卡耐基梅隆大学开放学习创新项目评述

卡耐基梅隆大学开放学习创新项目评述

杨平展

（湖南师范大学教育科学学院，湖南 长沙 410081）

摘要：卡耐基梅隆大学（CMU）的开放学习创新网络课程(open learning initiative,OLI)作为国际上比较优秀的网络课程建设范例，有许多值得学习的地方。本文简要介绍了OLI网络课程的情况及其建设目标。重点分析了OLI的建设理念及特点。希望能为网络课程的建设者提供一些启示。

关键词：OLI  网络课程  建设理念

一、CMU OLI概述

    麻省理工学院开放课件（MIT  OCW）作为开放网络课程资源建设的先驱，一直引领世界开放网络课程资源建设的潮流。和MIT OCW模式相比，卡耐基梅隆大学的开放学习创新项目（CMU open learning initiative，即CMU OLI）的课程数量很小。在项目开展的近三年的时间里，CMU教育技术中心只建设了统计学、经济学、形式逻辑学、因果推理学、数学分析、工程计算、化学计量学等11门网络课程资源。 虽然建设的规模极小，但是我们不能由此看轻它的重要意义，因为这11门课程是CMU的人工智能专家、认知心理学专家、计算机专家、学科教学专家等四方力量通力协作的成果，是一组完整、自我包含的在线课程资源，是人工智能、认知信息学等理论运用于网络课程资源建设的一个比较成功的案例。本文着重介绍OLI网络课程资源总体开发设计理论基础，希望能找出一些对网络课程建设有帮助的结论。

卡耐基梅隆大学的OLI和麻省理工学院的OCW相比，无论在种类还是教学设计意图上都有很大的不同。OLI课程资源不是一系列用于传统课堂教学的课程资源的汇总，这一点上它和OCW有着明显的区别，虽然OLI的开发人员认为“如果把OLI课程当作一种交互式教科书并和常规课堂教学配合使用的话会收到极好的教学效果”，但它提供的是一个完整的在线教学课程。OLI课程设计时充分考虑了当前认知科学的发展，如何利用OLI在线课程来促进教学效率的提高是OLI课程开发专家们一致的追求。

OLI网络课程反映本学科领域最新的发展，遵循在线教与学的原则和方法，并提供社区支持、嵌入课程的助学导师等工具支持学习过程。该项目由威廉姆和弗罗拉·惠留特 (William and Flora Helett)基金会提供资金支持。它也是在教育资源开放共享理念下较早发起和实施的项目，建立时间和麻省理工学院的OCW项目同步。

每一门OLI提供的课程均有两个版本：免费版和学术版。

免费版的OLI课程一般用于教师主导的讨论环节来使用。和学术版相比，免费版的OLI课程不提供期末考试习题，学生不能通过它和授课教师进行交互，即使完成了相关课程的学习，卡耐基梅隆大学也不会给学生相关的学历资质认证。

学术版的OLI课程主要提供相关的具有学位授予权的机构。学生在进入学术版OLI课程之前，需要得到OLI课程的授权机构的相关科目任课教师的认可，学生如果获得了认可便可以注册一门学术版的课程，学生同时还会获得进入该课程学习的帐号，注册费为15美元，学生除了可以获得免费版提供的所有资源外，还可以访问期末考试模块。学术版的OLI课程内嵌了学生信息捕捉功能，它能跟踪学生对关键性概念的掌握情况并给予学生和教师形成性评价的反馈信息，这些信息为改善学生学习和教师教学提供很好的帮助。使用学术版的教师能够获取在线课程管理工具、教学支持资源等对教学极有帮助的资源，教师可以通过学术版中的BBS和全世界相关专业的教师进行交流。

二、CMU OLI的目标

OLI项目由卡耐基梅隆大学的认知科学家、人机计算机交互专家、学科教学人员、计算机技术人员通力协作开发建成。尤其需要指出的是参与OLI项目的学科教学人员不仅在自己的学科领域有着丰富的教学经验。而且还对高等教育的改进有着强烈的使命感。这一项目致力于利用人工智能、认知科学领域相关的知识建立崭新一代的网络课程模式。

    OLI项目的另一个目标是希望以OLI课程为载体建立一个使用OLI课程的社区。社区是全世界对OLI课程感兴趣的人组成的学习共同体。OLI项目的建设者认为社区在课程的发展和改进的过程中扮演着极其重要的角色。为了达成这一目标，课程采用模块化的结构，允许不同类型、层次的学校的教师能够根据自己教学的实际情况调整、修改教学模块序列，以适应自己和学生的实际情况。

三、CMU的OLI建设理念特点分析

作为开放网络课程资源建设的另一个典型，OLI课程资源最大的特点便是在课程资源的建设充分体现了学习理论与技术的融合。其核心理念可以用卡耐基梅隆大学最著名的学者Herbert Simon，世界人工智能领域的奠基人1975年图灵奖、1978年诺贝尔经济奖、美国心理学家协会终身成就奖获得者的一句名言来概括。“If we understand the human mind, we begin to understand what we can do with educational technology.”如果我们懂得人类怎样思考，我们就开始知道懂得我们能用技术做什么。可以说这一句名言作为OLI项目建设的指导思想。下面作者将就OLI网络课程建设的理念特点进行详细的评述。

（一）网络课程资源设计基于成熟的认知学习理论

1．通过认知导师等手段促进学生知识的建构

OLI的课程以其课程内嵌的认知导师模块为特色。通过认知导师，课程能够在学生解决问题的情境中给予实时的反馈信息。认知导师是基于认知原则为基础设计的计算机化的学习环境。它和学生的交互方式类似于人类教师在教学生时的情况。当学生犯错误时，教师作出相关的评判并回答学生提出的下一步将做什么的问题。当学生表现良好时，它保持低姿态，作为一个旁观者密切注视学生的情况。当学生在解决多步骤的特殊难题时，认知导师提供直接的“脚手架”和线索给予学生一种直接的反馈。这种智力“脚手架”支持学生通过练习建构自己的知识。一个完整的OLI认知导师是以一个包含专家和新手在内的所有解决问题路径的综合认知模型为基础。传统的计算机辅助教学仅仅在学生回答问题时给予“是”或“否”等说教式的反馈。OLI的认知导师和它们相比有很大的不同。学生在使用OLI课程进行学习的过程中，内嵌的认知导师便可以持续不断的给学生作出形成性的评价。评价的内容包括学生当前认知结构的类型，学习进展的情况等。也许在单独的个别化的教学环境中这是理所当然的，但是在数字化的网络学习环境中，这些评价和反馈就经常是缺乏的。这种连续的课堂绩效评价也给相关教师提供了大量有价值的信息。这些信息对教师高效地调整自己的教学进而促进教学效率的提高是极有价值的。

当学生在解决需要多步骤才能完成的难题的过程中，它提供的是基于特定情境的“脚手架”辅助。在OLI统计学课程中的统计导师就能够提供智力“脚手架”支持学生通过练习建构自己的统计学知识。这是OLI统计学课程中的一个教学模块。这个统计导师能在学生解决数据分析难题时给学生支持帮助。这就能使学生形成一幅宏观图。宏观图是统计学中的一个核心概念。统计导师以选择适当的数据分析方法这一方式为学生提供“脚手架”。随着学生理解的逐步深入，前一步过程中的“脚手架”的支持力度将被统计导师减小直到完全移去。最后的问题显示将没有了“脚手架”的支持。如下图所示：学生遇到一个需要通过3步分析才能解决的难题。统计导师通过逐步移去“脚手架”的方式给学生以支持。所有的“脚手架”均显示在屏幕上。如下图所示：

2．通过亲身体验促进学生知识的掌握

在经济学课程中，学生能通过参与网络实验亲身体验经济学的有关理论。学生们可以作为一个实验的积极参与者和同伙一起在“市场”上做各种交易。每一次实验后，课程产生的数据将被保存。学生同时还将完成一项在线练习本。练习本记载的是学生对同一问题的回答。练习本引导学生进行分析理解实验中蕴含的需要了解的实验理论。如果经济理论揭示的是基本的真理，学生应当能够预测和阐明在学生市场会发生什么。这些实验的一个特点是学生既可以作为一个参与者也可以作为一个观察者。作为一个观察者学生将能亲身经验经济机构必须要面对的问题。这样学生就可以通过实验的参与者了解经济学的基本原理。当然学生也可以作为一个观察者通过分析实验数据来做到这一点。

如图所示：学生在参与供求实验。在市场中，学生正在进行教科书买卖。屏幕显示的是一个学生当前的出价及所有这次实验的交易记录。

OLI的课程内嵌收集学生操作数据的工具。研究者可以收集和分析学生与课程交互的数据，作为评估教学改进的依据。OLI开发人员还可以使用这些数据改进课程设计和学习成果。

3．通过虚拟实验促进知识的联系和融合

认知科学家很久以来就意味到“无活力知识”问题。它是指学生无法把在教学情境中获得的思想和技术转换到真实世界的情境中。OLI课程的设计目标便是促进多学科领域的知识能相互关联和融合。促进联系意味着要教会学生怎样从课堂情境中把获得的知识和技能、思想运用到现实世界来。促进融合意味着教会学生怎样把学得的多种单独的技能进行整合形成自己的综合能力。OLI化学课程设计专家发现现有许多高校的化学课程仅能教给学生一套抽象的脱离实际的数学方程式。学生解决课本问题的能力很强也能在典型书面考试中表现极为出色。但是在把书面获得的化学理论知识运用到现实的世界中去时经常栽跟头。OLI化学课程正视这些挑战。他们通过设计一些化学虚拟实验室来应对这一挑战。学生可以通过虚拟实验室把自己学到的化学理论知识进行联系和融合。通过虚拟实验室建立的非良构、不确定答案的学习环境学生可以培养自己灵活运用知识的能力。下面举例来说明：在课本中我们经常可以看到这样典型的问题：10毫升A物质溶液和10毫升B物质溶液进行混合后溶液的温度会升高10度，请计算A物质和B物质进行化学反应时所产生的热量是多少？对这样的问题学生也许很快就能翻书找到答案。他们也能解出与这一道题类似的习题。但是学生并没有真正懂得化学。像这种形式的知识我们称之为“无活力知识”。同样的问题在虚拟实验室中会这样出现：设计一个实验测量出A物质和B物质进行化学反应所产生的热量？要在虚拟化学实验室中解决这一问题学生必须理解数学方程式和化学之间的联系。而不能仅仅纸上谈兵。题目如下图所示：

（二）重视课程资源的应用评价并根据评价不断改进在线课程的质量

重视课程资源的应用评价并根据评价不断改进在线课程的质量是CMU OLI网络课程的另一个突出特点。作为设计工作的一部分，所有的OLI课程都必须经受严格、持续、科学的评估。设计开发人员要根据评估的结果对自己的设计开发过程进行相应的改进。这一发展哲学和流程是OLI课程和其它许多计算机辅助课件的最大不同之处。在过去的几十年里有许多课件因为没有依据这一设计理念来改进自己的产品，因而遭受了悲惨的失败。为避免这一失败OLI项目组执行严格的评估计划以获取学生学习的自然属性，以此判断发展的状况和在线课程的执行情况。这一评估过程将对课程效果产生实质性的影响。通过评价工具和相关策略的使用将可以发现课程设计中不为人知的规模性知识和一些对在线教学产生独特影响的特征。这些将为教学和学习情境的设计提供大量有用的信息。这些信息包括社会文化和制度将对开展课程的可能的益处、设计团队在开发课程的全过程中经历的曲折等。从这个意义上说评估过程将不仅在于改进课程的效果 ，而且还可以把自己的这些经验和圈内人士进行分享。对每一门在线课程而言，有多种类型的评估研究。它们随分析样本、限定条件、目标受众、研究方法和策略而不同。根据用户登录文件数据、测试分数、技术文档、学术机构信息、观察数据等因素来作出对OLI课程的评估。评估过程中采用的多样的方法、实验控制条件、样本大小都能为结果分析提供有力的证据。

（三）多学科背景的课程资源建设团队

多学科背景的课程建设团队是OLI项目引入注目之处。每一门OLI课程都是相关学科专家、认知科学家、计算机人机交互专家、计算机工程师等多学科人员协作完成的。各方专家互相配合共同完成OLI课程的建设。下面将通过一个代表性的实例来说明这一点。

课堂和网络教学中都必须面对的一个极其严重的问题便是众所周知的“专家盲区”。专家固有的一些偏颇可能导致他们对学生在学习中遇到的难题会作出不准确的判断。简单地说，就是专家在某一学科领域所达到的水准越高，对专家而言就越难以科学全面地认识到初入门者所遇到的困难。Nathan和Koedinger曾做过一项这样的实验：他们要一群高中生做一份高中代数试卷。试题包括方程、函数、不等式等方面。然后把每一个学生在每一方面的分数做出一个统计。Nathan和Koedinger便问三类群体的教师：高中数学教师（最高水平专家）、初中数学教师、小学数学教师（最低水平专家）要他们判断对高中生而言哪方面的问题会最难。结果如下图所示：

令人吃惊的是高中教师竟然最不能体会新手的观点。这一事实对开发网络课程具有重要的意义。这意味着课程设计者在某一门学科越专业，他们就越不能依靠自己的直觉想当然地认为初学者对同一知识的理解会和我们一样。在小范围内的课堂教学中，教师可以通过实时的反馈知道哪类学生需要帮助、哪类学生对问题会感到困惑、哪类学生会跟不上节奏。这样“专家盲区”这一问题就可以得到很好地缓解。但是当教学环境从小教室转到大厅或网络空间时，就必须通过高效的设计策略来避免“专家盲区”这一问题的出现。这对设计者而言具有深远的意义。因为大厅和网络空间的环境的遥远将使教师和学生的反馈环路枯竭。这将导致教师对学生什么时候在阅读学习材料，什么时候有人赶不上教学进度等信息一无所知。

在 OLI项目中，设计者采用了以下策略来克服“专家盲区”。第一条策略便是设计团队由各领域的人员组成。例如在OLI化学团队中就包括资深的教学人员、研究生、本科生、高中化学教师和初学者。大家一起齐心协力，共同分析怎样呈现学习材料才能很好地克服“专家盲区”这一障碍。另一条策略便是由认知科学家和人机交互专家共同设计实验方法，收集初学者尝试解决某一领域问题的信息。这些数据可以是定量的实验数据。例如：难度系统、参数实验数据等。也可以是来自基于课堂观察、语境探求、大声介绍思路、学生测试题分析等定性的数据。在设计OLI统计学课程时，设计人员便分析了几百份一年级学生的期末和期中考试成绩数据。设计人员还花费大量时间要新手和统计学学生大声介绍自己在解决数据分析难题中的思路。在设计 OLI逻辑学课程时，课程学习专家观察课堂讨论并记录下学生和教师共同完成教学任务的过程。这一实例充分证实了多学科人员参与网络课程建设的作用是多么重要。

当然卡耐基梅隆大学的OLI项目还有很多值得我们学习的地方。如：OLI提供了一套工具允许教师通过对标准的模块进行选取和自由组合，定制满足个人要求的网络课程。这样就大大提高了课程的适应能力。因为篇幅所限，这里我就不再详细说明了。总之作为一个成功的公益性网络资源开发项目，OLI为我们的网络课程建设提供了许多有益的启示。

    参考文献：

国家精品课程建设工作实施办法 教育部办公厅文件 教高厅[2003]3号

王龙. 麻省理工学院开放课件项目执行报告概要及评述[J].中国远程教育2005(8)

麻省理工大学的开放课件（OCW）对我国大学精品课程建设的启示