全球化線上線下混合教學模式
——iPodia全球無邊界課堂創新與實踐

丁顯廷， 盧志揚， 童 蕾， 張執南， 孟祥琦

（1.上海交通大學生物醫學工程學院，上海 200030；2.上海交通大學個性化醫學研究院，上海 200030；3.美國南加州大學工程學院，美國；4.上海交通大學機械與動力工程學院，上海 200240）

0 引 言

iPodia全球無邊界課堂聯合了來自北美、亞洲、歐洲等11 所知名大學，其目標是利用新興的多媒體教學手段和課堂教學技術的創新，使世界各地的學生能夠跨學科、跨空間、跨機構和跨文化界限進行協作和交互式融合學習［1-3］。全球不同高校的學生通過互聯網賦能的現代電子教學技術，在其各自校園的iPodia 成員教室中親自參加同一節課，與異國的同學同時開展線上線下互動學習。參加iPodia全球無邊界課堂的學生從相同的老師們那里一起學習，課程大綱和內容材料相似，且他們必須遵循相同的學術要求。這種同步和對等的學習機會為參加iPodia全球無邊界課堂的學生提供了一個獨特的機會，即共同構建重要的全球化工程技術與學科文化的背景基礎知識。因此，iPodia 全球無邊界課堂提高了學生探索文化多樣性的能力和技能，并以此作為全球工程創新的靈感來源，擴大他們的個人網絡，促進他們成為未來的全球工程領導者［4-9］。

1 教學理論框架和模式剖析

1.1 教學方法

iPodia教學理論是基于3 個基本教學假設開發的（見圖1）：

圖1 iPodia全球無邊界課堂的教學模式和理念

（1）“翻轉式”學習（“inverted”learning）。知識的理解最好通過直接參與知識形成的語境來實現［10］。

（2）“交互式”學習（“interactive”learning）。學什么取決于你和誰一起學習［5］。

（3）“國際化”學習（“international”learning）。多樣性增加了每個人的學習機會［11-12］。

針對第（1）個假設，語境是學生在學習知識過程中用來理解知識內涵的必要元素。不同于內容本身可以通過教師講課來傳授，語境的理解通常是學生在相互討論的過程中共同構建的。在傳統的學習過程中，學生首先在學校接受主題內容的講授，然后再在家做練習，加深對知識的理解。iPodia 則顛覆了傳統的學校作業和家庭作業的順序，讓學生先在家觀看線上課程、學習主題內容，然后再去真實課堂上課，與同學一起參與有指導的協作活動，以加深知識在語境中的理解。這就是為什么iPodia 中的字母“i”代表翻轉學習（“inverted”learning）。

第（2）個假設是第（1）個假設的推論，并指出學科內容可以“從”教師授課中學習，但最好是“與”同齡人一起討論來理解知識。因此，在很大程度上學生對知識理解的獲得取決于與他們一起學習的同伴。上述自下而上式的學習過程，通過將“從事學習”模式轉變為“一起學習”模式，將學習范式從被動（即獨立聽課）轉變為主動（即參與討論）。iPodia將主動學習方法更進一步，強調互動學習。因此，iPodia 中的字母“i”也代表著交互式學習（“interactive”learning）。

第（3）個假設源自第（2）個假設，如果學生學習的內容取決于與他們一起學習的人，那么當他們與來自不同社會／文化背景的學習者一起學習時，可預期學生的學習機會能夠顯著增加。除了傳統的跨學科學習之外，iPodia還通過連接世界不同國家和文化地區的校園教室來進一步強化跨文化學習。這種國際化的維度極大地拓展了iPodia 學生的學習機會，使他們能夠在自己的校園內與全球同學互動，并向他們學習。在iPodia課堂上，學生可以更自在、更自由地與外國同學交流，因為他們都感覺（實際上也如此）在自己仿佛置身于本地國家的線下課堂。這就是為什么iPodia中的字母“i”也代表著國際化學習（“international”learning）。

1.2 技術平臺

iPodia 利用現代學習技術來實現其教學法，旨在增強跨越全球距離的課堂到課堂連接的真實性。在遠程教育中，技術的作用是擴大內容知識從教師到學生的傳遞距離（尤其是MOOC課程），而iPodia的特點是“無距離”學習，依靠視頻和多媒體技術消除世界各地學生之間的物理距離，因此這與遠程教育不同。如圖2 所示，這展示了iPodia 互動教室的教學現實場景。

圖2 iPodia互動教室的教學現實場景

iPodia 交互式教室可用絕大多數學校已有的遠程教育教室或視頻會議室進行改造得到，普通的遠程教育教室也可以通過增加必要的視頻會議設備來改造，而視頻會議室可以通過增加更多的顯示設備和重新布置房間布局來滿足學習（而不是會議）的需要。

一個基本的iPodia互動教室需要至少包括以下功能組件：①連接到其他iPodia 教室的視頻會議系統；②顯示遠程教室和講課內容的顯示系統；③記錄和傳輸圖像的攝像系統；④輸入和輸出教室聲音的音頻系統。

為了促進每周上課時間以外的點對點互動，iPodia技術平臺還為全球各地相互連接的教室集成了3 個關鍵功能：

（1）學習管理系統。除了在課堂內獲得同步的“面對面時間”外，學生還可以通過學習管理系統（互聯網云端交流平臺）查看課堂檔案，并以非同步的方式與每個人保持持續的交流。

（2）小組協作。在團隊項目中，iPodia 的學生需要動態地交流來促進遠程協作。利用網絡會議工具（如騰訊會議，Adobe Connect，WebEx 和Blue Jeans等），學生團隊有機會在課堂上通過私人聊天室進行互動，并在課后自己組織項目會議，討論研究和分享作品。

（3）課后聯動。在社交網絡平臺上，iPodia 的學生可以積極分享他們覺得有趣與課程相關的媒介內容。這種課堂外的社交互動能夠反過來促進了課堂內的新討論，當學生將個人獲得的相關知識內容融入隨后的同伴互動中時，這種翻轉學習就得到了極大地增強。

1.3 iPodia 聯盟

iPodia聯盟成立于2012 年，是一個獨立的、非營利性的、全球領先大學的教育聯盟，由美國南加州大學率先發起。所有參與iPodia 的大學保留其獨立身份、學位課程和課程要求。他們戰略性地合作開發新的課件，并通過iPodia平臺提供全球無邊界課堂聯合課程，以解決重要的社會技術工程學科和重大的全球挑戰。截至2022 年春季，iPodia 聯盟的現有11 所會員高校。包括南加州大學（USC），美國洛杉磯；上海交通大學（SJTU），中國上海；北京大學（PKU），中國北京；臺灣大學（NTU），中國臺北；韓國科學技術高等研究院（KAIST），韓國大田；以色列理工學院（Technion），以色列海法；亞琛工業大學（AACHEN），德國亞琛；印度理工學院-孟買（IITB），印度孟買；圣保羅大學（EPUSP），巴西圣保羅；Birla 技術與科學學院（BITS），印度皮拉尼；卡塔爾大學（QU），多哈，卡塔爾。

iPodia聯盟的運作遵循三條原則。首先，“平等互惠”原則［13］，鼓勵成員在一定時期內爭取聯盟提供和接收的iPodia 課程之間的平衡，這確保了所有參與成員之間可以共享平等貢獻的好處；其次，“收入中性”原則，成員參加所有活動所產生的費用均由成員自行承擔，任何聯盟成員之間不得轉手任何金錢（如學費等），這一原則旨在促進“非營利”文化，使聯盟成員能夠專注于合作共贏；最后，“非聯合學位”原則，聯盟的主要目標是共享課件開發和合作開設國際化課程，而不是在其成員大學之間創建聯合學位，這使聯盟的所有成員都能保持其課程的獨立性和獨特性。

2 教學模式及案例分析

迄今為止，iPodia 聯盟合作大學已經開發了多種iPodia課程。所涵蓋的工程學科包括：“全球創新的原則與實踐”“全球工程團隊管理”“計算機系統架構”“建筑環境的可持續性”“超大規模集成電路系統設計”等。總的來說，最適合的iPodia課程有3 個基本特征：

（1）跨學科和跨文化核心（即參與學習者的文化多樣性能夠積極增強學生的學習體驗）［14］；

（2）關注具有全球重要性的新興學科（即充分利用了iPodia在學生本國校園內獨特的國際學習環境）；

（3）在全球范圍內促進主動學習（即基于iPodia每學期的實踐項目，來自多個校區的學生必須相互協作成為學習群組和國際化項目團隊）。

本節提供一個典型的iPodia 課程是如何從參與者、課程日歷、學習活動、挑戰和實踐以及課程評估等方面構建的。選定的案例是一門已連續開設5 年的iPodia課程——“全球創新的原理與實踐”。

2.1 課程參與者

本課程的參與者包括來自上述11 所院校的200余名大學生，為了提高教學質量，每所大學的班級規模被限制在18 名學生以內。時差的原因使得全球高校聯盟很難找到所有大學都合適的授課時間。因此，根據不同的課程時間，課堂被分為兩個平行的部分：Session A 和Session B。全球的高校可以根據自己的時區和學校的排課時間，自由選擇進入Session A或者B，而課程內容和教師團隊都是一樣的。美國南加州大學同時參與兩個時段，因此他們在每個時段各自允許18 名學生參與課程。招生是由每一所大學單獨進行的，所以每所大學選課學生的背景和專業都是不同的。部分參與學生的基本情況如表1 所示。

此外，iPodia 課程的特點還在于其擁有全球教學團隊，該團隊由來自每所大學的授課教師（及其助教）組成。雖然所有教師都隸屬于工程學院，但他們各自擅長的工程領域不同，包括機械工程、生物醫學工程、工業工程、環境工程等。在本課程中，他們在設計和指導不同的學習活動中扮演不同的角色（見表1）。

2.2 課程安排

該課程分為3 個學習階段。第1 階段側重于“內容講座”，即系統地解釋全球創新的關鍵原則；第2 階段致力于“情境互動”，即協作進行全球創新的重要實踐；第3 階段為“實踐項目”，以每年國際上普遍關注的熱點問題，讓來自全球不同學校的同學組隊進行產品設計和開發，豐富學生的學習成果。

（1）第1 階段（14 學時）：課堂講座學習學科內容。課程教學開始，有一個全面的以知識點講授為主要目的的系列講座。在為期7 周的第1 階段，iPodia的教師團隊通過iPodia互動課堂的現場講座解釋主題內容（即全球創新的原則、從原創想法到產品設計的市場規律等）。所有的現場課堂教學內容都通過網絡直播，讓全球其他iPodia 聯盟的學生遠程參與。這些講座內容的視頻和音頻已在學習管理系統提供給所有學生隨時查看／復習。要求所有學生以同步／不同步的模式參加／學習這些現場／錄制的講座，目的是在第1階段結束前完成所有學科內容的學習。Session A和B兩個時段的所有學生都學習相同的學科內容。

（2）第2 階段（20 學時）：開展情境理解互動活動。在準備好基礎的理論知識后，學生們在為期10 周的第2 階段中被引導參與各種互動學習活動，與他們的國際同學共同構建情境理解（即全球創新實踐）。這些互動活動旨在加深學生對第1 階段學習的主題內容的理解，并使他們了解未來將在第3 階段所合作設計的創新產品和全球不同背景的思維方式。活動包括線上線下混合課堂開展的關鍵創新概念的現場討論、每所iPodia參與高校根據相同的主題錄制的各自國家／校園的主題視頻（例如“我的大學食堂”和“我的鞋子在校園走過的1 天”），以及每所iPodia 高校為其他聯盟高校所設計的具有本國文化特點的線上／線下游戲項目。

（3）第3 階段（14 學時）：組成跨國團隊開展產品設計。第2 階段的互動活動使所有學生對主題內容獲得重要的情境理解（即全球創新實踐和過程），并形成相互的文化理解和溝通交流。這些學習成果可以在課程第3 階段的聯合項目開發期間得到鞏固、比較、綜合和利用。iPodia教師團隊每年會根據當今國際上重要的全球共性問題（如2020 年以“如何為第三世界國家居民提供突發災害應急產品”為主題、2021 年以“疫情下如何促進個人空間和遠程交流”為主題），將iPodia全球不同國家和專業背景的同學形成若干個項目小組，圍繞同一個主題，進行開放式的產品設計和運營規劃。這種跨文化跨專業組隊能夠為學生團隊創造一個開展國際化合作的機會，讓他們充分了解全球視野下的創新項目開發過程。項目的產品設計將以視頻形式，在課程最后兩周向全體iPodia 學生團隊和教師團隊展示，并通過票選方式產生優秀項目組，在課程打分時給予適當傾斜。

2.3 學習活動

2.3.1 知識內容講座

第1 階段是課程核心知識內容的系列講座，課程系統地解釋了在開放、競爭和全球市場中影響技術創新的基本原則。這些講座涵蓋了6 個內容模塊：S 曲線、市場進入時間、分段零原則、外包和離岸、紅海和藍海戰略和卡諾客戶滿意模型。這部分知識內容，采用翻轉課堂的授課方法，具體步驟如下：

（1）主講教師將每周的授課材料（如PPT 幻燈片、視頻剪輯等）模塊化為5 個關鍵概念，用4 ～6 張幻燈片講解內容。

（2）講座資料提前48 h發布在學習管理系統上，供所有學生預習。

（3）要求所有學生每周上課時間前24 h 在學習管理系統（Learning Management System，LMS）上完成以下3 項任務：完成1 個小測驗來表明他們已經學習了講座材料；通過填寫“疼痛指數”調查表（即，非常容易、容易、一般、難、非常難）向教師提供反饋，表明他們理解每個概念的內容的難易程度；參與每周線上討論板上的“課前討論”。

（4）各參與高校的老師收集、分析學生的反饋，以便更好地準備每周的講座，例如通過理清有歧義的幻燈片或創建新的幻燈片，達到翻轉學習增強課件質量的目的。

（5）老師在2 h 講座中講解經過改進的課件材料。

2.3.2 情境交互討論

在第2 階段的互動學習活動中，情境交互討論是非常重要的一部分，以構建學生們的情境理解和全球視角。教師團隊帶領按照以下程序進行情景討論：

（1）根據學生在第1 階段學習知識內容講座后提供的結果和反饋，教師團隊準備1 套課堂討論材料和問題，并將其發布在學習管理系統上。

疼痛指數調查可以作為內容講座和情境討論之間的關鍵聯系，這使得教師能夠更好地了解學生的學習需求，因此教師能把注意力集中在大多數學生在講課時感到“更痛苦”的內容幻燈片上；老師還會查看學生們在討論板上提交的內容，為這些有分歧的幻燈片／概念準備講解內容。

（2）課堂討論材料在每周上課前24 h 發布在學習管理系統上，內容包括對困難內容的進一步解釋、對重要概念的思考、解題示例和互動問答。

（3）2 h的課堂時間均用于課堂討論，所有的互動都被記錄下來，供學生課后復習。

（4）每周下課后，要求所有學生參加每周在線系統里討論板上的“課后討論”。

2.3.3 跨文化練習

不同客戶、社會和市場之間的重要文化差異，如果得到適當的理解和創造性的利用，可以成為全球創新的靈感來源。基于這一假設，布置了多個跨文化練習，以促進學生對其他文化的理解，并提高他們的跨文化交流與創新的能力。在這些跨文化的練習中，來自每所大學的學生作為“小組成員”一起工作。不同的小組被分配不同的任務。例如，描述一個在你自己的文化背景下的典型人物；描述一個成功的產品／服務在另一種文化背景下的失敗；記錄本國校園里一個典型大學生的日常生活；呈現自己國家目前最流行的兩條新聞。所有小組都有機會展示他們的作業成果，并與其他小組進行討論與互動。

2.3.4 團隊主題項目

本階段為iPodia的學生提供了一個獨特的機會來驗證、鍛煉、實現和展示他們從前3 個階段中學到的東西。此外，這種全球無邊界教學模式還提供了密集的跨文化虛擬團隊體驗，這是在傳統工程課程中難以獲得的，這種以項目為基礎的學習在培養學生設計思維方面的重要性早已得到公認。學生團隊被分成若干5或6 人項目團隊，組隊的原則強調要跨文化、跨性別和跨學科。為促進文化多樣性和平衡校園貢獻，一個項目小組不超過2 名來自同一所大學的學生，且不同項目團隊由不同高校教師指導。

3 全球化教學的實踐挑戰和啟示

在實踐中，我們認識到開發和運營線上線下混合的國際課程，其主要挑戰是教師、學生和項目團隊分布在全球，包括以下具體的兩個挑戰：

（1）如何解決全球不同大學之間的時區和排課的差異，以使這門課程至少在邏輯上可行。事實證明，阻礙在全球范圍內開設同一門課程的大學數量的真正原因是時差，而不是技術。因為大多數全球大學都有明確且嚴格的規定，不能將課堂安排在當地時間的午夜或清晨，所以要讓北美、亞洲和歐洲的大學都安排在同一時間段上課，即使不是不可能，也是非常困難的。我們的解決方案是將課堂分為兩個時段，即歐美時段（Session A）和亞洲時段（Session B）。雖然這種折衷的解決方案使得在一個課程中包含多所大學成為可能，但許多學生表示，他們希望有更多的交叉課程互動機會。另一個必須考慮的因素是不同國家存在不同的時間管理方式。北美的冬／夏令時就是一個很好的例子。我們的解決方案是使南加州大學的上課時間適應時令更換的變化。在美國夏令時開始之前，南加州大學當地的課堂時間被安排在18：00 ～20：00；在夏令時之后課堂時間被調整到晚上19：00 ～21：00。因此，上海交通大學和韓國科學技術院的授課時間分別確定為北京時間10：00 ～12：00 和韓國時間11：00 ～13：00。這種解決方案帶來的挑戰是，它增加了將這門課程納入全球各地學生課程表的難度。例如，36 名南加州大學學生中有6 名報告與其他課程的時間沖突，并提出他們希望破格參加這門課程的特殊申請。

（2）不同的全球大學有著完全不同的校歷。一般來說，同一大陸的大學可能會使用相同的校歷，但情況并非總是如此。圖3 顯示了不同大陸的不同iPodia合作大學之間的校歷差異。通常，有兩種方法可以克服校歷差異的限制。①延長部分高校的春季學期以覆蓋某些夏季月份（或延長夏季學期以覆蓋某些春季月份）。這一方案的缺點是，大部分學校不會因為一門課程而柔性調整校歷，而且還會出現暑期實習和暑期課程之間的矛盾。②在全球各高校重疊的時間段內提供更密集的課程，例如每周2 或3 次。這種做法的缺點是，學生沒有足夠的時間通過課堂外的互動學習活動來有效地熟悉課堂內的知識。在團隊項目分配上，時差也一定程度的阻礙了這些分布在全球的學生團隊進行有效的協作。我們最終的解決方案是將該課程作為北美參與大學的常規春季課程，但將學習過程分為不同階段。在第1 階段，網絡會議服務（即Cisco的WebEx）被用于使以色列理工學院、亞琛工業大學、上海交通大學、北京大學和韓國科學技術院的學生在家里使用他們的個人電腦虛擬地參加現場講座。但是校歷的不完全重疊會對第1 階段的教學產生比較明顯的影響。WebEx 上遠程學生在第1 階段的出勤率平均只有37.5%。

圖3 不同地域不同大學的校歷差異

虛擬課堂的另一個挑戰是如何加強班級以外參與者的凝聚力。每周2 h的授課遠遠不足以讓學生彼此熟悉，也不足以讓他們在團隊項目中合作。在開辦這門課程的最初幾年，我們的解決方案是在課程開始或結束時組織全班同學進行一次短期的海外學習。盡管學生們的反饋清楚地承認了這種面對面交流的機會對他們整體學習體驗的價值，但高昂的成本大大阻礙了這種模式的推廣。因此，我們也嘗試了各種互動學習工具，以促進對等虛擬互動。目前使用的工具包括：學習管理系統的討論板（Blackboard System），視頻網絡會議服務（騰訊會議、Zoom 會議、Adobe Connect），即時通信平臺（微信、KakaoTalk），和社交網絡服務（微博、Facebook）。這些工具的應用支持教育，特別是遠程教育，可以在許多過去的文獻中找到，然而到目前為止，很少有課程致力于將這些工具整合到一個全球性的教育模式中，并研究它們在支持不同類型的學習者之間互動的獨特作用。

對不同互動學習工具（如課程云端交互軟件中的在線討論板、視頻網絡會議系統、即時通信手機平臺和社交網絡服務平臺）收集的文字聊天歷史進行了定性數據分析。目的是確定在不同工具上發生的不同類型的學習者之間互動（學術互動、社會互動和合作互動）。本研究旨在回答兩個問題：①哪類工具在支持何種學習者之間互動方面最有效？②不同工具之間是否存在冗余（或互補）的角色？關于這項研究如何進行的細節和對其結果的討論將在另一篇論文中詳細闡述。在這里根據每種學習工具上發生的不同類型交互的百分比提供部分結果，如圖4 所示。研究結果表明，總體而言，不同的工具在支持不同類型的學習者之間互動方面發揮著互補作用，但某些工具之間的一些重疊作用可能會被用來開發未來的學習工具。基于這些經驗，我們將在后續課程中嘗試引入各種新工具（如Piazza、BlueJeans和Instagram）。

圖4 互動方式在不同互動學習工具上的占比

4 教學模式的評價

課程評價由各參與大學根據其標準評價程序和形式分別進行。這里對隨機抽樣的同學進行了課程評價。課程評估包括兩個部分：①6 道選擇題，旨在調查學生對課程的整體滿意度，所有學生都被要求在1 ～5 分的量表中陳述他們對6 個陳述的同意程度，其相應累計結果已匯總于表2；②包括12 道開放式問答題，旨在調查學生的個人課程體驗，最后通過定性的數據分析來尋找正反饋和負反饋的深層原因，其對應結果匯總于表3。

表2 學生對課程的總體滿意度匯總

5 結 語

本文介紹了全球無邊界課堂教學模式iPodia 項目，該項目創建初衷是為了解決當今領先的工學院和高等教育機構面臨的一些重大挑戰。首先，iPodia 采用了翻轉學習的方法，從基于內容的講座轉向為更有效的工程教育培養環境，從而為未來的校園教育創造了新的價值主張。其次，iPodia 允許跨地域、制度和文化邊界的互動式同儕學習，讓一流高校的教學資源在全球教育和造福本地學生之間找到了平衡。最后，iPodia實施的無距離遠程教育模式表明，在信息技術普及和世界日益扁平化的時代，高質量的全球教育可以在線上／線下混合教學實踐中有效開展［15］。

未來iPodia計劃的工作包括：邀請更多的全球大學加入iPodia 聯盟，開發更多針對不同工程學科的iPodia課程，擴大班級規模讓更多的學生受益等。具體到iPodia的《全球創新的原理與實踐》課程，目前正在進行的工作包括：①制定一套評估指標來評估參與學生的學習成果；②就同一課程在不同年份開辦的情況進行對比分析，探索每年不同的課程設計和學生的學習成果之間有無關系；③歸納開發類似全球工程課程的多種基本原則。