论远程教学过程最优化

1、    论远程教学过程最优化    摘要 远程教学过程是一个系统。远程教学过程的最优化，是为了获得系统中某些指标的最佳而对系统中的控制变量进行设计和调节，及选择合理的方案。本文首先分析了已有的教学过程优化理论应用于教学中存在的问题，介绍了系统最优化问题的概念和解决方法；然后结合远程教学过程的特点，对这些概念与方法进行了扩展，阐述了远程教学过程优化的基本框架，并给出了优化的两种方法；最后，针对一些远程教学过程中的关键控制变量，进行了优化设计方面的讨论。 关键词 远程教学过程；最优化 一、引 言 “教学过程是学生在教师的指导下，

2、对人类已有知识经验的认识活动和改造主观世界、形成和谐发展个性的交往实践活动的统一过程。”教学过程的含义有多种层次：它可以是从入学到毕业的教学过程；可以是一门课程从开始到结束的教学过程；可以是一门课程中的一章、一个单元或一节课的教学过程。但是，无论在哪一种意义上，我们都可以用系统的观点看待教学过程，研究教学过程系统的要素以及相互关联、相互作用，使其特定指标达到最优，这就是教学过程的最优化的内涵。 分析远程教学过程，可以看出其基本要素包括：学习者与教师、教学内容与教学技术。远程教学过程是由这些基本要素及其相互关系组成的一个复杂系统。由于远程教学过程的特殊性，使得远程学习者在进行远程学习时

3、会遇到各种各样的困难。为了提高远程教学的质量，就有必要对远程教学系统进行有效的控制，寻求最优的解决方案。远程教学过程的特殊性，也使得巴班斯基和广冈亮藏的理论不能完全适用于远程教学过程。因此发展远程教学过程的最优化理论和方法是必要的。本文从系统最优化的概念与方法入手，讨论远程教学过程的优化目标，以及一些重要变量的优化问题，为远程教学过程的优化提出一些基本原则。 二、方法构建 最优化理论原是应用数学的一个分支，本质上是求函数极值。随着系统论、控制论、信息论在各个学科领域的广泛应用，最优化理论如今已渗透到科学、技术、工程、经济、管理等诸多领域。判断事物“优”或“劣”的前提是要有一

4、个评价指标，在最优化理论中，这个指标被抽象为某种与所研究的系统的性质和状态有关的量。当其最大化(或最小化)时，我们称系统为最优的。因此，所谓“最优”，是系统发展的一种状态，在这个状态下，人们规定的某些指标达到其可能的最大或最小值。显然，“最优”是与一定的评价标准相联系的，从不同的角度看问题，“最优”就有不同的含义。 为了研究远程教学过程的优化问题，我们首先介绍一下系统最优化问题的概念和解决方法。所谓系统是随时间、空间发展变化的一组要素及其关系构成的整体。我们称时间和空间因素为系统的自变量，自变量的集合记为x，描述系统状态的要素称为状态变量，其集合记为q，系统的状态及发展变化，是外部因

5、素和内部因素相互作用的结果，这些因素是系统呈现某种状态的原因和系统发展的动力。在这些因素中我们选取某些对系统的发展变化有显著影响，且可以能动调节的因素作为我们控制和设计的对象，称为控制变量，其集合记为u。衡量系统优劣的指标称为目标函数，记为i。一般情况下，i是状态变量和控制变量的已知函数，即i=f(q，u)。系统的最优化就是要确定或设计一组u，使i达到极大值或极小值。用模型可以表示为l(x，q，u)= 0。根据这个模型，如果知道了u，就可以求出相应的q，从而计算出i。利用这个模型和有关的数学工具，原则上可以找到i取极值的控制变量u的取值。有时，系统会受到一些条件的限制，这些限制条件一般不能自由

6、调节，可以称之为约束条件。这些约束条件以与q，u和x相关的等式或不等式出现。所以，一般情况下，最优化问题可以概括为已知系统的模型l(x，q，u)=0，要求一组满足约束条件的u，使系统在i=f(q，u)取极值的意义下达到最优。也就是说，如果我们找到了使系统达到最优的控制变量 u，就相当于找到了一种优化系统的解决方案。 远程教学过程作为一个复杂的系统，有其特殊性，主要表现在：(1)远程教学过程是一个以人为本的复杂人文社会系统，系统的状态和影响系统的因素非常复杂，很多变量不能量化；(2)系统的发展变化是一个动态的、不确定的(模糊的)过程，很难用数学公式表示。因此，研究远程教学过程的优化，必

7、须探索符合远程教育本质的新方法。 本文下面提出一种远程教学过程最优化方法的基本框架： 1确定最优化的目标 在远程教学过程中，最优化的目标可分为宏观目标、中观目标与微观目标，而这些目标又可根据学习者、教师、教育机构的要求不同而有所不同。 (1)宏观目标：从宏观层面、从学习者的角度出发，优化目标可以是提高绩效、实现终身学习、获得更强的市场就业能力、增加提升机会等；从传送远程教育机构的角度出发，优化目标可以是增加学习者数量、增加学习者的多样性等等。 (2)中观目标：从中观层面、从学习者角度出发，优化目标可以是增加学习的灵活性，学习效果最佳；从教师的角

8、度，优化目标可以是有更多样的时间表来发送课程；而教育机构可能会将目标设定在降低成本、减少课堂需求量等方面。 (3)微观目标：从微观层面，学习者可能希望的优化目标是可以与远方老师方便地交互，所学知识可以解决某一实际问题；教师的优化目标可能是学生掌握某种知识，技能的习得，以及情感、态度、价值观的形成等。 因此，远程教学过程的优化，首先需要分析对哪个层次远程教学过程的优化，从谁的角度出发进行优化，以确定优化目标，形成最优化问题。在这个过程中，研究系统的可能状态(或者说分析系统的状态变量)是确定优化目标的基础之一。 2确定控制变量和约束条件 在选定目标的基础上，

9、根据远程教育的基本理论，分析远程教学过程的要素及其对优化目标的可能影响，确定那些对目标影响显著且可以能动调节的因素作为控制变量。显然，不同的优化目标，优化的控制变量会有所不同。例如，如果优化是以“学习者学习效果最佳”为目标，则与之相关的控制变量包含学习目标、教学策略、媒体与技术、交互、学习支持等。如果优化是以“传送远程教学过程的成本最低”为目标，则主要控制变量就包括课程开发、课程传送、交互等。 在远程教学过程中，有些约束条件是自明的，如在一定阶段所采用的传输技术(网络/电视/函授)、软硬件环境等。而有些约束条件，如学生的知识基础等则需具体分析。 3优化途径 前面已

10、经提到，研究远程教学过程的优化不能完全照搬工程技术的最优化方法，因为远程教学难以确定数学模型。那么，远程教学过程如何进行优化呢?本文提出下面两种方法。 (1)控制变量优化法 我们虽然不知道控制变量、状态变量与目标函数之间的具体函数关系，但是有时可以知道控制变量对目标函数的影响趋势。例如，以“学习者学习效果最佳”为目标函数进行优化，控制变量之一是“教学目标”。如果教学目标的选择与学科要求、学习者的学习需求、学习者自身水平相适应，就会促进优化目标的实现，反之，则会阻碍目标实现。再如，以“传送远程教学过程的成本最低”为目标，那么课程传送技术是重要的控制变量，在现有情况下，选择双向视频会议技

11、术进行远程教学，教学过程成本必然趋向升高，而采用发送教学 vcd，则具有低成本的可能。因此，我们可以把对目标的优化过程化为对控制变量的一种调节过程，调节的方向是使目标函数朝人们期望的方向发展。这个过程目标为控制变量的优化。 (2)反馈调节法 控制变量优化法可以使我们得到使系统达到最优的解决方案。把这些方案应用于实际远程教学过程，就可以得到这些方案的反馈信息。根据反馈信息再次应用控制变量优化法得到改进的解决方案。如此反复，最终实现远程教学过程的最优化。 三、关键控制变量的优化 对于不同的优化目标，控制变量可能不同。但是有些远程教学过程的要素(如教学目标、模式与策略、

12、远程教学技术和双向交互过程)，在远程教学的多种优化过程中，均为关键的控制变量。所以，讨论这些控制变量的优化，对于远程教学过程的优化具有一般意义。本文分别阐述如下： 1教学目标、模式与策略 远程教育的学习者多数为成人，这一特点决定了整个教学过程中涉及教育性的任务需求可能并不凸显。但是，正是这一特点，使得教学目标的优化设计变得更为重要。远程学习的学习者往往是主动的，如果确定的教学目标与学习者的学习动机、预设的学习目标相吻合，他们就会在学习中克服各种困难。相反，如果教学目标设置不合理，教学内容选择不得当，以及远程学习的各种障碍因素，学习者对学习缺乏信心，甚至导致辍学。因此，教学目

13、标的优化设计应该根据各类远程教学项目的具体情况，同时，也需要对学习者进行研究，将学科目标与学习需求相结合。根据远程教育的学生学习自主性原则，理想的状态应该是与学习者对教学目标进行沟通，由教师与学习者共同建立学习目标。 教学模式是指按照什么样的教育思想、教学理论和学习理论组织教学进程。远程教育的指导思想是“以学生为中心”。“以学生为中心”的远程教学过程的模式有多种，如讨论学习模式、探索学习模式、协作学习模式等，为了达到教学过程的最优化，设计或方案选择应根据实际情况选择教学模式。 优化远程教学过程还应根据学习者的特点优化教学策略。如成人学习者经验丰富、自主性强，因此教学过程应多

14、创建学习者参与的机会，网络教学中可以多使用bbs、讨论区等方式给学习者提供发表见解的机会，可以将学习者的作业、作品放在网上彼此交流；成人学习者往往希望任务导向的学习，愿意通过学习解决具体的问题，因此在教学过程中应多提供与学习者相关的案例、情境，强调学习内容与工作之间的结合；同时，成人学习者的学习习惯具有较大的异质性，以及对学习缺乏自信，小心谨慎、抗拒变革、害怕失败的特点。因此教学过程中应根据情况灵活调整内容和方法，加强与实践的联系，激发他们的成就感，同时避免过度竞争。 实际上，现阶段我国远程教育的教学过程基本上是一个以“教师为中心”的教学过程，而不是一个远程教学的最优过程。在学习者开

15、始学习之前，开发教学录像、网络流媒体课件、教材，学习过程开始后，安排教师定时答疑。由于没有考虑不同学习者的特点造成“课堂搬家”、“教材搬家”等。 2远程教学技术 远程教学技术包括媒体选择以及传送这些媒体的技术，它们是远程教学的重要变量。在特定的远程教学项目中，某种技术相对于其它技术而言，也许更具优势。因此认真分析每种技术的相对优缺点非常重要。当前，远程教学中所使用的技术与媒体一般包括以下几种类型，它们对于远程教育机构、教师、学习者来说有不同的优缺点。 比较传统的远程教学是异步观看的教学录像带或计算机光盘、vcd的远程教学，其优点是不受地理位置的限制，对学习者拥有的

16、设备要求较低，对于教学机构来说，成本比较低。采用这种技术存在的不足之处是学习模式比较单一，学习过程缺乏教师的帮助与学习者之间的交流，教学内容的修改也比较困难。 基于网络的远程教学的优点是，学习者与教学机构在时间的自由调控上更具灵活性。学习者与教师的联系紧密。教师可以通过教学平台、工具等追踪学习者的学习情况。教学资源一经开发可以重复使用，且修改容易。它的不足之处在于，对于学习者来说，采用这种技术可能存在网络速度慢、网络费用高、以及计算机使用等问题。对于教师而言，可能需要教师掌握html知识，更复杂的课程制作对课程制作人员的依赖性较大，及版权问题。对于远程教育机构来说，基于网络的教学需要

17、基础设施的建设，需要高速的网络，需要对教师进行培训，因此总投资比较高。 采用双向视频会议技术进行教学也是近年来远程教学的一种模式。这种技术的突出优势是实时性，克服了远程师生间的空间阻隔，交流延时。这种技术的不足是，如果使用不当，无异于“传递课堂”，对远程学习者的自主性有所破坏。教师对技术支持人员的依赖性比较大，教学受网络传输情况的限制比较大。教学机构的投资也比较大。 远程教学技术的选择首先要以满足教学过程的优化目标为前提。例如，如果优化目标是为学习者提供最完善的学习过程，那么基于网络的教学技术应该是最好的选择；但如果将教学成本最低作为优化教学过程的目标，那么采用邮寄教材、教

18、学录像带、vcd等形式是合理的选择。同时，技术的选择也要考虑相关的约束条件，包括学习者的地理位置，软硬件条件等等。例如，学习者处于中心城市、经济发达地区，可以选择基于计算机和网络的教学方式，而学习者处于地市以下的县乡、经济欠发达和不发达地区，则采用卫星电视、音像媒体为主的技术与媒体比较现实。进一步来说，在整个教学过程中，还应该根据不同的教学内容，根据教师采用的不同教学手段与策略选择教学技术。例如，可以将一些实验、演示、操作等教学内容制作成录像带、vcd、dvd发送给学习者，便于学习者仔细、反复地进行观看学习；对于教师组织的探索性学习，可以为学习者提供计算机数据库等学习资源；协作性学习可以基于网

19、络；而答疑、师生交流可采用双向音视频技术。 3双向交互 交互是远程教学过程的一个重要因素。尽管远程教与学的过程可能是时空分离的，但是这种分离并不表示教学机构与教师开发出以学生为中心的教学资源，则教的过程就宣告结束；也不表示学生的自主学习是完全脱离教师指导的学习。从教学过程的定义可以看出，教学过程实质上是一个师生交互的过程。约翰·丹尼尔认为，在远程教育系统中，包括学生独立进行的学习活动，即“独立活动”和促进学生同其他人的交往活动，即“交互作用”。远程教育系统是在交互交流和独立活动之间完成的，通过学生独立的学习活动和与其他人的交互作用之间的平衡来完成全部远程课程的学习

20、。这种平衡在远程学习系统中具有决定作用。他认为，反馈功能在相互交流中至关重要。远程学习学生只是松散地结合在学习机构的社会系统中，因此对其归属感不强。戴维·西沃特认为“包含完成教师在面授教育中的所有功能的完善的教学包”并不存在，因为任何“教学包”都不可能完全反映教师和学生之间错综复杂的交互作用。他要求远程教育系统在教育机构与学生之间建立一种交互作用的模式，这种模式通过学习材料是不能提供的”。 远程教育中的交互类型大约可以分为四种：教师与学生的交互、学生与学生的交互、学生与学习内容的交互，以及在网络学习环境下，学生与学习界面的交互。应该说，优化的工作可以从技术、课程开发、人员等多个层面展开。 在技术层面，不同的技术提供的交互性不同，因此应根据远程教育项目的目标、学生的学习条件、机构的财政情况等选取适当的支持交互的技术，以实现双向通信与交互的最优化。 在课程开发层面，霍姆博格的有指导教学会谈理论认为，应该注重在文字教材、计算机课件及网络课程中的模拟会