空间与信息空间的对偶关系 -; % 科学通报 ) 0.0 &0 0% /; 孟世敏程仁贵 % 基于人机交互的认知结构观测数理基础 5;% 法国巴黎. 首届中国人机交互国际研讨会论文集 ). &)% ;7 : E" 9 ' 3 %. F ' C ' E 5 $ ;% 9 *. *( &*1 % ) ; ' 3 > 9 -% C ' E ' 'E E $ ;% 9 9 E E >' E $ # E E. )((&)(0% ) ;: E 7 9 ' % 9 > ' E' E $ # E E. #! ' > ' -;% > ' > 'E ). & % )); 23 4 % 'G' 5 F 5 $ # 2! " 5;% ) ) > ' ' 5 E & >E' &8 & ' '$ ' > & ' $% C7 %)1 ) ) ) ) $'. &*% % 作者简介 & 陈凤燕福建省电化教育馆研究室主任高级教师研究方向基础教育信息化教育教学研究朱旭福建省普通教育教学研究室教研员福建省学习科学学会秘书长高级教师研究方向学习学研究程仁贵武夷学院图形图像研究所副教授研究方向人机交互与计算机视觉研究孟世敏武夷学院图形图像研究所技术专家研究方向脑认知结构成像及人工智能研究! " # $%#& ' # %% % & # # # & %! " #$! " #$ %!& ' # ' #$ ( ) *! + " #$,- )!. ' # ' #$ /! 0 1 ) 1 '. &!.'. ' #$! " # $ # # % # $ # & ' % & $ # # # # '

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旅游科学旅游科学王春雷会展专业人才培养模式是一个院校对于会展办学的整体设计因而需要进行系统性的构建但目前这方面的研究成果不多更缺乏实证性的研究本文基于文献综述的发现和会展专业的特点从理论上构建了一个项目驱动型会展专业人才培养模式的基本框架进而以上海师范大学会展经济与管理专业为例侧重从教育理念培养目标培养过程培养制度和培养评价等方面进行了实证研究项目驱动型会展专业人才培养模式