课程成果｜专业设计5（四）：聚焦于PBL课程中小组协作的多场景融合智慧教学平台设计
前言
同济大学设计创意学院本科大四课程，专业设计5：系统化视角下的学习设计与质量设计，旨在采用系统化方法探索在线学习产品质量提升的有效途径，通过理论学习和实践操作，丰富设计理论，拓展设计思维。本课程的四个小组经过九周的积累与打磨，推出各自课题下的在线学习产品。本篇为系列成果第四期。
项目简介
OMO（Online-Merge-Offline）模式指的是线上和线下的深度融合，即以提升教学效果与体验为核心，通过互联网、人工智能和大数据等新技术打通各环节的数据，并深度融合线上与线下学习场景，实现标准化的流程与个性化的服务。
本组聚焦于同济黄浦创意中学的特色教学模式——PBL课程（项目式学习）中的小组讨论协作环节，作为OMO的应用对象。采用自动语音识别技术ASR，纳入知识图网等方式，进行实时数据的采集与分析转化，设计合适的线上线下融合智慧教学平台。综合认知心理学及行为设计学，在原1.0平台满足教学管理的效率基础上，进一步提升项目式学习的教学效果，改进以课程产出为导向的模式，期望帮助学生在过程中培养设计思维、协作能力等，增进学习的主动性与积极性。
前期调研
同创中学概述
同济黄浦设计创意中学是一所以创新教育为特色的学校。学校依托于基础课程知识，以“设计思维”为导向，开展PBL项目式学习。据了解，虎丘路校区目前是高一年级学生使用，一共2个班级，55人。每周上PBL课程的时间为周一、周四以及周五的下午。特色课程会按照每个阶段的课题重新打乱班级分组，校内有各种研讨空间、开放空间、阶梯教室等供他们进行讨论和成果汇报。
1.0平台功能
同创智慧教学平台1.0的开发是为了应对不同课程的教学管理需求，分为教师和学生两个端口，目前已进入初步测试阶段。经过线下的走访及测试观察，我们发现1.0基础课程与特色课程的基本功能差别不大，而在实际教学的过程中，学生用到平台的机会较少，目前平台上的功能更多是从方便教师进行教学管理的角度设计。
从管理模式上看，无论是课前发布的课程公告、课中环节的聊天、作业和资料提交，再到课后互评，1.0在以提高效率为目的进行资源、信息和人员的管理，基本功能较为全面；而课堂分组、课堂监管等环节还待完善，用户也经常会有这样的困惑：线上的平台能够为线下教学带来多少便利？特色课程尤其注重以问题、兴趣、实践和伙伴为导向的学习模式，而从教学效果上看，平台目前似乎还没有相应的功能以支持教学实践环节的开展。基于同创的教育特色和1.0应用情况，我们希望同创智慧教学平台2.0版的大方向从教学管理角度转变为聚焦PBL教学。
1.0质量特性分析
综合以上调研成果，我们对1.0平台进行了基本的质量特性分析，作为一个教学管理系统，它能够有效提高在线教学管理的效率，功能设计全面但还不深入；流程设计上具有便捷性，能够完整地串联起课前-课中-课后三个阶段；线下测试发现部分界面设计易用性不佳；在实际应用中，教师与学生的沟通存在异步性。
用户和痛点分析
用户体验地图
为了探讨PBL教学过程中实际存在的问题，我们在1.0平台前期调研的基础上补充了学生访谈，总结用户体验地图，以此深入课中的授课、讨论协作、汇报三个场景。
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学生
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用户旅程-学生
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教师
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用户旅程-教师
问题聚焦
同创PBL课堂的场景模式
1-听课、授课 2-讨论和创作 3-汇报
根据线上线下融合教学的组织形式，我们发现在授课和汇报阶段都采用集中-同步模式，授课阶段表现为老师讲学生听，汇报阶段体现为学生讲全班听；而在小组讨论阶段学生之间形成了几个小组学习团体，不仅包含师生交流，也包括学生和学生之间的互动，属于多元-同步模式。
基于不同课程阶段和教学模式
设计重心从PBL教学聚焦于讨论协作
因此我们总结出不同场景和不同教学模式下在模态、信息流动两方面的特点，发现只有在讨论创作阶段，学生和老师的行为感官包含了看、讲、听、想、记、做等多个模态，信息之间双向流动，这种信息碰撞和多模态的互动更有利于促进教学效果，也更符合PBL课程中对学生的问题导向、伙伴导向、实践导向的培养目标。
明确了讨论协作这个方向以后，我们继续进行用户调研，并结合认知心理学和行为设计模型的相关理论，进一步深化设计重心为讨论中的行为和心理。
痛点分析
接着使用鱼骨图，系统地分析了影响PBL课程讨论阶段效果的因素，从动机、触发、能力三个方面进行归纳，作为后续功能设计的依据。
我们发现，讨论未能达成预期目标，从行为模型中的能力角度看是因为缺乏项目推进的能力，细分表现为教师精力有限、学生能力不同且不敢主动求教；从动机角度看表现为缺乏小组讨论意愿，例如小组合作不愉快、基础课课业压力大、对PBL认识不够等；从触发的角度看缺乏适当的过程性刺激，例如教师无法实时得到课堂反馈，学生在陷入消极状态时缺少过程性鼓励。
需求和功能分析
最终，我们2.0的定位是聚焦于PBL课程中小组讨论协作环节的多场景融合智慧教学平台，线上平台具备实时性、智能性，能够促进教学过程的公平性及教学场景的融合性，并由此推导出了相应的用户需求和功能模块。
需求与功能定位
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设计方案
系统架构
同创2.0系统架构图
同创PBL课堂每个学生和老师都会自带一个ipad或电脑，我们设定学校提供或自行配备耳机，以便上课时录入个人数据。若有线上教学，同创智慧教学平台2.0会和线上课堂软件，比如腾讯会议联通，实时处理数据。
在2.0平台中，教师端和学生端的流程都可以分为协作前、协作中、协作后三阶段。协作前，师生登录、进入课堂、分组；协作中，老师点击开始上课即可开始全班数据的采集分析，并能查看讨论情况，学生利用各种工具协助讨论，协作后查看课堂报告以及在平台上欣赏他人的作品。
从功能上大体分为课堂、学习报告、作业与反馈、作品展廊四部分。
理论与技术
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语音识别
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功能：
- 精确到个体的语音分辨
- 语音转文字
- 关键帧标记
- 语词分析与知识图谱构建
硬件环境：
- 语音输入：自带/学校提供耳机，精准化获取
- 语音分析：人均一台平板、电脑等电子设备
信息端口：
- 线下课程：网页，教师点击上课按键，教室内各设备录制和分析。
- 线上课程：与线上课堂软件（腾讯会议等）实时连通
技术支撑：
- 自动语音识别技术（ASR）-语音转换为文本
词法分析、句法分析、语义理解、文本分类、文本相似度处理、情感倾向分析、文本生成等
- 声纹认证技术 - 区分每个人的声音
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知识图谱
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技术支撑：
A Speech-to-Knowledge-Graph Construction System
- 从语音到知识图谱构建
HAO图谱（HI:人类智能，AI:人工智能，OI:组织职能）
语音转文本（实时）→ 知识图谱构建 → 知识图谱抽象化
理论模型：
激活扩散模型
节点-关键词
连线-联系紧密程度
语义网络 → 知识图谱
服务流程
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讨论中
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讨论中-流程交互图
学生端：
头脑风暴发散思维
高亮重点生成纪要
语音识别转化文字自动生成知识图谱
手动编辑知识图谱
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More
根据Fogg模型，当行为动机较低时，可以提供一个刺激因子，使触发行为成功，转变为高动机。这里的刺激我们用游戏代替，可以让讨论气氛活跃起来。
教师端：
全局界面（了解全班各组讨论情况）
单组界面（了解一组内成员讨论情况）
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为了解决老师无法同时掌握多个小组讨论情况的问题，智慧教学平台会与腾讯会议联动，在教室的多媒体一体机上，可以同屏显示线下不同空间的小组及线上同学们的实时画面。在全局界面中，可以观察到每个小组的讨论情况对比，包括实时活跃度以及讨论中产生的词云图，在学生申请举手求助时，老师也可以很快进行解答。在每组讨论中，教师能对讨论活跃度低的学生提供帮助，并根据学生讨论实时生成的文字信息引导学生讨论方向。
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评价
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评价-流程交互图
学生端：
分别对小组内、个人、课堂评价
小组互评
教师端：
查看小组及个人讨论情况报告
查看班级课堂总报告
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作品
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作品-流程交互图
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学生查看同学、老师对作品的评价
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界面演示视频
课程成果｜专业设计5（一）：济语台——人机协同智慧外语协作服务平台设计
课程成果｜专业设计5（二）：星声点亮“星娃”的声音——自闭症儿童构音训练APP设计
课程成果｜专业设计5（三）：劳动盒子Pro——为劳动课⽼师设计的⼀站式备课与课程开发辅助平台
参考文献：
[1] 余越凡,周晓云,杨现民.基于元宇宙的线上线下融合（OMO）学习空间构建与教学模式设计[J].远程教育杂志,2022,40(04):14-22.DOI:10.15881/j.cnki.cn33-1304/g4.2022.04.002.[2] 王超,顾小清.OMO教学的推进：以中小学生在线学习参与意愿为切入点突破在线教学困境——基于技术接受模型的实证研究[J].现代教育技术,2022,32(02):72-80.[3] Ronghuai Huang, Ahmed Tlili, Huanhuan Wang. Emergence of the Online-Merge-Offline (OMO) Learning Wave in the Post-COVID-19 Era: A Pilot Study, [4] Xiaoyi Fu, Jie Zhang, Hao Yu, Jiachen Li, Dong Chen, Jie Yuan, Xindong Wu.A Speech-to-Knowledge-Graph Construction System. IJCAI 2020: 5303-5305. doi: 10.24963/ijcai.2020/777
参考案例：[1] 百度知识图谱 https://kg.baidu.com/#/kgData/kgdataty[2] 飞书-语音转文字[3] Bilibili 关键帧标记
图片来源：个人拍摄、制作