高校在线同步教学“五维深度交互策略”设计与实践

引言

2025 年《教育强国建设规划纲要（2024—2035 年）》中明确将在线教育作为教育数字化转型的核心载体，旨在满足教育服务的需求，促进优质教育资源共享以及提升教育的公平性[ ]。高校开展混合式教学实践时，在线同步教学（SynchronouOnline Instruction）成为广泛应用的教育数字化新常态，这一环节深度释放了互联网技术在教育系统的重构潜能，是创新课程教学模式以及人才培养范式的重要路径。

在线学习环境下，交互被认为是激发和产生知识的基本活动单元[ ]，在缺乏监控的情况下，在线同步教学师生缺乏深层次的互动，直播时沉默现象较为普遍。深度交互可以激发学习者的高阶思维，促进知识建构，实现有意义学习的互动水平。如何科学合理设计深度交互策略，精准评估在线同步教学效果，是当前在线教育的关键所在。

一、在线同步教学的深度交互文献述评

在线同步教学区别于异步模式的核心在于其实时性、现场感与及时交互特质[ ]。空间隔离特征并不意味着教学关联性的中断。学与教需在技术支撑下实现重新联结与整合，更加强化彼此间的互动联系。

目前对于深度交互暂时没有明确界定，初步的共识是有意义的交互内容和高层次的知识建构。随着教育领域人工智能和学习科学的不断创新发展，深度交互往往归结为深度学习的一个研究层面。穆肃等人认为在线学习的深度主要体现在学生学习过程中认知、行为和情感的参与度。本研究认为在线同步教学中的深度交互是指在时空分离状态下，师生依托实时通信技术如视频会议、虚拟仿真平台，通过多层级、多向度的认知协同与社会建构，实现操作交互、信息交互到概念交互的跃迁，引导学习者从浅层认知向深度学习发展。

交互分类方面，穆尔（Moore）提出的三类基本交互类型，包括学生与教师的互动，涉及到师生间对话，教师提供的指导等；学生间的互动，包括同伴互助或者小组协作、讨论及评价；学生与学习内容的互动[ ]，指的是学生对知识的理解，认知结构的改变。加拿大远程教育专家特里安德森的等效交互原理，注重师生间、学生间的交流、互动，以及学习过程中的共同发展。卢强的研究中加入了自我交互，意为引导学生进行自我反思，理解学习需求，设定合适学习目标，促进在线学习的深度和质量[ ]。陈丽的教学交互层次塔呈现了从简单到复杂，从低级到高级的认知交互规律，分别是学生与媒体界面的操作交互；学生与学生、学生与教师、学生与学习资源的信息交互；学生已有的概念与新概念之间的概念交互[ ]。综合教学交互层次塔，本研究基于学习共同体的教育理念，将在线同步教学环境下，交互行为划分为操作交互，生生交互，师生交互，概念交互，情感交互。

价值功能方面，有效的教学交互在塑造学习者认知过程和情感体验方面扮演着核心角色。协商讨论、批判质疑等交互环节可以提升学习者的高阶思维能力；在线弹幕可以引发头脑风暴，促进学生的创新思维；共享白板小组成员讲解，可以促进概念的深入理解；小组互评可以使学习者追溯认知路径，自我监控与调整，实现自我反思；小组协作可以在学习过程中获得情感体验，而积极的情感表达、开放性交流和群体凝聚力等因素对于提升知识建构水平有着显著的正向激励作用[ ]。有研究表明，MOOC 的辍课率其影响因素之一是低水平的在线教学交互，因此优化在线交互设计尤为关键。

关于教学交互的测量方法可以归为两类：一是量表测量，二是在线交互行为研究，基于联通主义理论或群体互动分析理论探究在线互动行为特征，如利用社会网络分析法探究小组协作行为，或采用 IFIAS 时序分析法挖掘在线直播视频的师生交互行为，评估交互质量。

综合文献研究，基于传统课堂与在线教学的交互研究已经比较成熟，然而以在线同步教学为研究视角，结合 AI 工具以及学习分析技术对在线交互策略进行设计的相关研究较为零散匮乏。本研究选取理论性、抽象性、逻辑性较强的《高等数学》为研究对象，针对学习者交互投入缺乏积极性、交互参与水平参差不齐、交互问题停留在浅层次等问题，探索符合课程特点的在线同步教学深度交互策略与方法，有效引导学习者深层次的思考，对知识的深度加工与协同建构，从而促进认知发展，产生积极的情感体验，为高校在线同步教学的相关实践与决策提供理论依据与实践指导，为在线教育教学质量提升研究提供必要补充。

二、在线同步教学教学交互策略设计

（一）研究方法

为破解《高等数学》在线同步教学中抽象概念理解的认知困境，本研究基于社会建构主义与认知负荷理论，构建了“五维深度交互策略”。采用准实验对照设计，实验班 41 人，对照班 40 人，生源均来自普通高中同一专业，初步认定两班级数学基础水平无显著差异，班级均采用混合式教学模式，本研究聚焦一元函数微积分学的极限、连续、微分、导数、定积分、不定积分抽象概念为教学内容，设计 6 次专题教学，通过腾讯会议在线直播的 60 分钟在线同步教学过程捕捉在线交互行为，实验组实施融合弹幕、小组协作实验探究、问题图谱的师生交互、生生交互、操作交互、概念交互及情感交互“五维深度交互策略”，对照组通过在线直播讲授新知，采用问答式师生交互完成教学。每个专题结束后采用定性与定量结合的测量方法，通过认知、能力、情感三维教学量表以及专题测试两方面检验深度交互策略的有效性。

（二）在线同步教学交互案例

选取《定积分的概念》一节进行具体说明“五维深度交互策略”的具体实施过程。《定积分的概念》上承导数、不定积分，下启定积分的应用、重积分、揭示了借助极限思想，精确求解“非均匀分布的总量”一类问题的独特思维方式，因此理解定积分概念的形成具有重要的学习价值，然而这一概念抽象，公式冗长让学习者望而却步。在线直播环境下，实时开展有效而富有深度的教学交互，获得学生的反馈尤为关键。因此围绕教学目标的达成，本研究设计了五维深度交互策略。

三、深度教学交互策略分析

（一）基于思维导图的弹幕式交互——自我交互+生生交互

弹幕式的交互因其实时性、匿名性可以使学习者自由表达自己的观点，在提供情感支持与认知帮助的同时，提升学习投入和持续性，从而促进知识的深入理解和高效掌握。本节课设计了两次弹幕式交互，其程序是：首先教师通过思维导图抛出问题炸弹，使学生产生头脑风暴，教师开启弹幕，学生呈现对问题的思考结果，在此过程中，公开的对话内容启发学习者深入思考，当发生冲突时，会整合分析不同的思想，在反思和对话之间螺旋上升，从而形成问题的解决方案；学习者相互鼓励，也会形成积极向上的学习氛围[ ]。

（二）基于几何实验的小组协作探究式交互——操作交互+组内生生交互+组间交互

小组协作探究式交互采用小组合作形式，围绕问题展开学习。以线上讨论室为虚拟空间，小组成员或表达观点，或提出质疑，通过思维碰撞产生新问题，并持续深入探究直至解决问题，或同伴互助协同合作，共同完成学习任务。迭代过程中，学生加深对知识的理解，批判性思维与高阶认知能力得到提升。小组归纳总结环节实现了群体智慧化成果创造与生成[ ]。小组汇报、展示过程中，学习者获得在线学习的成就感和归属感。在线协作学习的核心要素是学习者之间的深度交互，探究中加入几何实验，用软件直观呈现曲边梯形分割点由少到多的动态分割过程，减少学生认知负荷。通过社交网络分析法，实验班做展示的第 6 小组社群图联线较多，较为稠密，并且未出现边缘化学习者，可见小组成员间交互频次较多，处于较高的知识建构水平。

（三）基于课件批注与共享白板切换式交互——师生交互，同伴互助

在抽象的概念学习时，师生有效互动的方式之一是在课件批注与共享白板书写之间相互切换。通过课件创设情境，展示知识概念，用批注强调重点以此来集中学生的注意力；复杂计算的书写过程则选择手写板与共享白板配合使用还原传统数学课堂，以此来演示计算过程，使学习者思维得到延展，给深入思考留白。讲授中教师聚焦问题随机问答，或发起投票，弹幕，或聊天区互动和参与分组互动，听取小组汇报，让学生共享屏幕完成习题讲解，以此获得及时反馈，对学情有全面了解并做出响应。

（四）基于深度加工与反思的问题图谱式交互——自我交互

问题图谱是结构化表征复杂问题的知识模型，借助思维导图 x-mind 工具，引导学生对驱动性问题进行结构化拆解，从而实现抽象概念形成的内部建构与元认知能力的提升。策略的交互阶段发生于课程尾声，学生主动进入与自我思维对话的“构建-反思”环节。一是确立核心节点，将教师提出的核心问题作为一级节点可视化呈现；二是问题拆解，回溯课堂内容，识别并提炼支撑解答核心问题的关键要素，将其作为二级乃至三级以上节点；三是建立逻辑联系，这一过程不是简单罗列，而是学生运用连线、箭头等符号，主动构建要素与核心问题之间、以及要素彼此之间逻辑关系。

问题图谱的构建是自我交互的深层体现，它迫使学生审视自己的理解是否连贯、逻辑是否自洽，从而将零散的课堂印象整合为有组织的认知结构。学生生成图谱成为其思维过程的可视化档案，对教师而言，全班图谱集合构成一份极具价值的形成性评价数据，直观揭示学生的思维路径、理解差异与共性困惑，为后续教学精准调整提供直接依据，是深化在线同步教学互动的有效实践。

（五）基于思政元素融入的情感互动——情感交互

情感交互的实施首先体现在情感化思政情境的创设，将思政元素转化为能引发学生情感共鸣的真实问题情境，自然融入“科技强国”的情感体验，让学生深刻理解数学知识的巨大价值。策略的构建体现正向情感反馈与激励循环。学生探究 限分割”问题遇到挫折时，引入数学家刘徽的“割圆术”，将毅力、探索精神等品质与解决问题衔接。

思政化的情感交互旨在实现“情感体验-知识建构-价值内化”的同频共振。学生在学习抽象数学概念时，感受的不仅是数学逻辑之美，更是其背后所承载的人类探索智慧、科学家的人文情怀以及服务国家的实践价值。情感交互策略有效破解在线教学的情感疏离，将思政目标润物无声地渗透到学生的情感深处，转化为持久的学习动力和坚定的价值信念，真正实现知识传授、能力培养与价值塑造的有机统一。

四、效果分析

专题结束后，采用难度题量一致的专题测试卷，考查学习者知识的理解与应用情况。教学整体结束，通过李克特五级量表测量：涵盖认知维度（概念辨析、迁移应用）、能力维度（问题解决、创新思维）、情感维度（学习焦虑、数学价值认同、师生关系、学习投入）共 8 个因子，46 个题项，Cronbachs Alpha 系数为 0.926，信效度良好。对测试成绩进行独立样本 t 检验，比较两组在知识掌握的差异；对三维量表数据进行正态性检验，采用非参数检验比较两组在各维度的差异。

（一）专题测试成绩对比分析

6 次专题测试平均分进行汇总分析，实验班的专题测试成绩显著高于对照班，且差异具有高度的统计显著性 （p⩽0.001 ），表明深度交互策略有效地促进学生对抽象数学概念的理解和掌握。

（二）在线同步教学深度交互三维量表数据对比分析

实验班在概念辨析、迁移应用、问题解决和创新思维方面的得分高于对照班；实验班在数学价值认同和学习投入上表现出优势。值得注意的是，在师生关系因子上，虽然实验班得分更高，但差异未达显著水平 （p=0.062>0.05 ），可能由于混合式教学环境下，两个班级师生均有一定的线上互动，传统问答也在一定程度上维系师生关系。

五、研究结论与教学启示

“五维深度交互策略”是实现在线《高等数学》同步教学提质增效的有效路径，将知识灌输直播间转变为学生主动建构、积极互动、情感投入的“思维场”和“学习共同体”，为破解数学在线同步教学困境提供可操作的实践方案。

然而本研究样本量相对较小，且来自单一专业的同一门课程是否在其他课程中具有可复制性有待进一步研究，未来可扩大样本范围，进行更长周期的追踪，并进一步利用学习分析技术，深入挖掘不同课型交互行为与学习效果之间的具体关联。参考文献

[1] 中共中央、国务院发布《教育强国建设规划纲要（2024—2035 年）》[J].职业，2025，（03）：26.

[2] 周 洪 茜 . 在 线 学 习 深 度 交 互 策 略 对 大 学 生 协 同 知 识 建 构 的 影 响 研 究 [D]. 华 中 师 范 大学，2022.DOI：10.27159/d.cnki.ghzsu.2022.002054.

[3] 穆肃，王孝金，冯冠朝，等.在线同步教学中交互的设计与实施[J].中国电化教育，2020，（11）：52-59+66.

[4] Moore，Michael G.Editorial：Three types of interaction [J].American Journal of Distance Education，1989，3（2）：1-7.

[5] 卢强.教学交互层次对大学生在线深度学习的影响研究[J].电化教育研究，2021，42（03）：34-41.

[基金项目]2022 年度内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目：高校在线同步教学的深度交互与评价研究（NJSY22611）［

作者简介］孟小燕（1983-），女，汉族，河北省新城县人，硕士，副教授，主要从事计算机教育，教育信息管理与评价研究；田振清（1956-），男，蒙古族，内蒙古通辽市开鲁县人，理学学士，教授，主要从事远程教育技术、数据挖掘及教育信息化研究。