基于SPOC教育生态的翻转课堂教学模式设计与应用

陈林林，周柏清

（湖州职业技术学院现代教育技术中心，浙江湖州 313000）

0 引言

《教育信息化2.0 行动计划》明确指出：“要探索基于信息技术的教学新模式，以信息化引领构建以学习者为中心的全新教育生态，实现公平而有质量的教育。”在此背景下，翻转课堂已成为各级各类教育深化改革的着力点和推手［1，2］。然而，当前翻转课堂仍然面临学习活动认知负载过重、交互关系失衡等诸多困难，不利于学生高阶思维能力培养。目前，针对翻转课堂的生态诉求，尚缺乏一个切实可行的教学模式，SPOC 为MOOC 本地化的一种线上线下相结合的教学新范式，其教育生态观为翻转课堂教学模式研究提供了新思路。本文从SPOC教育生态的角度，展开翻转课堂教学模式设计和应用研究，以期为教师进行SPOC教学活动设计与实施提供借鉴。

1 SPOC教育生态观

1.1 教育生态理念

生态学（Ecology）是研究生物及其环境关系的科学。“生态”的概念源于自然科学，指在一定空间内生物群落和与之相互作用的自然环境的集合，其中的生物因子通过物质循环和能量流动而形成开放、复杂的生态系统［3］。美国学者沃勒最先将生态学理论引入教育领域，于1932 年提出了“课堂生态”这一术语。1976 年，美国学者克雷明在他的著作《公共教育》中初次提出了“教育生态学”的概念。随后英国学者埃格尔斯顿出版了著作《学校生态学》，标志着教育生态理论的系统形成［4］。在国内，率先开启我国教育生态研究的是台湾学者方炳林，他于20 世纪70 年代所著的《生态环境与教育》一书，主要探讨了各种生态环境与教育的关系及其对教育的影响体系。经过数十年的发展，教育生态理论在教育领域的影响力不断增强，逐渐引起我国学者的普遍关注。教育生态理论是依据生态学原理，分析教育生态系统的各个组成成分，以整体联动与系统平衡思维，从教育个体生态、教育群体生态、教育生态系统以及教育生态环境的相互影响和制约机理着手分析解决教育问题［5］，认为教育系统内的各要素在内部相互作用、相互塑造中形成一定的结构，同时教育系统内外也在进行着物质、能量和信息的传递［6］。

1.2 教育生态具象：SPOC

SPOC 即小规模限制性在线课程（Small Private Online Course），最初由美国加州大学伯克利分校Fox 于2013 年提出和使用，其脱胎于MOOC（Massive Open Online Course）理念与方法。“Small”指学生规模较小；“Private”指对学生申请设置限制性准入条件，只有具备相应资格的学生才能被纳入SPOC。“Small”的特点是有利于提高师生参与度，而且方便师生一对一交流与答疑，有效解决MOOC 所存在的同伴互评能“教”不能“育”的问题。“Private”的特点是可以对学生的基础层次与专业类型进行细分，易于分层教学，有助于解决MOOC 学生高辍学率和低完成率的问题。

从教育生态视角看，SPOC 各要素之间的交互作用及其和周围环境之间的交互关系与传统课堂相比既有同质性，也存在明显的异质性。首先，在教育生态主体方面，SPOC教育主体虽然还是教育者和学习者，但教育主体的性质发生了变化，SPOC 中的教育主体不再是传统课堂生态中的“物种”而直接是“种群”。其次，教育主体与外界物质以及能量交换方式发生了显著变化，相对于传统课堂，SPOC 生态环境增加了一些“新内容”：一是课堂通过SPOC 的技术支撑提供了独特学习环境；二是师生互动、生生互动成为SPOC 学习环境的有机组成部分，传统“物种—种群—群落”教育生态系统被重构为“种群—群落”新型生态。

1.3 SPOC教育生态系统模型

教育生态系统是社会生态系统中一个相对独立的子系统，有着自身的结构和功能。作为一个开放系统，它与社会生态系统不断地进行物资与能量交换，与其环境相互作用［7］。在SPOC教育生态理念基础上，本文构建SPOC教育生态系统模型如图1 所示。

Fig.1 SPOC's education ecosystem model图1 SPOC教育生态系统模型

SPOC教育生态系统主要由SPOC 生态主体和SPOC 生态环境两部分构成。其中，SPOC 生态主体包含3 个种群，分别是学生种群、教师种群和教辅种群。学生种群是由具备相应资格的学生个体组成；教师种群则是由授课教师个体（包括主讲教师个体、辅导老师个体）组成；教辅种群则是由各类服务人员个体（包括教学管理人员个体、平台支持人员个体等）组成。各种群之间互相制约、和谐发展［8］，种群通过直接或间接关系组成群落，而SPOC教育生态系统的群落是由SPOC教育生态系统中学生种群、教师种群和教辅种群共同组成。SPOC 生态环境由学习资源环境（学习视频、文本材料等）、教学管理环境（教学规范环境、教学评价环境等）、教学服务环境（资源建设环境、教务环境等）和学习支持服务环境（SPOC 平台环境、教学场所环境等）组成。

SPOC教育生态系统作为一个开放系统，需要社会生态系统不断地向其输入各类资源，如满足准入条件的学生、教师等人力资源、物资设备等。同时，SPOC教育生态系统又不断地向社会生态系统输出，如增长了知识的师生、更迭后的学习资源等。SPOC教育生态系统结构具体表现为不同层面的4 种相互作用：①种群内的相互作用，如教师种群中，主讲教师和辅导教师的相互作用；②种群之间的相互作用，如学生种群与教师种群之间的作用，种群之间的互利共生能够促进SPOC教育生态系统的协同演化；③SPOC 生态主体与SPOC 生态环境之间的相互作用，生态主体离不开生态环境，两者相互塑造、相互依存；④SPOC教育生态系统与社会生态系统的相互作用。

2 翻转课堂的生态诉求

2.1 翻转课堂的生态理念

翻转课堂是面向未来的一种教学模式［9］，它突破了传统课堂的局限，具有如下鲜明特征：①翻转教学流程，由“先教后学”翻转为“先学后教”，课下完成知识传授，课上实现知识内化，更加符合学生的认知发展规律［10］；②重构师生角色，教师由课堂讲台上的“演员”转变为教学活动的“导演”，学生由“被动接受者”转变为教学活动的“主动参与者”，重构和谐的师生关系；③变革学习方式，自主学习、协作学习等多种学习形式涵盖整个教学活动，师生、生生交流互动贯穿课上课下，有效促进教育人性化；④革新教学资源，优质微视频是翻转课堂教学中最为重要的学习资源，学生可自主控制学习进度。结合祝智庭等［11］提出的智慧学习生态，本文对翻转课堂的生态结构和构成要素进行分析，如图2 所示。

Fig.2 Ecological structure and elements of flipped classroom图2 翻转课堂生态结构和构成要素

综上所述，教育生态系统是社会生态系统的一个子系统，而翻转课堂生态系统又是教育生态系统的一个子系统。翻转课堂生态系统作为一个循环、开放的微观系统，其内部各要素之间以及它与教育生态系统之间均进行着物资、信息和能量交换，维持着翻转课堂动态平衡，确保了翻转课堂教学活动的有序运转。翻转课堂生态系统的生态要素主要包括生态主体（教师种群和学生种群）、生态环境（物理环境、虚拟环境以及两者混合环境）、生态资源（学材、习材和创材）以及生态数据（生态要素相互作用生成的数据集合）。各生态要素之间彼此影响、相互促进，生态主体的强大有利于师生实现对生态环境和生态资源的优化，而随着生态环境的优化和生态资源的迭代优化，又可以让学生从中获取更多知识能量。生态数据是由其它生态要素相互作用生成，利用大数据技术对其进行挖掘分析，有助于维持和调控翻转课堂朝着动态平衡的方向发展［12］。事实上，生态主体离不开其它生态要素，否则将无法开展“生产”“消费”活动；同样，其它生态要素脱离生态主体也只能是静止的无机物，无法成为动态的有机体。

2.2 现有教学模式解析

国内外学者对翻转课堂教学模式进行了广泛研究。研究发现，现有的翻转课堂教学模式丰富了翻转课堂理论，也在一定程度上促进了翻转课堂教学实践的发展。同时，现有教学模式也存在不足，主要表现在：国外学者普遍按照课前和课中两个阶段划分相应的实施步骤，缺少教学设计的微观指导；国内学者则常常从指导性和操作性层面设计翻转课堂教学模型，教学中呈现不同程度的失衡现象。因此，现有翻转课堂教学模式并不能较好地体现上述翻转课堂的生态理念。针对翻转课堂的生态诉求，构建一个适切的融入生态理念的新型翻转课堂教学模式显得尤为必要。

3 基于SPOC教育生态的翻转课堂教学模式构建

3.1 SPOC教育生态滋养新型教学模式

任何意义上的新型教学模式创新，唯有与教学机制、教学环境相互适应才能相得益彰，才会有生命力。本文尝试撷取以下5 条教育生态基本原理，论述SPOC教育生态理念对构建新型教学模式的助力作用。①限制因子定律：利用SPOC 限制性准入特点，引导师生进行充分交流互动，及时了解学生学习效果以及能力发展的限制因素，从而给予个性化指导；②耐度定律与最适度原则：教育的个体生态其承受力和耐受度是很明显的，达不到或超过“度”，就会产生不利的或相反的影响［13］，而SPOC 中的优质微视频一般具有简明易懂、短小精悍等优点，易于学生吸收掌握；③教育生态链法则：SPOC 中师生之间、生生之间都是平等的学习主体，通过小组合作探究、线上线下讨论交流，激发学生创新精神，进而达到预期教学效果；④教育生态位原理：在SPOC 学习活动中，一方面要引导生生之间的合作，另一方面也要激发必要的良性竞争，以确保学生的参与度和学业通过率保持在合理区间；⑤教育节律：教师通过SPOC 合理分配学业负荷，科学安排学习活动时间，保持一致的学习进度，进而提升学习效率。以上列举的生态原理需要在SPOC 中进行正面贯彻，综上可见，SPOC教育生态理念对构建新型翻转课堂教学模式提供了新视角。

3.2 基于SPOC教育生态的翻转课堂教学模式

针对翻转课堂的生态诉求，SPOC教育生态理念为新型翻转课堂教学模式构建提供了新思路，本文构建基于SPOC教育生态的翻转课堂教学设计模型，如图3 所示。

Fig.3 Flipped classroom teaching model based on SPOC's educational ecology图3 基于SPOC教育生态的翻转课堂教学设计模型

基于SPOC教育生态的翻转课堂教学设计模型打通了课前、课中、课后的环节壁垒，重聚形成了3 个新学习阶段，从模型中心向外延伸，依次是规划阶段、准备阶段和实现阶段。与此同时，形成了知识设计、知识传递和内化提升3个新学习步骤，通过3 个新学习阶段的有效支持构建完整的教学生态，助力学生实现从初级认知向高级认知转移。该模型中，教师和学生形成有机的整体，建立和谐共生、共同发展的师生关系。生态主体与生态环境、生态资源以及生态数据共融交织，在SPOC 的支持下围绕设定的学习目标开展线上线下学习活动。

3.2.1 规划阶段

主要包括学习目标设计和学习任务单设计两个环节，本阶段在课前完成，实现对知识的规划和设计，教师担任“规划师”“设计师”。

（1）学习目标设计。学习目标是进行翻转课堂学习活动的起点和归宿，对教学设计起到统领作用。与教学目标相比，学习目标更能促进学生的自主学习，也更加注重学生的主体地位和个性发展。众所周知，翻转课堂将低阶目标转移到课下，把更多的课上时间用来进行高阶目标的深层学习。低阶目标对应布鲁姆目标分类学中的识记、理解和应用3 个认知层次；高阶目标对应分析、评价和创造3 个认知层次。由此，学习目标设定包括3 个步骤：①分析教学内容提炼出教学目标；②将教学目标转化为学生通过学习活动应当达到的学习目标；③将学习目标细化分层，可化分为低阶目标（对应准备阶段）和高阶目标（对应实现阶段）。

（2）学习任务单设计。学习任务单是学生开展学习活动的“脚手架”，为学生提供有效的路径指引。依据制定的低阶目标和高阶目标，分别设计自主学习任务单和课中学习任务单。需要强调的是，课中学习任务单还需根据后续SPOC 学习数据分析结果作灵活调整。学习任务单的基本结构一般由学习指南、学习任务和反思评测组成，如表1 所示。其中，学习任务设计需要注意：①尽可能让学生参与，实际上在师生协商的过程中学生也在进行浅层学习；②每个学习任务提供必要的资源链接；③要充分考虑学生个体差异，可进一步细分为基础任务、中级任务和高级任务3类。

Table 1 Learning task list template表1 学习任务单模板

3.2.2 准备阶段

主要包括资源与环境选取、学习数据分析两个环节，该阶段在课前完成，实现对知识的认知与传递，教师担任“导学者”“分析师”。

（1）资源与环境选取。生态资源包括学材、习材和创材，教师要合理引导学生选择适切、适宜的生态资源，以降低学生的认知负荷［14］。教师是生态资源的主要供给者，生态资源的设计应包括从资源的生产、传递、使用到回收利用整个过程，以实现对资源的充分利用，从而达到翻转课堂生态系统最佳物质循环的目的。生态资源设计需要考虑：①资源的内容选择和传递方式；②资源的呈现方式和使用便利性；③做好资源的回收和循环利用。

生态环境包括物理环境、虚拟环境以及两者的混合环境，三者共同构成有机的知识建构整体。其中，搭建虚拟环境的SPOC 平台主要分为3 种类型：①依托现有的MOOC平台（如学堂在线）；②利用已有的开源平台（如Moodle）；③使用自行研发的学习平台。生态环境选取需要考虑：①学习任务和学习活动需求；②3 种不同学习环境能够提供的服务；③对学习异常突发状况应对处理的支持。

（2）学习数据分析。学习数据分析是对学生在SPOC平台留下的大量行为数据的解释和分析，分析结果为设计更具针对性的课中学习活动提供数据支持［15］。通过数据分析可以获取学生遇到的主要疑难知识、学习效果及学习风格等内容。①疑难知识获取途径有SPOC 测验和作业完成情况、视频反刍比分析；②学习效果获取途径有SPOC 测验和作业完成情况以及互动交流信息分析；③学习风格获取途径有学生在SPOC 不同模块的参与情况分析，如频繁访问论坛模块，说明学习风格偏向于场依存，针对这类学生，课中多组织合作学习、小组讨论活动；如对学习视频、测验访问频次较高且时间较长，说明学习风格偏向于场独立，针对这类学生，课中多提供一些具有挑战性或探究性的任务。

3.2.3 实现阶段

主要包括学习活动设计和多元评价设计两个环节，该阶段在课中完成，实现对知识的内化与提升，教师担任“促学者”“评学者”。

（1）学习活动设计。多林·尼尔森（Doreen Nelson）提出的“逆向思维”学习过程模型，强调学习活动直接从设计入手，学生在完成设计过程中，高阶和低阶认知思维都得到锻炼，创新素养得到培养［16-17］。本文结合设计型学习（DBL）理论［18］，在“逆向思维”模型基础上设计了设计型学习活动流程，包括6 个步骤：①确定主题：教师确定教什么，创设学习情境；学生分成小组，明确分工职责；②提出挑战：教师从主题中析出要解决的问题，然后标定挑战任务；学生积极思考，迎接挑战；③探究解惑：教师提供课中学习任务单，引导学生自主探究，及时答疑解惑；学生自主探究，交流讨论；④自主设计：教师辅助学生厘清设计思路，推动学习活动进度；学生寻求教师、同伴的支持和帮助，完成初步设计；⑤实践创作：教师根据学生设计方案的完成情况，提供适时指导；学生在教师、同伴帮助下，开发创作，完善作品；⑥作品分享：教师组织作品展示和评价，对于好的作品，鼓励发布到SPOC 平台，形成新的生态资源；学生迭代修改，总结反思。开展学习活动需遵循的原则：一是要围绕设定的高阶目标并结合SPOC 学习数据分析结果选取主题；二是积极创设适宜的学习情境；三是小组成员分工要明确，鼓励成员协作完成。

（2）多元评价设计。基于SPOC教育生态的翻转课堂注重学习过程与学习结果评价，主要包括SPOC 在线学习表现和成果作品两方面的评价。学生SPOC 在线学习表现评价主要通过SPOC 平台的数据统计和分析功能实现；学生成果作品的评价，可采用教学评价工具——评价量表，根据作品要求在评价量表中设计不同维度，通过计算个人自评、同伴互评等多种评价方式下各维度总分的均值，以此确定学生完成该项成果作品的表现。

4 教学应用案例

4.1 案例设计

为了分析和检验上文所构建翻转课堂教学模型的有效性，本文选取Photoshop 图像处理课程开展实证研究。授课对象是同一专业同一年级的两个班级，初始水平基本接近，其中一个班级为实验班，另一个班级由同一教师采取传统方式授课。以Photoshop 图像处理课程中的“蛋糕海报设计”项目为例，按照模型的6 个环节进行教学设计。

4.1.1 学习目标设计

“蛋糕海报设计”项目是以设计蛋糕海报为例，详细介绍文字工具的灵活运用。按照规划阶段“（1）学习目标设计”中学习目标的设定步骤，首先提炼教学目标“通过蛋糕海报设计，了解文字的灵活运用”；接着，将该教学目标转化为学习目标“掌握文字工具基本使用方法，并利用所学知识完成蛋糕海报设计”；最后，将学习目标划分为低阶目标“掌握文字工具基本使用方法”和高阶目标“掌握文字工具的综合运用，完成蛋糕海报设计”。

4.1.2 学习任务单设计

设计自主学习任务单时，其中“学习目标”是制定的低阶目标，即掌握文字工具的基本使用方法，“学习任务”中的基础任务是“效果图中的路径文字是如何实现的”，中级任务是“如何将文字转变为普通图层”，高级任务是“效果图中‘甜蜜之旅每次吃蛋糕都有不一样的感觉’文字效果是如何实现的”，并提供学习资源链接。设计课中学习任务单时，其中的“学习目标”是制定的高阶目标，“学习任务”设计好后，还需根据后续SPOC 学习数据分析结果作灵活调整。

4.1.3 资源与环境选取

规划阶段和准备阶段均在课前完成，这两阶段的学习环境以SPOC 学习空间为主，同时借助平台论坛模块、QQ等实现远程协商和研讨。所需要的学习视频“文字工具的使用”需要精心制作，因此需要视频制作软件，如Camtasia Studio。实现阶段在课中进行，学习环境可选取在计算机机房，机房计算机需装有Photoshop 软件。“蛋糕海报设计”所需要的学习环境和资源如表2 所示。

Table 2 Environment and resources selected in“Cake Poster Design”表2 《蛋糕海报设计》选取的环境与资源

4.1.4 学习数据分析

SPOC 平台依托超星慕课平台，教师通过平台可查看的统计和分析数据包括：①任务点统计，可以查看学生的视频观看情况、学生测验答题情况；②学生管理统计，可以查看学生的任务完成数、视频观看时长、讨论数和访问数等信息；③讨论数统计，可以查看学生的讨论情况，包括总讨论数、发表讨论数和回复讨论数；④成绩管理统计，可以查看学生成绩及成绩分析情况；⑤督学模块，通过设置筛选条件，对不满足条件的学生发送通知督促学生尽快完成学习任务。

4.1.5 学习活动设计

根据设计型学习活动流程的6 个步骤开展学习活动。其中，学习主题为“蛋糕海报设计”，围绕该主题析出两个挑战任务：①效果图中的蛋糕海报背景如何制作以及上面的图像是怎样合成的呢？②效果图上各种文字效果是怎样实现的？然后，组织学生参照课中学习任务单以及提供的学习资源开展自主学习、合作探究等学习活动，其余步骤和需要遵循的原则与实现阶段“（1）学习活动设计”中的论述相同。

4.1.6 多元评价设计

学习活动结束后，开展SPOC 在线学习表现和成果作品两方面的评价。“蛋糕海报设计”项目的成绩评定设置为两个部分：SPOC 在线学习表现占40%，成果作品设计占60%。对于学生SPOC 在线学习表现的评价，主要通过平台的自动评分功能实现；对于“蛋糕海报设计”成果作品的评价，从基本要求、内容质量、视觉感受、技术运用4 个维度，以个人自评、同伴互评、班级展评和教师点评4 种评价方式进行，如表3 所示。其中，“总均值”处填写所有评价方式下各维度总分的均值。

Table 3 “Cake Poster Design”achievement evaluation form表3“蛋糕海报设计”成果作品评价

4.2 教学效果分析

在Photoshop 图像处理课程开课之初和课程结束以后，对实验班的41 名学生进行问卷调查、访谈等工作，结合SPOC 学习平台学习数据反馈，从学习成绩、学习态度等方面分析基于SPOC教育生态的翻转课堂教学模式对实验班学生学习情况的影响。

4.2.1 学习成绩分析

查看SPOC 学习平台成绩管理统计模块，实验班和对照班两个班级的学生成绩分析统计情况如表4 所示。

Table 4 Comparison of scores between experimental class and control class表4 实验班及对照班成绩对比

表4 显示，实验班与对照班相比，平均成绩高出许多，成绩整体分布也更为集中，表明所构建的教学模式可以提升学生的学习效果，在解决学生不同基础水平的问题上起到一定作用，更为关注个体差异，有利于学生的个性化发展。

4.2.2 学习态度分析

心理学中，认知成分、行为倾向成分和情感成分是学习态度的三大主要成分。据此设计了包含以上3 个维度的5 个问题，包括学习本课程很重要、认可这种教学模式、有强烈的学习兴趣、有主动探究的态度以及学习任务完成率。测验前和测验后两次均发放调查问卷41 份，回收41份，实验前后的学生学习态度对比情况如图4 所示。

Fig.4 Comparison of learning attitude before and after the experiment图4 实验前后学习态度对比

图4 显示，课程结束后实验班学生在对本门课程的认识上发生了很大变化，认为学习本课程很重要的比例由实验前的55%上升到实验后的89.5%；认可这种教学模式的比例由61%上升到85%；有强烈学习兴趣的比例由51%上升到82%；具有主动探究态度的比例由26%上升到91%；学习任务完成率由59%上升到86%。

以上数据表明，本文教学模式能够提高学生的主动性和积极性，在一定程度上降低认知负载的同时促进学生个性化发展及其高级思维能力形成。

5 结语

当前，物联网、大数据、人工智能等新技术飞速发展，翻转课堂、创客教育、SPOC 等教学新范式深入应用，这为我国在教育信息化2.0 时代的教育模式变革和生态重构带来了新的契机。本文将SPOC教育生态理念融入翻转课堂教学模式，以适应翻转课堂可持续发展需要。构建的基于SPOC教育生态的翻转课堂教学设计模型包括规划阶段（学习目标设计、学习任务单设计）、准备阶段（资源与环境选取、学习数据分析）和实现阶段（学习活动设计、多元评价设计）3 个学习阶段、6 个主要环节。最后，以Photoshop 图像处理课程中的“蛋糕海报设计”项目为例，进行此模式下的教学案例设计和应用。但同时，本文没有对建构模式中的物质流、能量流和信息流进行过多探讨，后续将继续深入探究，并结合教学实践对该模式作进一步评估与修正，促使其不断完善。