醍摩豆動態

智慧教育,全球動態

大數據趨勢下的教師專業發展平台:「醍摩豆智慧型議課廳」之發展與應用

大數據趨勢下的教師專業發展平台:「醍摩豆智慧型議課廳」之發展與應用

張奕華.吳權威

壹、緒論

新興科技(emerging technologies)像是雲端運算(cloud computing)、擴增實境和3D 列印等,正在改變我們的教育。在不斷創新的科技形式中,歸納各國的發展趨勢,有八種科技應用在現在與未來的教室中:擴增實境(augmented reality)、3D 列印(3D printing)、雲端運算(cloud computing)、線上社交網絡(online social networking)、軟性顯示器(flexible displays)、生物識別技術:眼球追蹤(biometrics: eye tracking)、多點觸控螢幕(multi-touch LCD screens)、遊戲式學習(game-based learning),以多點觸控螢幕為例,讓使用者透過數隻手指達到電腦圖像應用控制的輸入技術;從過去的黑板、白板到大型觸控式螢幕,讓學生可以使用更大的互動介面。多點觸控螢幕可以讓學生圍繞在大型的平板旁,藉由滑動螢幕來操控和拖曳圖片等( Hongkiat, 2017)。上述八種科技元素所組成的多元型態的未來教室,正影響世界各國的教師與學生及學校使用科技的型態,也影響國內的教學現場的創新與改變。

隨著資訊科技與網路科技的爆炸性發展,數據的累積與解析越來越受重視,而大數據(big data)更是成為讓人琅琅上口的新名詞。大數據(big data),又稱巨量資料,是指透過新型的資訊科技方法快速擷取、處理和分析大量資料,成為可解讀有用的資訊,以供理解現象、預測趨勢和決策之參考。現在舉凡天文學、大氣學、醫療、社群網路、警政治安、交通路況、電子商務等,都有在藉由數據的分析來提高作業效能或開發商機(維基百科,2017)。而現在教育界也搭上了這一個大數據的潮流,將從教學中產生的大數據來促進教師專業成長。基此,本研究之目的係從教學大數據中提取重要的訊息以促進教育的發展,教師可以透過「醍摩豆智慧型議課廳」(TEAM Model Smarter Observation Lounge)採集課堂中的教學訊息並進行數據分析,幫助教師提升其專業能力。本研究之目的如下:課堂中師生之間的互動情況能數據化分析,對於教師發展以學生為中心的課堂教學會有幫助。教學中教師所使用的教學方法能統計且數據化,對於教師找出最能提升教學成效有所幫助。課堂中教師與學生之間的提問與回應都能有效記錄,對於改善師生之間的互動有所幫助。

 貳、醍摩豆智慧教室意涵與設計哲學

一、醍摩豆智慧教室意涵

「醍摩豆」三個字代表 TEAM Model 智慧教室系統所創造的教育價值和改變世界的力量。其意涵為:「醍醐灌頂、觀摩學習、希望種子」,「醍摩豆智慧教室」可以幫助老師給予學生醍醐灌頂的指導,創造智慧連環的精彩課堂。醍摩豆也代表修煉、學習與希望,是發展智慧課堂的完美狀態。採用「醍摩豆智慧教室」支持系統的智慧課堂,必須重新提煉整合「技術、教法與內容」的智慧模式,這種教學法稱之為「智連環教學法」,智連環教學法之課堂活動,可以大幅提高師生的「有效互動」。簡言之,在「醍摩豆智慧教室」裡,採用「智連環教學法」,可以創造「醍醐灌頂、智慧連環」更完美的現代課堂。換言之,TEAM_Model 這套系統是幫助教師整合教學、評量、診斷、補救等四大環節的教學專家系統,也是助力學生完成課前自學、課中合作和課後複習的自主學習系統。TEAM Model 是教學(T) 、評量(E) 、診斷(A) 、補救(M) 等四大e工程,各取一個英文字母組成為TEAM,意指團隊、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互動教學系統IRS 即時反饋系統HiLearning 系統HiTA 智慧助教等教學支持系統,讓教師能在課堂中隨時啟動TBL 團隊合作學習模式與策略。教師能在課前透過IES完整掌握每一個學生的自學情況,從而調整自己的教學策略;在課堂中方便而有效率地收集、彙整、分類學生討論的成果、即時掌握各個團隊的學習成效,發揮團隊合作學習的優勢並強化團隊合作學習的成效;課後學生可以透過智慧學伴進行課堂複習,並透過診斷報告了解自己的學習難點,進行補救學習。在TBL 智慧教室中(見圖1),學生座位分為多個小組,每一個小組配備一台平板電腦作為學生收集、產出與回饋的工具;每一個學生則持有一個 IRS 即時反饋裝置,能對課堂中的問題、調查、互評等活動提供個人化的回饋。教師則是使用HiTeach 互動教學系統,在電子白板或觸控螢幕上呈現課堂教材、彙整學生的討論結果、檢視各組學生的學習成效,並可使用智慧手機上的HiTA 智慧助教進行智慧巡堂,隨時拍攝熱烈討論的狀態、團隊實作的成果或個別學生特別的思考與作品,並可立即向全班展示與分享,讓教學素材更加豐富。

 
圖一 TBL智慧教室

二、醍摩豆(TEAM Model)設計哲學

醍摩豆(TEAM Model)是實現「教學」(T)、「評量」(E)、「診斷」(A)與「補救」(M)四大e 化工程的理想系統。TEAM 分別代表四大工程的其中一個英文字母,包含課堂教學服務(e-Teaching)、評量服務(e-assEssing)、診斷服務(ediAgnosing)及補救教學服務(e-reMediation)等四大子系統,為一全新的科技應用服務模式(見圖2)。「科技服務教育,科技服務教學,科技服務學習」是醍摩豆(TEAM Model)系統在開發時的出發點,回歸教育的基本面,徹底改變以往僅從科技角度看待教學的錯誤思維。
 
圖二 醍摩豆(TEAM Model)智慧教室
醍摩豆(TEAM Model)基於教學與學習的應用需求,研發可以有效能地服務各種教學方法與策略的軟硬體工具。例如,傳統講述法、問題導向學習法(problem-based learning, PBL)、TBL 團隊合作學習、精熟學習法(masterlearning)、一對一學習(one to one learning)等教學方式與策略,都可以應用智慧教室的協助,提升品質與效能。科技是否發揮在「教」與「學」上的應用價值,可以從三個面向來評估,分別是:使用便利(Convenience)、展現效能(Efficiency)、科技智慧(Intelligence),這三個面向簡稱為ICE評估指標(見圖3)。簡言之,以醍摩豆(TEAM Model)為主要核心的e 化教室,能提供教學者ICE 之科技輔助,具有教學、評量、診斷、補救等四大服務的教室,稱為「醍摩豆(TEAM Model) 智慧教室」。
 
圖三 ICE評估指標

 參、智慧型議課廳之環境設計與人工智慧

一、環境設計哲學

醍摩豆智慧教室是一套整合軟硬體和雲端服務的教學專家系統,而醍摩豆智慧型議課廳,是在微觀教室或公開授課的醍摩豆智慧教室裡,建置蘇格拉底教學行為數據分析系統,即蘇格拉底分析系統,使「議課廳」變成運用科技智慧、能自動分析教學行為的「智慧型議課廳」。醍摩豆智慧型議課廳是一個提供議課專家與教學現場的老師們一個精進教學的場所,主要的模式有大教室模式(如圖4)、簡易開放教室模式(如圖5)、以及一個中間隔著單向透視玻璃的觀課室模式(如圖6)。在醍摩豆智慧型議課廳中老師使用HiTeach 互動教學系統進行教學,教學實況透過ezStation 智慧型錄製系統錄製,專家則在課堂的教學現場觀察(如圖4、5),或是專家們直接透過單向透視玻璃觀察(觀課室模式,如圖6)。每位專家都配有一台裝有蘇格拉底議課介面的行動載具,專家們可對自己所觀察到現象即時輸入或標記,並彙整到「蘇格拉底教學行為數據分析系統」進行處理。
 
圖四 智慧型議課廳―大教室模式
圖五 智慧型議課廳―簡易開放教室模式
圖六 智慧型議課廳―觀課室模式

二、教育數據與人工智慧

人工智慧(artificial intelligence, AI)亦稱機器智慧,是指由人製造出來的機器所表現出來的智慧,通常人工智慧是指通過普通電腦實現的智慧(Wikipedia, 2017)。人工智慧的出現讓「因材施教」成為可能,而個性化教育已經成為教育人工智慧探索的一個方向,要實現個性化教育,其一個關鍵點是數據的採集與分析。教育數據產生於各種教育活動和整個教學的全過程,人工智慧要想更好地應用到教育中,首先面臨的就是數據採集的問題(互聯網教育中心,2017)。「醍摩豆智慧型議課廳」,可以大量「自動」和「半自動」採集大量教學行為數據,進而充分運用AI 機器學習(例如獲取數據、分析數據、建立模型與行為預測)的成熟技術,發展出教學行為數據特徵分析系統-蘇格拉底分析系統(見圖7)。蘇格拉底分析系統協助議課專家與聽課老師們,更科學的、有效的進行議課、教研活動。在「醍摩豆智慧型議課廳」中,課堂中的教學行為會透過HiTeach 互動教學系統自動記錄,並自動上傳至雲端平台,接著教學行為大數據雲服務就會自動生成「教學行為數據分析報告」,協助議課專家與聽課老師們,進行議課與教學研究。

根據教師課堂教學策略與教學行為,醍摩豆智慧型議課廳可以自動收集相 關教學行為並進行數據分析。這些數據如下:
  • 主動趨勢數據:顯示這堂課的師生互動情況,是由教師主導或以學生主導為主。
  • 有效互動數據:顯示這堂課的有效互動頻率,計算師生、 生生間互動行為數據後,產生有效互動點數,包含全班與各小組互動點數。
  • 工具使用數據:顯示這堂課的智慧教室工具使用情況,呈現工具使用頻次統計、時間比率,以及各項工具使用時,所引發的互動強度。
  • 方法應用數據:顯示這堂課的方法應用趨向,系統根據教學片段,分析教學行為數據後,呈現課堂中教學方法應用的特徵。
  • 提問標記數據:顯示這堂課中,議課專家使用蘇格拉底議課介面認可的有效提問標記,以補充、或修正AI的不足。
  • 回應標記數據:顯示這堂課中,議課專家使用蘇格拉底議課介面認可的有效回應標記,以補充、或修正AI的不足。
圖七 課堂教學行為數據「採收」架構

 肆、發展現況與應用案例

一、「紫藤雲」模式的智慧型議課廳

位在四川成都高新區的成都師範銀都紫藤小學,在全校導入了醍摩豆智慧教室後,為了培養專業智慧教師,持續促進教師專業成長,因此建立了全球第一間醍摩豆智慧型議課廳─「紫藤雲」,以提升教師提升專業實力。「紫藤雲」模式的智慧型議課廳,教師在有著完整TBL 智慧教室的環境中進行課堂教學(見圖8 上),教師將學生進行異質分組,在課堂中藉由HiTA、IRS 與平板與學生進行多元的互動。教室四周的座椅可提供給前來觀課的教師或是來賓近距離的觀察教師與學生在課堂中交流的情形。專家們在教師上課時會在教室後方的觀課室中觀看(見圖8 下),除了透過單向透視玻璃直接觀看教師的教學外,觀課室中的屏幕上也會即時顯示攝影機所拍攝的教室活動即時影音,而專家們則可透過蘇格拉底議課軟體做觀察標記,輸入自己在課堂中觀察到的教學行為特徵。
 
圖八 「紫藤雲」模式的智慧型議課廳

二、數據採收與應用分析案例

當公開課結束,授課教師與觀課的教師、來賓與專家們在進行議課與教研活動時,可透過蘇格拉底數據分析系統所產出的「教學行為數據分析報告」做為討論時的參考依據,亦可利用ezStation 智慧型錄製系統所錄製的影片與智慧標籤(結合教學行為特徵數據、專家觀課點評)、AI 人工智能分析所組成的蘇格拉底教學行為特徵影片(簡稱蘇格拉底影片),讓一分鐘即可品味四十分鐘的課堂,更科學化地協助教師提煉與精進自己的教學。
發展智慧教育的重要基礎為智慧課堂,而要讓智慧教育有效發揮的關鍵就是智慧教師的培養,所以為了讓教師成長為一位智慧教師,就需要醍摩豆智慧型議課廳這個重要的練功房。在醍摩豆智慧型議課廳中採收的大量教與學大數據,透過客觀的數據分析,加上教學專家的專業知識,就能即時對教師的教學模式、教學方法等面向進行指導建議,讓以往教研時對教師評價的主觀因素影響減少,其即時性更是大幅提高對教師專業指導的效率。教師可透過每堂課後所產出的教學行為數據分析報告(見圖9)比對自己的教學設計,即能精進自己的教學內容,確認自己的教學可達到教學目標,這就是教師自主專業成長的自主模式。

 
圖九 課所產出的教學行為數據分析報告
另以兩岸智慧好課堂教師團隊競賽中的智慧課堂為例,是經過數十次打磨之後的精心設計,課堂中的教學行為數據分析就是教師專業成長的珍貴材料。以小學數學科許大偉老師的教學行為分析報告為例(圖10),可以發現從「科技運用次數圖」呈現了許老師在科技方面採用了至少10 種互動技術,相當多樣。從「科技-時間分佈圖」可以看出許老師佈置了5 次的全班互動問答,問答後也運用統計圖並停留一小段時間來挑人或討論,表示許老師用心處理了每個提問;其中有兩個是策略性的二次作答,顯示許老師做了數據決策,看見思考。課程的後半段藉由頁面推送、接收與作品比較進行了一個團隊合作學習任務,後面以討論、搶權等方式請學生發表展開這個關鍵概念,而且以計時器控制每人發言時間。比較有趣的是計分板的運用在電子白板上停留了很長的時間,老師可能將計分板放一個角落做團體計分,以便快速加分。
 
圖十 許大偉老師的教學行為數據分析報告
依據圖 10 的教學行為數據分析報告,許老師前半部以佈置提問來展開課堂的基礎,有相應的互動與數字決策處理。巧用計分板貫穿課堂,作為團體增強工具。工具的運用性全面且適當,展現出科技的熟悉度頗高。後半段較大的小組任務佈置,留有充分的時間展開與追問。整體看來,是一個節奏清楚、策略明確的的課堂。
又以台北市大附小研發處主任──王瑀老師的教學行為數據分析報告(見圖11)為例,王瑀老師是台灣少數使用智慧教室系統超過十年的智慧教師,智慧課堂相關課題研究多次獲獎、也時常受邀至兩岸各地進行智慧課堂相關講座、培訓。教學行為數據分析報告中的圖表,包含工具使用的頻次統計、使用時間統計、師生主導趨勢分析、小組有效互動分析、方法應用分析,能提供科學化的角度探究智慧課堂的客觀結構。這堂語文課(點連結觀看)的教學目標是教導學生如何從文本中推測文中人物的想法。王老師在這一堂課的教學過程中,先後進行了兩次二次作答、一次團隊合作學習,一共三個結構完整的教學片段。在這三個教學片段之間,穿插師生問答、老師講解、小組討論、意見發表等活動,串聯成一堂完整的語文課。

 
圖十一 王瑀老師的語文課
以圖 12 之自主模式分析結果為例,「工具使用頻次」指出白板劃記頻次最高,與一般教學狀況類似,使用頻次第二高的是記分板,表示老師常透過加分的方式來鼓勵學生的正向行為。而在使用時間占比最高的是雙分割比較,代表這堂課花了很多時間在討論和比較學生的作品。另一方面,「主導趨勢分析」顯示出這堂課偏向是以老師主導,但中間有一段滿長的時間開放給學生主導,反應出學生進行小組活動的事實。「方法應用分析」則顯示了這堂課是一堂全班互動較高的課堂。透過「蘇格拉底(Sokrates)分析系統」,得以將王瑀老師在課堂上的教學行為完整記錄下來,進行分析,產生圖表,讓想學習成長的老師們對理想的智慧課堂有更高層次的理解,成為自我精進的基礎。
 
圖十二 自主模式分析結果
綜上所述,透過智慧型議課廳之數據化分析,對於教師發展以學生為中心的課堂教學會有幫助;同時,透過蘇格拉底分析統之教學行為數據分析,教學中教師所使用的教學方法能統計且數據化,對於教師找出最能提升教學成效有所幫助。更重要的是,課堂中教師與學生之間的提問與回應都能有效記錄,對於改善師生之間的互動有所幫助。

 伍、結語

透過醍摩豆智慧型議課廳,教師團隊與專家團隊共同議課、共同分享、共同成長,此為教師專業成長的議課模式,讓學校教師團隊以團隊合作的形式一同向上成長。而在教育行政單位,如教育局的整合下,將能促進智慧學區專業成長,做到整合數據、分析研討、理解差異、目標性專業協助,教師專業成長的學區模式能完美整合學區內的教育資源,使學區教師專業成長。醍摩豆智慧型議課廳完美結合了智慧課堂這個「診斷室」與專家們的「診室」,依照教師教學行為而產生的大數據的評價、診斷,讓教育專家科學化的有效幫助教師提升專業知能,這更是未來提高教師專業的新方向。

 參考文獻




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