基于系統動力學的在線學習投入度影響研究
——學習生態觀視角

黃慶雙

（遼寧師范大學教育學院，遼寧大連 116029）

0 引言

在線學習投入度作為衡量在線學習質量和效果的有效指標，近年受到學者廣泛關注。在線學習投入度指學習者在學習過程中表現出的一種積極、滿意的精神狀態，主要以活力、奉獻與專注為主要特征［1］，包括認知投入、行為投入和情感投入三個維度［2］。通過測量學習投入水平及影響因素，為改善在線學習現狀、提升在線學習質量提供參考。現有研究主要從學習者個體內在因素或外部環境等單一維度，使用結構方程或回歸分析等方法分析學習投入度的影響。但在線學習是學習者、學習共同體與在線學習環境之間相互依存、相互制約的復雜學習系統，僅從單一維度分析學習投入度影響因素，雖然分析結果有一定的針對性，但缺乏系統性思考，其分析結果必然存在一定的片面性與局限性。隨著生態學在教育領域的興起，用學習生態觀審視在線學習活動為本研究提供了新的視角。學習生態觀認為學習是各種生命體與其所賴以生存的環境系統共同存在、協調進化的過程，正如學習者和其所處的學習環境一樣［3］。在線學習環境具有生態環境的基本屬性，能體現生態學基本規律和原理。從學習生態觀視角出發，使用系統動力學方法，分析影響學習者在線學習投入度的高杠桿因素并提出改善建議，有助于提升學習者在線學習質量，促進在線學習系統平衡、協調與可持續發展。

1 文獻綜述

為有效測量學習者學習投入水平，分析其影響因素，有學者從心理學理論視角，分析學習者內在因素對學習投入度影響。雷玉菊等［4］從期望——價值理論視角出發，通過問卷調查，發現網絡學習者感知到的任務價值和動機調節等能正向預測學習投入度；高潔［5］從社會認知理論視角研究發現，學習者在線學業情緒是影響在線學習投入度的重要心理因素。還有學者從學習活動視角出發，分析環境因素對學習投入度的影響。陳侃等［6］通過大數據分析技術對學習者觀看視頻跳轉行及MOOCs 視頻特征，對學習者在線學習投入影響進行研究，發現跳轉行為是學習投入評估指標之一。此外，還有研究結果顯示，社會交互、在線同伴互評、教學存在感、教師支持等均對在線學習投入有影響［7-10］。上述研究成果主要從學習者個體內在因素或外部環境因素的單一維度分析其對在線學習投入的影響，分析結果雖具有一定的針對性，卻缺乏系統性與全面性。

學習生態觀提倡以整體、多元的視角透視學習，把學習過程視為學習者、學習活動、工具中介系統、社會及物質環境所構成的生態學系統［11］。在線學習系統因具有生態學屬性，進而有學者提出在線（網絡）學習生態系統概念。在線學習生態系統組成目前尚未形成統一意見。李彤彤等［12］融合前期已有研究，提出在線學習生態系統由生物要素和非生物要素組成。其中生物要素包括學習者、學習同伴、教學服務者、管理服務者和技術服務者；非生物要素包括物理要素、教學要素和心理要素。本研究在結合當前在線學習特征基礎上，提出在線學習生態系統是學習者與在線學習環境之間相互作用、相互影響而形成的功能整體概念。其中，在線學習環境由物理環境、情感心理環境、社會交互環境、教學環境和制度規范環境5 個子系統構成。

物理環境是為學習者與學習共同體開展在線學習活動，實現知識建構所搭建的學習平臺，它依賴于硬件支持、平臺環境建設和學習工具支持等物質因子共同作用，為在線學習提供最基本的物質保障；情感心理環境是學習者受到個體特征、情感體驗以及自我調控能力等方面影響而產生的情感和心理變化。良好的情感與心理環境是保障學習者在線學習持久性，提升在線學習滿意度的關鍵，也是促進各子系統良性循環發展的內在動力；社會交互環境指學習者與學習同伴、教師以及管理者之間進行知識獲取、溝通會話和協作共享等一系列交互行為；社會交互環境是學習者實現深度學習、高階思維能力培養和批判思維鍛煉的重要因素。通過師生、生生之間的交互提高學習者歸屬感，改善學習者在線學習情感缺失問題；教學環境是在線學習生態系統核心，是教學者對教學內容、教學活動等的設計與組織。教學環境是在線學習生態系統中物質流和信息流的輸送基地，是在線學習生態系統持續動態發展的源泉；制度規范環境為確保在線學習活動順利開展的各項規章制度，以及學習共同體之間溝通交流、評價反思所形成的學習氛圍，包括約束機制和學習氛圍。制度規范環境是規范學習者行為，保證在線學習環境正常運行的關鍵。綜上所述，5 個環境子系統相互影響、相互合作，共同促進學習者有效學習。

2 研究過程

系統動力學強調系統之間的相互聯系、相互作用以及系統自身發展與動態演變過程，通過定性和定量相結合的模型［13］，模擬分析較為復雜多變的系統問題。用系統動力學方法分析在線學習生態系統，能更加全面客觀反映問題本質。

2.1 因果關系分析

系統動力學理論認為，系統行為模式與特性主要取決于內部動態結構與反饋循環機制。反饋循環即在人類定性分析基礎上，用因果關系表示系統內各因素之間多樣性關系組成的封閉反饋回路。受因果關系影響，反饋回路有正、負兩極。正反饋回路即反饋回路中包含偶數個負的因果關系，在系統中發揮自我強化作用。負反饋回路即反饋回路中包含奇數個負的因果關系，在系統中發揮內部穩定器作用。根據系統內部各變量之間的相互關系，分析得出在線學習投入影響因素因果關系共包含17 條反饋回路，其中正反饋回路13 條，負反饋回路4 條。主要反饋回路如表1 所示。

2.2 系統動力學模型構建

反饋回路僅從理論上反映系統內部各因素之間的因果關系，但不能表達各因素對在線學習投入度影響的差異。因此，需進一步構建系統動態流圖（即系統動力學模型），為后續的仿真分析奠定基礎。系統動態流圖有4 種類型變量，分別為狀態變量、流率變量、輔助變量和常量。狀態變量表示系統積累變量，通常是決策者最為關注和需要輸出的要素。根據各變量性質，將“在線學習投入度”設為狀態變量；流率變量是隨時間變化使狀態變量增加或減少的量，本研究新增“在線學習投入影響量”和“在線學習投入度損耗量”作為速率變量；輔助變量是表達決策過程的中間變量，也是分析反饋結構的有效手段。本研究將物理環境、情感心理環境、社會交互環境、教學環境、制度規范環境及相關影響量設為輔助變量，共計31 個。研究中保持不變或者變化甚微的量稱為常量，如認知工具、表達工具等共計43 個。在明確各因素因果關系及變量類型基礎上，繪制在線學習投入度影響因素系統動力學模型，如圖1 所示。

表1 在線學習投入度影響因素反饋回路統計

2.3 系統動力學模型檢驗

為驗證模型中各要素以及相互之間的行為關系是否反映現實系統特征與變化規律，需要對系統模型進行有效性檢驗，本研究主要選取靈敏度方法對系統模型進行有效性檢驗。

靈敏度檢驗即在改變模型中參數或結構后，對比輸出模型變化情況是否合理。本研究通過調整參數值觀測輸出結果是否因為參數的微小調整而發生異常改變。以模型中“學習時長”為例，分別對“學習時長”常量值增加、減少10%，觀測“在線學習投入度”行為模型變化情況，如圖2所示（彩圖掃OSID 碼可見，下同）。當學習時長增加時，在線學習投入總值將相應減少，反之，當學習時長減少時，在線學習投入總值會相應增加。學習時長的微小變化并未引起在線學習投入總值發生異常變化，說明模型具有一定的可信性，可以進行仿真分析。

3 模型仿真分析

在線學習投入度影響因素較為復雜，無法集中從已有在線學習平臺中獲取相關數據。本研究采取自評問卷調查法，將模型中的常量設計成李克特五點型問卷，統計各變量的平均值作為仿真數據對模型進行仿真分析。分別將物理環境、情感心理環境、社會交互環境、教學環境和制度規范環境相關因素常量值增加、減少10%，分析其對在線學習投入水平影響，探索影響在線學習投入度的高杠桿因素。

圖1 在線學習投入度影響因素系統動力學模型

仿真結果顯示，當5 個環境子系統內部參數分別增加/減少10% 時，在線學習投入總值也分別隨之增長/減少，但增長/減少程度卻存在差異。引起總值變化由高到低依次是教學環境、社會交互環境、情感心理環境、物理環境和制度規范環境。說明教學環境、社會交互環境和情感心理環境是觀測在線學習投入的主要影響因素，物理環境和制度規范環境對在線學習投入影響相對較弱。仿真結果如圖3和圖4 所示。

圖2 靈敏度檢驗結果

圖3 相關參數增加10% 對在線學習投入度影響

圖4 相關參數減少10% 對在線學習投入度影響

為進一步分析3 個主要子系統內部對在線學習投入度影響的高杠桿因素，分別對教學環境、社會交互環境和情感心理環境內部參數增長10%，分析內部參數對在線學習投入的影響情況。分別將課程內容、教學活動設計與教學評價3 個因素增長10%，仿真結果顯示影響最大的是教學活動設計，如圖5 所示。其它兩個子系統內部對在線學習投入度影響最大的因素分別是與教師交互（見圖6）和情感體驗（見圖7）。

圖5 調整教學環境內部參數對在線學習投入度影響

圖6 調整社會交互環境內部參數對在線學習投入度影響

圖7 調整情感心理環境內部參數對在線學習投入度影響

4 啟示與建議

仿真分析結果顯示，教學活動設計、與教師交互和情感體驗是影響學習者在線學習投入度的高杠桿因素。針對這3 個方面提出改善建議，有助于提升學習者在線學習質量，改善在線學習平臺建設，促進在線學習系統平衡、協調和可持續發展。

（1）精心設計教學活動，優化教學環境建設。教學環境作為整個在線學習生態系統的食物鏈和生命線，是保持系統可持續發展的重要因素。教學活動設計作為教學環境建設的核心要素，影響教學環境與其它環境子系統之間動態、協調發展。因此，要精心組織設計教學活動，并以教學活動設計為主線促進其它環境子系統協同發展。應以教學內容為基礎創新教學形式，借助物理環境，充分利用多媒體技術、虛擬現實及增強現實等新興技術，強化教學情境創設，提升學習者情感體驗；以教學目標為導向，有機融合多種教學模式，借助社會交互環境培養學習者自主學習和合作探究式學習能力，實現三維教學目標；以教學重難點為關鍵，借助制度規范環境由淺到深設置有梯度的學習任務，滿足不同學習者不同層次學習需求，提升學習者學習粘度。通過教學內容、教學目標、教學重難點三維一體的教學活動設計，使學習者沉浸在教學活動中，通過知識學習和活動參與，全面提高學習者在認知、行為、情感方面的投入水平。

（2）發揮教師主導作用，構造多邊良性循環的社會交互環境。社會交互環境是學習共同體之間進行學習分享、意義協商、情感交流的重要方式。通過社會交互可有效緩解學習者在線學習的孤獨感，提升學習者持續學習意愿［14］。教師作為學習共同體一員，其為學習者提供行為、策略等方面的支持與幫助，有助于增強學習者的社會存在感，提升學習投入度。發揮教師在社會交互環境中的主導作用，有助于構建多邊良性循環的社會交互環境：①發揮教師在教學環境中的主導作用，精心設計多元化、開放性的學習活動與學習任務，為學習者開展交流合作搭建平臺；②發揮教師在社會交互環境中的主導作用，明確社區交互主題及要求，防止偏離主題或淺層互動等現象發生，以便學習者能夠提前做好準備，提升交互質量；③教師需在制度規范環境中發揮主導作用，注重學習過程監督、引導和激勵，及時解決學習困惑問題，引導并激勵學習者深層探究；④建立有效的交互評價機制，激發學習者參與熱情。

（3）增強學習者情感體驗，構建各子系統協同共建的情感心理環境。情感缺失不僅影響學習者在線學習質量，還有可能引發在線學習系統生態危機。學習生態觀認為，學習者只有積極主動參與學習活動，接受來自各環境子系統提供的各種給養，才能有效激發學習者學習熱情。因此，注重情感支持、不斷增強學習者情感體驗、充分發揮各子系統作用、共同促進情感心理環境建設，對在線學習生態系統平穩、健康、可持續發展至關重要。在物理環境設計上，要注重平臺設計的個性化與精細化，如清晰的導航和個性化學習路徑、自適應課程推送等，降低學習者認知負荷與信息迷茫；在社會交互環境建設上，努力為學習者營造一個良好的溝通會話氛圍，強化教師支持與智能代理服務，及時解決學生困惑，提升學習者歸屬感；在教學環境建設上，重視學習者情感目標設計，通過融合新技術創設教學情境，增強情感體驗；在制度規范環境建設上，通過約束機制約束學習者言行，努力營造積極健康向上的學習氛圍。

5 結語

本文從學習生態觀視角出發，采用系統動力學方法，分析影響在線學習投入度的主要因素。本文方法能更加全面、系統、動態地分析在線學習投入度影響因素，對系統分析在線學習質量提供了科學方法。系統仿真結果顯示，學生在線學習投入度受多重因素影響，必須抓住核心要素有針對性地進行整改，才能促進在線教學常態化發展。