混合學習環(huán)境下交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計及實證研究

黃志芳 周瑞婕 萬力勇

[摘? ?要] 教育信息化推動了技術(shù)支持下的交互式教學模式創(chuàng)新與生態(tài)學習環(huán)境的重構(gòu)。文章基于智慧教育理念，在生態(tài)系統(tǒng)學、教學交互等相關(guān)理論指導下，對交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成要素進行分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建了交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)，設(shè)計了交互式生態(tài)課堂教學活動，并以“教育技術(shù)學研究方法”課程為例，采用實驗研究法探究交互式生態(tài)課堂對教學效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)，參與交互式生態(tài)課堂學習者的學習表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)多媒體教學，且學習者在不同學習階段的學習表現(xiàn)具有相關(guān)性;相較于傳統(tǒng)多媒體教學，參與交互式生態(tài)課堂學習者的學習動機的提高更為顯著，但學習者的內(nèi)部學習動機有待進一步提高;參與交互式生態(tài)課堂的學習者比傳統(tǒng)多媒體教學的學習者有較為積極的情感體驗。

[關(guān)鍵詞] 混合學習環(huán)境; 教學交互; 學習生態(tài)系統(tǒng); 智慧課堂

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 黃志芳（1982—），女，湖北潛江人。講師，博士，主要從事適應(yīng)性學習路徑推薦、數(shù)字化教學資源設(shè)計與開發(fā)方面的研究。E-mail：20160006@hubu.edu.cn。周瑞婕為通訊作者，E-mail：Zrj_1205@163.com。

一、引? ?言

教育部印發(fā)的《教育信息化2.0行動計劃》明確指出，推動新技術(shù)支持下教育的模式變革和生態(tài)重構(gòu)， 推進信息技術(shù)和智能技術(shù)深度融入教育教學全過程[1]。技術(shù)與教育的深度融合主要表現(xiàn)為信息技術(shù)對課堂教學的深層次變革，智能時代高等教育亟待面向新形勢、新需求，構(gòu)建包含智能學習、交互式學習的新型教育體系[2]。

混合式學習是教育信息化時代推動下的新型學習方式，是面對面教學和在線學習的結(jié)合[3]。交互是交互主體間的相互作用、相互影響[4]。教學交互是一種發(fā)生在學生和學習環(huán)境之間的事件，包括師生、生生之間的交流，也包括學生和各種物化的資源之間的交流和相互作用[5]?；旌蠈W習環(huán)境下的教學交互研究主要集中在教學交互過程方法與實踐策略、教學交互效果的研究等方面。教學交互課堂設(shè)計主要集中體現(xiàn)在線上、線下教學活動的交互設(shè)計中，包括線上微視頻學習過程中的彈幕交互、同伴互評交互，以及線下計算機支持的各項協(xié)作學習、問題解決活動的開展等方面[6]。當在線課程與傳統(tǒng)課程相融合時，學習者的課堂交互性與參與度都有了較大的提升[7]。混合學習環(huán)境中營造良好的社交環(huán)境以促進師生、生生間的交互，有利于創(chuàng)造良好的學習氛圍，提高學習者的學習期望值和學習滿意度[8]。然而相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，就社會和教學存在類別而言，教師對課程中的交互有積極的看法，學生對課程中的交互持負面看法[9]，究其根本是教學頂層設(shè)計的問題，致使混合學習過程中教學交互各要素之間的關(guān)聯(lián)性、協(xié)同性不足。將生態(tài)系統(tǒng)學的理念引入教育教學過程中，有助于解決課堂教學缺乏系統(tǒng)性的問題。當前智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)的研究還處于起步階段，研究主要集中在模型構(gòu)建、路徑探尋等階段，智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用研究還較為缺乏。

基于此，本研究將基于智慧教育理念，融合生態(tài)系統(tǒng)學、教學交互的相關(guān)理論，重新定位混合學習過程中教學交互各要素之間的關(guān)聯(lián)性，在高校混合學習環(huán)境下，開展交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)設(shè)計的實證研究，旨在構(gòu)建交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)，將智慧學習生態(tài)的理念在真實的課堂教學中落地，營造一個協(xié)同共生、可持續(xù)發(fā)展的交互式智慧課堂，以期為技術(shù)與課程教學的深度融合研究提供示范。

二、交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建

（一）構(gòu)建理念

智慧教育2017定義明確指出了生態(tài)發(fā)展理念，強調(diào)教與學各要素的協(xié)同發(fā)展，學習環(huán)境由之前的“智能化環(huán)境”轉(zhuǎn)變?yōu)椤吧鷳B(tài)化環(huán)境”[10]。智慧學習生態(tài)系統(tǒng)是指在一定的智慧學習空間中， 學與教群體與所在的空間及空間中的資源相互作用而形成的教法—技術(shù)—文化系統(tǒng)[11]。智慧課堂是實現(xiàn)智慧教育的必由之路，也是智慧教育落地的重要體現(xiàn)[12]。智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)是指在新一代智能技術(shù)支持下融合網(wǎng)絡(luò)學習空間和智慧教室的智慧學習環(huán)境中，教學主體通過教學資源、教學方法與環(huán)境相互作用而形成的協(xié)同共生、可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)，該系統(tǒng)的構(gòu)建有利于促進教學的變革和創(chuàng)新[13]。本研究所說的課堂是廣義上的，是指進行各種教學互動的場所，包括線上的網(wǎng)絡(luò)學習空間、線下的智慧教室，涉及課前、課中、課后三個階段[14]。由于教學交互是智慧課堂的核心特征，師生、生生間的交互以及學生與資源環(huán)境的雙向交互，在一定程度上影響著學生的認知情感狀態(tài)以及課堂教學效果，因此，本研究將從系統(tǒng)生態(tài)學的視角出發(fā)，結(jié)合智慧教育理念，將混合學習環(huán)境視為一個微觀的生態(tài)系統(tǒng)，圍繞混合學習環(huán)境下的教學交互機制，分析智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)中的組成要素及各要素間的關(guān)聯(lián)性，構(gòu)建一個協(xié)同共生、可持續(xù)發(fā)展的交互式智慧課堂。

（二）生態(tài)要素分析

交互式課堂是一種基于教學交互數(shù)據(jù)的智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)。以祝智庭等提出的智慧學習生態(tài)系統(tǒng)[11]為基礎(chǔ)，結(jié)合晉欣泉等提出的智慧課堂生態(tài)系統(tǒng)四要素[15]，本研究認為交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成要素主要為教學主體、教學資源、教學方法、課堂環(huán)境以及教學交互數(shù)據(jù)（如圖1所示）。其中，教學主體是指參與交互式課堂的生命有機體，即教師與學生。教學資源主要是指各教學主體間及其與教學環(huán)境間傳遞的具有教育價值的信息載體[16]。教學方法是指各教學主體間共同完成交互活動的方式手段，包括個性化適性學習、集小組智慧于一身的合作研創(chuàng)型學習等。課堂環(huán)境是整個交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)，包括教學環(huán)境和文化環(huán)境。教學環(huán)境包括物理環(huán)境和虛擬環(huán)境，為交互式課堂活動的開展提供物質(zhì)基礎(chǔ);文化環(huán)境是指自由民主、平等和諧的課堂氛圍的內(nèi)部教學環(huán)境，包括學風作風、管理考核制度等。教學交互數(shù)據(jù)是由各生態(tài)要素相互作用生成的，是多維的跨平臺關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，包括線上學習行為數(shù)據(jù)、自測數(shù)據(jù)、教學主體間討論交流數(shù)據(jù)等。各教學主體間、各主體與教學環(huán)境間通過教學資源、教學方法相互作用，對交互過程中產(chǎn)生的教學交互數(shù)據(jù)進行深度挖掘，有利于教學反饋與測評，從而推動交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)的動態(tài)平衡發(fā)展。

（三）模型構(gòu)建

生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的相互作用的復雜多樣性以及教學主體的差異性，決定了交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)具有一個復雜的層級結(jié)構(gòu)。本研究著眼于系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的相互作用關(guān)系，構(gòu)建了交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)模型（如圖2所示），從核心層、中介層、基石層、匯聚層四個層面分析生態(tài)系統(tǒng)各要素之間的關(guān)聯(lián)性。該模型以教學主體間的交互為核心，注重各要素間的協(xié)同作用，并對各要素相互作用產(chǎn)生的教學交互數(shù)據(jù)進行挖掘匯聚、分析與應(yīng)用，以促進生態(tài)系統(tǒng)各要素間更好地循環(huán)交互，使之形成一個和諧共生、可持續(xù)發(fā)展的有機生命共同體。

核心層由生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)最具生命活力的教學主體及其相互作用開展的教學交互活動構(gòu)成，教師和學生在這個生態(tài)系統(tǒng)中不僅扮演著“生產(chǎn)者”和“消費者”的角色，更是這個交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)的“引導者”和“參與者”，推動著課堂生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流動與循環(huán)，促進生態(tài)系統(tǒng)的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。一方面，學生通過利用教學資源自主學習、同伴間的小組互助學習、成果展示分享等形式參與到課堂交互活動中，不僅能從生態(tài)系統(tǒng)中汲取能量與智慧，而且能通過與系統(tǒng)中其他要素的相互作用，為課堂生態(tài)系統(tǒng)帶來生命活力;另一方面，教師根據(jù)學生交互活動中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行精準的學情分析，根據(jù)學生需求進行教學決策改進。

中介層由各類教學資源、多樣的教學方法組成，是生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各要素相互作用的紐帶，為各主體間、主體與環(huán)境間的交互提供途徑支持。交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)中，教師以視頻、PPT文檔、口頭傳授的方式將學習資源傳遞給學習者，通過組織豐富多樣的教學交互活動，引導學習者將獲得的知識進行意義建構(gòu)，教師根據(jù)學生學習情況優(yōu)化教學資源，改進教學方法，以提高學生學習內(nèi)部動機，激發(fā)學習興趣，促使交互式生態(tài)系統(tǒng)永葆活力。

基石層由課堂教學主體與教學環(huán)境和文化環(huán)境的交互融合而成。教學環(huán)境為學生的在線自主學習以及面對面的合作交流學習提供了外部支持，各種技術(shù)工具的使用有利于促進課程與信息技術(shù)的深度融合;文化環(huán)境的創(chuàng)建有利于維持平等民主的師生關(guān)系，為師生間的教學交互活動的開展創(chuàng)建一種和諧、充滿朝氣與活力的課堂氛圍，有利于促進師生、生生間的平等對話、交流協(xié)作，在教學交互活動中迸發(fā)出源源不斷的能量。教學環(huán)境與文化環(huán)境的交叉融合能夠助力交互式生態(tài)系統(tǒng)的有序運行。

交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)各要素的相互作用所產(chǎn)生的交互數(shù)據(jù)隨交互的深入而遞增，形成了匯聚層。教學交互過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是富有意義價值的，經(jīng)過數(shù)據(jù)挖掘，在學習分析技術(shù)的支持下，這些教學交互數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W信息反饋給教師和學生，教師將此作為改進教學決策、優(yōu)化教學的依據(jù)，學生通過反饋的信息了解自身學習情況，以此作為自我導向、自我診斷、危機預(yù)警的工具。這不僅為教學主體雙方提供了反饋，而且有助于修復系統(tǒng)的漏洞，維持系統(tǒng)內(nèi)部的穩(wěn)定，為該生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)提供條件，促進其良性發(fā)展。

三、研究設(shè)計

（一）研究目的

研究在分析交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成要素的基礎(chǔ)上構(gòu)建了交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)，以“教育技術(shù)學研究方法”課程為例，設(shè)計并實施交互式生態(tài)課堂策略與活動，采取實驗研究法，分別在傳統(tǒng)多媒體課堂與交互式生態(tài)課堂開展教學活動，對比教學效果，以驗證交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)模型的有效性。

（二）研究對象及過程

1. 研究對象

研究對象為某H大學教育技術(shù)學專業(yè)的2016級本科生，學生處于本科三年級階段，已修過“教育技術(shù)學導論”等先行課程，對本專業(yè)的知識結(jié)構(gòu)框架有較為清晰的認識。該年級有兩個班級，將其隨機分配為實驗組與對照組（見表1）。實驗組在云平臺與智慧教室支持下的混合學習環(huán)境中采用交互式生態(tài)課堂教學;對照組沿用傳統(tǒng)多媒體課堂教學，在網(wǎng)絡(luò)教室開展教學活動。課前對學習者進行前測，以進行學習者特征分析，并保證實驗組與對照組學習者各方面的水平相當。該年齡段的學習者有豐富的想象力和較強的邏輯思維能力，具有一定的信息素養(yǎng)、自主學習能力和探究學習精神。

2. 研究過程

（1）交互式生態(tài)課堂設(shè)計與實施

在“教育技術(shù)學研究方法”課程中，基于交互式生態(tài)系統(tǒng)模型，在智慧教室和云平臺支持的學習生態(tài)環(huán)境中設(shè)計并實施了多種技術(shù)支持下的交互式課堂教學策略（如圖3所示）。其中，基于云課堂的在線學習與交流和彈幕支持下的交流與反思，針對的是課前課后的線上學習與交流;云課堂支持下的小組研創(chuàng)型學習、電子白板和云課堂支持下的展示交流學習，以及問卷星/云平臺支持下的同伴互評，針對的是課中階段線下面對面學習與交流。在交互式生態(tài)課堂設(shè)計與實施過程中，遵循技術(shù)、教法與文化的協(xié)調(diào)統(tǒng)一原則，力圖實現(xiàn)交互式課堂中各要素的協(xié)同共生、可持續(xù)發(fā)展。

（2）研究框架

本研究采用實驗研究法，設(shè)計了實驗研究框架（如圖4所示）。在課程教學前，先對兩個班級的學生進行教學前測，前測內(nèi)容包括先行課程表現(xiàn)、學習動機等，在分析學習者特征的同時保證實驗組和對照組的學習者各方面水平相當。根據(jù)前測結(jié)果，采用異質(zhì)分組方式將實驗班和對照班的學生進行分組，并對兩組成員分別進行所需技術(shù)的培訓。實驗組采用交互式生態(tài)課堂開展教學，組織多樣化教學交互活動，并進行文化環(huán)境建設(shè)，保證交互式課堂不同要素間的相互作用、協(xié)調(diào)統(tǒng)一，促進交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展;對照組沿用傳統(tǒng)多媒體課堂進行教學，開展小組合作與展示分享的教學活動。課程教學結(jié)束后，對學習者進行教學后測，包括學習表現(xiàn)、學習動機以及情感體驗。

圖4? ?研究框架

（三）測量工具與方法

本研究對實驗組和對照組均進行了前后測，前測內(nèi)容包括學習表現(xiàn)、學習動機，后測在前測基礎(chǔ)上增加了情感體驗方面的測試。由于教學過程的不同，因此，對兩組學習者的學習表現(xiàn)評價存在些許差異。實驗組采用自評互評、教師評價相結(jié)合的方式，對照組僅采用教師評價的方式，兩組均以過程性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合為原則（見表2）。學習動機方面的問卷是在借鑒了Tuan等的學習動機問卷[17]的基礎(chǔ)上形成的，包括自我效能、學習積極性、學習價值、績效目標、學習環(huán)境刺激、成就目標等六個指標，共19個題項;情感體驗方面的問卷是在借鑒了Awidi等的學習體驗問卷[18]的基礎(chǔ)上形成的，問卷包括資源獲取、動機支持、參與合作、評價反饋、知識建構(gòu)等五個指標，共16個題項（見表3）。題項均采用李克特5級量表，從“完全不符合”到“完全符合”采用1—5的方式計分，本研究使用SPSS24.0對該問卷（除去主觀題）進行信度與效度分析，其中α=0.925，各維度分量表的Cronbach's Alpha系數(shù)在0.894～0.919之間，說明該問卷具有良好的信度;KMO值為0.884，Bartlett's球形檢驗值顯著性為0.000，說明該問卷效度良好。

五、結(jié)論與討論

本研究在分析交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成要素的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)模型，并依托線上云平臺和線下智慧教室的混合學習環(huán)境，設(shè)計開展了多種技術(shù)支持下的交互式生態(tài)課堂教學活動，通過實驗研究對比交互式生態(tài)課堂與傳統(tǒng)多媒體課堂的教學效果，研究發(fā)現(xiàn)：

第一，參與交互式生態(tài)課堂的學習者的學習表現(xiàn)優(yōu)于傳統(tǒng)多媒體教學，且學習者在不同學習階段的學習表現(xiàn)具有相關(guān)性。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，兩組學習者在反映實驗前專業(yè)學習表現(xiàn)水平的先行成績上不存在顯著差異，在反映實驗后學習表現(xiàn)水平的課程成績上，實驗組優(yōu)于對照組，且存在顯著差異。學習者在知識的傳遞、內(nèi)化及應(yīng)用三個階段的學習表現(xiàn)具有顯著相關(guān)性，前一階段學習者的學習表現(xiàn)會對后一階段學習者的學習產(chǎn)生影響。教育教學是一個連續(xù)內(nèi)化的過程，需要每一個階段知識、情感等方面的累積，形成合力，促進學習生態(tài)系統(tǒng)的平衡發(fā)展。在混合學習環(huán)境下，增強交互式課堂教學活動的開展為交互式課堂生態(tài)系統(tǒng)注入了活力，有利于學習者積極參與到課堂交互活動中，促進學習者與教師、同伴、學習內(nèi)容、環(huán)境等的多元性交互，促進學習者對知識的意義建構(gòu)。學習過程中數(shù)據(jù)的收集與分析作為學習者過程性評價的依據(jù)，有助于學習者學習情況的及時反饋，對學習者的自我診斷、導向式學習具有重要意義。

第二，相較于傳統(tǒng)多媒體教學，參與交互式生態(tài)課堂的學習者的學習動機的提高更為顯著，但學習者的內(nèi)部學習動機有待進一步提高。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，學習動機前測結(jié)果顯示五個維度兩組學習者無顯著性差異，后測結(jié)果顯示實驗組學習者各維度得分均值均高于對照組，且在學習價值這一維度存在顯著性差異;前后測對比結(jié)果顯示，實驗組學習者的學習動機在各維度的得分均值都有所提高，且在自我效能、績效目標、學習環(huán)境刺激維度存在顯著性差異，對照組學習者在各維度的前后測均不存在顯著性差異。交互式生態(tài)課堂教學主要從學習環(huán)境、教法、文化建設(shè)等外部刺激著手，通過構(gòu)建智慧智能學習環(huán)境，采用多種技術(shù)支持下的教學策略，營造自由民主、平等和諧的課堂氛圍，以提高學習者的外部動機為抓手，進一步促進學習者內(nèi)部動機的提高。實驗結(jié)果顯示，通過學習者的外部動機的加強，對內(nèi)部動機的提高有一定的促進作用，但這種促進作用有待進一步提高。

第三，參與交互式生態(tài)課堂的學習者比傳統(tǒng)多媒體教學的學習者有較為積極的情感體驗。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，情感體驗效果各維度實驗組的得分均值均高于對照組，且在動機支持、參與合作、知識建構(gòu)維度均存在顯著差異。交互式生態(tài)課堂教學關(guān)注教學環(huán)境的系統(tǒng)性與教學過程的交互性，通過開展多種技術(shù)支持下的教學交互活動以加強師生、生生的交流與合作，著眼于構(gòu)建和諧平等的師生關(guān)系，營造輕松愉悅的教學氛圍，促進學習生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，這有利于激發(fā)學習者在參與合作、知識建構(gòu)過程中的學習動力，給予學習者積極的學習情感體驗。

交互式生態(tài)課堂教學試圖從技術(shù)、教法、文化等層面重構(gòu)教育教學模式，創(chuàng)建和諧共生、可持續(xù)發(fā)展的智慧學習生態(tài)系統(tǒng)，多種技術(shù)支持下的增強交互教學活動為該生態(tài)注入了源源不斷的活力，促進了該生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)發(fā)展。融合了網(wǎng)上學習空間和智慧教室的混合學習環(huán)境，為交互式生態(tài)課堂教學活動的開展提供了軟硬件支持，而如何利用混合學習環(huán)境優(yōu)勢，設(shè)計并促進教學交互活動的有效實施，引導學習者積極主動地參與到溝通協(xié)作、探究研討中來，以提升學習效果，營造互學互鑒、和諧舒適的學習氛圍，是當前教育工作者亟須解決的問題。本研究是從生態(tài)層面重構(gòu)教育教學模式的理論分析，是對生態(tài)視角下交互式課堂教學的實踐探索，是從生態(tài)層面探索技術(shù)與課程的深度融合途徑的有益嘗試，在接下來的研究中將深入分析交互式課堂教學對學習者高階思維能力水平的影響等。

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[Abstract] Educational informatization promotes the innovation of interactive teaching mode and the reconstruction of ecological learning environment with the support of technology. Based on the concept of smart education， the paper analyzes the elements of interactive classroom ecosystem， constructs an interactive classroom ecosystem and designs interactive classroom teaching activities under the guidance of ecosystem science and instructional interaction. Taking the course of " Research Methods of Educational Technology " as an example， this paper explores the impact of interactive ecological classroom on teaching effect by means of experimental research. The results show that learners participating in the interactive ecological classroom teaching perform better than in traditional multimedia teaching， and the learning performance of learners in different learning stages is correlated. Compared with traditional multimedia teaching， the learning motivation of learners in interactive ecological classroom teaching is improved more significantly， but their internal learning motivation needs to be further improved. Learners in interactive ecological class have more positive emotional experience than learners of traditional multimedia teaching.

[Keywords] Blended Learning Environment; Instructional Interaction; Learning Ecosystem; Smart Classroom