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1、分布式学习工作流： 融合信息技术与实体校园的操作系统 顾学雍 王德宇 周硕彦 杨富方 卢达溶 【 摘 要】 本文提出了一种分布式的学习工作流系统， 探索如何将不断演进的信息技术与实体校园的教学 活动相结合。本文以 年月清华大学“ 跨学科系统集成设计挑战” 等课程为例， 从操作系统的角度分析 了学习角色定位和权限管理、 工作进程管理和学习任务的输入与产出。这一工作流概念的应用， 旨在加快阶 段性学习成果产生的速度、 保证学习活动的规律性和帮助学生掌握一种系统化的全局意识。在信息网络技术 不断更新的今天， 借鉴信息技术中的分布式系统概念， 并采取一种工作流的设计思路， 可以将信息技术与实体 教学机
2、构融合， 为未来学校的运行模式设计一种新的思路。 【 关 键 词】 学习流程设计 分布式工作流 信息技术应用 挑战式教学 极限学习 【 收稿日期】 年月 【 作者简介】 顾学雍， 清华大学工业工程系副教授； 王德宇， 清华大学工业工程系硕士研究生； 周硕彦， 台湾科 技大学工业管理系特聘教授， 兼物联网创新中心主任， 北京大学工业工程系教授， 台湾大学特聘教授； 杨富方， 清华大学航天航空学院钱学森力学班本科生； 卢达溶， 清华大学机械工程学院教授。 一、现状与契机 不断更新的信息网络技术， 以及新的知识内 容发布方式， 已经推动了一股崭新的学习模式的 风潮， 引领全球教育的各种机构， 开始提
3、出对传统 大学教学方式的公开挑战， 甚至在社会上引发了 未来学校存在合理性的争论 。例如， 麻省理 工学院与哈佛大学所共同开发的 、斯坦福大 学等校建立的 网站、 的免费 名人讲堂、 联合国教科文组织所倡议的开放教育 资源（ ， ） 等， 已 经对学生吸收知识内容的来源产生了巨变性的冲 击。另外， 随着网络游戏和社群网的盛行， 许多学 生投入了大量的精力参与网络游戏， 以社群网与 同侪沟通并自主地提供内容和协助。已经有教育 专家与知名的研究机构， 尝试把学习活动与社群 及网路游戏化过程相结合， 以提升学生的学习兴 趣、 动力甚至效果。如今， 不会使用信息工具已经 成为学习过程或是社交行为上的一
4、种障碍。 在知识内容的来源发生巨变的现实下， 教育 研究人员必须思考如何有效地运用各类快速演化 的信息技术， 将一个以教师授课为主体的集中式 教学过程， 过渡到一个能够适应学生个性化特长 的高强度学习引导过程， 从而进一步提升学生的 学习效能。为此， 需要将丰富的、 开放且高效能的 知识以及频繁的同侪互动精准地整合到学习过程 中， 形成“ 分布式学习工作流” ， 进而规划出一个对 于分布在不同地点、 不同时段及不同类型的学习 过程， 以规模化且个性化地服务各类需求的学校 运行方式， 使学习活动发挥最大的综合效能。此 种运用信息技术有效达成个性化服务的“ 大量客 制化” （ ） 理念， 近年来于
5、制造 业和服务业中已有很多成功模式， 但在教育领域， 因材施教的理念仍与规模化运作方式存在相当大 的矛盾。 一个理想的教育服务机构可以依照分布式工 作流的理念， 超越校园空间与专业知识体系的界 限来调度教学资源， 发挥实体校园的人文环境以 及各种硬件设施与信息技术融合后所产生的“ 涌 现综效” （ ） 。本研究迁移信 息产业所发展出来的分布式操作系统 （ ）的设计理念， 设计出网络 化学习工作流的平台架构， 整合包含实体课堂在 内的学习过程， 发挥实体与虚拟学校的互补优势， 建构出一个同时具有学习和知识创造的现代甚至 是未来学校运作模式， 为教育服务机构的设计者 提供参考。 为了凸显将各地及不
6、同专业的教学资源统合 分布于分布式学习工作流的可行性和效能， 本研 究发展了一套突破传统思维限制的教学活动组织 模式， 称之为“ 极限学习过程” （ ） ， 其特色可以总结为以下三点： 突破教学角色的界限： 组织学生团队与教 师在课前共同设计学习活动； 突破空间的界限： 通过网络采纳分布各地 的信息内容、 专家咨询服务等； 超越专业的界限： 让知识的应用领域尽可 能地跨越传统专业的界限。 本文先简短地介绍多个运作方案的活动内 容， 用以展示此工作模式结合现有教育体制的可 行性。接着针对“ 分布式工作流” 的三个设计要 素， 利用“ 跨学科系统集成设计挑战” 课程的活动 组织开展作为实例， 解释
7、其工作机理。之后， 本文 会分析“ 分布式学习工作流” 在一般教育机构实行 的门槛， 以及经验累积过程中可能发生的障碍。 在本文结尾， 我们将阐述“ 分布式学习工作流” 的 未来展望。 二、分布式学习工作流的必要性 工作流一词， 经常使用于信息技术在媒体出 版行业的应用。凡是需要协同多个不同单位， 按 照规范化的既定程序， 交换信息， 从而推动工作进 度的信息系统， 就称为工作流 。由于极限学习 活动需要经常性地协调多种来自不同地区的人员 组织以及具有相当科技含量的信息基础设施， 所 以需要采纳一种分布式工作流的工作协同方法。 特别是对于课程准备以及课堂教学活动中产生的 各种数据， 如源代码、
8、 教学视频、 书面报告等数字 化内容， 都可以视为工作流中被加工的材料。据 此， 我们可以把所有学习活动， 定义为规范化的学 习工作单元， 犹如信息系统中的计算模组。这些 模组化的学习活动工作单元， 可以经过排列组合， 形成新的不同的学习工作流。此种协同工作的方 法必须有学习过程记录的管理、 成果的快速回馈、 学习者的全局意识。 使用“ 分布式工作流” 的理由可归纳为以下三 点。 “ 分布式工作流” 可以加快阶段性学习成 果展现的速度。当阶段性的学习成果不断地出现 在一个公开的信息平台时， 这对营造群体的学习 氛围必然有相当强的推动作用。由于阶段性的学 习成果， 可能产生于不同地点、 发生在不
9、同的时间 段， 当所有参与学习的成员被动地等待期中或期 末成绩的发布时， 学习群体的专注点自然就集中 到了某个特定的时间或是发布成绩的地点。为了 帮助学习团队高效地捕捉学习的过程记录， 分布 式工作流可以被当作一种搜集各类数字化学习过 程数据的工具。 “ 分布式工作流” 可以保证搜集学习记录 的规律性。在学习过程中， 从编写一个图文并茂 的文档， 到制作一个具有计算功能的网站， 多种相 关的媒体内容， 如图片、 照片、 视频以及规划文档 布局的设置文件， 经常需要运用许多不同的软件 做阶段性的处理， 或是需要传送给不同的专家审 阅。“ 分布式工作流” 的数据存储规范， 可以让学 生养成保存学习
10、记录的习惯， 同时可以策略性地 设定一些分享数据内容、 搜集读者反馈的自动机 制。“ 分布式工作流” 的功能， 将可以减少不同版 本内容的浑淆， 同时可以系统化地分辨各类学习 内容的贡献者与贡献数量。 “ 分布式工作流” 有助于学生掌握一种系 统全局的意识。这是最重要的一个理由。运用 “ 分布式工作流” 之时， 学生们必须要注意到各类 知识的来源与可能应用； 相较之下， 传统课堂学习 过程中， 学生经常只注意教师所传授的抽象知识。 对规划一项复杂学习任务的同学， 也可以利用“ 分 布式工作流” 将任务分发给分布于身处各地的合 作者。这样的全局意识， 将促使学生关注、 联系并 运用各种相关专业的
11、知识， 这样就会产生提升学 习动机的效果。 宽广的信息覆盖面与及时的信息反馈， 有助 于提高学习的效能。为满足此要求， 可用分布式 的信息系统全面搜集内容， 并安排个人化的学习 任务。由于信息化学习系统还需超越以教师为中 心的集中式授课时程安排， 转变为以学习任务团 队为核心的分布式工作流程安排， 所以大学的教 学组织需要一种适合开展分布式学习过程的基础 建设与管理方法。 三、分布式工作流应用在教学环境规划的实 例 为了介绍分布式工作流在教学环境的实用功 能， 我们将通过解说“ 跨学科系统集成设计挑战” 课程的运作经验， 来介绍分布式学习工作流的基 本运作方式。该课程是一个由清华大学教务处发
12、起的挑战式学习活动试验， 学分课程 ， 提供 到 名学生的课容量。课程目的是让新进学校 分布式学习工作流： 融合信息技术与实体校园的操作系统 的本科生， 能够以一个开放性的视野， 广泛地接触 多个不同学科的知识。为了让学生能够专心地投 入在一个沉浸式的环境中， 该课程活动的过程设 计为一个不间断的天时间段落。整体课程用一 个具有时事性的共同主题引导， 由多个专业参与 者组成的挑战方， 在课程开始的数月前， 根据时事 新闻设计一个具有挑战性的任务。 年月 活动的主题为“ 自动化登岛救难系统” 。这样主题 的学习活动， 除了需要开发运送工具的技术外， 也 牵涉了地理信息系统、 物联网技术、 国际关
13、系、 经 济因素分析等多种类和多学科的元素。参与设计 活动的师生超过 人， 来自接近 个不同的院 系， 除了工业工程系、 工程力学系、 精密仪器与机 械学系、 交叉信息学院的研究生与高年级学生外， 还包括美术学院、 新闻与传播学院、 国际关系学 系、 教育研究院以及心理学系等专业的研究生和 本科生。在四天内必须完成的挑战任务包括建构 自动化的陆海空运送系统的缩尺雏形、 撰写数字 化的方案企划书， 记录每日的个人工作日志， 设计 团队的工作记录与宣传视频， 以及最终提交并展 示的成果报告等。这些数字化的内容将经由一个 专用的云端数据服务， 随时随地经由网络上传到 一个用以协同工作进度的文件分享系
14、统。 我们采用“ 跨学科系统集成设计挑战” 做为案 例， 是要体现知识的获取可以超越课堂讲授知识 的集中式工作流。但是， 完全开放学生去追寻个 人的兴趣， 又无法发挥利用学校实体校园教育的 优势。因此， 让师生们围绕着一个共同的学习项 目， 建立分布而不分散的学习生态系统， 从“ 挑战 方” 开始筹备不同项目与不同专业科系之间的知 性与感性联系， 然后由“ 任务方” 应战、 实践并验证 “ 挑战任务” 的预期效果。学习过程的设计思路体 现了一个重要的学习机制， 这个机制可以用分布 式计算系统的定义来说明： “ 分布式计算系统是一个包含众多独立计算 单元的系统， 用户以一个整体系统的方式看待它，
15、 并对其进行操作” 。 根据此定义， 我们可以联想开发课程项目本 身可以是分布式的过程， 但是必须要有一个协同 的机制， 在不同阶段， 结合不同的专业， 不断地集 成， 不断地修正。在学习过程的每一个阶段， 所有 分布各地的参与者， 均可参与工作并看到共同努 力的成果。所以学习的累积及成果， 如同电话网 络， 可以是一个分布于各地的整体。换言之， 此学 习过程所希望达到的工作目标， 就是将分布于不 同时段、 不同地点、 不同专业的学习机会， 尽可能 地集成到一个包含了人群的分布式工作流的有机 学习生态体系之中。运用此种规范调度学校的教 学资源， 亦得以支持教育机构持续地发掘潜在的 服务功能。 由于概念新颖， 课程还吸引了比利时的项目 管理专家， 北京大学、 北京交通大学、 中国人民大 学、 美国哥伦比亚大学、 阿拉斯加大学、 德州理工 大学、 以及马来西亚泰来大学的教授及学生等人 士参与课程设计。这个案例， 明显具有相当的地 域以及专业内容分布性， 特别可以呈现需要利用 分布式工作流的管理方法与相应的数字内容协同 工具之必要性
