一种翻转课堂的螺旋模型及实现，本文主要内容关键词为：螺旋论文,课堂论文,模型论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
[中图分类号]G434 [文献标志码]A DOI:10.13811/j.cnki.eer.2015.10.013 一、引言 近年来，随着信息技术的发展和广泛运用，教学方式发生了许多新的变化，其中“翻转课堂”(the Flipped Classroom)是目前热门的研究和实践对象，这种教学模式被世界各地的教师在各自学科领域中广泛地运用。有学者介绍了一些典型案例，如基础教育领域中美国石桥小学数学课堂、高地村小学“星巴克教室”等，国内山西新绛中学“半天授课制”、上海育才中学“后茶馆式”教学等[1][2][3][4]；高等教育领域的典型应用，国外有孟买印度商学院、澳大利亚昆士兰大学英语学院、美国奥尔巴尼大学，国内有河南电大、广东技术师范学院等[5][6][7]。上述案例和研究大多是国外基础教育成果介绍及本土化思考，具体本土化实施的还不多，有待一线教学尝试，进而构造出本土化的实践模式[8]。 除了实践活动外，有学者对翻转课堂进行了理论研究。Gerstein将翻转课堂分为参与体验、探索概念、构建意义和展示应用等四个阶段，构建出环形翻转课堂模型[9]。Talbert提出翻转课堂三个阶段：学生在课外看视频，做练习；课内先快速测验，再通过答疑、讨论来解决问题；最后进行评价、总结和反思[10]。金陵对比了美国可汗学院、林地高中和我国聚奎中学、木渎高中的翻转课堂教学实践，提出自主学习和协作探究渐次提升的“翻转课堂”[11]。桑新民等提出“太极学堂”的课堂创新理念和实践模型[12]。钟晓流等受到前者启发，将翻转课堂理念、太极思想、认知领域教学目标分类理论相融合，构建太极环式翻转课堂模型[13]。“太极学堂”和太极环式模型都是翻转课堂这一教学理念和模式与中国传统文化相结合的本土化应用形态，相关项目组已经开始了试点实践工作，成效有待观察和总结。 笔者以唯物辩证法和认知科学为理论依据，提出一种螺旋形的翻转课堂模型，给出螺旋形各部分的组成实现和运行模式。针对翻转课堂两大要素：信息技术支撑下的学习资源开发和合理的学习活动设计，基于建构主义理论，首次提出将支架学习策略应用于泛在环境下微型学习资源开发和自主、协同等学习方式中的教学活动设计，并详细列出了支架在激发学习兴趣、自主学习、协同学习和学习评价等典型阶段的形式。分析了支架策略对螺旋形翻转课堂模型各阶段的支撑作用，提出激发学习“能量点”的观点。介绍了应用本方法开发的实验平台的工作机制，初步验证本研究的可行性。 二、螺旋模型的理论依据和结构组成 (一)理论依据 唯物辩证法认为，一切事物的发展都是前进性和曲折性的辩证统一。在认知科学研究基础上，归纳翻转课堂学习模式的基本特征后，可以发现学习者习得知识的途径具有螺旋形特征。 首先，在翻转课堂中，随着学习活动的发生和学习成果的累积，在教学相长之间，学生的学习效用不断增益，知识和技能水平不断提升，呈现增长趋势。其次，由于众多学习者的知识基础、学习经历、学习代价和学习价值观各不相同，他们在信息技术支撑下，借助精心设计的学习资源进行自我学习，内生知识系统和能力水平发生重构，经历了从产生问题到解决问题的过程；在课堂(或其他情境)中与教师、同学进行讨论时，再次经历知识和能力结构的再造，在学习道路上获取知识的轨迹曲折复杂，呈现出曲折上升的形态。最后，由于学习知识的过程具有连续性，学生随着学习的深入，又产生新的疑问，必须经过新的教、学过程解疑释惑，一次学习的结束又成为新一次学习的开始，呈现出周期性规律。 上述三种特征符合唯物辩证法中螺旋式上升的三个特点：事物的发展始终处于上升状态；事物的发展从肯定到否定，再到否定之否定，从而在曲折中发展；事物的发展形成一个周期，一个周期的终点又是下一个周期的起点。图1反映了在翻转课堂学习模式中，师生之间教学活动不断发生、学习成效不断增加的螺旋前进过程。
图1 知识习得的螺旋过程 (二)螺旋模型的结构 以学习过程和结果呈螺旋式上升为理论依据，笔者提出一种翻转课堂教学过程中的螺旋式模型，并给出模型各部分的组成。 图2描述了翻转课堂螺旋模型的某一次完整周期实施过程，分上下两部分。上部是泛在场景下的自主学习阶段，学生在悉心设计的学习方案引导下，在精心制作的学习资源辅导下，根据自身既有知识技能水平和兴趣需求，进行自主学习。在自主学习时段，不同学生的时间和空间状况各不相同，使用的学习手段呈现多样性，所以其学习场景是泛在状态的。下部是在特定场景下的协同学习阶段，表示在适宜学习的场景中，学生与教师、同伴进行协同学习的时期。该时期学生的主要任务是在相关人员(教师或同伴)的支持下，通过问答、讨论、实验等多种形式，化解自主学习阶段的疑问，加深对知识和技能的理解，完成知识和技能内化的过程。
图2 翻转课堂的螺旋模型和实现过程(局部) 螺旋模型上、下之间通过传递问题的形式相连，在“产生疑问—学习知识—释疑解惑—产生新的疑问”中，完成“从肯定到否定，再到否定之否定”的螺旋式上升。螺旋模型经历了“启动学习平台—获取学习资源和任务单—学习微课程—记录学习—完成测试—获得成果—课堂讨论答疑—知识技能内化”等八个主要阶段，既表示了一次完整的翻转课堂教学活动中需重点考虑的关键内容，也反映出学习者在翻转课堂中的学习活动须经历的过程和达到的目标。螺旋的其余部分重复上述过程，不同的是，覆盖的区域更大，表示学习要求、学习难度、资源需求、学习成本更大。能力地图指引着知识间先修后续的关系，帮助学生了解自己的知识和技能状态，它不断地提示学生学到了什么程度，还有多少没有完成，以及什么地方是需要特别努力才能完成的；时间管理功能为学生提供时间服务，用时间轴和时间规划软件管理和引导学生的学习进度，对学生起到督促和提醒的作用。 翻转课堂螺旋模型最重要的组成部分是开发学习资源和设计学习活动。学习资源是学生学习的主要依据和工具，为学生形成知识和技能奠定重要的基础；学习活动是一种学习策略，是学习的活动方案和过程设计。学习资源与学习活动互为依托，相辅相成，互相促进。在翻转课堂螺旋模型实践中，笔者基于建构主义理论，提出将支架学习策略、微型学习资源开发和教学设计相结合的观点，并详细描述支架策略应用于学习资源制作和学习活动设计的框架。 三、螺旋模型关键要素及实现 (一)支架学习策略 苏联心理学家Lev Vygotsky提出“最近发展区”理论。他认为学生有两种发展水平：现有能力水平和潜在能力水平，两者间的差距就是“最近发展区”[14]。支架式教学(Scaffolding Instruction)通过脚手架攀爬作用，不断把学生的智力、能力从低水平提升到高水平，消弭现有发展水平与潜在发展水平间的差异。Davis指出“支架意指通过给予适当的帮助，学习者能达到原来无法达到的目标，参与原来无法参与的实践”[15]。支架策略(如图3所示)有两个关键问题，一是怎样界定学生的实际发展能力和潜在发展能力，如何清晰地描述这两种能力；二是驱动学生在支架上攀爬的动力是什么，如何提供各种适宜的支架来帮助学生顺利、高效地进行构思、转化、检查等一系列心智活动，完成知识和技能水平从低到高的过程。
图3 通过“支架”消弭“最近发展区”的途径 自然发展规律经历量变到质变、再到量变的循环上升形态。学生的“最近发展区”也符合自然规律，在不断发展变化，推陈出新。在翻转课堂中采用支架教学策略，学生通过学习，知识和技能水平在支架的攀爬作用下螺旋式上升，提升到更高水平，新的“最近发展区”又会出现，新的学习需求和活动又会发生，如此循环延续，在预测和提升中向外延伸。精心设计翻转课堂中支架的框架形式，妥善解决支架策略中两个关键问题，就能提高远程教育的有效性，实现既定的教育目标。 (二)微资源、微课程和微课教学 国外学者把微型学习资源称为Micro-Lecture，通常是时长5～10分钟的“一节短小的、用来呈现某个单一话题的录像或录音”[16]，其结构雏形是美国学者McGrew提出的课程三元素：概念引入(General Introduction)、释义(Explanation & Interpretation)和示例(Specific Example)。微型学习资源包被称为Micro-Course，是以微视频为中心的资源包，其概念粒度较Micro-Lecture更大，也被称作信息组块[17]。微课教学称为Micro-Lesson，可溯源到20世纪60年代的Micro-Teaching等概念，它包括教和学。NYTU的Micro-Lesson项目中，培训教师设计时长数小时、小容量、半独立性、“运用信息技术来达到特定目标的小教学材料”[18]。基于教学资源的Micro-Lesson活动较常见，它本质上属于基于任务的教学方式，教师借助微型视频或多媒体课件讲解相关教学要点，“翻转课堂”模式就是Micro-Lesson的一种在线实践模式。 国内学者中，胡铁生较早提出“微课”一词，并定义为“一个半结构化、网页化、开放性、情景化的资源动态生成与交互教学应用环境”[19]。单从凯认为微课程是在碎片化学习和移动终端发展的基础上对学习资源的重新规划[20]。在2013年首届全国高校微课教学比赛中，对微课的定位是“以视频为主要载体，记录教师围绕某个知识点或教学环节开展的简短、完整的教学活动”。综合来看，国内对“微课”相关概念的定义和描述包含了Micro-Lecture、Micro-Course和Micro-Lesson的基本要素。 微型学习资源、微课程和微课教学之间应是包含的关系，微型学习资源包构成完整主题的学习内容，集成到LMS(学习管理系统)中形成“微课程”，适宜运用在翻转课堂中线上、线下的正式或非正式教育学习活动，支撑知识与技能的传授和内化，成为“微教学”的工具。三者在ICT支撑下，更注重在新媒介生态以及教育观念上的转变，从关注“教”转变为“学”，从关注正式学习转变到泛在的非正式学习。在翻转课堂中，微课教学活动能够调动人们所有感官参与学习，时空上随时随地，方便灵活；内容上针对性强，富有启发性；形式上生动活泼，体现出吸引力，同时激发了学习过程中的创造力。随着移动计算设备的快速发展、新媒介生态的改变、开放教育运动和快节奏工作生活催生下非正式学习活动的发展，今后各种形式的“微”形态教育学习模式在技术的支持下将趋向融合。 (三)螺旋模型中建构支架和微课教学方案 作为建构主义学习理论的应用形式，许多学者对支架式教学的理论及实践进行了研究，但多偏重应用，较少探索和创新类的实践。检索国内外文献资料，尚无在支架理论指导下的微型学习资源开发研究，亦无支架式学习策略应用于微课教学方面的成果。 鉴于支架学习策略的科学性、合理性，以及微课学习的有效性，本文在翻转课堂教学实践中，尝试将支架策略与微课资源开发和学习活动设计相结合，实现“支架式微课资源开发和教学活动设计方法”(Micro Scaffolding Instruction)，用于帮助学习者实现螺旋上升各阶段知识和技能水平的提高。支架式微课资源开发和教学活动设计方法是在建构主义学习理论和人本主义理论指导下，支架式教学活动在微课资源平台上的一种实践应用。它将“支架”思想融入微课开发和教学中，通过建立符合微课形式要求的支架式学习框架，创设合理的知识和技能学习情景，引导学习者进行自主探索、相互讨论和协商，使学习成果在学习共同体中分享和激荡，促使学习者顺利完成对目标内容认知结构的建设。 1.支架式微课资源的特征 (1)课程特点是将授课内容按知识点划分成若干微型学习单元，以课程视频为核心，每个学习视频控制在3～8分钟，符合非正式、反复学习需求。 (2)学习单元视频分初、中和高阶三类，各自按学习深度不同放置不同学习内容，向下兼容(见图4)。初阶仅包含知识或概念的图文描述，中阶还包含相关的实例和应用，高阶包含延伸拓展的内容。三种视频供学习者在不同的时空条件下(如在车站等车时对手机端的匆匆一览，或是在家里PC前充分学习)进行可以智能“裁剪内容”的学习。
图4 三种层次课程资源间的关系 (3)教学活动设计中将各学习要素按照支架形式进行划分，使用对应的支架搭建学习框架和情景，固化成范式。 (4)不同学习者感受到支架的学习支持作用有所不同，所以学习活动中要设计和提供多样性的支架，形成“支架簇”，以增加支持能力。 (5)学习活动中使用提取练习方式，有效促进记忆知识的效果。认知科学研究发现，“提取练习是一种有效的强记方法，较重复学习有更有效的长时记忆效果，即使没有反馈(如给出正确答案)，常常也是有效的，有反馈则能增强测试的成效”。视频在关键知识点设置文字形式的思考练习题，学习者可以暂停视频播放，思考和反思学到的知识。 (6)除提供微视频外，还有更多形式的实践操作和实习实训活动，教师在过程中对学习者进行辅导，及时纠正学习过程中的误区和认知偏差。 (7)多种评价策略。适当的激励和评价能促进学习者学习，教师对学习者的评价、学习者之间相互的评价，有助于鼓励学习者在学习过程中进行批判性思维，激发他们的学习积极性和创造性。 2.资源和活动设计中主要支架形式 (1)学习兴趣支架 翻转课堂中泛在场景下的自主学习作为一种非正式学习的实践形态，学习者通常处于一种边缘性的投入与非连续的关注状态，不能期望他们自身必然存在一个持续强烈的学习动机。教师应考虑如何吸引和增强学习者的注意力，不断给予可激发学习者投入持续注意力的激励和反馈，在翻转课堂螺旋模型中，自学阶段的起始端按照情感结构要求建立情感支架，使用改善用户体验支架，如使用一段笑话作为引入等。支架式微课资源开发和教学活动设计中可供激发学生学习兴趣的支架类型和对应的活动样例见表1。
(2)自主学习支架 自主学习是翻转课堂螺旋模型中核心阶段之一，必须仔细分析学生情况，精心设计教学模式，自主学习阶段课程教学模式框架如表2所示，从课程特点、学习任务和互动模式等三个角度列出了对应的做法。
自主学习阶段要能准确描述学生当前已有的能力水平和待培养的目标能力水平，找出两者间的显著差异，即“最近发展区”[21]。围绕发展水平差异，以能力形成目标搭建支架(见表3)，创建学习情境，将学生引入某种问题场景，使学习活动能在与实际知识技能运用情景类似的状态中发生，学生能利用自己原有知识结构中的既有经验去同化当前学习的新知识，在新旧知识体系间建立关联。教师要提出学习策略、任务和目标，然后努力激发学生的学习兴趣，逐渐把学习的责任转移给学生。 设计学习主题时，要把复杂的学习任务加以分解，构建能起到“支架”作用的学习节点框架。在学生知晓解决问题的必要知识后，教师设计良构的典型问题或情景。情景也可以认为是一种知识或文化背景，可以激发学生的联想思维，学生从中习得解决问题的方法，从特殊场景中归纳出一般常态的技能。 (3)评价与反馈支架 适当的激励和评价能促进学习者的学习[22]。在微课学习资源和学习活动设计中，可以在关键知识点设置文字形式的思考练习题，放入—些通关小测试、练习小游戏等，增强学生学习的兴趣，同时通过交互获得学生的学习反馈信息。 同侪互评(Peer Assessment)是由相同年级背景的学生，脱离学习者的角色，尝试以教师的角色去评价同学。让学习者互评与由教师来评阅的专家模式具有相似的信度，以微型课程包为学习资源，以自评、互评和师评为评价策略，充分运用多种学习工具支持，体现了“以学习者为中心”的理念。评价内容包括：自主学习能力、对小组合作学习所作出的贡献、是否完成对所学知识的意义建构等。表4列出了一些评价和反馈阶段的支架及对应活动。
(4)协同学习支架 本阶段可看做独立探索阶段的延伸，要求教师有较高的理论水平和实践经验，能激发学生的求知欲和好奇心。教师加工处理待传授的知识，整合问题，引发学生的思索和共鸣。在所学知识的真实应用或类似环境中，学生通过目标定向活动进行学习，其情绪和状态引向“支架”(如表5所示)的问题情境(学习节点框架中的某个节点)，把理解逐步引向深入。 翻转课堂以学生为中心，学生以配对或组建小组的方式进行多人协作学习，关注知识和技能的培养[23]。教师在整个教学活动中起组织者、指导者、帮助者和促进者的作用，需要选择与实际问题紧密关联的主题作为学习引入，构建讲授知识内涵和外延的框架，把学习任务分配给小组成员，利用情景、合作、交流等学习环境要素，充分发挥学生的主动性、积极性和创新精神。师生进行小组协商、讨论，相互交流和分享学习成果，让学生围绕学习内容、主题和认知结构的要求建立概念框架。讨论的最终结果有可能使原来确定的、与当前所学概念相关的属性增加或减少，各种属性的排列顺序也会调整，并使原来多种意见相互矛盾且态度纷呈的复杂局面逐渐变得明朗一致起来，学生在共享集体思维成果的基础上，对当前所学概念进行全面、正确的理解，达到有效实现对当前所学知识的意义建构之目的。
在上述细分的支架形态和教学活动实例中，学生通过有支持的学习、独立地思索、协作学习和群体讨论，进行师生、生生之间的合理互动，最终完成知识和技能的建构。学生是支架的搭建者和攀爬者，教师、同伴及教育教学活动是支架的主体和上升动力源，“以学生为中心”的教育理念在翻转课堂螺旋模型各阶段的学习活动中得到体现，教师使用支架理念和方式更有效地发挥了指导作用，学生的学习进程得到正确的引导，自我学习的潜能得到激发。 3.支架对螺旋形翻转课堂支持作用的分析 学习者通过螺旋形翻转课堂的学习活动，学识和技能获得增益(见图1)。图2展示了一个完整学习周期所经历的各段活动，学习者在支架的支持下(见图3)完成本段学习活动，向高一层活动攀爬。 在螺旋模型中，支架在学习各阶段发挥着不同的作用。图5(a)对图1的正视图作了细化，可以用来分析支架在翻转课堂螺旋模型各学习阶段的作用。在OA、BC、DE阶段，学习者处于泛在场景自主学习阶段，需要重构现有知识体系，学习形式以自学为主，对知识往往疑惑不断、困难重重，所以设计支架系统时要提供强能量支持(强支架)。m、n称为“能量点”(Energy Points)，学习者通常在这些位置完成知识内化和技能生成的目标，此时支架系统要提供激发能量，帮助学习者顺利跨越这些阶段，达成预设的学习目标。AB、CD、EF阶段是特定场景协同学习阶段，学习者将知识能力外化为应用能力，支架系统应以引导为主(弱支架)，指导学习者完成将所学知识应用于实际解题的过程，最后逐步撤除支架。图5(b)表示翻转课堂螺旋模型各学习阶段支架能量的大小。
图5 支架对螺旋形翻转课堂的支持作用 支架间通过“隼点”连接，预设问题是常用的隼点形式。支架簇是提供给学习者的一系列“支架”的集合，帮助学习者完成学习。设计和使用支架是有成本的，学习知识亦需付出时间和经济代价，在知识获取和学习代价间要给出一个平衡点，学习活动中每个时刻平衡点的集合构成翻转课堂螺旋模型线的边界，表示知识成本边界(Merit Badges)，这一边界同样可用于支架式微课制作开发的成本考量。图5(a)中阴影区域波浪边框线纵坐标绝对值表示支架成本，在满足学习增益上升前提下，阴影区域面积越小，表示设计和使用支架支付的代价越少。 四、实践与总结 按照本文提出的翻转课堂模型，课题组开发了一个基于HTML5的小型LMS实验平台，用于开展翻转课堂螺旋模型各阶段的教学实践和改革。限于篇幅，螺旋模型的翻转课堂案例实践将另文介绍，在后续研究中，各阶段支架的内容和对应活动形式将不断完善和丰富。
图6 自主学习阶段主要学习活动时序 自主学习阶段的教育学习内容与过程相对较固定。图6描述了学生在教师的支持下，使用学习资源，借助LMS的支持和管理，进行自主学习的过程。该过程中包含了自主学习、学习过程记录和学习结果评测等环节的活动发生时序。特定场景下的协同学习过程形式多样，难以用统一的活动时序来描述。 翻转课堂是从“基于内容学习”(Subject-Based Learning)向“基于问题学习”(Problem-Based Learning)的教学模式的转变，是“以教师为中心”的传授式教育向“以学生为中心”的启发式教育的转变。经过翻转课堂，教师从“台上的智者”(Sage on the Stage)变成“身边的指导者”(Guide on the Side)，可以用更多的时间“因材施教”，对学生进行个别化指导。学生可以进行高度自主的学习，有更多时间思考，能与其他师生进行更有效率的讨论，从而提升解决问题的能力。通过翻转课堂，连家长也能够通过在家指导自己孩子的学习，很好地参与到教育中，增进亲子感情。 翻转课堂也不是完美的，有些教学研究结果显示，学生对课堂结构的调整不太满意，学习活动的多样性容易引起学生的不安[24]，这就需要继续研究学生学习活动舒适度的问题。在自主学习阶段，学习者能否自律完成学习任务，采用什么样的方式激发学习者的学习兴趣和信心，涉及许多研究的内容。翻转课堂的教学模式，会增加学习者的学习时间，这对学习者是一种额外的开销，学习的时间成本和效益是否对应，也是需要研究的方面。 翻转课堂在充分利用现代信息技术和教育技术手段开展教学实践的同时，不能忽视传统课堂教学活动，高水平教师充满人格魅力的课堂教学有着无法替代的价值。在目前的翻转课堂教学活动中，教师和学生尚缺乏实践经验和理论指导，新一代学生的思维方式、社交行为、价值观念和人生态度都是翻转课堂实践领域中需要重点研究的方面。
标签：翻转课堂论文; 螺旋模型论文; 微课论文; 自主学习论文; 支架式教学论文; 教学理论论文; 教学技能论文; 活动理论论文; 教学过程论文; 教学评价论文; 课堂管理论文; 教师评价论文; 教师技能论文;
