CN110443734A - 一种自动化教学设计操作系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化教学设计操作系统，包括参数录入模块、教务系统、教学目标获取模块、教学策略获取模块、教学方案获取模块、输出显示模块以及用于控制并协调上述各部分工作的中央处理器。本发明通过大数据和人工智能技术，将教学设计各个模块分别建成数据库，而且在运行中不断得到扩展和更新。系统根据教师的教学需求，会自动生成教学设计方案，并根据学习者和教师的不同特点进行修正，形成个性化的最佳方案。该系统减轻了教师的负担，提高了工作效率，保证了产品质量；而且在运用该系统的过程中，教师得到信息技术的支持，从该系统提供的大量案例中，学习到最新的知识和解决问题的方法，促进了教师个人的专业发展。

Description

一种自动化教学设计操作系统

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种自动化教学设计操作系统。

背景技术

教学设计是一种需要具备一定的教育理论素养和教学实践经验才能展现的能力，同时还是一件既费时间又消耗精力的工作。尤其是在信息技术飞速发展的今天，新的技术层出不穷，教学环境日新月异，学生的学习方式和教师的教学方式都在发生着根本的改变。

而现有的教学设计技术基本上是由教师个人手工进行的劳动，随着教师素养不同，教学设计产品质量也大相径庭，因而教学质量也参差不齐。对于教师来讲，需要花费大量时间去完成教学设计方案，任务重、重复劳动多，质量没有保证。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种自动化教学设计操作系统，根据学生和教师的情况设定相关的参数，在大数据的环境下对学生和教师进行智能匹配，得到最佳的教学方案，不但可以免去教师的大量工作，还可以对学生提供个性化的教学服务。

为此，本发明提供一种自动化教学设计操作系统，包括：

参数录入模块，用于输入学生当前的年级信息和学生目前成绩信息。用于录入教师擅长的讲课方式信息。

教务系统，用于提供教务系统对不同年级的学生的成绩要求信息。

教学目标获取模块，根据参数录入模块中的学生当前的年级信息在教务系统中查找教务系统对学生的成绩要求信息，在根据教务系统对学生的成绩要求信息和学生目前成绩信息得到教学目标信息。

教学策略获取模块，根据教学目标获取模块中得到的教学目标信息在教学策略数据库中进行查找，得到教学策略信息。所述教学策略数据库用于存储若干教学目标信息和教学目标信息所对应的教学策略信息。

教学方案获取模块，根据教学策略获取模块中得到的教学策略信息在教学方案数据库中进行查找，得到教学方案信息，并根据教学方案信息在教学资源数据库中查找出相应的教学资源信息。所述教学方案数据库用于存储若干教学策略信息和教学策略信息所对应的教学方案信息。所述教学资源数据库用于存储若干教学方案信息和教学方案信息所对应的教学资源信息。

输出显示模块，用于显示教学方案获取模块中的教学方案信息和对应的教学资源信息。

中央处理器，用于控制并协调上述各部分的工作。

进一步，所述教学方案获取模块将教学方案信息进行拆解，根据拆解后教学方案信息的在教学资源数据库中查找出相应的教学资源信息。

本发明提供的一种自动化教学设计操作系统，具有如下有益效果：

通过大数据和人工智能技术，将教学设计各个模块分别建成数据库，而且在运行中不断得到扩展和更新。系统根据教师的教学需求，会自动生成教学设计方案，并根据学习者和教师的不同特点进行修正，形成个性化的最佳方案。该系统减轻了教师的负担，提高了工作效率，保证了产品质量；而且在运用该系统的过程中，教师得到信息技术的支持，从该系统提供的大量案例中，学习到最新的知识和解决问题的方法，促进了教师个人的专业发展。

附图说明

图1为本发明提供的一种自动化教学设计操作系统的整体连接示意框图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

如图1所示，本发明实施例提供了一种自动化教学设计操作系统，包括：

参数录入模块，用于输入学生当前的年级信息和学生目前成绩信息。用于录入教师擅长的讲课方式信息。

教务系统，用于提供教务系统对不同年级的学生的成绩要求信息。

教学目标获取模块，根据参数录入模块中的学生当前的年级信息在教务系统中查找教务系统对学生的成绩要求信息，在根据教务系统对学生的成绩要求信息和学生目前成绩信息得到教学目标信息。

教学策略获取模块，根据教学目标获取模块中得到的教学目标信息在教学策略数据库中进行查找，得到教学策略信息。所述教学策略数据库用于存储若干教学目标信息和教学目标信息所对应的教学策略信息。

教学方案获取模块，根据教学策略获取模块中得到的教学策略信息在教学方案数据库中进行查找，得到教学方案信息，并根据教学方案信息在教学资源数据库中查找出相应的教学资源信息。所述教学方案数据库用于存储若干教学策略信息和教学策略信息所对应的教学方案信息。所述教学资源数据库用于存储若干教学方案信息和教学方案信息所对应的教学资源信息。

输出显示模块，用于显示教学方案获取模块中的教学方案信息和对应的教学资源信息。

中央处理器，用于控制并协调上述各部分的工作。

再具体的，在本申请文件所描述的系统中，包括多个数据库，如图2所示，右侧为自动化教学设计操作系统框图的各个数据库，具体的包括：学习者模型、教师模型、教学内容库、教学目标库、教学策略库、教学资源库、教学案例库和评价工具库；左侧为通用的教学设计操作程序，每一步程序都对应着自动化教学设计操作系统的相关技术活动。整个操作系统需要在网络平台上运行，该网络平台通过智能学习平台与国家和地区三通两平台(校校通、班班通、人人通和教育资源平台、教育管理平台)相通，并与学习者终端、教师终端和管理者(教务主任、校长)终端相连接，接受他们的操作指令。

在开始使用该系统进行教学设计操作之前，决策者(一般是学科教师)首先要对学习者模型和教师模型设定参数。第一步，要根据当前教学真实的学习者的特征(必要时需要进行调查和测验)设定学习者模型中的各个参数，该参数将作为系统提供技术决策的参照；第二步，决策者要根据自己的现状设定教师模型中的各个参数，该参数将作为系统提供技术决策的辅助参照。其中的一些参数值来源于网络平台的大数据分析系统，需要决策者认定。

当决策者向该系统输入学习需求的指令后，系统会在界面上提供相应的教学目标的备选项(由教学目标库生成)，由决策者手动选择并完成总教学目标的阐述。此项技术活动对应着教学设计操作程序中的“设定总教学目标”项，完成后的结果自动录入到教学设计模板中。

总教学目标确定后，系统会自动把相关信息分别传送到教学内容库、学习者模型和教师模型中。

教学内容库在大数据和人工智能技术的帮助下，根据总教学目标以及学习者的当前状况，选择相应的教学内容，显示在界面上。由决策者选定或作调整后，自动上传到教学目标库。此项技术活动对应着教学设计操作程序中的“教学内容分析”和“学习者的分析”项(教师模型中的参数只作为各选项的参照，不反映在教学设计程序中)，完成后的结果自动录入到教学设计模板中。

教学目标库接收到信息后，通过内容分析技术将教学内容分类，并参照学习者模型和教师模型提供的参数，自动给出分类教学目标，经决策者确认后自动上传到教学策略库。此项技术活动对应着教学设计操作程序中的“教学目标的编写”项，完成后的结果自动录入到教学设计模板中。

教学策略库在大数据和人工智能技术的帮助下，为分类后的教学内容和教学目标选择相应的教学策略，包括确定三维“学与教”的方式，以及相对应的教学内容组织方式、教学内容传递方式和教学活动实施方式，由决策者再次认定和调整后，自动上传至教学资源库。此项技术活动对应着教学设计操作程序中的“教学策略的选择”项，完成后的结果自动录入到教学设计模板中。

教学资源库随时依据大数据的反馈信息建立和补充教学资源。教学资源库接收到教学策略库上传的信息后，在人工智能技术的帮助下，筛选适合当前知识点的教学资源到界面上显示，供决策者选用。由决策者选定后，自动上传至教学案例库。此项技术活动对应着教学设计操作程序中的“教学资源的选择”项，完成后的结果自动录入到教学设计模板中。

教学案例库随时依据大数据的反馈信息建立和补充教学活动实例。教学案例库接收到教学目标库、教学策略库、教学资源库上传的信息后，在人工智能技术的帮助下，筛选适合当前教学活动的教学程序到界面上显示，供决策者选用，并自动上传至评价工具库。此项技术活动对应着教学设计操作程序中的“教学活动的设计”项，完成后的结果自动录入到教学设计模板中。在操作过程中所需要的全套教学设计模板(LLV14.0版)，也存放在教学案例库中，按照图4至图7的教学设计类型，由系统自动选择上传。

评价工具库随时依据大数据的反馈信息建立和补充评价工具、软件和案例。评价工具库接收到教学活动库上传的信息后，在人工智能技术的帮助下，筛选适合当前教学内容的评价工具到界面上显示，供决策者选用。此项技术活动对应着教学设计操作程序中的“评价工具的设计”项，完成后的结果自动录入到教学设计模板中。

上述步骤完成后，系统将在教学设计模板中生成完整的教学设计方案，由决策者检查、认定。确定后的方案将会回到教学设计操作程序中，供决策者实施教学并进行形成性评价。根据评价反馈结果，可进一步修改、实施，再修改、再实施，形成最佳方案，以提高教学的绩效(包括效果、效率和效益)。

图3为教学设计系统操作程序。从图中可以看出，教学设计的操作程序分为四个部分：课程教学设计、掌握学习教学设计、自主学习教学设计和微型学习教学设计。它们是按照一定的顺序，互相联系、互相制约的。

学科教师接受的教学任务都是一门完整的课程，因此首先要熟悉课程标准，完成课程教学设计。然后根据当前的教学内容，决定采用不同的教学方式：适合掌握学习的内容进行课堂教学设计，适合学生探究学习的进行自主学习教学设计，如果只针对某一个知识点或单一的主题学习活动，则可进行微型学习教学设计。

图4为课程教学设计操作程序。当进行课程教学设计时，首先根据课程标准确定课程总教学目标，然后进行教学内容的分析和学习者的分析；在此基础上，确定本课程的知识结构和对应的学习者所形成的能力结构；第五步，确定所有知识点和能力点的教学目标，建立起本课程的目标体系；第六步，为所有的知识点和能力点准备教学资源，建立教师个人的资源库(包括对教学媒体、资源和教学环境的需求)。必要时，还可能需要对媒体、资源和环境进行设计和开发；第七步，提出对教学活动的建议，尤其是适合学生进行的自主学习和微型学习的建议；第八步，把采用的教材与课程标准相对照，明确其优点与不足，尤其是缺陷部分，以便提出补救措施；第九步，提出对教学活动的评价建议。最后，运用上述设计方案指导课程的教学实践与评价，根据反馈意见，对教学活动和教学设计方案进行修正。

图5为掌握学习教学设计操作程序。掌握学习教学设计又称为课堂教学设计。进行课堂教学设计时，首先要从课程教学设计建立的目标体系中提炼出本节(课)的教学目标，然后进行本节(课)教学内容的分析和针对本节(课)学习者的分析；在此基础上，编写知识点的学习目标，并确定教学的重点和难点；第五步，根据教学内容和学习者的特点，选择教学策略(包括教学内容的组织策略、传递策略(教学模式、教学方法、教学组织形式)和管理策略)，即合适的“学与教”方式；第六步，选择教学资源，包括教学媒体、教学资源和教学环境。必要时，还可能需要对媒体、资源和环境进行设计和开发；第七步，设计课堂教学结构，包括课型、教学环节和教学流程；第八步，设计形成性评价的工具，包括检测题、评价量表，以及调查问卷、观测记录表等；最后，运用上述设计方案进行教学实践，并做出形成性评价。根据反馈意见，对教学活动和教学设计方案进行修正。当单元教学或整个教学任务完成后，可以进行总结性评价。

掌握学习教学设计根据课堂教学形式分为两大类，一类是预设型课堂教学设计，适合常态课堂的教学活动；另一类是开放型课堂教学设计，适合翻转课堂和基于课堂的研究性学习的教学活动。

图6为自主学习教学设计操作程序。对学生探究性学习、研究性学习、个别化学习进行的教学设计统称为自主学习教学设计。

进行自主学习教学设计时，首先要根据课程教学设计中对学习活动的建议或者学生个人发展的需要出发，确定学习活动的主题；然后根据活动主题的需要(有时是单学科、有时是多学科)，进行教学内容的分析和学习者的分析；在此基础上，拟定本次活动的学习目标。在自主学习活动中，学习目标经常以期望完成的任务和学习成果来表述；第五步，根据学习活动内容和学习者的特点，选择学习策略，包括情境创设、学习模式和学习方法的选择；第六步，选择学习资源，包括学习活动所需要的材料、工具。必要时，还可能需要对学习资源和环境进行设计和开发；第七步，设计自主学习活动过程；第八步，设计形成性评价的工具，包括范例、评价量规，以及调查问卷、活动记录表等；最后，由学习者按照上述设计方案进行自主学习活动，并由教师和学习者共同做出形成性评价。根据反馈意见，对学习活动和教学设计方案进行修正。必要时，可以进行总结性评价。

图7为微型学习教学设计操作程序。它与自主学习教学设计的操作程序基本相似。由于微型学习是以“微课”为基础的，只涉及一个知识点或一个具体问题，内容精炼，因而设计过程也相对简洁。

微型学习的主题是根据课程教学设计的建议或者学生个人发展的需要而确定的，一般对应着教学重点、难点、易错点和拓展点；在进行学习内容的分析和学习者的分析的基础上，拟定本次微型学习活动的目标；第五步，根据学习活动内容和学习者的特点，选择学习策略，比如课前预习、课堂研讨，课前研讨、课堂汇报，线上学习、线下研讨等；第六步，选择微型学习资源。必要时，还可能需要对微型学习资源和环境进行设计和开发；第七步，设计微型学习活动过程；第八步，设计形成性评价的工具，由学生回答作为学习成果的检测；最后，由学习者按照系统自动生成的学习任务单进行微型学习活动，并将学习过程和学习结果反馈给教师，做出形成性评价。根据反馈意见，对学习活动和教学设计方案进行修正。必要时，可以进行总结性评价。

图8为多媒体课件设计与开发的操作程序。采用瀑布模型作为课件开发的程序，把开发过程划分为需求分析、结构设计、程序开发、部件生产、系统集成和综合调试等6个步骤。

与教学设计相关的主要是前三步。课件是为了解决教学中的重点和难点而开发的，因此它是针对具体的知识点的。在需求分析中，首先要对知识点的教学目标进行分析，在进行学习内容分析和学习者分析的基础上，认真选择和设计学习策略，编制对学习者的学习过程和学习结果的评价工具；在结构设计中，要考虑学习内容呈现的顺序与方式，学习者与学习内容、学习环境、学习资源，以及学习者与学习者、学习者与教师之间的交互方式，做好课件界面的设计，以便于学习者的使用。然后，写出课件编制的依据——文字脚本。至此，与教学设计相关的任务宣告完成，随后进入课件的开发阶段。

图9为网络课程设计与开发的操作程序。在网络课程的设计与开发中，与教学设计相关的也是前三步。需求分析阶段主要依据相关课程已完成的课程教学设计方案(已包括教学目标体系、教学内容分析和学习者分析)，在认真考虑网络环境特点的基础上，对学习策略进行细致的安排(尤其是要考虑学习内容呈现的顺序与方式，学习者与学习内容、学习环境、学习资源，以及学习者与学习者、学习者与教师之间的交互方式)，编制对学习者的学习过程和学习结果的评价工具；在结构设计阶段，首先要考虑课程学习必须的模块，以此为依据，设置学习栏目。随后考虑师生在课程学习中所需要的交互环境，做好界面和导航的设计，以便于学习者的使用。最后，分章节和知识点写出网络课程编制的依据——文字脚本。至此，与教学设计相关的任务宣告完成，随后进入网络课程的开发阶段。

具体的，所述教学方案获取模块将教学方案信息进行拆解，根据拆解后教学方案信息的在教学资源数据库中查找出相应的教学资源信息。

综上所述，本发明公开了一种自动化教学设计操作系统，包括：参数录入模块，用于输入学生当前的年级信息和学生目前成绩信息；用于录入教师擅长的讲课方式信息；教务系统，用于提供教务系统对不同年级的学生的成绩要求信息；教学目标获取模块，根据参数录入模块中的学生当前的年级信息在教务系统中查找教务系统对学生的成绩要求信息，在根据教务系统对学生的成绩要求信息和学生目前成绩信息得到教学目标信息；教学策略获取模块，根据教学目标获取模块中得到的教学目标信息在教学策略数据库中进行查找，得到教学策略信息；所述教学策略数据库用于存储若干教学目标信息和教学目标信息所对应的教学策略信息；教学方案获取模块，根据教学策略获取模块中得到的教学策略信息在教学方案数据库中进行查找，得到教学方案信息，并根据教学方案信息在教学资源数据库中查找出相应的教学资源信息；所述教学方案数据库用于存储若干教学策略信息和教学策略信息所对应的教学方案信息；所述教学资源数据库用于存储若干教学方案信息和教学方案信息所对应的教学资源信息；输出显示模块，用于显示教学方案获取模块中的教学方案信息和对应的教学资源信息；中央处理器，用于控制并协调上述各部分的工作。本发明通过大数据和人工智能技术，将教学设计各个模块分别建成数据库，而且在运行中不断得到扩展和更新。系统根据教师的教学需求，会自动生成教学设计方案，并根据学习者和教师的不同特点进行修正，形成个性化的最佳方案。该系统减轻了教师的负担，提高了工作效率，保证了产品质量；而且在运用该系统的过程中，教师得到信息技术的支持，从该系统提供的大量案例中，学习到最新的知识和解决问题的方法，促进了教师个人的专业发展。

以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种自动化教学设计操作系统，其特征在于，包括：

参数录入模块，用于输入学生当前的年级信息和学生目前成绩信息；用于录入教师擅长的讲课方式信息；

教务系统，用于提供教务系统对不同年级的学生的成绩要求信息；

教学目标获取模块，根据参数录入模块中的学生当前的年级信息在教务系统中查找教务系统对学生的成绩要求信息，在根据教务系统对学生的成绩要求信息和学生目前成绩信息得到教学目标信息；

教学策略获取模块，根据教学目标获取模块中得到的教学目标信息在教学策略数据库中进行查找，得到教学策略信息；所述教学策略数据库用于存储若干教学目标信息和教学目标信息所对应的教学策略信息；

教学方案获取模块，根据教学策略获取模块中得到的教学策略信息在教学方案数据库中进行查找，得到教学方案信息，并根据教学方案信息在教学资源数据库中查找出相应的教学资源信息；所述教学方案数据库用于存储若干教学策略信息和教学策略信息所对应的教学方案信息；所述教学资源数据库用于存储若干教学方案信息和教学方案信息所对应的教学资源信息；

输出显示模块，用于显示教学方案获取模块中的教学方案信息和对应的教学资源信息；

中央处理器，用于控制并协调上述各部分的工作。

2.如权利要求1所述的一种自动化教学设计操作系统，其特征在于，所述教学方案获取模块将教学方案信息进行拆解，根据拆解后教学方案信息的在教学资源数据库中查找出相应的教学资源信息。