全球化线上线下混合教学模式——iPodia全球无边界课堂创新与实践

丁显廷， 卢志扬， 童 蕾， 张执南， 孟祥琦

（1.上海交通大学生物医学工程学院，上海 200030；2.上海交通大学个性化医学研究院，上海 200030；3.美国南加州大学工程学院，美国；4.上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240）

0 引 言

iPodia全球无边界课堂联合了来自北美、亚洲、欧洲等11 所知名大学，其目标是利用新兴的多媒体教学手段和课堂教学技术的创新，使世界各地的学生能够跨学科、跨空间、跨机构和跨文化界限进行协作和交互式融合学习［1-3］。全球不同高校的学生通过互联网赋能的现代电子教学技术，在其各自校园的iPodia 成员教室中亲自参加同一节课，与异国的同学同时开展线上线下互动学习。参加iPodia全球无边界课堂的学生从相同的老师们那里一起学习，课程大纲和内容材料相似，且他们必须遵循相同的学术要求。这种同步和对等的学习机会为参加iPodia全球无边界课堂的学生提供了一个独特的机会，即共同构建重要的全球化工程技术与学科文化的背景基础知识。因此，iPodia 全球无边界课堂提高了学生探索文化多样性的能力和技能，并以此作为全球工程创新的灵感来源，扩大他们的个人网络，促进他们成为未来的全球工程领导者［4-9］。

1 教学理论框架和模式剖析

1.1 教学方法

iPodia教学理论是基于3 个基本教学假设开发的（见图1）：

图1 iPodia全球无边界课堂的教学模式和理念

（1）“翻转式”学习（“inverted”learning）。知识的理解最好通过直接参与知识形成的语境来实现［10］。

（2）“交互式”学习（“interactive”learning）。学什么取决于你和谁一起学习［5］。

（3）“国际化”学习（“international”learning）。多样性增加了每个人的学习机会［11-12］。

针对第（1）个假设，语境是学生在学习知识过程中用来理解知识内涵的必要元素。不同于内容本身可以通过教师讲课来传授，语境的理解通常是学生在相互讨论的过程中共同构建的。在传统的学习过程中，学生首先在学校接受主题内容的讲授，然后再在家做练习，加深对知识的理解。iPodia 则颠覆了传统的学校作业和家庭作业的顺序，让学生先在家观看线上课程、学习主题内容，然后再去真实课堂上课，与同学一起参与有指导的协作活动，以加深知识在语境中的理解。这就是为什么iPodia 中的字母“i”代表翻转学习（“inverted”learning）。

第（2）个假设是第（1）个假设的推论，并指出学科内容可以“从”教师授课中学习，但最好是“与”同龄人一起讨论来理解知识。因此，在很大程度上学生对知识理解的获得取决于与他们一起学习的同伴。上述自下而上式的学习过程，通过将“从事学习”模式转变为“一起学习”模式，将学习范式从被动（即独立听课）转变为主动（即参与讨论）。iPodia将主动学习方法更进一步，强调互动学习。因此，iPodia 中的字母“i”也代表着交互式学习（“interactive”learning）。

第（3）个假设源自第（2）个假设，如果学生学习的内容取决于与他们一起学习的人，那么当他们与来自不同社会／文化背景的学习者一起学习时，可预期学生的学习机会能够显著增加。除了传统的跨学科学习之外，iPodia还通过连接世界不同国家和文化地区的校园教室来进一步强化跨文化学习。这种国际化的维度极大地拓展了iPodia 学生的学习机会，使他们能够在自己的校园内与全球同学互动，并向他们学习。在iPodia课堂上，学生可以更自在、更自由地与外国同学交流，因为他们都感觉（实际上也如此）在自己仿佛置身于本地国家的线下课堂。这就是为什么iPodia中的字母“i”也代表着国际化学习（“international”learning）。

1.2 技术平台

iPodia 利用现代学习技术来实现其教学法，旨在增强跨越全球距离的课堂到课堂连接的真实性。在远程教育中，技术的作用是扩大内容知识从教师到学生的传递距离（尤其是MOOC课程），而iPodia的特点是“无距离”学习，依靠视频和多媒体技术消除世界各地学生之间的物理距离，因此这与远程教育不同。如图2 所示，这展示了iPodia 互动教室的教学现实场景。

图2 iPodia互动教室的教学现实场景

iPodia 交互式教室可用绝大多数学校已有的远程教育教室或视频会议室进行改造得到，普通的远程教育教室也可以通过增加必要的视频会议设备来改造，而视频会议室可以通过增加更多的显示设备和重新布置房间布局来满足学习（而不是会议）的需要。

一个基本的iPodia互动教室需要至少包括以下功能组件：①连接到其他iPodia 教室的视频会议系统；②显示远程教室和讲课内容的显示系统；③记录和传输图像的摄像系统；④输入和输出教室声音的音频系统。

为了促进每周上课时间以外的点对点互动，iPodia技术平台还为全球各地相互连接的教室集成了3 个关键功能：

（1）学习管理系统。除了在课堂内获得同步的“面对面时间”外，学生还可以通过学习管理系统（互联网云端交流平台）查看课堂档案，并以非同步的方式与每个人保持持续的交流。

（2）小组协作。在团队项目中，iPodia 的学生需要动态地交流来促进远程协作。利用网络会议工具（如腾讯会议，Adobe Connect，WebEx 和Blue Jeans等），学生团队有机会在课堂上通过私人聊天室进行互动，并在课后自己组织项目会议，讨论研究和分享作品。

（3）课后联动。在社交网络平台上，iPodia 的学生可以积极分享他们觉得有趣与课程相关的媒介内容。这种课堂外的社交互动能够反过来促进了课堂内的新讨论，当学生将个人获得的相关知识内容融入随后的同伴互动中时，这种翻转学习就得到了极大地增强。

1.3 iPodia 联盟

iPodia联盟成立于2012 年，是一个独立的、非营利性的、全球领先大学的教育联盟，由美国南加州大学率先发起。所有参与iPodia 的大学保留其独立身份、学位课程和课程要求。他们战略性地合作开发新的课件，并通过iPodia平台提供全球无边界课堂联合课程，以解决重要的社会技术工程学科和重大的全球挑战。截至2022 年春季，iPodia 联盟的现有11 所会员高校。包括南加州大学（USC），美国洛杉矶；上海交通大学（SJTU），中国上海；北京大学（PKU），中国北京；台湾大学（NTU），中国台北；韩国科学技术高等研究院（KAIST），韩国大田；以色列理工学院（Technion），以色列海法；亚琛工业大学（AACHEN），德国亚琛；印度理工学院-孟买（IITB），印度孟买；圣保罗大学（EPUSP），巴西圣保罗；Birla 技术与科学学院（BITS），印度皮拉尼；卡塔尔大学（QU），多哈，卡塔尔。

iPodia联盟的运作遵循三条原则。首先，“平等互惠”原则［13］，鼓励成员在一定时期内争取联盟提供和接收的iPodia 课程之间的平衡，这确保了所有参与成员之间可以共享平等贡献的好处；其次，“收入中性”原则，成员参加所有活动所产生的费用均由成员自行承担，任何联盟成员之间不得转手任何金钱（如学费等），这一原则旨在促进“非营利”文化，使联盟成员能够专注于合作共赢；最后，“非联合学位”原则，联盟的主要目标是共享课件开发和合作开设国际化课程，而不是在其成员大学之间创建联合学位，这使联盟的所有成员都能保持其课程的独立性和独特性。

2 教学模式及案例分析

迄今为止，iPodia 联盟合作大学已经开发了多种iPodia课程。所涵盖的工程学科包括：“全球创新的原则与实践”“全球工程团队管理”“计算机系统架构”“建筑环境的可持续性”“超大规模集成电路系统设计”等。总的来说，最适合的iPodia课程有3 个基本特征：

（1）跨学科和跨文化核心（即参与学习者的文化多样性能够积极增强学生的学习体验）［14］；

（2）关注具有全球重要性的新兴学科（即充分利用了iPodia在学生本国校园内独特的国际学习环境）；

（3）在全球范围内促进主动学习（即基于iPodia每学期的实践项目，来自多个校区的学生必须相互协作成为学习群组和国际化项目团队）。

本节提供一个典型的iPodia 课程是如何从参与者、课程日历、学习活动、挑战和实践以及课程评估等方面构建的。选定的案例是一门已连续开设5 年的iPodia课程——“全球创新的原理与实践”。

2.1 课程参与者

本课程的参与者包括来自上述11 所院校的200余名大学生，为了提高教学质量，每所大学的班级规模被限制在18 名学生以内。时差的原因使得全球高校联盟很难找到所有大学都合适的授课时间。因此，根据不同的课程时间，课堂被分为两个平行的部分：Session A 和Session B。全球的高校可以根据自己的时区和学校的排课时间，自由选择进入Session A或者B，而课程内容和教师团队都是一样的。美国南加州大学同时参与两个时段，因此他们在每个时段各自允许18 名学生参与课程。招生是由每一所大学单独进行的，所以每所大学选课学生的背景和专业都是不同的。部分参与学生的基本情况如表1 所示。

此外，iPodia 课程的特点还在于其拥有全球教学团队，该团队由来自每所大学的授课教师（及其助教）组成。虽然所有教师都隶属于工程学院，但他们各自擅长的工程领域不同，包括机械工程、生物医学工程、工业工程、环境工程等。在本课程中，他们在设计和指导不同的学习活动中扮演不同的角色（见表1）。

2.2 课程安排

该课程分为3 个学习阶段。第1 阶段侧重于“内容讲座”，即系统地解释全球创新的关键原则；第2 阶段致力于“情境互动”，即协作进行全球创新的重要实践；第3 阶段为“实践项目”，以每年国际上普遍关注的热点问题，让来自全球不同学校的同学组队进行产品设计和开发，丰富学生的学习成果。

（1）第1 阶段（14 学时）：课堂讲座学习学科内容。课程教学开始，有一个全面的以知识点讲授为主要目的的系列讲座。在为期7 周的第1 阶段，iPodia的教师团队通过iPodia互动课堂的现场讲座解释主题内容（即全球创新的原则、从原创想法到产品设计的市场规律等）。所有的现场课堂教学内容都通过网络直播，让全球其他iPodia 联盟的学生远程参与。这些讲座内容的视频和音频已在学习管理系统提供给所有学生随时查看／复习。要求所有学生以同步／不同步的模式参加／学习这些现场／录制的讲座，目的是在第1阶段结束前完成所有学科内容的学习。Session A和B两个时段的所有学生都学习相同的学科内容。

（2）第2 阶段（20 学时）：开展情境理解互动活动。在准备好基础的理论知识后，学生们在为期10 周的第2 阶段中被引导参与各种互动学习活动，与他们的国际同学共同构建情境理解（即全球创新实践）。这些互动活动旨在加深学生对第1 阶段学习的主题内容的理解，并使他们了解未来将在第3 阶段所合作设计的创新产品和全球不同背景的思维方式。活动包括线上线下混合课堂开展的关键创新概念的现场讨论、每所iPodia参与高校根据相同的主题录制的各自国家／校园的主题视频（例如“我的大学食堂”和“我的鞋子在校园走过的1 天”），以及每所iPodia 高校为其他联盟高校所设计的具有本国文化特点的线上／线下游戏项目。

（3）第3 阶段（14 学时）：组成跨国团队开展产品设计。第2 阶段的互动活动使所有学生对主题内容获得重要的情境理解（即全球创新实践和过程），并形成相互的文化理解和沟通交流。这些学习成果可以在课程第3 阶段的联合项目开发期间得到巩固、比较、综合和利用。iPodia教师团队每年会根据当今国际上重要的全球共性问题（如2020 年以“如何为第三世界国家居民提供突发灾害应急产品”为主题、2021 年以“疫情下如何促进个人空间和远程交流”为主题），将iPodia全球不同国家和专业背景的同学形成若干个项目小组，围绕同一个主题，进行开放式的产品设计和运营规划。这种跨文化跨专业组队能够为学生团队创造一个开展国际化合作的机会，让他们充分了解全球视野下的创新项目开发过程。项目的产品设计将以视频形式，在课程最后两周向全体iPodia 学生团队和教师团队展示，并通过票选方式产生优秀项目组，在课程打分时给予适当倾斜。

2.3 学习活动

2.3.1 知识内容讲座

第1 阶段是课程核心知识内容的系列讲座，课程系统地解释了在开放、竞争和全球市场中影响技术创新的基本原则。这些讲座涵盖了6 个内容模块：S 曲线、市场进入时间、分段零原则、外包和离岸、红海和蓝海战略和卡诺客户满意模型。这部分知识内容，采用翻转课堂的授课方法，具体步骤如下：

（1）主讲教师将每周的授课材料（如PPT 幻灯片、视频剪辑等）模块化为5 个关键概念，用4 ～6 张幻灯片讲解内容。

（2）讲座资料提前48 h发布在学习管理系统上，供所有学生预习。

（3）要求所有学生每周上课时间前24 h 在学习管理系统（Learning Management System，LMS）上完成以下3 项任务：完成1 个小测验来表明他们已经学习了讲座材料；通过填写“疼痛指数”调查表（即，非常容易、容易、一般、难、非常难）向教师提供反馈，表明他们理解每个概念的内容的难易程度；参与每周线上讨论板上的“课前讨论”。

（4）各参与高校的老师收集、分析学生的反馈，以便更好地准备每周的讲座，例如通过理清有歧义的幻灯片或创建新的幻灯片，达到翻转学习增强课件质量的目的。

（5）老师在2 h 讲座中讲解经过改进的课件材料。

2.3.2 情境交互讨论

在第2 阶段的互动学习活动中，情境交互讨论是非常重要的一部分，以构建学生们的情境理解和全球视角。教师团队带领按照以下程序进行情景讨论：

（1）根据学生在第1 阶段学习知识内容讲座后提供的结果和反馈，教师团队准备1 套课堂讨论材料和问题，并将其发布在学习管理系统上。

疼痛指数调查可以作为内容讲座和情境讨论之间的关键联系，这使得教师能够更好地了解学生的学习需求，因此教师能把注意力集中在大多数学生在讲课时感到“更痛苦”的内容幻灯片上；老师还会查看学生们在讨论板上提交的内容，为这些有分歧的幻灯片／概念准备讲解内容。

（2）课堂讨论材料在每周上课前24 h 发布在学习管理系统上，内容包括对困难内容的进一步解释、对重要概念的思考、解题示例和互动问答。

（3）2 h的课堂时间均用于课堂讨论，所有的互动都被记录下来，供学生课后复习。

（4）每周下课后，要求所有学生参加每周在线系统里讨论板上的“课后讨论”。

2.3.3 跨文化练习

不同客户、社会和市场之间的重要文化差异，如果得到适当的理解和创造性的利用，可以成为全球创新的灵感来源。基于这一假设，布置了多个跨文化练习，以促进学生对其他文化的理解，并提高他们的跨文化交流与创新的能力。在这些跨文化的练习中，来自每所大学的学生作为“小组成员”一起工作。不同的小组被分配不同的任务。例如，描述一个在你自己的文化背景下的典型人物；描述一个成功的产品／服务在另一种文化背景下的失败；记录本国校园里一个典型大学生的日常生活；呈现自己国家目前最流行的两条新闻。所有小组都有机会展示他们的作业成果，并与其他小组进行讨论与互动。

2.3.4 团队主题项目

本阶段为iPodia的学生提供了一个独特的机会来验证、锻炼、实现和展示他们从前3 个阶段中学到的东西。此外，这种全球无边界教学模式还提供了密集的跨文化虚拟团队体验，这是在传统工程课程中难以获得的，这种以项目为基础的学习在培养学生设计思维方面的重要性早已得到公认。学生团队被分成若干5或6 人项目团队，组队的原则强调要跨文化、跨性别和跨学科。为促进文化多样性和平衡校园贡献，一个项目小组不超过2 名来自同一所大学的学生，且不同项目团队由不同高校教师指导。

3 全球化教学的实践挑战和启示

在实践中，我们认识到开发和运营线上线下混合的国际课程，其主要挑战是教师、学生和项目团队分布在全球，包括以下具体的两个挑战：

（1）如何解决全球不同大学之间的时区和排课的差异，以使这门课程至少在逻辑上可行。事实证明，阻碍在全球范围内开设同一门课程的大学数量的真正原因是时差，而不是技术。因为大多数全球大学都有明确且严格的规定，不能将课堂安排在当地时间的午夜或清晨，所以要让北美、亚洲和欧洲的大学都安排在同一时间段上课，即使不是不可能，也是非常困难的。我们的解决方案是将课堂分为两个时段，即欧美时段（Session A）和亚洲时段（Session B）。虽然这种折衷的解决方案使得在一个课程中包含多所大学成为可能，但许多学生表示，他们希望有更多的交叉课程互动机会。另一个必须考虑的因素是不同国家存在不同的时间管理方式。北美的冬／夏令时就是一个很好的例子。我们的解决方案是使南加州大学的上课时间适应时令更换的变化。在美国夏令时开始之前，南加州大学当地的课堂时间被安排在18：00 ～20：00；在夏令时之后课堂时间被调整到晚上19：00 ～21：00。因此，上海交通大学和韩国科学技术院的授课时间分别确定为北京时间10：00 ～12：00 和韩国时间11：00 ～13：00。这种解决方案带来的挑战是，它增加了将这门课程纳入全球各地学生课程表的难度。例如，36 名南加州大学学生中有6 名报告与其他课程的时间冲突，并提出他们希望破格参加这门课程的特殊申请。

（2）不同的全球大学有着完全不同的校历。一般来说，同一大陆的大学可能会使用相同的校历，但情况并非总是如此。图3 显示了不同大陆的不同iPodia合作大学之间的校历差异。通常，有两种方法可以克服校历差异的限制。①延长部分高校的春季学期以覆盖某些夏季月份（或延长夏季学期以覆盖某些春季月份）。这一方案的缺点是，大部分学校不会因为一门课程而柔性调整校历，而且还会出现暑期实习和暑期课程之间的矛盾。②在全球各高校重叠的时间段内提供更密集的课程，例如每周2 或3 次。这种做法的缺点是，学生没有足够的时间通过课堂外的互动学习活动来有效地熟悉课堂内的知识。在团队项目分配上，时差也一定程度的阻碍了这些分布在全球的学生团队进行有效的协作。我们最终的解决方案是将该课程作为北美参与大学的常规春季课程，但将学习过程分为不同阶段。在第1 阶段，网络会议服务（即Cisco的WebEx）被用于使以色列理工学院、亚琛工业大学、上海交通大学、北京大学和韩国科学技术院的学生在家里使用他们的个人电脑虚拟地参加现场讲座。但是校历的不完全重叠会对第1 阶段的教学产生比较明显的影响。WebEx 上远程学生在第1 阶段的出勤率平均只有37.5%。

图3 不同地域不同大学的校历差异

虚拟课堂的另一个挑战是如何加强班级以外参与者的凝聚力。每周2 h的授课远远不足以让学生彼此熟悉，也不足以让他们在团队项目中合作。在开办这门课程的最初几年，我们的解决方案是在课程开始或结束时组织全班同学进行一次短期的海外学习。尽管学生们的反馈清楚地承认了这种面对面交流的机会对他们整体学习体验的价值，但高昂的成本大大阻碍了这种模式的推广。因此，我们也尝试了各种互动学习工具，以促进对等虚拟互动。目前使用的工具包括：学习管理系统的讨论板（Blackboard System），视频网络会议服务（腾讯会议、Zoom 会议、Adobe Connect），即时通信平台（微信、KakaoTalk），和社交网络服务（微博、Facebook）。这些工具的应用支持教育，特别是远程教育，可以在许多过去的文献中找到，然而到目前为止，很少有课程致力于将这些工具整合到一个全球性的教育模式中，并研究它们在支持不同类型的学习者之间互动的独特作用。

对不同互动学习工具（如课程云端交互软件中的在线讨论板、视频网络会议系统、即时通信手机平台和社交网络服务平台）收集的文字聊天历史进行了定性数据分析。目的是确定在不同工具上发生的不同类型的学习者之间互动（学术互动、社会互动和合作互动）。本研究旨在回答两个问题：①哪类工具在支持何种学习者之间互动方面最有效？②不同工具之间是否存在冗余（或互补）的角色？关于这项研究如何进行的细节和对其结果的讨论将在另一篇论文中详细阐述。在这里根据每种学习工具上发生的不同类型交互的百分比提供部分结果，如图4 所示。研究结果表明，总体而言，不同的工具在支持不同类型的学习者之间互动方面发挥着互补作用，但某些工具之间的一些重叠作用可能会被用来开发未来的学习工具。基于这些经验，我们将在后续课程中尝试引入各种新工具（如Piazza、BlueJeans和Instagram）。

图4 互动方式在不同互动学习工具上的占比

4 教学模式的评价

课程评价由各参与大学根据其标准评价程序和形式分别进行。这里对随机抽样的同学进行了课程评价。课程评估包括两个部分：①6 道选择题，旨在调查学生对课程的整体满意度，所有学生都被要求在1 ～5 分的量表中陈述他们对6 个陈述的同意程度，其相应累计结果已汇总于表2；②包括12 道开放式问答题，旨在调查学生的个人课程体验，最后通过定性的数据分析来寻找正反馈和负反馈的深层原因，其对应结果汇总于表3。

表2 学生对课程的总体满意度汇总

5 结 语

本文介绍了全球无边界课堂教学模式iPodia 项目，该项目创建初衷是为了解决当今领先的工学院和高等教育机构面临的一些重大挑战。首先，iPodia 采用了翻转学习的方法，从基于内容的讲座转向为更有效的工程教育培养环境，从而为未来的校园教育创造了新的价值主张。其次，iPodia 允许跨地域、制度和文化边界的互动式同侪学习，让一流高校的教学资源在全球教育和造福本地学生之间找到了平衡。最后，iPodia实施的无距离远程教育模式表明，在信息技术普及和世界日益扁平化的时代，高质量的全球教育可以在线上／线下混合教学实践中有效开展［15］。

未来iPodia计划的工作包括：邀请更多的全球大学加入iPodia 联盟，开发更多针对不同工程学科的iPodia课程，扩大班级规模让更多的学生受益等。具体到iPodia的《全球创新的原理与实践》课程，目前正在进行的工作包括：①制定一套评估指标来评估参与学生的学习成果；②就同一课程在不同年份开办的情况进行对比分析，探索每年不同的课程设计和学生的学习成果之间有无关系；③归纳开发类似全球工程课程的多种基本原则。