虚拟学习环境支持的课程教学设计及应用成效研究 *

李晓丽，李 蕾，徐连荣，牟智佳

(1.防灾科技学院 灾害信息工程系，河北 廊坊 065201；2.中央电化教育馆，北京 100031；3.聊城大学 传媒技术学院，山东 聊城 252000；4.北京师范大学 教育技术学院，北京 100875)

虚拟学习环境支持的课程教学设计及应用成效研究*

李晓丽1，李 蕾2，徐连荣3，牟智佳4

(1.防灾科技学院 灾害信息工程系，河北 廊坊 065201；2.中央电化教育馆，北京 100031；3.聊城大学 传媒技术学院，山东 聊城 252000；4.北京师范大学 教育技术学院，北京 100875)

该研究紧密结合课堂教学实践，依托自主创建的虚拟学习环境，对虚拟学习环境支持下的课程教学模式的相关问题进行了探讨，主要包括教学结构、教学资源、教学活动和教学评价设计等四个方面。并以“算法设计与分析”课程的实施为例，采用行动研究法和实验研究法，从学生学业成绩和学生对课程的评价两方面对混合式学习教学效果与传统面授教学效果进行对比考量。研究发现，相对于传统的课堂面授教学，虚拟学习环境支持的混合式教学能够显著提升学生的学习效果。

虚拟学习环境；混合式教学；教学设计；学习效果

国际教育技术学界的研究者结合了网上学习与面对面学习的优势，利用虚拟学习环境支持传统的课程教学，提出了混合式学习理论并做了大量的理论研究和实践探索。2010年召开的第三届“混合式学习国际会议”(ICHL2010)的核心主题之一即如何通过混合式学习促进学生有效学习。无疑，相对于对于传统面授课堂教学来说，混合式学习整合了信息技术的优势，势必会为高等教育教学改革带来新的契机。然而，在混合式教学过程中也存在一系列的问题：学习者需要应对时间管理、自我管理、认知能力、元认知能力、学习环境的社会化、学习动机和技术困难等挑战；教师在混合式学习中，也将遇到新的任务，如改进学习过程、辅导学习者、促进学习者之间的交流、提供技术上的支持等。目前，已经有许多针对混合式学习的平台及学习活动设置等方面的研究，但是对混合式教学模式设计以及教学效果的研究，其结论并不清晰。因此，如何设计混合式教学过程，混合式教学是否能达到有效的教学效果是本研究所关注的核心问题。

一、混合式学习的内涵及其概念界定

混合式学习(Hybrid Learning 或者Blended learning)，是e-Learning(即数字化学习或网络化学习)同c-Learning(Classroom Learning，也称面授学习)相混合的学习模式。混合式学习的特性在于将传统的课堂教学模式引向多媒体网络信息领域，利用信息技术所能提供的富媒体特性、丰富的教学资源、多样化的交互方式、丰富的教学情境等条件，来设计和开发网络课程，并将其融入高校课堂教学过程中，由此构建适合当前教育现状的教学模式[1]。

在本研究中，将混合式学习界定为虚拟学习环境支持的教学，主要是指在传统的课堂面授教学中，引入基于Sakai开源软件定制的网络教学平台，完成在线学习、讨论、练习、测试等基本学习活动，利用信息技术支持、丰富和拓展课堂教学，以达到有效促进教与学的目的。从学习形式来看，虚拟学习环境支持的维度包括：(1)课堂教学与在线学习平台教学；(2)课堂学习材料与在线学习材料；(3)课堂讲授策略与在线学习活动；(4)课堂教学评价与在线学习评价。

二、虚拟学习环境支持的教学模式设计

本课题组于2011年基于Sakai开源平台开发了在线课程教学支持系统，并在“C语言程序设计”“算法设计与分析”“数据结构”等课程教学中进行了应用。本研究基于技术服务于教学的理念，利用我校现有的各种在线学习资源，结合常规的课堂授课教学，对课程教学进行混合式教学设计，并对混合式教学的教学效果做了实验验证和访谈调查。

e-Learning的研究实践表明，技术并不能满足教学，在教学过程中，技术的因素固然重要，怎样使用现有的技术组织教学，形成新的教学模式是更为核心的工作。在实施混合式学习时，教师面临选择并整合技术的问题[2]。这种整合并不是简单的叠加，而是要对所使用的各种学习工具、学习资源、学习策略进行选择，并精心设计到教学过程中。混合式学习为教学过程提供了新的思路和方法，关键在于如何使用技术服务于教学过程。

本研究就以下几个方面提出虚拟学习环境支持的课程教学设计框架：(1)虚拟学习环境支持的教学结构设计。包含的教学形式及其所占用的学时比例。(2)虚拟学习环境支持的教学资源设计。主要指开放性学习材料，充实和丰富课程学习资源。(3)虚拟学习环境支持的教学活动设计。结合课堂教授设计教学活动，如讨论、练习、测试等。(4)虚拟学习环境支持的教学评价设计。采用课堂教学评价、网络平台学习评价和考试成绩评价相结合的方式进行学习评价。

只有有效解决以上四个问题，才能设计出符合学校实际情况、以学生为中心的、“学教并重”的混合式教学环境。本研究以“算法设计与分析”课程为例，对虚拟学习环境支持的教学模式的以上四个问题进行设计。

1.虚拟学习环境支持的教学结构设计

传统的大学课堂是纯粹的面对面授课模式，无论是理论课还是实验课都是由教师和学生在同一个时空条件下进行，学生一贯的学习习惯也一直适应了这种授课模式。作为一门计算机科学与技术专业核心课程，“算法设计与分析”既包括理论分析又有实验设计，知识内容结构清晰，需要学生将理论熟练应用于程序设计实践[3]。本研究结合所采用的教学平台功能[4]对“算法设计与分析”课程混合式教学结构进行设计，如表1所示。

表1 混合式教学结构设计

该课程的总课时为64学时，其中课堂讲授16学时，编程实践32学时，在线讨论8学时，在线测试8学时，学生可以随时通过教学平台在线提交作业，进行学习资料查询与共享。本研究的混合式教学结构设计中，授课和编程实践以传统的面对面课堂教学为主，而练习、测试、讨论、信息共享等教学活动利用教学平台提供的功能完成。

2.虚拟学习环境支持的教学资源设计

本研究所指的教学资源，主要是和课程学习相关的学习材料，包括教师提供的教学资源和学生创建的课程资源两类。在所使用的在线教学平台上的功能模块为：课程主页、课程大纲、测试、练习、课程材料等模块。教学登录教学平台后，通过这些课程工具对课程教学资源进行设计。

(1)课程主页：教师可以在课程主页发布对课程的描述，与课程相关的各种教学活动通知，师生可以看到论坛和讨论区的最新主题等。

(2)课程大纲：教师可以通过在线编辑、导入Word文档和导入网页内容的方式创建课程教学大纲，使得学生对整个课程的学习有一个整体的、清晰的认识。

(3)课程材料：将各种类型的在线学习资源，如网页、文本、音频、视频、PPT文档、PDF文档、动画等学习材料存储于服务器，形成多媒体学习资源包。教师能够对资源进行移动、重命名、编辑和删除等操作，设置资源的查看、下载、共享等权限。

(4)练习与测试：该部分的题型设置包括填空题、选择题、判断题和问答题等类型。每一章节学习结束之后，进行在线练习与测试，及时巩固学习结果并反馈学习过程中存在的问题。

3.虚拟学习环境支持的教学活动设计

由维果茨基提出的活动理论的基本思想是：人类行为活动是人与形成社会和物理环境的事物以及社会和物理环境所造就的事物之间的双向交互的过程[5]。对于教学范畴而言，“活动”即教与学过程中的行为总和。笔者认为，学习者的学习和发展的动力来源于学习者与环境的相互作用，学习者认知机能的发展、情感态度的变化都是这种相互作用的结果。在混合式教学过程中，借助于教学平台的技术支持，学习有了更丰富的形式和内涵。紧密结合面授课程教学，本研究将教学活动设计的重点放在了教学平台的学习活动部分，在借鉴北京师范大学武法提教授的生成性目标导向网络课程教学活动设计的基础上，根据“算法分析与设计”课程的教学目标，在教学平台的各种技术工具中进行舍取，设计了该课程的混合式教学活动，教学活动的说明及使用的教学策略如表2所示[6]。

表2 混合式教学在线学习活动设计

4.虚拟学习环境支持的教学评价设计

对学习者的评价是混合式教学中最重要的部分，也是最基本的教学环节之一[7]。在混合式教学中，学习者的学习活动不仅仅是单纯的面对面的课堂听讲与实践练习，在线学习活动在很大程度上反映了学习者的学习成效，和传统面授教学的教学评价相比，虚拟学习环境支持的教学评价设计的意义在于能够真实地反映学生的学习成效，促进学生在线参与学习的热情。

本研究中，传统面授课堂的教学评价采用百分制，综合考虑了平时表现(包括出勤率和作业)、期中考试成绩和期末考试成绩，其中平时表现占总成绩的20%，期中考试成绩占30%，期末考试成绩占50%。

混合式教学综合采用百分制，结合形成性评价和目标性评价两种方式，从教学过程的参与度和学生的课程成绩两个方面对学生进行评价。综合考虑了课程参与度(包括在线讨论的发帖量、提交作业的次数、在线练习的时间)、各章节在线测试成绩，期中考试成绩和期末考试成绩。其中，课程参与度按照最后的统计结果划分等级，占总考核成绩的20%，各章节测试与期中考试的平均成绩占考核成绩的30%，期末考试成绩占总成绩的50%。从考核方式上来看，混合式学习的教学模式更加重视学生在整个学习过程中的有效参与。

三、虚拟学习环境支持的教学与传统面授教学效果的对比分析

有效的教学过程中，学生不再是被动的知识接受者，而是积极参与教学过程，成为知识加工与学习活动的主体，并达到预设的教学目标。结合课程教学实践，本研究以“算法分析与设计”课程为依托，选择计算机科学与技术专业的两个平行班级为研究对象，从期末课程综合考试成绩和学生对课程的主观评价两方面对虚拟学习环境支持的教学的合理性及其教学效果作进一步的验证。

1.课程期末综合考试成绩的分析

相对于传统面授教学而言，虚拟学习环境支持的教学的有效性可以从学生的参与度、学生的学习体验和学业成绩等多方面去评价和衡量。考虑到研究的可行性与现实性问题，本研究对面授教学情境下与教学平台支持的混合式教学情境下学生的期末综合测评成绩进行对比分析。

(1)实验样本

实验对象总数为95人，其中控制组学生人数为45人，实验组学生人数为50人。

(2)实验数据

实验数据来自实验组和控制组学生的期末综合考试成绩，采用数据分析工具SPSS 19.0对实验数据进行分析。

(3)实验过程

研究对象系计算机科学与技术专业同年级的平行班级，包括一个实验组(1班)和一个控制组(2班)，实验组采用本研究设计的混合式教学模式，控制组采用传统的面授课堂教学模式，实验组和控制组的授课工作和教学活动设计均由笔者完成。传统课堂面授教学与混合式教学持续时间为一个秋季学期，授课工作和教学活动设计均由笔者完成，两个班级的教学进度基本同步。两个班级学生的期末综合成绩按照本研究混合式教学评价设计进行评定，对期末综合成绩进行对比分析。在很大程度上排除了实验数据中学习方式之外的其他变量对实验结果的干扰，如学生的专业基础、思维水平、学习动机、对课程本事的兴趣、教师的授课水平等干扰变量。

(4)结果分析

首先检验实验组和控制组成绩是否符合正态分布。使用非参数检验中的K-S检验，假设验证中H0为实验组与控制组成绩均符合正态分布。实验组成绩K-S检验显著性水平为0.61(Sig＞0.05)，保留H0假设；控制组成绩K-S检验显著性水平为0.35(Sig＞0.05)，保留H0假设。如表3所示。

表3 实验组成绩与控制组成绩K-S检验结果

实验组成绩与控制组成绩符合正态分布，可以对实验组成绩与控制组成绩进行单因素方差分析[8]，因素为教学方式，以此检验传统面授教学与虚拟学习环境支持的混合式教学的教学成效，进行对比研究。实验组成绩平均值为81.11，标准误为0.77；控制组成绩平均值为78.06，标准误为1.01。根据分析结果(F=1.489，Sig=0.23(Sig＞0.05))，实验组成绩与控制组成绩具有显著性差异，实验组标准误比控制组小，说明实验组学生成绩差异性较小。即通过一个学期的混合式教学，实验组的教学效果优于控制组。分析结果如表4所示。

表4 实验组与控制组单因素方差分析结果

2.学生对课程教学质量的满意度调查

为了了解学生对虚拟学习环境支持的教学和传统面授教学的满意度，笔者访谈了学校教学质量管理科相关负责人员，了解了由学校教务处组织的学生对该学期课程教学过程的在线评价。教务处提供的评价数据表明，学生对虚拟学习环境支持的课程教学的综合评价比传统面授课程教学的综合评价要高，该课程教学模式在体现现代教育理念、用信息技术手段和方法组织教学、能较好地激励和启发学生思维、教学信息量丰富、加深了学生对教学内容的领悟等方面均得到了学生的好评。学生对“算法分析与设计”课程的混合式教学的评价结果表明，相对于传统面授教学而言，虚拟学习环境支持的教学无论从学生主观感受还是学生的学业成绩来看都更具优势，在高校采用虚拟学习环境支持的教学相结合的混合学习教学模式具有积极良好的效果。

四、结束语

将信息技术整合到高校课堂是目前高校课程教学模式改革的重要内容[9]。与传统的课堂面授教学相比，虚拟学习环境支持的教学具有更丰富的学习资源，更多元化的学习途径，更符合信息化学习环境中师生获取信息的习惯，更符合“学教并重”的信息化背景下的教学设计思想[10]。本研究通过将Sakai网络学习平台与传统课堂教学相整合，对虚拟学习环境支持的课程教学设计及其应用成效进行了实际性的探索，研究发现在高校课堂采用混合式教学具有良好的教学效果，能够明显激发学生的学习兴趣，提升学生的学业成绩。本研究在混合式教学有效性实验设计环节力求严谨，但也有不足之处，考虑到研究对象具有同质的特性，在实验过程中省去了前测部分。在今后研究工作中，本课题组将对移动互联网时代智能移动终端广泛普及的有利条件下，移动学习、泛在学习有效支持高校课堂教学作深入的实践研究。

[1]孔维宏.混合式学习的质量控制[J].现代教育技术,2009,(11):29-31.

[2]汪燕,郑兰琴.实践、反思与交流:聚焦国际混合式教学研究——第三届混合式教学法国际会议综述[J].现代远程教育研究,2010,(5):7-11.

[3]王晓东.计算机算法设计与分析(第3版)[M].北京：电子工业出版社,2009.

[4]苟超群,刁永锋,周茂丽.Sakai平台在混合式教学中的应用[J].电化教育研究,2010,(8):89-93.

[5]何克抗,林君芬,张文兰.教学系统设计[M].北京：高等教育出版社，2010.

[6]武法提.目标导向的网络课程设计[M].北京：中央广播电视大学出版社,2011.

[7]郭文革.北京大学“教育技术学基础”混合式教学模式探索[J].电化教育研究,2009,(8):59-63.

[8]张奇.SPSSforWindows在心理学与教育学中的应用[M].北京：北京大学出版社,2009.123.

[9]黄甫全.试论信息技术与课程整合的实质及基本原理[J].教育研究,2002,(10):36-41.

[10]何克抗.我国教育信息化理论研究新进展[J].中国电化教育,2011,(1):1-19.

李晓丽：讲师，在读博士，研究方向为人工智能教育应用、数字化学习技术与环境(ms_lixiaoli@163.com)。

李蕾：编辑，在读博士，研究方向为网络教育资源建设。

徐连荣：讲师，在读博士，研究方向为创新力培养研究。

牟智佳：在读博士，研究方向为个性化学习环境、数字化学习技术与环境。

2013年11月11日

责任编辑：马小强

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* 本文得到防灾科技学院院级项目“混合式学习的学习效果行动研究”(项目编号：2012B04)资助。