基于SPOC教育生態的翻轉課堂教學模式設計與應用

陳林林，周柏清

（湖州職業技術學院現代教育技術中心，浙江湖州 313000）

0 引言

《教育信息化2.0 行動計劃》明確指出：“要探索基于信息技術的教學新模式，以信息化引領構建以學習者為中心的全新教育生態，實現公平而有質量的教育。”在此背景下，翻轉課堂已成為各級各類教育深化改革的著力點和推手［1，2］。然而，當前翻轉課堂仍然面臨學習活動認知負載過重、交互關系失衡等諸多困難，不利于學生高階思維能力培養。目前，針對翻轉課堂的生態訴求，尚缺乏一個切實可行的教學模式，SPOC 為MOOC 本地化的一種線上線下相結合的教學新范式，其教育生態觀為翻轉課堂教學模式研究提供了新思路。本文從SPOC教育生態的角度，展開翻轉課堂教學模式設計和應用研究，以期為教師進行SPOC教學活動設計與實施提供借鑒。

1 SPOC教育生態觀

1.1 教育生態理念

生態學（Ecology）是研究生物及其環境關系的科學。“生態”的概念源于自然科學，指在一定空間內生物群落和與之相互作用的自然環境的集合，其中的生物因子通過物質循環和能量流動而形成開放、復雜的生態系統［3］。美國學者沃勒最先將生態學理論引入教育領域，于1932 年提出了“課堂生態”這一術語。1976 年，美國學者克雷明在他的著作《公共教育》中初次提出了“教育生態學”的概念。隨后英國學者埃格爾斯頓出版了著作《學校生態學》，標志著教育生態理論的系統形成［4］。在國內，率先開啟我國教育生態研究的是臺灣學者方炳林，他于20 世紀70 年代所著的《生態環境與教育》一書，主要探討了各種生態環境與教育的關系及其對教育的影響體系。經過數十年的發展，教育生態理論在教育領域的影響力不斷增強，逐漸引起我國學者的普遍關注。教育生態理論是依據生態學原理，分析教育生態系統的各個組成成分，以整體聯動與系統平衡思維，從教育個體生態、教育群體生態、教育生態系統以及教育生態環境的相互影響和制約機理著手分析解決教育問題［5］，認為教育系統內的各要素在內部相互作用、相互塑造中形成一定的結構，同時教育系統內外也在進行著物質、能量和信息的傳遞［6］。

1.2 教育生態具象：SPOC

SPOC 即小規模限制性在線課程（Small Private Online Course），最初由美國加州大學伯克利分校Fox 于2013 年提出和使用，其脫胎于MOOC（Massive Open Online Course）理念與方法。“Small”指學生規模較小；“Private”指對學生申請設置限制性準入條件，只有具備相應資格的學生才能被納入SPOC。“Small”的特點是有利于提高師生參與度，而且方便師生一對一交流與答疑，有效解決MOOC 所存在的同伴互評能“教”不能“育”的問題。“Private”的特點是可以對學生的基礎層次與專業類型進行細分，易于分層教學，有助于解決MOOC 學生高輟學率和低完成率的問題。

從教育生態視角看，SPOC 各要素之間的交互作用及其和周圍環境之間的交互關系與傳統課堂相比既有同質性，也存在明顯的異質性。首先，在教育生態主體方面，SPOC教育主體雖然還是教育者和學習者，但教育主體的性質發生了變化，SPOC 中的教育主體不再是傳統課堂生態中的“物種”而直接是“種群”。其次，教育主體與外界物質以及能量交換方式發生了顯著變化，相對于傳統課堂，SPOC 生態環境增加了一些“新內容”：一是課堂通過SPOC 的技術支撐提供了獨特學習環境；二是師生互動、生生互動成為SPOC 學習環境的有機組成部分，傳統“物種—種群—群落”教育生態系統被重構為“種群—群落”新型生態。

1.3 SPOC教育生態系統模型

教育生態系統是社會生態系統中一個相對獨立的子系統，有著自身的結構和功能。作為一個開放系統，它與社會生態系統不斷地進行物資與能量交換，與其環境相互作用［7］。在SPOC教育生態理念基礎上，本文構建SPOC教育生態系統模型如圖1 所示。

Fig.1 SPOC's education ecosystem model圖1 SPOC教育生態系統模型

SPOC教育生態系統主要由SPOC 生態主體和SPOC 生態環境兩部分構成。其中，SPOC 生態主體包含3 個種群，分別是學生種群、教師種群和教輔種群。學生種群是由具備相應資格的學生個體組成；教師種群則是由授課教師個體（包括主講教師個體、輔導老師個體）組成；教輔種群則是由各類服務人員個體（包括教學管理人員個體、平臺支持人員個體等）組成。各種群之間互相制約、和諧發展［8］，種群通過直接或間接關系組成群落，而SPOC教育生態系統的群落是由SPOC教育生態系統中學生種群、教師種群和教輔種群共同組成。SPOC 生態環境由學習資源環境（學習視頻、文本材料等）、教學管理環境（教學規范環境、教學評價環境等）、教學服務環境（資源建設環境、教務環境等）和學習支持服務環境（SPOC 平臺環境、教學場所環境等）組成。

SPOC教育生態系統作為一個開放系統，需要社會生態系統不斷地向其輸入各類資源，如滿足準入條件的學生、教師等人力資源、物資設備等。同時，SPOC教育生態系統又不斷地向社會生態系統輸出，如增長了知識的師生、更迭后的學習資源等。SPOC教育生態系統結構具體表現為不同層面的4 種相互作用：①種群內的相互作用，如教師種群中，主講教師和輔導教師的相互作用；②種群之間的相互作用，如學生種群與教師種群之間的作用，種群之間的互利共生能夠促進SPOC教育生態系統的協同演化；③SPOC 生態主體與SPOC 生態環境之間的相互作用，生態主體離不開生態環境，兩者相互塑造、相互依存；④SPOC教育生態系統與社會生態系統的相互作用。

2 翻轉課堂的生態訴求

2.1 翻轉課堂的生態理念

翻轉課堂是面向未來的一種教學模式［9］，它突破了傳統課堂的局限，具有如下鮮明特征：①翻轉教學流程，由“先教后學”翻轉為“先學后教”，課下完成知識傳授，課上實現知識內化，更加符合學生的認知發展規律［10］；②重構師生角色，教師由課堂講臺上的“演員”轉變為教學活動的“導演”，學生由“被動接受者”轉變為教學活動的“主動參與者”，重構和諧的師生關系；③變革學習方式，自主學習、協作學習等多種學習形式涵蓋整個教學活動，師生、生生交流互動貫穿課上課下，有效促進教育人性化；④革新教學資源，優質微視頻是翻轉課堂教學中最為重要的學習資源，學生可自主控制學習進度。結合祝智庭等［11］提出的智慧學習生態，本文對翻轉課堂的生態結構和構成要素進行分析，如圖2 所示。

Fig.2 Ecological structure and elements of flipped classroom圖2 翻轉課堂生態結構和構成要素

綜上所述，教育生態系統是社會生態系統的一個子系統，而翻轉課堂生態系統又是教育生態系統的一個子系統。翻轉課堂生態系統作為一個循環、開放的微觀系統，其內部各要素之間以及它與教育生態系統之間均進行著物資、信息和能量交換，維持著翻轉課堂動態平衡，確保了翻轉課堂教學活動的有序運轉。翻轉課堂生態系統的生態要素主要包括生態主體（教師種群和學生種群）、生態環境（物理環境、虛擬環境以及兩者混合環境）、生態資源（學材、習材和創材）以及生態數據（生態要素相互作用生成的數據集合）。各生態要素之間彼此影響、相互促進，生態主體的強大有利于師生實現對生態環境和生態資源的優化，而隨著生態環境的優化和生態資源的迭代優化，又可以讓學生從中獲取更多知識能量。生態數據是由其它生態要素相互作用生成，利用大數據技術對其進行挖掘分析，有助于維持和調控翻轉課堂朝著動態平衡的方向發展［12］。事實上，生態主體離不開其它生態要素，否則將無法開展“生產”“消費”活動；同樣，其它生態要素脫離生態主體也只能是靜止的無機物，無法成為動態的有機體。

2.2 現有教學模式解析

國內外學者對翻轉課堂教學模式進行了廣泛研究。研究發現，現有的翻轉課堂教學模式豐富了翻轉課堂理論，也在一定程度上促進了翻轉課堂教學實踐的發展。同時，現有教學模式也存在不足，主要表現在：國外學者普遍按照課前和課中兩個階段劃分相應的實施步驟，缺少教學設計的微觀指導；國內學者則常常從指導性和操作性層面設計翻轉課堂教學模型，教學中呈現不同程度的失衡現象。因此，現有翻轉課堂教學模式并不能較好地體現上述翻轉課堂的生態理念。針對翻轉課堂的生態訴求，構建一個適切的融入生態理念的新型翻轉課堂教學模式顯得尤為必要。

3 基于SPOC教育生態的翻轉課堂教學模式構建

3.1 SPOC教育生態滋養新型教學模式

任何意義上的新型教學模式創新，唯有與教學機制、教學環境相互適應才能相得益彰，才會有生命力。本文嘗試擷取以下5 條教育生態基本原理，論述SPOC教育生態理念對構建新型教學模式的助力作用。①限制因子定律：利用SPOC 限制性準入特點，引導師生進行充分交流互動，及時了解學生學習效果以及能力發展的限制因素，從而給予個性化指導；②耐度定律與最適度原則：教育的個體生態其承受力和耐受度是很明顯的，達不到或超過“度”，就會產生不利的或相反的影響［13］，而SPOC 中的優質微視頻一般具有簡明易懂、短小精悍等優點，易于學生吸收掌握；③教育生態鏈法則：SPOC 中師生之間、生生之間都是平等的學習主體，通過小組合作探究、線上線下討論交流，激發學生創新精神，進而達到預期教學效果；④教育生態位原理：在SPOC 學習活動中，一方面要引導生生之間的合作，另一方面也要激發必要的良性競爭，以確保學生的參與度和學業通過率保持在合理區間；⑤教育節律：教師通過SPOC 合理分配學業負荷，科學安排學習活動時間，保持一致的學習進度，進而提升學習效率。以上列舉的生態原理需要在SPOC 中進行正面貫徹，綜上可見，SPOC教育生態理念對構建新型翻轉課堂教學模式提供了新視角。

3.2 基于SPOC教育生態的翻轉課堂教學模式

針對翻轉課堂的生態訴求，SPOC教育生態理念為新型翻轉課堂教學模式構建提供了新思路，本文構建基于SPOC教育生態的翻轉課堂教學設計模型，如圖3 所示。

Fig.3 Flipped classroom teaching model based on SPOC's educational ecology圖3 基于SPOC教育生態的翻轉課堂教學設計模型

基于SPOC教育生態的翻轉課堂教學設計模型打通了課前、課中、課后的環節壁壘，重聚形成了3 個新學習階段，從模型中心向外延伸，依次是規劃階段、準備階段和實現階段。與此同時，形成了知識設計、知識傳遞和內化提升3個新學習步驟，通過3 個新學習階段的有效支持構建完整的教學生態，助力學生實現從初級認知向高級認知轉移。該模型中，教師和學生形成有機的整體，建立和諧共生、共同發展的師生關系。生態主體與生態環境、生態資源以及生態數據共融交織，在SPOC 的支持下圍繞設定的學習目標開展線上線下學習活動。

3.2.1 規劃階段

主要包括學習目標設計和學習任務單設計兩個環節，本階段在課前完成，實現對知識的規劃和設計，教師擔任“規劃師”“設計師”。

（1）學習目標設計。學習目標是進行翻轉課堂學習活動的起點和歸宿，對教學設計起到統領作用。與教學目標相比，學習目標更能促進學生的自主學習，也更加注重學生的主體地位和個性發展。眾所周知，翻轉課堂將低階目標轉移到課下，把更多的課上時間用來進行高階目標的深層學習。低階目標對應布魯姆目標分類學中的識記、理解和應用3 個認知層次；高階目標對應分析、評價和創造3 個認知層次。由此，學習目標設定包括3 個步驟：①分析教學內容提煉出教學目標；②將教學目標轉化為學生通過學習活動應當達到的學習目標；③將學習目標細化分層，可化分為低階目標（對應準備階段）和高階目標（對應實現階段）。

（2）學習任務單設計。學習任務單是學生開展學習活動的“腳手架”，為學生提供有效的路徑指引。依據制定的低階目標和高階目標，分別設計自主學習任務單和課中學習任務單。需要強調的是，課中學習任務單還需根據后續SPOC 學習數據分析結果作靈活調整。學習任務單的基本結構一般由學習指南、學習任務和反思評測組成，如表1 所示。其中，學習任務設計需要注意：①盡可能讓學生參與，實際上在師生協商的過程中學生也在進行淺層學習；②每個學習任務提供必要的資源鏈接；③要充分考慮學生個體差異，可進一步細分為基礎任務、中級任務和高級任務3類。

Table 1 Learning task list template表1 學習任務單模板

3.2.2 準備階段

主要包括資源與環境選取、學習數據分析兩個環節，該階段在課前完成，實現對知識的認知與傳遞，教師擔任“導學者”“分析師”。

（1）資源與環境選取。生態資源包括學材、習材和創材，教師要合理引導學生選擇適切、適宜的生態資源，以降低學生的認知負荷［14］。教師是生態資源的主要供給者，生態資源的設計應包括從資源的生產、傳遞、使用到回收利用整個過程，以實現對資源的充分利用，從而達到翻轉課堂生態系統最佳物質循環的目的。生態資源設計需要考慮：①資源的內容選擇和傳遞方式；②資源的呈現方式和使用便利性；③做好資源的回收和循環利用。

生態環境包括物理環境、虛擬環境以及兩者的混合環境，三者共同構成有機的知識建構整體。其中，搭建虛擬環境的SPOC 平臺主要分為3 種類型：①依托現有的MOOC平臺（如學堂在線）；②利用已有的開源平臺（如Moodle）；③使用自行研發的學習平臺。生態環境選取需要考慮：①學習任務和學習活動需求；②3 種不同學習環境能夠提供的服務；③對學習異常突發狀況應對處理的支持。

（2）學習數據分析。學習數據分析是對學生在SPOC平臺留下的大量行為數據的解釋和分析，分析結果為設計更具針對性的課中學習活動提供數據支持［15］。通過數據分析可以獲取學生遇到的主要疑難知識、學習效果及學習風格等內容。①疑難知識獲取途徑有SPOC 測驗和作業完成情況、視頻反芻比分析；②學習效果獲取途徑有SPOC 測驗和作業完成情況以及互動交流信息分析；③學習風格獲取途徑有學生在SPOC 不同模塊的參與情況分析，如頻繁訪問論壇模塊，說明學習風格偏向于場依存，針對這類學生，課中多組織合作學習、小組討論活動；如對學習視頻、測驗訪問頻次較高且時間較長，說明學習風格偏向于場獨立，針對這類學生，課中多提供一些具有挑戰性或探究性的任務。

3.2.3 實現階段

主要包括學習活動設計和多元評價設計兩個環節，該階段在課中完成，實現對知識的內化與提升，教師擔任“促學者”“評學者”。

（1）學習活動設計。多林·尼爾森（Doreen Nelson）提出的“逆向思維”學習過程模型，強調學習活動直接從設計入手，學生在完成設計過程中，高階和低階認知思維都得到鍛煉，創新素養得到培養［16-17］。本文結合設計型學習（DBL）理論［18］，在“逆向思維”模型基礎上設計了設計型學習活動流程，包括6 個步驟：①確定主題：教師確定教什么，創設學習情境；學生分成小組，明確分工職責；②提出挑戰：教師從主題中析出要解決的問題，然后標定挑戰任務；學生積極思考，迎接挑戰；③探究解惑：教師提供課中學習任務單，引導學生自主探究，及時答疑解惑；學生自主探究，交流討論；④自主設計：教師輔助學生厘清設計思路，推動學習活動進度；學生尋求教師、同伴的支持和幫助，完成初步設計；⑤實踐創作：教師根據學生設計方案的完成情況，提供適時指導；學生在教師、同伴幫助下，開發創作，完善作品；⑥作品分享：教師組織作品展示和評價，對于好的作品，鼓勵發布到SPOC 平臺，形成新的生態資源；學生迭代修改，總結反思。開展學習活動需遵循的原則：一是要圍繞設定的高階目標并結合SPOC 學習數據分析結果選取主題；二是積極創設適宜的學習情境；三是小組成員分工要明確，鼓勵成員協作完成。

（2）多元評價設計。基于SPOC教育生態的翻轉課堂注重學習過程與學習結果評價，主要包括SPOC 在線學習表現和成果作品兩方面的評價。學生SPOC 在線學習表現評價主要通過SPOC 平臺的數據統計和分析功能實現；學生成果作品的評價，可采用教學評價工具——評價量表，根據作品要求在評價量表中設計不同維度，通過計算個人自評、同伴互評等多種評價方式下各維度總分的均值，以此確定學生完成該項成果作品的表現。

4 教學應用案例

4.1 案例設計

為了分析和檢驗上文所構建翻轉課堂教學模型的有效性，本文選取Photoshop 圖像處理課程開展實證研究。授課對象是同一專業同一年級的兩個班級，初始水平基本接近，其中一個班級為實驗班，另一個班級由同一教師采取傳統方式授課。以Photoshop 圖像處理課程中的“蛋糕海報設計”項目為例，按照模型的6 個環節進行教學設計。

4.1.1 學習目標設計

“蛋糕海報設計”項目是以設計蛋糕海報為例，詳細介紹文字工具的靈活運用。按照規劃階段“（1）學習目標設計”中學習目標的設定步驟，首先提煉教學目標“通過蛋糕海報設計，了解文字的靈活運用”；接著，將該教學目標轉化為學習目標“掌握文字工具基本使用方法，并利用所學知識完成蛋糕海報設計”；最后，將學習目標劃分為低階目標“掌握文字工具基本使用方法”和高階目標“掌握文字工具的綜合運用，完成蛋糕海報設計”。

4.1.2 學習任務單設計

設計自主學習任務單時，其中“學習目標”是制定的低階目標，即掌握文字工具的基本使用方法，“學習任務”中的基礎任務是“效果圖中的路徑文字是如何實現的”，中級任務是“如何將文字轉變為普通圖層”，高級任務是“效果圖中‘甜蜜之旅每次吃蛋糕都有不一樣的感覺’文字效果是如何實現的”，并提供學習資源鏈接。設計課中學習任務單時，其中的“學習目標”是制定的高階目標，“學習任務”設計好后，還需根據后續SPOC 學習數據分析結果作靈活調整。

4.1.3 資源與環境選取

規劃階段和準備階段均在課前完成，這兩階段的學習環境以SPOC 學習空間為主，同時借助平臺論壇模塊、QQ等實現遠程協商和研討。所需要的學習視頻“文字工具的使用”需要精心制作，因此需要視頻制作軟件，如Camtasia Studio。實現階段在課中進行，學習環境可選取在計算機機房，機房計算機需裝有Photoshop 軟件。“蛋糕海報設計”所需要的學習環境和資源如表2 所示。

Table 2 Environment and resources selected in“Cake Poster Design”表2 《蛋糕海報設計》選取的環境與資源

4.1.4 學習數據分析

SPOC 平臺依托超星慕課平臺，教師通過平臺可查看的統計和分析數據包括：①任務點統計，可以查看學生的視頻觀看情況、學生測驗答題情況；②學生管理統計，可以查看學生的任務完成數、視頻觀看時長、討論數和訪問數等信息；③討論數統計，可以查看學生的討論情況，包括總討論數、發表討論數和回復討論數；④成績管理統計，可以查看學生成績及成績分析情況；⑤督學模塊，通過設置篩選條件，對不滿足條件的學生發送通知督促學生盡快完成學習任務。

4.1.5 學習活動設計

根據設計型學習活動流程的6 個步驟開展學習活動。其中，學習主題為“蛋糕海報設計”，圍繞該主題析出兩個挑戰任務：①效果圖中的蛋糕海報背景如何制作以及上面的圖像是怎樣合成的呢？②效果圖上各種文字效果是怎樣實現的？然后，組織學生參照課中學習任務單以及提供的學習資源開展自主學習、合作探究等學習活動，其余步驟和需要遵循的原則與實現階段“（1）學習活動設計”中的論述相同。

4.1.6 多元評價設計

學習活動結束后，開展SPOC 在線學習表現和成果作品兩方面的評價。“蛋糕海報設計”項目的成績評定設置為兩個部分：SPOC 在線學習表現占40%，成果作品設計占60%。對于學生SPOC 在線學習表現的評價，主要通過平臺的自動評分功能實現；對于“蛋糕海報設計”成果作品的評價，從基本要求、內容質量、視覺感受、技術運用4 個維度，以個人自評、同伴互評、班級展評和教師點評4 種評價方式進行，如表3 所示。其中，“總均值”處填寫所有評價方式下各維度總分的均值。

Table 3 “Cake Poster Design”achievement evaluation form表3“蛋糕海報設計”成果作品評價

4.2 教學效果分析

在Photoshop 圖像處理課程開課之初和課程結束以后，對實驗班的41 名學生進行問卷調查、訪談等工作，結合SPOC 學習平臺學習數據反饋，從學習成績、學習態度等方面分析基于SPOC教育生態的翻轉課堂教學模式對實驗班學生學習情況的影響。

4.2.1 學習成績分析

查看SPOC 學習平臺成績管理統計模塊，實驗班和對照班兩個班級的學生成績分析統計情況如表4 所示。

Table 4 Comparison of scores between experimental class and control class表4 實驗班及對照班成績對比

表4 顯示，實驗班與對照班相比，平均成績高出許多，成績整體分布也更為集中，表明所構建的教學模式可以提升學生的學習效果，在解決學生不同基礎水平的問題上起到一定作用，更為關注個體差異，有利于學生的個性化發展。

4.2.2 學習態度分析

心理學中，認知成分、行為傾向成分和情感成分是學習態度的三大主要成分。據此設計了包含以上3 個維度的5 個問題，包括學習本課程很重要、認可這種教學模式、有強烈的學習興趣、有主動探究的態度以及學習任務完成率。測驗前和測驗后兩次均發放調查問卷41 份，回收41份，實驗前后的學生學習態度對比情況如圖4 所示。

Fig.4 Comparison of learning attitude before and after the experiment圖4 實驗前后學習態度對比

圖4 顯示，課程結束后實驗班學生在對本門課程的認識上發生了很大變化，認為學習本課程很重要的比例由實驗前的55%上升到實驗后的89.5%；認可這種教學模式的比例由61%上升到85%；有強烈學習興趣的比例由51%上升到82%；具有主動探究態度的比例由26%上升到91%；學習任務完成率由59%上升到86%。

以上數據表明，本文教學模式能夠提高學生的主動性和積極性，在一定程度上降低認知負載的同時促進學生個性化發展及其高級思維能力形成。

5 結語

當前，物聯網、大數據、人工智能等新技術飛速發展，翻轉課堂、創客教育、SPOC 等教學新范式深入應用，這為我國在教育信息化2.0 時代的教育模式變革和生態重構帶來了新的契機。本文將SPOC教育生態理念融入翻轉課堂教學模式，以適應翻轉課堂可持續發展需要。構建的基于SPOC教育生態的翻轉課堂教學設計模型包括規劃階段（學習目標設計、學習任務單設計）、準備階段（資源與環境選取、學習數據分析）和實現階段（學習活動設計、多元評價設計）3 個學習階段、6 個主要環節。最后，以Photoshop 圖像處理課程中的“蛋糕海報設計”項目為例，進行此模式下的教學案例設計和應用。但同時，本文沒有對建構模式中的物質流、能量流和信息流進行過多探討，后續將繼續深入探究，并結合教學實踐對該模式作進一步評估與修正，促使其不斷完善。