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基于PLE的《软件工程》学习共同体系统的设计与实现

作者:原创论文网 时间:2017-05-19 17:36 加入收藏
摘要

  信息技术的发展促使学习方式发生改变,计算机技术为终身学习提供了坚实的硬件基础,技术的“开放性、社会性、个性化”的特征,颠覆了传统的教学观与学习观,为当今的教学改革带来了巨大的影响。新技术的发展与学习形态呈现出明显的趋同态势(Underwood,2005):新技术的发展突出以用户为中心、个人化、移动性、网络化、持久性及泛在化;学习形态变得更加以学习者为中心、个性化、情境化、合作化和泛在化,并贯穿于学习者的终身。两者特征上的相似较好地切合了非正式学习未来的发展主题,同时也促使人们探索新型的学习环境[1]。个人学习环境(PersonalLearningEnvironment,简称PLE)作为一种新的学习环境形态应运而生,它将建构主义所倡导的非正式学习、协作式学习、问题解决式学习等基于网络的学习方式变为现实。佐藤学教授认为,教学过程“是一个非常个人化的过程,同时又是一个建设相互影响社会关系的过程”,“21 世纪的学校是学习共同体的学校”。本文立足于“个人学习环境”及“学习共同体”的构建,探索大学教学改革的有效途径、高校课程教学改革与创新人才培养的需求,以期通过对《软件工程》课程的教学改革实践,深化信息技术与课程教学的融合。

  1、个人学习环境(PLE)的内涵及作用

  PLE 的 较 早 研 究 来 自 于 芬 兰 的 赫 尔 辛 基(Helsinki) 媒体实验室学习环境研究小组提出的“未来学习环境”模型,其思想是在社会软件发展与泛在计算基础上产生出来的[2]。目前对于 PLE 的定义存在着多种界定,最被认可和接受的是加拿大教育技术专家 StephenDownes 的定义:“PLE 是一种工具、服务、人和资源的松散集合体,是利用网络力量的一种新方式”[3]。除此之外,RonLubensky 认为“个人学习环境是一套数字化工具,它允许个体进入、聚合、形成并管理他们不断增长的学习经验”[4]。

  GrahamAttwell 认为“个人学习环境是一种观念,它整合了多种理念,包括终身学习、非正式学习、学习样式、新的评估方法与认知工具等”[5]。Siemens认为“从本质上来说,个人学习环境是在开放、互操作以及学习者控制的观念下产生的工具的组合”[6]。

  M.Harmelen 认为“个人学习环境是一种能帮助学习者个体控制和管理自己学习的系统”[8]。这些定义分别从构成要素、技术、学习方式、学习形态、功能等方面界定的。根据学者们的观点,结合自主学习设计的基本原理和方法,本文认为个人学习环境是学习者个人确定学习目标,构建学习环境,管理和控制学习过程,通过获取学习资源、组织学习资源、意义建构及知识共享完成学习任务的系统。

  PLE 具有资源来源的多样性、数字化、开放性、跨平台整合多样的服务、支持终身学习等特点,它帮助学习者通过获取、整合、协作等方式形成个体知识。学习者可以根据学习需求通过交流、协作、共享等实现知识的管理与创造,通过对个人学习环境的自主控制,不断优化学习环境,从而促进学习者知识的进一步获取。

  2、基于个人学习环境的学习共同体系统的模型构建

  要构建出个人学习环境系统,首先要明确 PLE的构成要素。目前教育领域较着名的个人学习环境模型如“Future VLE”理论模型、Ray Sims 的 PLE 模型、MicheleMartin 的 PLE 模型等,均从不同角度说明了 PLE 的组成,Stephen Downes 所描述的个人学习环境的定义是最被广泛接受和认可的,从中可知PLE 由工具、服务、人和资源四个基本要素构成。因此根据建构主义关于学习环境的构成要素:情境、会话、协作、意义建构,同时结合 PLE 的学习特性,本文认为,个人学习环境是以学习者个体为中心,依据学习者自身特点与需求,在不同学习阶段制定不同目标建构的,由问题、目标、规则、资源、工具、学习共同体、评价调控等要素组成的松散耦合体。

  经过上述分析,设计出个人学习环境下的学习共同体的构建模型如图 1 所示。

图 1 基于个人学习环境的学习共同体模型
图 1 基于个人学习环境的学习共同体模型

  个人学习环境提供必要的学习工具、学习资源及为学习共同体制定的规范。其中的规范是指个体成员应共同遵守的基本行为准则,目的是营造一个有序、安全的学习氛围,使成员间友好和睦相处,增加成员间的依赖感和信任感,使成员在一个宽松安全的环境中学习,更有利于提高个体的学习积极性,为共同体贡献智慧,促进个体知识的建构。

  学习共同体中,自主学习是必不可少的首要阶段。学习者根据问题设定学习目标,利用学习资源,依据自己现有的认知水平,经过反思、辨析、修正,形成个人观点。知识建构强调真正的学习是通过意义协商完成的,在共同体中,知识分布于各个成员中,个人观点只有经过不断的否定、反思和改进,才能建构出较完整的个人知识。学习者通过加入相同主题学习小组,与组内成员提出问题、进行比较、辨论、分析,在辨论中完善个人观点,同时进一步进行小组间的意义协商,形成小组知识。学习者可在此过程中针对问题设定方案,解决问题,完成学习目标,同时对自身不断评价、反馈、调控,完成个人知识的意义建构。

  3、软件工程课程的教学现状及问题

  《软件工程》课程是本校计算机科学与技术专业、软件工程专业及网络工程专业的核心课程,其教学内容包括两大方面:首先是基础篇,主要有基本概念、原理、方法;其次是应用篇,介绍项目开发的所经历的阶段:需求分析、设计、编码、测试及维护。课程目标是让学生对软件开发过程形成较完整架构,培养团队协作及项目开发的能力,为在实际工作中进行项目开发及项目管理打下良好的基础,是一门综合性、实践性很强的课程。

  目前主要的教学方法仍然采用传统教学,即教师上课讲解,学生在实验环节中采用验证式的方式进行学习实践。其结果是学生能记住大部分的理论知识,却无法将其运用于实际中去,更无法完成一个项目的开发。这种培养方式与企业需求是脱节的。因此为提高课程的教学效果,强化学生的自主学习及团队协作意识,培养问题解决的能力,尝试将个人学习环境的学习共同体学习方式引入《软件工程》课程的教学中,以期积累经验,为后续的教学提供借鉴。

  4、基于 PLE 的《软件工程》学习共同体系统平台的构建

  4.1、构建目标

  基于个人学习环境的学习共同体的构建目的在于通过对个人观点的分享,在共享、协作交流中形成较完整的知识、提高学习效率。系统的构建要实现以下几个目标:⑴学习者能对个人及小组空间进行管理;⑵能方便地应用社会性软件工具管理学习过程;⑶方便成员间的协作、交流。

  4.2、系统功能

  根据 PLE 的组成要素及学习共同体模型,结合学习共同体的设计目标(促进学习者更好地完成知识的意义建构,通过相互交流、知识共享形成较完整的知识体系的要求),系统应实现以下功能,如表1 所示。

表 1 基于 PLE 的学习共同体系统主要功能
表 1 基于 PLE 的学习共同体系统主要功能

  4.3、系统构建方式

  目前较为典型的基于个人学习环境学习共同体的构建方法有四种:

  ⑴基于社会性软件的 PLE 构建:基于 QQ、微信等社会性软件,整合现有的 Web 服务或工具搭建而成。

  ⑵基于 Web 服务的 PLE 构建:利用 Google、社会网络等提供的 WEB 服务构建个人学习环境。

  ⑶基于 VLE(虚拟学习环境)的 PLE 的构建:在已有的 VLE(如 Blackboard、Moodle)的基础上,整合 Web2.0 工具构建。

  ⑷基于社会聚合器的 PLE 构建:利用社会聚合器(如iGoogle、Pageflakes 等)自带的服务,自主添加插件,将相关的学习资源、工具、服务整合于一站,实现各种服务的聚集。

  本文利用 SNS 平台的 Elgg 以及整合其它社会性软件来构建 PLE。

  4.4、Elgg 的特点

  Elgg是基于流行的LAMP软件包(Linux+Apache-web+MySQL+PHP),以 Blog 为中心实现社会网络化的开源平台,可对其进行二次开发。它实现了关注好友、微博、信息流、日志、群组等常用的社交网络基本功能,同时 Elgg 的大部分功能都是通过插件的形式实现,方便开发者分别对各个功能进行修改更新,非常适合用于个人学习环境的创建。其主要特点有[7]:⑴强大的可扩展性。提供 API 接口支持,用户可以很方便地开发出基于 Elgg 的各种插件,也可以根据需要利用现有的插件安装使用,实现个性化的设计。⑵多样的交互功能。用户可以参与社区讨论、发表评论、使用 RSS 订阅他人的博客或群组中的内容、可以共享文件,用户可以任意发起小组,支持讨论等。⑶良好的访问控制。学习者可根据需要选择合适的学习伙伴、学习资源、学习工具和支持服务,平台为用户提供了四种权限:Private、Friends、Loggedinusers、Public,可以为每一项学习行为设置其“读”、“写”权限,学习者也可以不受其它任何限制的随时加入或离开某一小组,为学习者的个性化、开放式的学习提供了一个完全自由的学习环境。

  4.5、系统的主要模块

  个人学习环境学习共同体的设计是以学习目标为前提,以问题解决为出发点,以学习者为中心,利用平台提供的工具、资源和服务实现自主学习、交流协作、解决问题及知识、资源共享。基于以上目的并结合对 Elgg 的特点,平台的主要模块如图 2所示:

图 2基于 Elgg 的个人学习环境学习共同体系统
图 2基于 Elgg 的个人学习环境学习共同体系统

  (1)个人中心:学生注册登录平台后,通过 Elgg中的 Blog(博客)发表个人观点,与他人共享想法及知识,同时也可以浏览阅读他人的日志;利用平台提供的工具,如添加书签(Bookmark)、改写Pages 和Rss 订阅器等学习活动整合个人资源,通过 File(个人文件库)存储资源,同时可以与其他学习者的文件库建立链接;通过标签(Tag)对文章分类,并能用它发现与自己学习目标相关的学习者和资源,并通过“添加好友”、“留言”、“微博(Wire)”、“订阅资源”等方式与之建立连接。利用 Elgg 平台建立的徽章(Badges)和个人成就加分体系(Userpoints)[8],对学生进行评价并激发其学习动机。⑵学习共同体:Elgg 平台提供了群组博客(Group blogs)、群组书签(Group bookmarks)、群组文件(Groupfiles)、群组消息(Groupspages)、群组讨论(Groupdiscussions)等各种功能,学习者通过标签(Tag)发现与自己学习目标相同的其它伙伴或利用 Rss 订阅自己感兴趣的话题,通过添加好友的方式形成群组(Gpoups);发起一个话题,创建一个话题小组,邀请他人加入群组,或申请加入群组。另外,Elgg 平台中的微博(Wire)提醒、添加聊天、留言、提问等功能插件也可以建立学习者之间的人际交流网络,进而形成学习共同体。通过站内信息(Message)、Wiki 或添加 QQ 插件可实现与特定的学习对象实时地交流。Elgg 提供了灵活的访问控制,利用页面(Pages)创建分级页面,设置个人或群组中用户的内容访问权限,如部分或全部内容是否公开、群组中的用户能否对本人内容进行访问、修改等,为协作交流提供了便利。

  ⑶学习资源管理:在平台中学习资源管理包括对个人或学习共同体资源的检索、存储、共享及发布,Elgg 平台提供了相应的插件完成这些功能。File(文件库)可为个人或群组存储上传或下载的文本、视频、音频、PDF 等各种格式的文件,学习者利用 Blog 将观点、看法分享发布给他人,或通过 Rss阅读器订阅他人博客中的资源,利用 Tag 标签对其进行分类整理,以 Relateditems(相关条目)的形式为学习者推荐相关的资源,便于学习者提取出自己需要的学习资源做进一步的加工创造,实现人与资源、资源与资源的连接。

  ⑷学习工具管理:包括资源管理工具及协作交流工具。Blog 是用于发表观点的工具;File、Bookmark 是用于存储资源、知识的工具;Wire 是用于发送信息的工具;Wiki 用于协作交流的工具;Rss用于信息订阅等。为方便学习者开展学习活动,可将常用的学习工具整合显示在仪表盘(Dashboard)中。由于 Elgg 是可扩展的且是开源的,用户可向平台添加插件或开发插件,本系统添加了 QQ 插件用时实时通信交流、Google 阅读器用于阅读订阅的资源、Wiki 用于协作交流。此外,平台为学习者提供了个性化设置的功能,可按个人的喜好订制个人空间界面,可自行整合学习工具、学习资源,添加插件。

  5、系统在《软件工程》课程教学中的应用

  本研究选取的样本为赣南师范学院 2012 级计算机科学与技术专业班的学生(共 42 人),从中随机抽取 21 人(实验组)开展,其余学生(21 人)为对照组进行,教学时间为 14 周。在应用前对实验组的21 名学生进行了问卷调查,了解学生利用网络进行学习的情况、对社会性软件使用的熟练程度、在论坛中是否会积极发言等情况。调查结果是学生对各种社会性软件如 QQ、微信等的使用频度较高且比较熟练,主要用于社交场合,较少用于学习方面;经常会利用网络辅助学习,如查资料、看教学视频等;在论坛中大部分是浏览,较少发言或回复。同时对全班学生进行了学习水平前测,并对测试结果进行了独立样本 T 检验分析,得出 p=0.074>0.05,即样本之间不存在差异性显着。

  在本研究中形成的基于个人学习环境的学习共同体系统在课程中的应用方式为:全班同学均正常上课,教师在课堂上进行理论知识的教学,课后实验组学生利用系统平台进行个人的自主学习、组建小组,形成共同体,教师指导被试学生对平台的使用。

  由于该课程的实践性强,因此要求全班学生在课程结束后能开发出一个实用完整的小型系统,并写出系统开发各阶段的文档。课程的评价方式为将理论考试成绩(50%)与系统开发成绩(50%)综合计算。研究目标是评测学生的成绩、知识管理能力、协作能力、自主学习能力及知识综合应用能力。本文以“需求分析”学习内容为例,介绍实验组的学习过程。学习要求如表 2:

表 2“需求分析”学习要求
表 2“需求分析”学习要求

  教师根据课堂教学的进度将资源、课程信息、学习工具,如软件工程文档规范、各阶段的案例、UML 建模语言、ROS 工具、EA 工具等提供给全班同学;检查指导学生的项目开发过程、为学生答疑解惑、帮助学生解决学习问题,为学生提供建议。对照组学生按常规方式学习及与教师互动,实验组学生根据自己的实际需求在平台自主学习、协作学习,可向教师提出学习中的问题,并提出自己的建议。

  被试学生的学习过程如图 3 所示:

图 3 Elgg 平台中学生的学习过程
图 3 Elgg 平台中学生的学习过程

  ⑴个人观点知识的形成与分享:虽然经过了课堂学习,但学生仍有问题无法解决,如功能模型创建的方法和步骤。形成这个问题的原因是对项目的需求不明确以及对建立功能模型的方法不理解。为了解决此问题,一方面学生要与用户进行充分的沟通交流,获取详细的需求流程,同时学生会在平台中利用现有的知识水平及认知结构开展学习活动:创建个人空间主页,通过学习工具搜索或通过 Rss订阅与项目需求相关的资源,保存在个人文件库或书签中,通过撰写日志、追踪 TAG 标签、改写 Pages等学习活动建立起个人资源网络。在不断尝试、修正中完成功能模型的创建。当遇到学习问题而产生认知冲突时,学生通过学习新的知识来支持自身解决问题。个人观点在这个过程逐步形成,并对观点不断地反思、修正,确保观点的正确性,形成个人知识的意义建构。

  ⑵组内知识的意义协商:由于知识的存在环境是复合的,每个人思考的角度不同,对具有相同目标任务的问题会形成不同的个人观点。学习者个体无法靠独立学习完成对知识的整体探究,因此必须依赖于有意义的协作学习,集众人的智慧,与他人共同提升个人知识范围及能力。在此过程中,学生通过平台将自己创建的功能模型发布出去,并提出问题,创建话题组,当他人浏览日志,发现与自己兴趣相投时,则会通过微博(Wire)提醒、Friend 添加为好友或订阅你的日志,或使用添加聊天、留言、提问等功能建立起与其他学习者之间的连接,从而形成人际交流网络。在组内对比他人的观点、分析彼此间的差异和分歧、反思个人观点、说服他人接受自己的观点,在不断修正补充个人观点和知识的同时,促使个人观点与小组观点相融合并最终达成一致,形成小组知识,实现认知上的提高。

  ⑶共同体知识形成:学习共同体的目标是通过个体的差异性知识的聚集促进共同体知识的提升进而反作用于学习者,促进个体知识的提升。由于各小组对功能模型这个问题的思考角度不同,需要将在小组中形成的观点和知识共享到其它群组中,以期通过组间的交流、分析,对功能模型的认识不断地补充扩展,推进共同体智慧的形成,同时学习者个体不断地反思、评价及修正,促进个人观点升华。结合上述过程可知,在个人学习环境的支持下,学习者的学习过程经历获取学习资源、组织学习资源、意义建构及知识共享四个阶段。

  知识建构过程由个人观点的形成到小组知识的形成最后到学习共同体知识建构三个过程。知识建构强调以观点为中心,通过分享、辨论、推进、改进、升华,促使个人能力的提升,同时共同体知识建构是一个螺旋上升的过程。

  6、系统在课程学习中的应用效果分析

  在实际教学过程中收集的数据包括:针对本课程的前测数据及课程教学结束后的总结性评价 -期末考试成绩,学生完成的小型系统及文档。对这些数据利用统计分析软件(SPSS)进行数据的录入和分析处理,并利用改进后的温斯坦学习策略量表(LASSI 量表)对相关维度进行了测评。

  6.1、基于 PLE 的学习共同体系统能有效提高学生的成绩

  在使用上述方法完成了《软件工程》课程教学后,进行了期末考试,实验组和对照组的平均成绩分别为 78.4 和 69.3,标准差分别为 1.24 和 2.34,P=0.025<0.05,差异性显着,可以认为,实验组和对照组在考试成绩上存在显着差异,应用此系统进行学习能有效提高学生的学习成绩。

  6.2、基于 PLE 的学习共同体系统能有效提高学生的自主学习及协作能力

  用 LASSI 量表的 10 个维度和附加测量表在学期初和学期末对实验组和对照组进行测量,分别对值计算均值和方差,并进行独立样本 T 检验,从检验结果的数据可以看出,学期初两组学生在各个维度上都不存在显着性差异。而从期末收集到的数据看,两组学生在部分维度上出现了显着性差异,表 3所示为学期末的测量结果。

表 3 LASSI量表的测量结果(学期末)
表 3 LASSI量表的测量结果(学期末)

  从数据分析结果可以看出:实验组与对照组相比,在动机、时间管理、学习辅助、自我测试、自主学习能力、协作能力、信息加工和选择要点方面都存在一定程度的提升,而且这种差异具有显着性(P<0.05),这说明该系统能提高学生的时间管理能力、自主学习能力、协作能力、应用学习辅助手段的能力,同时也能显着改善其要点选择能力和信息加工能力。即提高知识管理和知识建构能力。而在 LASSI量表的其他维度上,如学习态度、焦虑、专心等方面显着性差异不明显。

  6.3、基于 PLE 的学习共同体系统能有效提高学生的知识综合应用能力

  从学生设计出的系统可以看出,实验组学生的系统功能较齐全,结构较清晰完整,能独立运行且具有一定的实用性;大部分对照组学生的系统均存在一定程度的 BUG,有少数学生未完成。从文档的内容上看,实验组学生能按文档标准和要求书写,较规范统一。说明学习共同体在促进学生综合应用知识方面起到了良好的促进作用。

  7、结语

  本文通过目前国内外对个人学习环境要素的分析,给出了 PLE 的组成要素:问题、目标、规则、资源、工具、学习共同体、评价调控;设计了基于个人学习环境学习共同体的框架结构,分析了学习共同体的内涵、作用,得出了学习共同体的学习过程模型;探讨了基于个人学习环境的学习共同体系统的构建目标、功能,并以 Elgg 平台为例构建系统,并在此系统的基础上展开了教学实践。本文构建的基于个人学习环境的学习共同体系统的最终目的是引导学习者在非正式学习、协作学习的过程中完成知识的建构,具有一定的普适性,便于推广。个人学习环境及学习共同体的构建使用了新媒体、新技术,而正在开发挖掘的物联网技术、云计算、增强现实的兴起必将促进自主学习的个性化学习环境的发展,实现真正意义上的非正式学习。


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