双闭环螺旋迭代的直播教学模式构建及应用

谢鑫，罗莉霞，陈敏

(湖南信息学院，计算机科学与工程学院，湖南，长沙 410151)

0 引言

2020年2月4日，教高厅[2020]2号文件倡议，各高校应充分利用线上资源，积极开展线上授课和线上学习等活动，保证疫情防控期间的教学进度和教学质量，实现“停课不停教、停课不停学”[1]。

在过去20年里，我国教育基础设施得到高质量发展，在线教育规模逐年扩大。2019年中国在线教育预计同比增长24.5%，在线教育用户规模将达3.09亿人，未来3年内将保持18%～21%的市场规模增速。直播教学是实现在线教育的主要手段，能够满足学习者的个性化、自主化和泛在化的学习需求，对新时代学习者有着更强的吸引力和新鲜感。但对于习惯传统课堂面授教学的教师群体，基于直播技术开展线上教学[2]，并建设高质量线上课程，会存在一些教学理念、教学模式和教学方法的困惑。对于依赖传统课堂听课的学习者通过线上直播进行学习，会存在一些学习理念、模式和方法的困难。一些研究者围绕直播教学开展了一些研究，如O2O直播课堂教学模式[3]、在线直播课的混合式大学英语教学模式[4]，推动了直播教学的发展[5]。

但从我国“网络直播元年”至今，关于直播教学模式构建和应用的研究不多[6]。从如何构建一套能满足教师教学、学生学习和课程建设的有效直播教学模式的问题出发，本文基于教学相长和教学闭环的思想，结合线上直播教学的特点，构建了一种双闭环螺旋迭代的直播教学模式。该模式可守住合格教师通过硬课培养合格学生的底线，通过教师教学和学生学习的双闭环螺旋迭代，努力提高和突破优秀教师通过“金课”培养优秀学生的上界。

1 双闭环螺旋迭代教学模式构建

闭环概念源于系统动力学，指将系统输出量的测量值和期望值进行比较，利用比较产生的偏差信号对系统进行调节控制，使得输出接近期望值。双闭环概念来自其串级控制理论，在系统中采用2套检测变送器和调节器，前一个调节器的输出作为后一个的设定，按照先后顺序进行串联。

双螺旋概念源于生物脱氧核糖核酸基本结构，从其衍生出了技术进步和应用创新的双螺旋，并有学者将该结构迁移到教学模式创新研究之中，如项目实施型和创新型螺旋耦合结构教学模式[7]，以学生为中心的“四步螺旋”教学模式[8]。

在双闭环螺旋迭代的直播教学模式中，基于课前、课中和课后三个阶段，构建了直播备课、线上教学、作业布置、教学评价、教学反思和教学研究的教师教学闭环，以及课前预习、互动参与、课后复习、课程评价和输出应用的学生学习闭环。通过引入教师能力金字塔模型以及学生认知金字塔模型，构建双闭环螺旋迭代的直播教学模式，如图1所示。

图1 双闭环螺旋迭代的直播教学模式

1.1 教师教学闭环构建

直播前，备课是教师教学闭环的第一步，明确教学目标为备课的首要环节。教学目标分为课程整体目标和单次直播教学目标，而两者又可以知识、能力和素质三个维度进行目标的设计，从专业知识学习，到硬核能力培养，再到核心价值观引导，逐层提升。设定教学目标后，开始进行直播前的需求分析，包括学情分析、授课大纲和内容分析、学习需求分析。完成需求分析后，确认授课大纲，打磨课程内容，制作授课PPT，设计直播界面，调试直播设备，测试直播环境，演练直播流程，最后将PPT和直播链接下发给学生。

直播中，教师讲授备课内容，通过与学生进行实时互动和交流，打造群体学习的网络场域，激发学生的学习动力，并给学生布置课后思考和动手作业。

直播课后，针对学生作业情况和课程的评价反馈，对直播教学设计和直播过程进行复盘，发现存在的问题，思考解决方案，改进教学方法，并对下次直播内容和教学过程进行重新调整和设计，完成教师教学闭环。

在教学闭环中，教师运用PDCA循环理论对整个教学过程进行质量管理和控制，以保证线上直播授课质量的不断优化。

1.2 学生学习闭环的构建

直播课前，预习是学生学习闭环的第一步，也是确保学生学习直播课效果的起点。学生可主动或在教师的引导和督促下对课程内容进行预习，以保证在每次听课前，对内容的重点和难点做到心中有数。

直播课中，学生需主动参与教师所构建的网络直播间群体学习场，通过打卡、留言、连麦、提问等多种方式与教师进行积极互动，形成良好的网络群体学习氛围。同时，学生可以将直播中的重点和难点内容、引发思考的问题、感受等记录下来。

直播课后，学生完成教师布置的任务，对教师授课进行反馈和评价，并进行知识输出和应用，然后开始下一次直播课内容的预习，完成学生的学习闭环。

在学习闭环中，学生在教师的引导下，基于PDCA循环理论对整个学习过程进行质量管理和控制，保证学习效果的不断提升。

1.3 双闭环螺旋迭代

通过直播备课、课前预习和课程教学评价的相关环节，建立教师教学闭环和学生学习闭环之间的联系，完成双闭环的构建。基于知识传播、能力培养和价值塑造的教师能力金字塔，以及记忆、理解、应用、分析、评价和创造的学生认知金字塔，通过多次PDCA循环对教师教学和学生学习双闭环进行螺旋迭代，控制其每次迭代的质量，在保证课程质量底线的前提下，努力突破课程质量上界。

2 网络直播应用案例分析

2.1 模式应用

为验证基于双闭环螺旋迭代的直播教学模型，作者在2020年3月3日到2020年4月7日之间，采用每周2次2课时(100 min)小鹅通直播教学平台，面向2019级软件工程、物联网工程和网络工程本科专业12个行政班共657人的“离散数学”直播课进行了该模型验证，采用该模式对“离散数学”直播课程进行了3次设计和2轮迭代。

2.2 模式效果和分析

对11次直播课数据进行统计，每次直播课平均听课人数为666人，平均观看时长为1小时58分15秒，具体如图2所示。第1次直播听课人数745人，覆盖了12个行政班级、学校部分教师和其他学习者。从第5次直播开始，观看直播人数稳定在650人左右。经过分析得到，学生会提前15分钟进入直播间，并在直播结束后在直播区进行短暂的互动和停留。另外调查了解到，少数学生由于网络原因，没有观看直播。

图2 直播课概况

在经过第一轮迭代和第二轮迭代后，利用问卷星对657名学生进行了2次调查，分别收到有效问卷反馈647份和564份，具体统计数据如表1、表2所示。从表1可以看出，经过第一轮迭代后，直播画面的清晰度和美感度有大幅提升，有利于提升直播学习体验，课程讲授速度和难度符合大部分学生的学习要求。

表1 第一轮直播课调查

表2 第二轮直播课调查

从表2可以看出，经过第二轮迭代后，直播画面的美感度依旧有提升，可进一步增强学生的直播学习体验。另外，随着课程内容的不断深入，课程节奏依旧符合绝大多数学生的要求，但是对于偏抽象和理论的“离散数学”课程，认为课程内容偏难的学生比例有小幅度提升，学生对于直播课程评价5星占比33.51%，4星占比50%，符合大部分学生对于直播授课质量的预期。

对647份和564份有效问卷进行数据统计，分析学生对于课程内容学习的认知情况，如图3所示，纵坐标为人数比例，横坐标为认知层次。经过第一轮和第二轮迭代后，对于课程内容的知识掌握情况是：记忆层次人数为421和165，理解层次人数为162和248，应用层次人数为67和86，分析层次人数为5和57，评价层次人数为2和8人，记忆层次人数比率下降34.82%，理解、应用、分析和评价层次人数比率分别上升19.31%、5.05%、9.35%、1.11%，而创造层次的人前后都为0。分析结果说明经过两轮迭代，学生的学习层次有一定提升，但高阶思维层次的学习认知依旧偏低。因此随着课程的深入开展，依然需要进一步对学生的学习闭环进行优化。

图3 学生课程内容的学习认知

在第一轮迭代前、第二轮迭代前和第二轮迭代后，对12个行政班级中3个班的作业完成情况进行抽样调查，以A、B、C三等对作业质量进行评价，具体统计数据如表3所示。从表3可知，学生提交作业的情况有改善，且作业质量基本符合正态分布。

表3 学生作业完成情况

另外，第一轮迭代前、第二轮迭代前以及第二轮迭代后，3次直播课的讨论互动次数如图4所示。从图4可看出，经过教学模式的迭代，群体讨论氛围得到了较好的提升。

图4 直播互动讨论

基于以上调查数据和分析结果，得出如下结论。

(1) “离散数学”课程内容相对抽象，教师可通过例题让学生理解概念、定义和定理。直播过程中，对于例题的讲解需适当放慢节奏，以便学生思考和进行理解。另外，对于讲解内容的宽度和深度、公式的推导和证明，以及互动的频率，可以基于双闭环螺旋迭代模式进行多次迭代，促使学生掌握课程大纲中所涉及的基本知识点，培养学生动手编程能力，引导学生思维从低阶向高阶跃迁，并塑造正确的价值观，提升学生的学习效果。

(2) “离散数学”课程偏基础数学理论，相对抽象和枯燥，对教师在网络直播课堂中的互动、交流、表达和幽默等教学素质提出了更高的要求。同时，直播教学也考验教师在教学过程中，应对各种突发状况的能力和心理素质。教师自身经验、素质和能力可通过双闭环螺旋迭代教学模式进行不断提升。

(3) “离散数学”课程设计的结构、课程内容的质量、PPT的美感度、直播平台的稳定性、直播界面的布局和色彩光线等要素也需要多次迭代，以增强学生的直播学习体验，满足个性化、品质化的学习需求。通过对各要素不断进行优化，从而打造和建设高质量的线上课程。

另外，直播平台需要具备回放功能，或需授课教师对直播进行全程录屏，以解决部分学生由于网络或其他突发状况而无法观看直播的问题。

3 总结

本研究基于教学相长思想、PDCA、布鲁姆认知和群体学习理论，结合系统动力学的闭环和生物学的DNA双螺旋结构，提出了一种双闭环螺旋迭代的直播教学模式，并通过“离散数学”网络直播课对该直播模式的有效性进行了验证。本研究认为，该模式能够有效促进教师能力、学生认知以及课程质量“三位一体”的不断提升，并保证网络直播线上课在首先成为合格硬课的前提下，不断向着高阶性，创新性和挑战性的金课上界去提升和突破。