基于學習傾向的云課堂設計方案與分析
——以本科傳感與檢測技術課程為例

王洪金，何赟澤，王華，文一章，曹琳琳

(湖南大學 電氣與信息工程學院，長沙 410082)

目前，我國經濟社會發展和“科教興國”的國家戰略部署都處在一個關鍵時刻，習近平總書記指出“我國經濟社會發展和民生改善比過去任何時候都更加需要科學技術解決方案，都更加需要增強創新這個第一動力”，在教育方面“要從娃娃抓起，使他們了解更多的科學知識，掌握科學方法，形成一大批具備科學家潛質的青少年群體”[1]。同時，《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020 年)》中提出，應“加快教育信息化進程”，在“加快教育信息基礎設施建設”“加強優質教育資源開發與應用”等方面對教育的發展提出了要求，并在總體上對受高等教育的人口比例提出了展望[1]。為契合這一時代需求，推進信息技術與教育產業深度融合，教育理念和教育模式需要不斷更新。

近幾年，我國高等教育信息化水平得到了快速改善，MOOC 等線上課堂開始形成規模，線上課堂與傳統的線下課堂形成良性互動、優勢互補。同時受到全球大環境的激勵，我國高等教育的線上課堂開始脫離函授教育走進了普通高等教育的課程計劃。高等教育線上課堂因其能夠兼顧不同學習傾向的受眾群體而漸漸受到青睞。但應該認識到，普通高等教育中的線上課堂雖然能為學生提供按需學習、自主學習等便利，卻也因其受限于網絡云端這個呈現載體而必然會提出額外的課堂設計要求。與傳統教學模式不同，以學生為中心(studentcentered，SC)教學模式認為教學過程中將所授知識轉化成為學生的能力才是教學的最終目標[2-4]，而實現這一轉化最為重要的環節在于讓學生在學習的過程中通過認知學習的目的與自身利益相一致從而激發對于學習的興趣，通過自我發現和自我調節來最終實現知識的遷移，從而通過學習獲取相應的能力[3]。

本研究主要討論如何依據學生的學習傾向，改善線上云端教學的課堂組織方式以確保SC 本科教學模式得以實現。為此，本文提出了一個在線環境下、結合了學生認知傾向差異與課程特點來設計云端課堂，以保證學生學習效率的課堂設計案例。該案例中，教務人員首先分析了SC 云端課堂的基本需求和云端課堂自身帶來的挑戰，接著結合第三方問卷工具(如騰訊群投票功能、問卷星等網站)設計學習傾向調研問卷，了解云端課堂學生的學習傾向。再根據這些挑戰和學習傾向，由教學團隊設計了與課程相適應的云端課堂組織開展計劃來對各方需求進行平衡。最后，比對同期傳統課程中學生的課程表現與云端課堂學生的成績表現，基于統計分析結論，來研判這一云端課堂組織計劃是否確保了學生在云端課堂中沒有受到不利影響。

一 學習傾向調查問卷設計與云端課堂設計的需求分析

（一）學習傾向調查

大量的學習效能研究表明，學生對于課程的學習效果，不僅僅取決于課堂的組織形式，學生自身的認知習慣即學習習慣傾向更是學生在特定課堂組織形式下學習效率的決定性因素[5-9]。學習傾向通常與認知習慣相關聯。H.A.Witkin[10]最早提出認知過程中的場依存者和場獨立者在學習判斷過程中的效能不同，從而用以挑選飛行員。Kolb[11]進一步針對學生將學習傾向按2 種認知習慣分為4 類：發散型、適應型、吸收型和會聚型。事實上，目前常用的學習模型除了Kolb 學習模型之外，還有將近14 種[6]。其中，費爾德-所羅門學習風格量化表(ILS)將學生的認知傾向分為5 個維度進行評估。

1)團體型vs 獨立型——學習者是傾向通過參與與人討論來更有效地獲取知識還是習慣獨自學。

2)立體型vs 平面型——通過空間方位還是順序描述問題。

3)實踐型vs 沉思型——習慣通過案例、實驗來了解新事物新知識，還是習慣通過概念、推導或邏輯證明來了解新知識。

4)視覺型vs 聽覺型——習慣通過文字、圖片還是聲音了解新事物。

5)跳躍型vs 循序型——習慣被放養，按自己興趣自己組織，還是跟隨教師的安排和講授。

該評估工具是經過反復驗證并被認為是行之有效的學習風格評估工具，被許多大學作為補充材料放在學校網站的學生自助中心用以幫助學生了解自己的學習風格[6-7，12]。前人的教學研究表明，獨立型學生在文圖分離的遠程計算機課程中的學習效率遠遠高于需要沉浸式環境的團體型類[8]。Deture[9]在研究中發現了類似的情況。因此，為了保證云端課堂的教育公平性，云端課堂在實際運行過程中需要根據學生的學習傾向精心設計。

為了及時了解學生的學習傾向并幫助學生了解自己的學習傾向，教務人員在課程開始前通過QQ 群與各位同學建立聯系，并通過分發各種調查問卷和課后群聊的方式進行調研。為了保證調研結果的公正性和可靠性，問卷和調研內容經過認真設計以確保不會影響到學生的學習生活和情緒，并且允許匿名參與問卷調查和即興調研討論，調研內容包括上課時間、學習習慣等內容(表1)。問卷的設計參考了Mcwhorter 的《高校學習與批判性思維指南》第五版[13]。

表1 多組教學調研的開展情況

與此同時，為了方便在SC 課堂中學生積極參與討論，提高學生的主人翁意識和自主學習能力，教學團隊還開放了部分課程規則的討論，在討論課程規則前，教學團隊盡其所能地陳述各種規則帶來的利害關系，強調學生將承擔的權利與義務的相互對等性，盡量避免學生做出不理性投票。同時為了驗證投票模型的有效性，在學習習慣問卷上，教學團隊還隨機收集了另外75 名從未接受過遠程云課堂本科生的學習傾向。然而為了避免有關課程環節設計的專業性知識陳述有對學生造成偏向性誘導的可能性，投票與專業性陳述往往具有時間間隔。具體調查結果如圖1 所示。調研發現，受測試的學生中有8%的學生明確表示自己因為地理位置的限制，作息時間會受到輕微影響。在學習習慣傾向上，學生表現出多樣性。在55 名正在接受云課堂受測學生的有效回答中，48 名受測試者回答了自己的獨立性傾向，其中62.5%的回答者表示自己的學習效果不受場地影響，更傾向于時間靈活性；而在總共141 份有效試卷中，只有46.81%的學生表示自己更習慣獨立學習。另外的回答者明確表示了自己的學習效果會受到場地的影響，需要一個集體的學習氛圍。在學習理性上，無論是正在參加云課堂教育的學生，還是沒有接受云課堂的學生，均表現出更強烈的實踐學習傾向，這一比例高達78.01%。也就是說，僅僅有不足22%的學生能夠通過學習概念來了解新的事物和技術。這一點在高等教學實踐過程中非常值得高校教育者進行思考和開展相應的課程設計。另一個在群體中表現得非常不均衡的學習傾向是視覺與聽覺型。71.63%的受測試學生均表示需要通過圖片、圖標、文字和公式等圖形工具幫助提高學習效率。其中表示需要視覺材料的受測試者也表示自己需要實踐來理解新的概念和技術。這種高度一致性現象的成因尚有待進一步研究。而其他幾個測試對在受測試的人群中均分別相對比較均勻。

圖1 學習傾向調查結果雷達圖

以上調研數據充分說明，在云端課程設計中充分考慮學生對于學習場地的依賴性習慣和學生的物理作息限制是有必要的，如何平衡兩者是云端SC 教學課堂的一個新的挑戰。同時，數據還顯示了受測試群體表現出高度一致的直觀認知習慣和挑戰性心理，即更容易傾向于選擇不太具有挑戰性的學習任務來提升自己。

（二）云端課堂的新挑戰及課堂設計的需求

云端SC 課堂顯然不同于傳統課堂，如前面所述，云端技術的加入，在給教學過程帶來諸多便利的同時，也迎來了相應的挑戰，這使得云端SC 課堂的設計需要更多精準的、定量的考量。

以多媒體和云網絡為載體的新型課堂，在線上環境中為學生提供了安全保障的同時，也提供了學習專業知識的諸多便利：①在課程中可以無縫使用多媒體及網絡，能夠輕易將文字與圖表同時展示；②不需要聚集，保證人員安全；③不使用粉筆，保障教職人員安全；④學生可以最大限度按照自己的生活習慣安排課程時間。

云端課堂對于現代工科教育理念下的本科教育也提出了新的要求：①云端課堂的跨地域性會導致時差效應；②課堂參與人員尤其是學生所處的生活環境也會對學生的學習效果帶來影響；③云端導致的響應延遲，如何形成教與學的反饋成為一個新的難題；④如何實時把握學生的課堂注意力成為新的需求；⑤傳感器的實物實驗受到限制；⑥課堂參與度的統計需要新的手段。

此外，SC 教育課堂強調調動學生的自主能力在學習中的作用，同時SC 教育的一大誤區在于給予沒有任何專業背景的學生過多的自由和放縱，導致學生在自主學習的過程中效率不高甚至流于形式。為此，即便是傳統的SC 課堂，也需要精妙的環節設計和引導。

二 云端課堂設計的具體措施

教學團隊充分利用了調研中所獲得的信息，結合云課堂的特點設計了一個教學的方案。首先比對了課程的固有需求和云課堂的需求，從而總結出以下幾條措施：①針對時差和學習環境不確定性，提出利用MOOC 延長課程時效；②針對學生在實踐/沉思遷移中的不同學習傾向，教務組在課件設計中增加結合案例說明的概念解釋；③為了及時了解學生對學習方法和知識點的掌握程度，教務組設計了課堂小測與答疑反饋；④針對學習遷移過程中不同的視覺/聽覺學習傾向，教務組利用現代工具增加課程內容中的圖形化，并給學生提供實踐機會。

本計劃以4 次課程教學、8 個標準教學課時為1 個單位。具體時間流程和課程安排如圖2 所示。為了更好地平衡學生在學習時間上的自由度需求，課程教學環節設計了課后錄像自學階段，該錄像可以是教務組錄制的課堂視頻，也可以通過充分利用網絡現有資源尋找相關慕課或者是通過教授尋找線上教學資源的方法，由學生根據自身的學習傾向自行尋找。這樣，學生通過觀看慕課視頻的方法獲取課程的主要內容并鍛煉了學生利用網絡自行尋找問題解決方案的能力。與此同時，為了督促學生進行學習并提高學生觀看慕課的自主性，每一個教學課時開始前會有相應的預習問卷下發給學生，讓學生在看完慕課之后完成作答并在疑難點講解之前提交并批閱。與傳統教學設計不同，該設計中正式講課時的重點在于根據學生的預習測試結果結合能力培養點講解課程的重難點。在課時結束后，教學組安排適量的、對應于本課時的課后作業和針對第二次課程內容的預習小測、對應慕課章節，并要求于第二次授課時間開始前一天提交，與此同時開啟課后答疑時間，當收集足夠的提問后，教師在QQ 群里或者在第二次授課時解答疑問。在第一次課程與第二次課程間隔的一周內，學生需要獨立完成預習小測、慕課學習，以及對應的章節作業。對于第一次課程對應內容的掌握程度，教師將通過小測的方式在第二次課完成疑難解答以后進行測驗。依次類推，當課程進行到第七、第八課時，教師將預留一個課時進行階段性測試。

圖2 云端課程教學周期設計

利用多個網絡平臺形成同步反饋設計。在云端教學中，由于網絡穩定性和學生網絡流量的限制，要求每個學生打開攝像頭會造成云端平臺延遲、頓卡等現象。如果不開，則造成師生互動下降，教師在講解過程中無法通過學生的面部表情來評判學生對于課程內容的關注程度和理解程度。為此，教學組在云課堂中開通多個網絡通道，使得學生可以通過文字的方式將自己的疑惑反饋給自己。對于比較簡單的反饋，比如是否理解課程內容，則用簡單代號，如打call 的方式進行。與此同時，培養良好的提問氛圍，也有助于幫助學生在課后遇到不明確的問題時能夠勇于及時反饋。

在重難點講解上，教學團隊著重培養學生的定量思維能力、邏輯分析能力和探索能力，并充分考慮學習傾向的不同。為此，除了制作正常的教學ppt 以外，教師還為每門課程準備重點講解ppt 以及對應的定量思維訓練的講義。這些內容將以課程講述的內容為問題原點進行編排。以傳感器課程為例，為了讓學生能夠定量了解金屬電阻式壓力傳感器的真實設計以及模型與真實應用情況之間的差別，教學團隊制作了“一根花式作死的金屬絲電阻式壓力傳感器”，從最理想的金屬絲電阻式壓力傳感器模型開始定量設計，利用MATLAB 等現代計算軟件加入各種不同程度的干擾因素，讓學生從圖表和數據直觀地理解理想模型和加入泊松參數模型之間的邏輯聯系、現有工程模型背后的既定假設，以及環境因素對工程的影響。另外，充分考慮到學生認知習慣的不同，對于部分內容進行等效變換，得到了同學們的一致認可。

課程教學設計的重點在于將系統的課程內容通過選取網絡慕課的方法標準化學生的課堂學習內容，學生學習系統知識的時間可以自主安排。同時安排了重點講解和疑難答疑，照顧到有場景依賴傾向的學生的需求。在講解內容上，盡可能注重于講解實踐與理論的區別，讓學生明白模型和公式是對現實問題的合理簡化，以及定量地討論模型或公式開始失效的臨界情況。同時，在預習試卷中加入部分探索和討論性學習，鍛煉學生的探索能力。圖3 給出了云課堂各個環節中實際采取的必要手段和措施的部分案例。

圖3 云課堂中實際采取的必要手段和措施

三 課堂設計結果反饋

學生的課程表現通常是檢驗課程教學設計的重要標準。學生的課程表現通常包括幾個方面：課程的參與度，直接反饋，成績和通過行業口碑反映出來的專業能力。由于線上高等云課堂剛剛實行，普及年限有限，基于云端課程教學設計才剛剛開始實施，所以部分評估數據尚無法取得，例如基于行業口碑的學生能力評價，通過期中、期末評估的學生能力。而一些數據在學生的課程學習期間會有偏頗，比如學生對課程的滿意度評價會隨著課程的深入而有變化。因此，受限于課程過程參與度數據保留的限制以及教學改革尚處于實驗階段，本文主要采用學生的同期課程到課率作為主要考核指標，結合學生對于課程的喜愛程度和意見建議作為側面評估指標。

截至文本投稿，基于云端課堂中66 名學生的同期課程表現與往年相應時間節點的表現對比，結果見表2。考慮到智商在人群中的正態分布，T 檢驗，即學生分布假論檢驗用于檢驗該課堂設計是否彌補了遠程教育對于具有被動學習習慣的學生不友好的缺點。如果基于云端的課程設計是成功的，那么在相應節點學生的統計表現將無異于往年表現。

表2 學生階段性課程表現對比

從表2 中可以知道，傳統講授課堂在作業1 中的平均正確率為83.3%，而云端課堂84.6%，在第二次作業中，云端課程的課堂表現略低于傳統講授課堂，但是通過T 測試，表明學生的課堂表現沒有顯著差異。僅僅從到課率上，目前的統計數據支持云端課堂稍微低于傳統課堂。從目前的小樣本整體平均分數據上看，在經過設計的云端課堂中尚未觀測到如文獻[8]和[9]中所述場依存學員在遠程教育中處于統計劣勢的現象，也未見直觀性學習者的統計劣勢表現。因此，認為課堂設計達到了預期的目的。

四、結束語

本文所展示的現代工科教育理念的傳感器、測量類課程云端課堂設計案例中，基于已有的學生表現數據與傳統課堂表現數據對比，說明在經過設計的云端課堂中尚未觀測到如文獻[8]和[9]中所述場依存學員在遠程教育中處于統計劣勢的現象，也未見直觀性學習者的統計劣勢表現。因此，認為課堂設計達到了預期的目的。另外，在本文的學生學習傾向和認知習慣調研中發現電氣信息類學生有80%的回答者明確表示具有實踐型傾向，更加習慣于從實踐中了解新的概念，且大部分該類型學習者也更習慣于視覺型學習。這與國外的已有研究數據完全不同，是在工科教學中值得注意的地方。本文的結論和數據因為具有場景應激性，受限于采集時間和采集數量，研究者在今后的工作中將進一步擴大樣本數量和考慮因素。此外，本研究無法反駁學生云課堂的學習效率與學生自律能力高低之間的關聯，且因為地域問題也無法要求教務人員做到24 小時在線答疑。這兩點既需要后續研究支撐，也需要額外的科學技術支撐。