智慧课堂生态系统

电化教育研究2020,41(04),78-85 

教育信息化推动了技术支持下的交互式教学模式创新与生态学习环境的重构。文章基于智慧教育理念,在生态系统学、教学交互等相关理论指导下,对交互式课堂生态系统构成要素进行分析的基础上构建了交互式课堂生态系统,设计了交互式生态课堂教学活动,并以“教育技术学研究方法”课程为例,采用实验研究法探究交互式生态课堂对教学效果的影响。研究发现,参与交互式生态课堂学习者的学习表现优于传统多媒体教学,且学习者在不同学习阶段的学习表现具有相关性;相较于传统多媒体教学,参与交互式生态课堂学习者的学习动机的提高更为显著,但学习者的内部学习动机有待进一步提高;参与交互式生态课堂的学习者比传统多媒体教学的学习者有较为积极的情感体验。

作者简介： 黄志芳(1982—),女,湖北潜江人。讲师,博士,主要从事适应性学习路径推荐、数字化教学资源设计与开发方面的研究。E-mail:[e-mail]。; *周瑞婕,E-mail:[e-mail]。;

基金：教育部人文社会科学青年基金项目“基于学习者动态画像的适应性学习路径推荐机制研究”(项目编号:19YJC880036); 湖北大学教学改革研究项目“基于MOOC的翻转课堂在研究方法类课程中的应用与效果分析”(项目编号:201811);

Design and Empirical Research on Interactive Classroom Ecosystem in Blended Learning Environment

HUANG Zhifang ZHOU Ruijie WAN Liyong

School of Education, Hubei University School of Education, South-Central University for Nationalities

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.

Keyword：

Blended Learning Environment;Instructional Interaction;Learning Ecosystem;Smart Classroom;

一、引言

教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》明确指出，推动新技术支持下教育的模式变革和生态重构，推进信息技术和智能技术深度融入教育教学全过程^[1]。技术与教育的深度融合主要表现为信息技术对课堂教学的深层次变革，智能时代高等教育亟待面向新形势、新需求，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系^[2]。

混合式学习是教育信息化时代推动下的新型学习方式，是面对面教学和在线学习的结合^[3]。交互是交互主体间的相互作用、相互影响^[4]。教学交互是一种发生在学生和学习环境之间的事件，包括师生、生生之间的交流，也包括学生和各种物化的资源之间的交流和相互作用^[5]。混合学习环境下的教学交互研究主要集中在教学交互过程方法与实践策略、教学交互效果的研究等方面。教学交互课堂设计主要集中体现在线上、线下教学活动的交互设计中，包括线上微视频学习过程中的弹幕交互、同伴互评交互，以及线下计算机支持的各项协作学习、问题解决活动的开展等方面^[6]。当在线课程与传统课程相融合时，学习者的课堂交互性与参与度都有了较大的提升^[7]。混合学习环境中营造良好的社交环境以促进师生、生生间的交互，有利于创造良好的学习氛围，提高学习者的学习期望值和学习满意度^[8]。然而相关研究发现，就社会和教学存在类别而言，教师对课程中的交互有积极的看法，学生对课程中的交互持负面看法^[9]，究其根本是教学顶层设计的问题，致使混合学习过程中教学交互各要素之间的关联性、协同性不足。将生态系统学的理念引入教育教学过程中，有助于解决课堂教学缺乏系统性的问题。当前智慧课堂生态系统的研究还处于起步阶段，研究主要集中在模型构建、路径探寻等阶段，智慧课堂生态系统的应用研究还较为缺乏。

基于此，本研究将基于智慧教育理念，融合生态系统学、教学交互的相关理论，重新定位混合学习过程中教学交互各要素之间的关联性，在高校混合学习环境下，开展交互式课堂生态系统设计的实证研究，旨在构建交互式课堂生态系统，将智慧学习生态的理念在真实的课堂教学中落地，营造一个协同共生、可持续发展的交互式智慧课堂，以期为技术与课程教学的深度融合研究提供示范。

二、交互式课堂生态系统的构建

（一）构建理念

智慧教育2017定义明确指出了生态发展理念，强调教与学各要素的协同发展，学习环境由之前的“智能化环境”转变为“生态化环境”^[10]。智慧学习生态系统是指在一定的智慧学习空间中，学与教群体与所在的空间及空间中的资源相互作用而形成的教法—技术—文化系统^[11]。智慧课堂是实现智慧教育的必由之路，也是智慧教育落地的重要体现^[12]。智慧课堂生态系统是指在新一代智能技术支持下融合网络学习空间和智慧教室的智慧学习环境中，教学主体通过教学资源、教学方法与环境相互作用而形成的协同共生、可持续发展的系统，该系统的构建有利于促进教学的变革和创新^[13]。本研究所说的课堂是广义上的，是指进行各种教学互动的场所，包括线上的网络学习空间、线下的智慧教室，涉及课前、课中、课后三个阶段^[14]。由于教学交互是智慧课堂的核心特征，师生、生生间的交互以及学生与资源环境的双向交互，在一定程度上影响着学生的认知情感状态以及课堂教学效果，因此，本研究将从系统生态学的视角出发，结合智慧教育理念，将混合学习环境视为一个微观的生态系统，围绕混合学习环境下的教学交互机制，分析智慧课堂生态系统中的组成要素及各要素间的关联性，构建一个协同共生、可持续发展的交互式智慧课堂。

（二）生态要素分析

交互式课堂是一种基于教学交互数据的智慧课堂生态系统。以祝智庭等提出的智慧学习生态系统^[11]为基础，结合晋欣泉等提出的智慧课堂生态系统四要素^[15]，本研究认为交互式课堂生态系统的构成要素主要为教学主体、教学资源、教学方法、课堂环境以及教学交互数据（如图1所示）。其中，教学主体是指参与交互式课堂的生命有机体，即教师与学生。教学资源主要是指各教学主体间及其与教学环境间传递的具有教育价值的信息载体^[16]。教学方法是指各教学主体间共同完成交互活动的方式手段，包括个性化适性学习、集小组智慧于一身的合作研创型学习等。课堂环境是整个交互式课堂生态系统运转的基础，包括教学环境和文化环境。教学环境包括物理环境和虚拟环境，为交互式课堂活动的开展提供物质基础；文化环境是指自由民主、平等和谐的课堂氛围的内部教学环境，包括学风作风、管理考核制度等。教学交互数据是由各生态要素相互作用生成的，是多维的跨平台关联的数据，包括线上学习行为数据、自测数据、教学主体间讨论交流数据等。各教学主体间、各主体与教学环境间通过教学资源、教学方法相互作用，对交互过程中产生的教学交互数据进行深度挖掘，有利于教学反馈与测评，从而推动交互式课堂生态系统的动态平衡发展。

（三）模型构建

生态系统内部各要素之间的相互作用的复杂多样性以及教学主体的差异性，决定了交互式课堂生态系统具有一个复杂的层级结构。本研究着眼于系统内部各要素之间的相互作用关系，构建了交互式课堂生态系统模型（如图2所示），从核心层、中介层、基石层、汇聚层四个层面分析生态系统各要素之间的关联性。该模型以教学主体间的交互为核心，注重各要素间的协同作用，并对各要素相互作用产生的教学交互数据进行挖掘汇聚、分析与应用，以促进生态系统各要素间更好地循环交互，使之形成一个和谐共生、可持续发展的有机生命共同体。

核心层由生态系统内最具生命活力的教学主体及其相互作用开展的教学交互活动构成，教师和学生在这个生态系统中不仅扮演着“生产者”和“消费者”的角色，更是这个交互式课堂生态系统的“引导者”和“参与者”，推动着课堂生态系统的数据流动与循环，促进生态系统的平稳运转。一方面，学生通过利用教学资源自主学习、同伴间的小组互助学习、成果展示分享等形式参与到课堂交互活动中，不仅能从生态系统中汲取能量与智慧，而且能通过与系统中其他要素的相互作用，为课堂生态系统带来生命活力；另一方面，教师根据学生交互活动中产生的数据进行精准的学情分析，根据学生需求进行教学决策改进。

中介层由各类教学资源、多样的教学方法组成，是生态系统内各要素相互作用的纽带，为各主体间、主体与环境间的交互提供途径支持。交互式课堂生态系统中，教师以视频、PPT文档、口头传授的方式将学习资源传递给学习者，通过组织丰富多样的教学交互活动，引导学习者将获得的知识进行意义建构，教师根据学生学习情况优化教学资源，改进教学方法，以提高学生学习内部动机，激发学习兴趣，促使交互式生态系统永葆活力。

基石层由课堂教学主体与教学环境和文化环境的交互融合而成。教学环境为学生的在线自主学习以及面对面的合作交流学习提供了外部支持，各种技术工具的使用有利于促进课程与信息技术的深度融合；文化环境的创建有利于维持平等民主的师生关系，为师生间的教学交互活动的开展创建一种和谐、充满朝气与活力的课堂氛围，有利于促进师生、生生间的平等对话、交流协作，在教学交互活动中迸发出源源不断的能量。教学环境与文化环境的交叉融合能够助力交互式生态系统的有序运行。

交互式课堂生态系统各要素的相互作用所产生的交互数据随交互的深入而递增，形成了汇聚层。教学交互过程中产生的数据是富有意义价值的，经过数据挖掘，在学习分析技术的支持下，这些教学交互数据可以转变为教学信息反馈给教师和学生，教师将此作为改进教学决策、优化教学的依据，学生通过反馈的信息了解自身学习情况，以此作为自我导向、自我诊断、危机预警的工具。这不仅为教学主体双方提供了反馈，而且有助于修复系统的漏洞，维持系统内部的稳定，为该生态系统的自我调节提供条件，促进其良性发展。

三、研究设计

（一）研究目的

研究在分析交互式课堂生态系统构成要素的基础上构建了交互式课堂生态系统，以“教育技术学研究方法”课程为例，设计并实施交互式生态课堂策略与活动，采取实验研究法，分别在传统多媒体课堂与交互式生态课堂开展教学活动，对比教学效果，以验证交互式课堂生态系统模型的有效性。

（二）研究对象及过程

1. 研究对象

研究对象为某H大学教育技术学专业的2016级本科生，学生处于本科三年级阶段，已修过“教育技术学导论”等先行课程，对本专业的知识结构框架有较为清晰的认识。该年级有两个班级，将其随机分配为实验组与对照组（见表1）。实验组在云平台与智慧教室支持下的混合学习环境中采用交互式生态课堂教学；对照组沿用传统多媒体课堂教学，在网络教室开展教学活动。课前对学习者进行前测，以进行学习者特征分析，并保证实验组与对照组学习者各方面的水平相当。该年龄段的学习者有丰富的想象力和较强的逻辑思维能力，具有一定的信息素养、自主学习能力和探究学习精神。

表1 研究对象组别对比    下载原表

2. 研究过程

(1）交互式生态课堂设计与实施

在“教育技术学研究方法”课程中，基于交互式生态系统模型，在智慧教室和云平台支持的学习生态环境中设计并实施了多种技术支持下的交互式课堂教学策略（如图3所示）。其中，基于云课堂的在线学习与交流和弹幕支持下的交流与反思，针对的是课前课后的线上学习与交流；云课堂支持下的小组研创型学习、电子白板和云课堂支持下的展示交流学习，以及问卷星/云平台支持下的同伴互评，针对的是课中阶段线下面对面学习与交流。在交互式生态课堂设计与实施过程中，遵循技术、教法与文化的协调统一原则，力图实现交互式课堂中各要素的协同共生、可持续发展。

(2）研究框架

本研究采用实验研究法，设计了实验研究框架（如图4所示）。在课程教学前，先对两个班级的学生进行教学前测，前测内容包括先行课程表现、学习动机等，在分析学习者特征的同时保证实验组和对照组的学习者各方面水平相当。根据前测结果，采用异质分组方式将实验班和对照班的学生进行分组，并对两组成员分别进行所需技术的培训。实验组采用交互式生态课堂开展教学，组织多样化教学交互活动，并进行文化环境建设，保证交互式课堂不同要素间的相互作用、协调统一，促进交互式课堂生态系统的可持续发展；对照组沿用传统多媒体课堂进行教学，开展小组合作与展示分享的教学活动。课程教学结束后，对学习者进行教学后测，包括学习表现、学习动机以及情感体验。

图4 研究框架   下载原图

（三）测量工具与方法

本研究对实验组和对照组均进行了前后测，前测内容包括学习表现、学习动机，后测在前测基础上增加了情感体验方面的测试。由于教学过程的不同，因此，对两组学习者的学习表现评价存在些许差异。实验组采用自评互评、教师评价相结合的方式，对照组仅采用教师评价的方式，两组均以过程性评价与总结性评价相结合为原则（见表2）。学习动机方面的问卷是在借鉴了Tuan等的学习动机问卷^[17]的基础上形成的，包括自我效能、学习积极性、学习价值、绩效目标、学习环境刺激、成就目标等六个指标，共19个题项；情感体验方面的问卷是在借鉴了Awidi等的学习体验问卷^[18]的基础上形成的，问卷包括资源获取、动机支持、参与合作、评价反馈、知识建构等五个指标，共16个题项（见表3）。题项均采用李克特5级量表，从“完全不符合”到“完全符合”采用1—5的方式计分，本研究使用SPSS24.0对该问卷（除去主观题）进行信度与效度分析，其中α=0.925，各维度分量表的Cronbach's Alpha系数在0.894～0.919之间，说明该问卷具有良好的信度；KMO值为0.884,Bartlett's球形检验值显著性为0.000，说明该问卷效度良好。

（四）研究假设

文献分析发现，营造交互式学习环境，开展有效增强交互式教学活动，实施有效的教学交互策略，都能提高学习者的参与度，从而有效提高学习者的学习成绩^[19,20]，激发学习者的学习动机^[20]，给予学习者积极的学习情感体验^[21]。生态视角下的学习空间打破了物理空间的界限^[22]，实现了“线上+线下”的无缝衔接、“技术—教法—文化”的协同发展，为教学交互活动的开展提供了有效支撑。基于上述分析，本研究的假设为：

相较于传统多媒体课堂，参与交互式生态课堂的学习者的学习表现更为优异；

相较于传统多媒体课堂，参与交互式生态课堂的学习者有较强的学习动机；

相较于传统多媒体课堂，交互式生态课堂对学习者的情感体验有更为积极的影响。

四、交互式生态课堂教学应用效果分析

（一）参与交互式生态课堂学习者的学习表现优于传统多媒体教学，且学习者在不同学习阶段的学习表现具有相关性

1. 参与交互式生态课堂的学习者的学习表现优于传统多媒体教学，且两者间存在显著性差异

课程成绩是对学习者在课程学习过程中的学习情况的直观定量反映。为保证实验组和对照组的学生各方面水平相当，在课程教学开始前，对实验组和控制组的两个班级的学习者进行了前测，将“教育技术学导论”作为“教育技术学研究方法”的先行课程，平均值分别为82.55和81.14,p值大于0.05，实验组与对照组学习成绩之间不存在显著差异。教学结束后对学习者进行后测，通过独立样本t检验分析，实验组和对照组的课程成绩分别为91.93和87.5，实验组成绩优于对照组成绩，且存在显著性差异（p=0.000<0.001）。这说明参与交互式生态课堂的学习者在学习讨论参与度、课堂活动表现以及研究方案的撰写等方面的表现均优于传统多媒体课堂教学。

2. 参与交互式生态课堂的学习者在知识的传递—内化—应用各阶段的学习表现存在相关性，前一阶段学习者的学习表现对后一阶段产生影响

由于课程评价中的“学习讨论参与度”“课堂活动表现”“研究方案的撰写”的成绩是学习过程中知识的“传递”“内化”“应用”三个阶段的学习表现的具体表征，因此，本研究将评价的三个方面与三个阶段的学习表现一一对应，并对各阶段学习者的学习表现情况的关系进行分析。通过Pearson相关性检验发现，知识传递与知识内化（r=0.605,p=0.000<0.001）、知识应用（r=0.466,P=0.002<0.01）等阶段呈现显著正相关关系；知识内化与知识应用（r=0.352,p=0.026<0.05）等阶段呈现显著正相关关系。这表明前一阶段学习者的学习表现会对后一阶段学习者的学习产生影响，前一阶段较佳的学习表现会对后一阶段的学习产生积极影响，反之则产生消极的影响。教育教学中要关注过程性评价，注重对学习者学习过程数据的收集与分析，以进行学习反馈，及时督学促学，保证学习者下一阶段的学习效果，促进交互式学习生态系统的循环发展。

（二）相较于传统多媒体教学，参与交互式生态课堂学习者的学习动机提高更为显著，但内部学习动机有待进一步提高

本研究对两组学习者的学习动机进行了前后测。在实验开始前，对实验组和对照组的学习者进行前测，两组学习者均填写了《学习动机调查问卷》，前测结果显示，在五个维度上两组学习者的学习动机无显著性差异。实验结束后对两组学习者进行后测，通过独立样本T检验对两组学习者学习动机数据进行对比分析，结果显示，实验组学习者各维度得分均值均高于对照组，但两组学习者仅在学习价值（p=0.038<0.05）这一维度存在显著性差异。就前后测结果对比而言，实验组学习者的学习动机在各维度的得分均值都有所提高，且在自我效能（p=0.005<0.01）、绩效目标（p=0.013<0.05）、学习环境刺激（p=0.039<0.05）维度存在显著性差异，对照组学习者在各维度的前后测均不存在显著性差异，这说明实验组学习者的学习动机较对照组有更为明显的提高，对学习价值的认识上有更为清晰明确的认识，这有助于激发其学习的内部动机。经过教学实验，实验组学习者的自我效能有了较为明显的提高，受外界环境刺激、绩效目标的影响力有了明显的提高，学习者的内部动机和外部动机都有了不同程度的提高。相关研究发现，外部动机在一定程度上对内部动机有促进作用^[23]，因此，如何合理地运用外部动机来激发学习者的内部动机，提高学习者学习的积极性，促进内部动机与外部动机协调一致以形成合力，共同推动学习者维持持久稳定的学习状态是下一步研究的重点。

（三）参与交互式生态课堂的学习者比传统多媒体教学的学习者有较为积极的情感体验

积极情感指的是一种轻松和舒适的倾向^[24]，有助于学习活动的进行^[25]，当学习者体验到积极情感时，他们更有可能以愉快的心态参与到教学活动中。在参与教学实践后，两组学习者分别填写了《情感体验效果调查问卷》，通过独立样本T检验对两组学习者情感体验效果数据进行对比分析，研究发现，情感体验效果各维度实验组的得分均值均高于对照组，且在动机支持（p=0.006<0.01）、参与合作（p=0.000<0.001）、知识建构（p=0.009<0.01）维度均存在显著差异，且实验组五个维度均值均在4.0左右，动机支持、参与合作以及知识建构三个维度的均值均大于等于4.0。由此可见，实验组的学习者在参与了交互式课堂教学后，认为该教学形式能够给予积极的情感体验，激发其学习的动力，有利于学习者在参与合作、平等交流的过程中进行知识的意义建构。虽然数据结果显示两组学习者在资源获取以及评价反馈方面无显著差异，但这两方面实验组的均值均高于对照组。总体来看，实验组的学习者肯定了学习中的资源获取以及评价反馈过程设计，并对这两个层面的设计优化有较大的期待。

五、结论与讨论

本研究在分析交互式课堂生态系统构成要素的基础上，构建了交互式课堂生态系统模型，并依托线上云平台和线下智慧教室的混合学习环境，设计开展了多种技术支持下的交互式生态课堂教学活动，通过实验研究对比交互式生态课堂与传统多媒体课堂的教学效果，研究发现：

第一，参与交互式生态课堂的学习者的学习表现优于传统多媒体教学，且学习者在不同学习阶段的学习表现具有相关性。经分析发现，两组学习者在反映实验前专业学习表现水平的先行成绩上不存在显著差异，在反映实验后学习表现水平的课程成绩上，实验组优于对照组，且存在显著差异。学习者在知识的传递、内化及应用三个阶段的学习表现具有显著相关性，前一阶段学习者的学习表现会对后一阶段学习者的学习产生影响。教育教学是一个连续内化的过程，需要每一个阶段知识、情感等方面的累积，形成合力，促进学习生态系统的平衡发展。在混合学习环境下，增强交互式课堂教学活动的开展为交互式课堂生态系统注入了活力，有利于学习者积极参与到课堂交互活动中，促进学习者与教师、同伴、学习内容、环境等的多元性交互，促进学习者对知识的意义建构。学习过程中数据的收集与分析作为学习者过程性评价的依据，有助于学习者学习情况的及时反馈，对学习者的自我诊断、导向式学习具有重要意义。

第二，相较于传统多媒体教学，参与交互式生态课堂的学习者的学习动机的提高更为显著，但学习者的内部学习动机有待进一步提高。经分析发现，学习动机前测结果显示五个维度两组学习者无显著性差异，后测结果显示实验组学习者各维度得分均值均高于对照组，且在学习价值这一维度存在显著性差异；前后测对比结果显示，实验组学习者的学习动机在各维度的得分均值都有所提高，且在自我效能、绩效目标、学习环境刺激维度存在显著性差异，对照组学习者在各维度的前后测均不存在显著性差异。交互式生态课堂教学主要从学习环境、教法、文化建设等外部刺激着手，通过构建智慧智能学习环境，采用多种技术支持下的教学策略，营造自由民主、平等和谐的课堂氛围，以提高学习者的外部动机为抓手，进一步促进学习者内部动机的提高。实验结果显示，通过学习者的外部动机的加强，对内部动机的提高有一定的促进作用，但这种促进作用有待进一步提高。

第三，参与交互式生态课堂的学习者比传统多媒体教学的学习者有较为积极的情感体验。经分析发现，情感体验效果各维度实验组的得分均值均高于对照组，且在动机支持、参与合作、知识建构维度均存在显著差异。交互式生态课堂教学关注教学环境的系统性与教学过程的交互性，通过开展多种技术支持下的教学交互活动以加强师生、生生的交流与合作，着眼于构建和谐平等的师生关系，营造轻松愉悦的教学氛围，促进学习生态系统的协调可持续发展，这有利于激发学习者在参与合作、知识建构过程中的学习动力，给予学习者积极的学习情感体验。

交互式生态课堂教学试图从技术、教法、文化等层面重构教育教学模式，创建和谐共生、可持续发展的智慧学习生态系统，多种技术支持下的增强交互教学活动为该生态注入了源源不断的活力，促进了该生态系统的良性循环发展。融合了网上学习空间和智慧教室的混合学习环境，为交互式生态课堂教学活动的开展提供了软硬件支持，而如何利用混合学习环境优势，设计并促进教学交互活动的有效实施，引导学习者积极主动地参与到沟通协作、探究研讨中来，以提升学习效果，营造互学互鉴、和谐舒适的学习氛围，是当前教育工作者亟须解决的问题。本研究是从生态层面重构教育教学模式的理论分析，是对生态视角下交互式课堂教学的实践探索，是从生态层面探索技术与课程的深度融合途径的有益尝试，在接下来的研究中将深入分析交互式课堂教学对学习者高阶思维能力水平的影响等。