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大数据趋势下的教师专业发展平台:“醍摩豆智慧型议课厅”之发展与应用

大数据趋势下的教师专业发展平台:“醍摩豆智慧型议课厅”之发展与应用

张奕华.吴权威

、绪论

新兴科技(emerging technologies)象是云端运算(cloud computing)、扩增实境和3D 打印等,正在改变我们的教育。在不断创新的科技形式中,归纳各国的发展趋势,有八种科技应用在现在与未来的教室中:扩增实境(augmented reality)、3D 打印(3D printing)、云端运算(cloud computing)、线上社交网络(online social networking)、软性显示器(flexible displays)、生物识别技术:眼球追踪(biometrics: eye tracking)、多点触摸荧幕(multi-touch LCD screens)、游戏式学习(game-based learning),以多点触摸荧幕为例,让用户透过数只手指达到电脑图象应用控制的输入技术;从过去的黑板、白板到大型触摸屏,让学生可以使用更大的交互介面。多点触摸荧幕可以让学生围绕在大型的平板旁,借由滑动荧幕来操控和拖曳图片等( Hongkiat, 2017)。上述八种科技元素所组成的多元型态的未来教室,正影响世界各国的教师与学生及学校使用科技的型态,也影响国内的教学现场的创新与改变。

随着信息技术与网络科技的爆炸性发展,数据的累积与解析越来越受重视,而大数据(big data)更是成为让人琅琅上口的新名词。大数据(big data),又称巨量数据,是指透过新型的信息技术方法快速截取、处理和分析大量数据,成为可解读有用的信息,以供理解现象、预测趋势和决策之参考。现在举凡天文学、大气学、医疔、社群网络、警政治安、交通路况、电子商务等,都有在借由数据的分析来提高作业性能或开发商机(维基百科,2017)。而现在教育界也搭上了这一个大数据的潮流,将从教学中生成的大数据来促进教师专业成长。基此,本研究之目的系从教学大数据中提取重要的消息以促进教育的发展,教师可以透过“醍摩豆智慧型议课厅”(TEAM Model Smarter Observation Lounge)采集课堂中的教学消息并进行数据分析,帮助教师提升其专业能力。本研究之目的如下:课堂中师生之间的交互情况能数据化分析,对于教师发展以学生为中心的课堂教学会有帮助。教学中教师所使用的教学方法能统计且数据化,对于教师找出最能提升教学成效有所帮助。课堂中教师与学生之间的提问与回应都能有效记录,对于改善师生之间的交互有所帮助。

二、醍摩豆智慧教室意涵与设计哲学

一、醍摩豆智慧教室意涵

“醍摩豆”三个字代表 TEAM Model 智慧教室系统所创造的教育价值和改变世界的力量。其意涵为:“醍醐灌顶、观摩学习、希望种子”,“醍摩豆智慧教室”可以帮助老师给予学生醍醐灌顶的指导,创造智慧连环的精彩课堂。醍摩豆也代表修炼、学习与希望,是发展智慧课堂的完美状态。采用“醍摩豆智慧教室”支持系统的智慧课堂,必须重新提炼整合“技术、教法与内容”的智慧模式,这种教学法称之为“智连环教学法”,智连环教学法之课堂活动,可以大幅提高师生的“有效交互”。简言之,在“醍摩豆智慧教室”里,采用“智连环教学法”,可以创造“醍醐灌顶、智慧连环”更完美的现代课堂。换言之,TEAM_Model 这套系统是帮助教师整合教学、评量、诊断、补救等四大环节的教学专家系统,也是助力学生完成课前自学、课中合作和课后复习的自主学习系统。TEAM Model 是教学(T) 、评量(E) 、诊断(A) 、补救(M) 等四大e工程,各取一个英文本母组成为TEAM,意指团队、整合之意(HABOOK Information Technology, 2016)。

醍摩豆(TEAM Model) TBL (team-based learning)智慧教室高度整合HiTeach交互教学系统IRS 即时反馈系统HiLearning 系统HiTA 智慧助教等教学支持系统,让教师能在课堂中随时启动TBL 团队合作学习模式与策略。教师能在课前透过IES完整掌握每一个学生的自学情况,从而调整自己的教学策略;在课堂中方便而有效率地收集、汇整、分类学生讨论的成果、即时掌握各个团队的学习成效,发挥团队合作学习的优势并强化团队合作学习的成效;课后学生可以透过智慧学伴进行课堂复习,并透过诊断报告了解自己的学习难点,进行补救学习。在TBL 智慧教室中(见图1),学生座位分为多个小组,每一个小组配备一台平板电脑作为学生收集、产出与回馈的工具;每一个学生则持有一个 IRS 即时反馈设备,能对课堂中的问题、调查、互评等活动提供个人化的回馈。教师则是使用HiTeach 交互教学系统,在电子白板或触摸荧幕上呈现课堂教材、汇整学生的讨论结果、查看各组学生的学习成效,并可使用智慧手机上的HiTA 智慧助教进行智慧巡堂,随时拍摄热烈讨论的状态、团队实作的成果或个别学生特别的思考与作品,并可立即向全班展示与分享,让教学素材更加丰富。


 
图一 TBL智慧教室


二、醍摩豆(TEAM Model)设计哲学

醍摩豆(TEAM Model)是实现“教学”(T)、“评量”(E)、“诊断”(A)与“补救”(M)四大e 化工程的理想系统。TEAM 分别代表四大工程的其中一个英文本母,包含课堂教学服务(e-Teaching)、评量服务(e-assEssing)、诊断服务(ediAgnosing)及补救教学服务(e-reMediation)等四大子系统,为一全新的科技应用服务模式(见图2)。“科技服务教育,科技服务教学,科技服务学习”是醍摩豆(TEAM Model)系统在开发时的出发点,回归教育的基本面,彻底改变以往仅从科技角度看待教学的错误思维。
 
图二 醍摩豆(TEAM Model)智慧教室
醍摩豆(TEAM Model)基于教学与学习的应用须求,研发可以有性能地服务各种教学方法与策略的软硬件工具。例如,传统讲述法、问题导向学习法(problem-based learning, PBL)、TBL 团队合作学习、精熟学习法(masterlearning)、一对一学习(one to one learning)等教学方式与策略,都可以应用智慧教室的协助,提升品质与性能。科技是否发挥在“教”与“学”上的应用价值,可以从三个面向来评估,分别是:使用便利(Convenience)、展现性能(Efficiency)、科技智慧(Intelligence),这三个面向简称为ICE评估指针(见图3)。简言之,以醍摩豆(TEAM Model)为主要核心的e 化教室,能提供教学者ICE 之科技辅助,具有教学、评量、诊断、补救等四大服务的教室,称为“醍摩豆(TEAM Model) 智慧教室”。
 
图三 ICE评估指针

三、智慧型议课厅之环境设计与人工智慧

一、环境设计哲学

醍摩豆智慧教室是一套整合软硬件和云端服务的教学专家系统,而醍摩豆智慧型议课厅,是在微观教室或公开授课的醍摩豆智慧教室里,建置苏格拉底教学行为数据分析系统,即苏格拉底分析系统,使“议课厅”变成运用科技智慧、能自动分析教学行为的“智慧型议课厅”。醍摩豆智慧型议课厅是一个提供议课专家与教学现场的老师们一个精进教学的场所,主要的模式有大教室模式(如图4)、简易开放教室模式(如图5)、以及一个中间隔着单向透视玻璃的观课室模式(如图6)。在醍摩豆智慧型议课厅中老师使用HiTeach 交互教学系统进行教学,教学实况透过ezStation 智慧型录制系统录制,专家则在课堂的教学现场观察(如图4、5),或是专家们直接透过单向透视玻璃观察(观课室模式,如图6)。每位专家都配有一台装有苏格拉底议课介面的行动载具,专家们可对自己所观察到现象即时输入或标记,并汇整到“苏格拉底教学行为数据分析系统”进行处理。
 
图四 智慧型议课厅―大教室模式
图五 智慧型议课厅―简易开放教室模式
图六 智慧型议课厅―观课室模式

二、教育数据与人工智慧

人工智慧(artificial intelligence, AI)亦称机器智慧,是指由人制造出来的机器所表现出来的智慧,通常人工智慧是指通过普通电脑实现的智慧(Wikipedia, 2017)。人工智慧的出现让“因材施教”成为可能,而个性化教育已经成为教育人工智慧探索的一个方向,要实现个性化教育,其一个关键点是数据的采集与分析。教育数据生成於各种教育活动和整个教学的全过程,人工智慧要想更好地应用到教育中,首先面临的就是数据采集的问题(互联网教育中心,2017)。“醍摩豆智慧型议课厅”,可以大量“自动”和“半自动”采集大量教学行为数据,进而充分运用AI 机器学习(例如获取数据、分析数据、创建模型与行为预测)的成熟技术,发展出教学行为数据特征分析系统-苏格拉底分析系统(见图7)。苏格拉底分析系统协助议课专家与听课老师们,更科学的、有效的进行议课、教研活动。在“醍摩豆智慧型议课厅”中,课堂中的教学行为会透过HiTeach 交互教学系统自动记录,并自动上传至云端平台,接着教学行为大数据云服务就会自动生成“教学行为数据分析报告”,协助议课专家与听课老师们,进行议课与教学研究。

根据教师课堂教学策略与教学行为,醍摩豆智慧型议课厅可以自动收集相 关教学行为并进行数据分析。这些数据如下:
  • 主动趋势数据:显示这堂课的师生交互情况,是由教师主导或以学生主导为主。
  • 有效交互数据:显示这堂课的有效交互频率,计算师生、 生生间交互行为数据後,生成有效交互点数,包含全班与各小组交互点数。
  • 工具使用数据:显示这堂课的智慧教室工具使用情况,呈现工具使用频次统计、时间比率,以及各项工具使用时,所引发的交互强度。
  • 方法应用数据:显示这堂课的方法应用趋向,系统根据教学片段,分析教学行为数据後,呈现课堂中教学方法应用的特征。
  • 提问标记数据:显示这堂课中,议课专家使用苏格拉底议课介面认可的有效提问标记,以补充、或修正AI的不足。
  • 回应标记数据:显示这堂课中,议课专家使用苏格拉底议课介面认可的有效回应标记,以补充、或修正AI的不足。
图七 课堂教学行为数据“采收”架构

四、发展现况与应用案例

一、“紫藤云”模式的智慧型议课厅

位在四川成都高新区的成都师范银都紫藤小学,在全校导入了醍摩豆智慧教室後,为了培养专业智慧教师,持续促进教师专业成长,因此创建了全球第一间醍摩豆智慧型议课厅─“紫藤云”,以提升教师提升专业实力。“紫藤云”模式的智慧型议课厅,教师在有着完整TBL 智慧教室的环境中进行课堂教学(见图8 上),教师将学生进行异质分组,在课堂中借由HiTA、IRS 与平板与学生进行多元的交互。教室四周的座椅可提供给前来观课的教师或是来宾近距离的观察教师与学生在课堂中交流的情形。专家们在教师上课时会在教室后方的观课室中观看(见图8 下),除了透过单向透视玻璃直接观看教师的教学外,观课室中的屏幕上也会即时显示摄影机所拍摄的教室活动即时影音,而专家们则可透过苏格拉底议课软件做观察标记,输入自己在课堂中观察到的教学行为特征。
 
图八 “紫藤云”模式的智慧型议课厅

二、数据采收与应用分析案例

当公开课结束,授课教师与观课的教师、来宾与专家们在进行议课与教研活动时,可透过苏格拉底数据分析系统所产出的“教学行为数据分析报告”做为讨论时的参考依据,亦可利用ezStation 智慧型录制系统所录制的影片与智慧标签(结合教学行为特征数据、专家观课点评)、AI 人工智慧分析所组成的苏格拉底教学行为特征影片(简称苏格拉底影片),让一分钟即可品味四十分钟的课堂,更科学化地协助教师提炼与精进自己的教学。
发展智慧教育的重要基础为智慧课堂,而要让智慧教育有效发挥的关键就是智慧教师的培养,所以为了让教师成长为一位智慧教师,就需要醍摩豆智慧型议课厅这个重要的练功房。在醍摩豆智慧型议课厅中采收的大量教与学大数据,透过客观的数据分析,加上教学专家的专业知识,就能即时对教师的教学模式、教学方法等面向进行指导建议,让以往教研时对教师评价的主观因素影响减少,其即时性更是大幅提高对教师专业指导的效率。教师可透过每堂课后所产出的教学行为数据分析报告(见图9)比对自己的教学设计,即能精进自己的教学内容,确认自己的教学可达到教学目标,这就是教师自主专业成长的自主模式。

 
图九 课所产出的教学行为数据分析报告
另以两岸智慧好课堂教师团队竞赛中的智慧课堂为例,是经过数十次打磨之后的精心设计,课堂中的教学行为数据分析就是教师专业成长的珍贵材料。以小学数学科许大伟老师的教学行为分析报告为例(图10),可以发现从“科技运用次数图”呈现了许老师在科技方面采用了至少10 种交互技术,相当多样。从“科技-时间分布图”可以看出许老师布置了5 次的全班交互问答,问答後也运用统计图并停留一小段时间来挑人或讨论,表示许老师用心处理了每个提问;其中有两个是策略性的二次作答,显示许老师做了数据决策,看见思考。课程的后半段借由页面推送、接收与作品比较进行了一个团队合作学习任务,后面以讨论、抢权等方式请学生发表展开这个关键概念,而且以计时器控制每人发言时间。比较有趣的是计分板的运用在电子白板上停留了很长的时间,老师可能将计分板放一个角落做团体计分,以便快速加分。
 
图十 许大伟老师的教学行为数据分析报告
依据图 10 的教学行为数据分析报告,许老师前半部以布置提问来展开课堂的基础,有相应的交互与数字决策处理。巧用计分板贯穿课堂,作为团体增强工具。工具的运用性全面且适当,展现出科技的熟悉度颇高。后半段较大的小组任务布置,留有充分的时间展开与追问。整体看来,是一个节奏清楚、策略明确的的课堂。
又以台北市大附小研发处主任──王瑀老师的教学行为数据分析报告(见图11)为例,王瑀老师是台湾少数使用智慧教室系统超过十年的智慧教师,智慧课堂相关课题研究多次获奖、也时常受邀至两岸各地进行智慧课堂相关讲座、培训。教学行为数据分析报告中的图表,包含工具使用的频次统计、使用时间统计、师生主导趋势分析、小组有效交互分析、方法应用分析,能提供科学化的角度探究智慧课堂的客观结构。这堂语文课(点链接观看)的教学目标是教导学生如何从文本中推测文中人物的想法。王老师在这一堂课的教学过程中,先后进行了两次二次作答、一次团队合作学习,一共三个结构完整的教学片段。在这三个教学片段之间,穿插师生问答、老师讲解、小组讨论、意见发表等活动,串联成一堂完整的语文课。

 
图十一 王瑀老师的语文课
以图 12 之自主模式分析结果为例,“工具使用频次”指出白板划记频次最高,与一般教学状况类似,使用频次第二高的是记分板,表示老师常透过加分的方式来鼓励学生的正向行为。而在使用时间占比最高的是双分割比较,代表这堂课花了很多时间在讨论和比较学生的作品。另一方面,“主导趋势分析”显示出这堂课偏向是以老师主导,但中间有一段满长的时间开放给学生主导,反应出学生进行小组活动的事实。“方法应用分析”则显示了这堂课是一堂全班交互较高的课堂。透过“苏格拉底(Sokrates)分析系统”,得以将王瑀老师在课堂上的教学行为完整记录下来,进行分析,生成图表,让想学习成长的老师们对理想的智慧课堂有更高层次的理解,成为自我精进的基础。
 
图十二 自主模式分析结果
综上所述,透过智慧型议课厅之数据化分析,对于教师发展以学生为中心的课堂教学会有帮助;同时,透过苏格拉底分析统之教学行为数据分析,教学中教师所使用的教学方法能统计且数据化,对于教师找出最能提升教学成效有所帮助。更重要的是,课堂中教师与学生之间的提问与回应都能有效记录,对于改善师生之间的交互有所帮助。

五、结语

透过醍摩豆智慧型议课厅,教师团队与专家团队共同议课、共同分享、共同成长,此为教师专业成长的议课模式,让学校教师团队以团队合作的形式一同向上成长。而在教育行政单位,如教育局的整合下,将能促进智慧学区专业成长,做到整合数据、分析研讨、理解差异、目标性专业协助,教师专业成长的学区模式能完美整合学区内的教育资源,使学区教师专业成长。醍摩豆智慧型议课厅完美结合了智慧课堂这个“诊断室”与专家们的“诊室”,依照教师教学行为而生成的大数据的评价、诊断,让教育专家科学化的有效帮助教师提升专业知能,这更是未来提高教师专业的新方向。

 参考文献



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