一種翻轉課堂的螺旋模型及實現

作者簡介：潘國清(1976- )，男，江蘇淮安人，江蘇開放大學無錫學院副教授，主要從事遠程教育理論與技術研究，E-mail:[email protected]。

江蘇 無錫 214021

內容提要：本文以唯物辯證法和認知科學為理論依據，提出一種翻轉課堂教學模式的螺旋模型，給出模型各部分組成結構，介紹了模型中一個螺旋周期的運行過程。

提出將支架學習策略應用於模型中的微型學習資源開發和學習活動設計，列出學習過程各典型環節的支架形式和對應活動，分析了支架對螺旋模型各階段的支持作用。

模型和實現方法的可行性已經被實踐應用初步證實。

標題注釋：國家社會科學基金教育學重點項目「工業化、信息化、城鎮化、農業現代化同步推進下的農村教育發展與改革研究」(項目批准號：AGA120007)；江蘇開放大學「十二五」規劃課題「開放教育中的翻轉課堂研究與實踐」(課題編號：14SEW-C-058)。

[中圖分類號]G434 [文獻標誌碼]A

DOI:10.13811/j.cnki.eer.2015.10.013

一、引言

近年來，隨著信息技術的發展和廣泛運用，教學方式發生了許多新的變化，其中「翻轉課堂」(the Flipped Classroom)是目前熱門的研究和實踐對象，這種教學模式被世界各地的教師在各自學科領域中廣泛地運用。

有學者介紹了一些典型案例，如基礎教育領域中美國石橋小學數學課堂、高地村小學「星巴克教室」等，國內山西新絳中學「半天授課制」、上海育才中學「後茶館式」教學等[1][2][3][4]；高等教育領域的典型應用，國外有孟買印度商學院、澳大利亞昆士蘭大學英語學院、美國奧爾巴尼大學，國內有河南電大、廣東技術師範學院等[5][6][7]。

上述案例和研究大多是國外基礎教育成果介紹及本土化思考，具體本土化實施的還不多，有待一線教學嘗試，進而構造出本土化的實踐模式[8]。

除了實踐活動外，有學者對翻轉課堂進行了理論研究。

Gerstein將翻轉課堂分為參與體驗、探索概念、構建意義和展示應用等四個階段，構建出環形翻轉課堂模型[9]。

Talbert提出翻轉課堂三個階段：學生在課外看視頻，做練習；課內先快速測驗，再通過答疑、討論來解決問題；最後進行評價、總結和反思[10]。

金陵對比了美國可汗學院、林地高中和我國聚奎中學、木瀆高中的翻轉課堂教學實踐，提出自主學習和協作探究漸次提升的「翻轉課堂」[11]。

桑新民等提出「太極學堂」的課堂創新理念和實踐模型[12]。

鍾曉流等受到前者啟發，將翻轉課堂理念、太極思想、認知領域教學目標分類理論相融合，構建太極環式翻轉課堂模型[13]。

「太極學堂」和太極環式模型都是翻轉課堂這一教學理念和模式與中國傳統文化相結合的本土化應用形態，相關項目組已經開始了試點實踐工作，成效有待觀察和總結。

筆者以唯物辯證法和認知科學為理論依據，提出一種螺旋形的翻轉課堂模型，給出螺旋形各部分的組成實現和運行模式。

針對翻轉課堂兩大要素：信息技術支撐下的學習資源開發和合理的學習活動設計，基於建構主義理論，首次提出將支架學習策略應用於泛在環境下微型學習資源開發和自主、協同等學習方式中的教學活動設計，並詳細列出了支架在激發學習興趣、自主學習、協同學習和學習評價等典型階段的形式。

分析了支架策略對螺旋形翻轉課堂模型各階段的支撐作用，提出激發學習「能量點」的觀點。

介紹了應用本方法開發的實驗平台的工作機制，初步驗證本研究的可行性。

二、螺旋模型的理論依據和結構組成

(一)理論依據

唯物辯證法認為，一切事物的發展都是前進性和曲折性的辯證統一。

在認知科學研究基礎上，歸納翻轉課堂學習模式的基本特徵後，可以發現學習者習得知識的途徑具有螺旋形特徵。

首先，在翻轉課堂中，隨著學習活動的發生和學習成果的累積，在教學相長之間，學生的學習效用不斷增益，知識和技能水平不斷提升，呈現增長趨勢。

其次，由於眾多學習者的知識基礎、學習經歷、學習代價和學習價值觀各不相同，他們在信息技術支撐下，藉助精心設計的學習資源進行自我學習，內生知識系統和能力水平發生重構，經歷了從產生問題到解決問題的過程；在課堂(或其他情境)中與教師、同學進行討論時，再次經歷知識和能力結構的再造，在學習道路上獲取知識的軌跡曲折複雜，呈現出曲折上升的形態。

最後，由於學習知識的過程具有連續性，學生隨著學習的深入，又產生新的疑問，必須經過新的教、學過程解疑釋惑，一次學習的結束又成為新一次學習的開始，呈現出周期性規律。

上述三種特徵符合唯物辯證法中螺旋式上升的三個特點：事物的發展始終處於上升狀態；事物的發展從肯定到否定，再到否定之否定，從而在曲折中發展；事物的發展形成一個周期，一個周期的終點又是下一個周期的起點。

圖1反映了在翻轉課堂學習模式中，師生之間教學活動不斷發生、學習成效不斷增加的螺旋前進過程。

圖1 知識習得的螺旋過程

(二)螺旋模型的結構

以學習過程和結果呈螺旋式上升為理論依據，筆者提出一種翻轉課堂教學過程中的螺旋式模型，並給出模型各部分的組成。

圖2描述了翻轉課堂螺旋模型的某一次完整周期實施過程，分上下兩部分。

上部是泛在場景下的自主學習階段，學生在悉心設計的學習方案引導下，在精心製作的學習資源輔導下，根據自身既有知識技能水平和興趣需求，進行自主學習。

在自主學習時段，不同學生的時間和空間狀況各不相同，使用的學習手段呈現多樣性，所以其學習場景是泛在狀態的。

下部是在特定場景下的協同學習階段，表示在適宜學習的場景中，學生與教師、同伴進行協同學習的時期。

該時期學生的主要任務是在相關人員(教師或同伴)的支持下，通過問答、討論、實驗等多種形式，化解自主學習階段的疑問，加深對知識和技能的理解，完成知識和技能內化的過程。

圖2 翻轉課堂的螺旋模型和實現過程(局部)

螺旋模型上、下之間通過傳遞問題的形式相連，在「產生疑問—學習知識—釋疑解惑—產生新的疑問」中，完成「從肯定到否定，再到否定之否定」的螺旋式上升。

螺旋模型經歷了「啟動學習平台—獲取學習資源和任務單—學習微課程—記錄學習—完成測試—獲得成果—課堂討論答疑—知識技能內化」等八個主要階段，既表示了一次完整的翻轉課堂教學活動中需重點考慮的關鍵內容，也反映出學習者在翻轉課堂中的學習活動須經歷的過程和達到的目標。

螺旋的其餘部分重複上述過程，不同的是，覆蓋的區域更大，表示學習要求、學習難度、資源需求、學習成本更大。

能力地圖指引著知識間先修後續的關係，幫助學生了解自己的知識和技能狀態，它不斷地提示學生學到了什麼程度，還有多少沒有完成，以及什麼地方是需要特別努力才能完成的；時間管理功能為學生提供時間服務，用時間軸和時間規劃軟體管理和引導學生的學習進度，對學生起到督促和提醒的作用。

翻轉課堂螺旋模型最重要的組成部分是開發學習資源和設計學習活動。

學習資源是學生學習的主要依據和工具，為學生形成知識和技能奠定重要的基礎；學習活動是一種學習策略，是學習的活動方案和過程設計。

學習資源與學習活動互為依託，相輔相成，互相促進。

在翻轉課堂螺旋模型實踐中，筆者基於建構主義理論，提出將支架學習策略、微型學習資源開發和教學設計相結合的觀點，並詳細描述支架策略應用於學習資源製作和學習活動設計的框架。

三、螺旋模型關鍵要素及實現

(一)支架學習策略

蘇聯心理學家Lev Vygotsky提出「最近發展區」理論。

他認為學生有兩種發展水平：現有能力水平和潛在能力水平，兩者間的差距就是「最近發展區」[14]。

支架式教學(Scaffolding Instruction)通過腳手架攀爬作用，不斷把學生的智力、能力從低水平提升到高水平，消弭現有發展水平與潛在發展水平間的差異。

Davis指出「支架意指通過給予適當的幫助，學習者能達到原來無法達到的目標，參與原來無法參與的實踐」[15]。

支架策略(如圖3所示)有兩個關鍵問題，一是怎樣界定學生的實際發展能力和潛在發展能力，如何清晰地描述這兩種能力；二是驅動學生在支架上攀爬的動力是什麼，如何提供各種適宜的支架來幫助學生順利、高效地進行構思、轉化、檢查等一系列心智活動，完成知識和技能水平從低到高的過程。

圖3 通過「支架」消弭「最近發展區」的途徑

自然發展規律經歷量變到質變、再到量變的循環上升形態。

學生的「最近發展區」也符合自然規律，在不斷發展變化，推陳出新。

在翻轉課堂中採用支架教學策略，學生通過學習，知識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「最近發展區」又會出現，新的學習需求和活動又會發生，如此循環延續，在預測和提升中向外延伸。

精心設計翻轉課堂中支架的框架形式，妥善解決支架策略中兩個關鍵問題，就能提高遠程教育的有效性，實現既定的教育目標。

(二)微資源、微課程和微課教學

國外學者把微型學習資源稱為Micro-Lecture，通常是時長5～10分鐘的「一節短小的、用來呈現某個單一話題的錄像或錄音」[16]，其結構雛形是美國學者McGrew提出的課程三元素：概念引入(General Introduction)、釋義(Explanation & Interpretation)和示例(Specific Example)。

微型學習資源包被稱為Micro-Course，是以微視頻為中心的資源包，其概念粒度較Micro-Lecture更大，也被稱作信息組塊[17]。

微課教學稱為Micro-Lesson，可溯源到20世紀60年代的Micro-Teaching等概念，它包括教和學。

NYTU的Micro-Lesson項目中，培訓教師設計時長數小時、小容量、半獨立性、「運用信息技術來達到特定目標的小教學材料」[18]。

基於教學資源的Micro-Lesson活動較常見，它本質上屬於基於任務的教學方式，教師藉助微型視頻或多媒體課件講解相關教學要點，「翻轉課堂」模式就是Micro-Lesson的一種在線實踐模式。

國內學者中，胡鐵生較早提出「微課」一詞，並定義為「一個半結構化、網頁化、開放性、情景化的資源動態生成與交互教學應用環境」[19]。

單從凱認為微課程是在碎片化學習和移動終端發展的基礎上對學習資源的重新規劃[20]。

在2013年首屆全國高校微課教學比賽中，對微課的定位是「以視頻為主要載體，記錄教師圍繞某個知識點或教學環節開展的簡短、完整的教學活動」。

綜合來看，國內對「微課」相關概念的定義和描述包含了Micro-Lecture、Micro-Course和Micro-Lesson的基本要素。

微型學習資源、微課程和微課教學之間應是包含的關係，微型學習資源包構成完整主題的學習內容，集成到LMS(學習管理系統)中形成「微課程」，適宜運用在翻轉課堂中線上、線下的正式或非正式教育學習活動，支撐知識與技能的傳授和內化，成為「微教學」的工具。

三者在ICT支撐下，更注重在新媒介生態以及教育觀念上的轉變，從關注「教」轉變為「學」，從關注正式學習轉變到泛在的非正式學習。

在翻轉課堂中，微課教學活動能夠調動人們所有感官參與學習，時空上隨時隨地，方便靈活；內容上針對性強，富有啟發性；形式上生動活潑，體現出吸引力，同時激發了學習過程中的創造力。

隨著移動計算設備的快速發展、新媒介生態的改變、開放教育運動和快節奏工作生活催生下非正式學習活動的發展，今後各種形式的「微」形態教育學習模式在技術的支持下將趨向融合。

(三)螺旋模型中建構支架和微課教學方案

作為建構主義學習理論的應用形式，許多學者對支架式教學的理論及實踐進行了研究，但多偏重應用，較少探索和創新類的實踐。

檢索國內外文獻資料，尚無在支架理論指導下的微型學習資源開發研究，亦無支架式學習策略應用於微課教學方面的成果。

鑒於支架學習策略的科學性、合理性，以及微課學習的有效性，本文在翻轉課堂教學實踐中，嘗試將支架策略與微課資源開發和學習活動設計相結合，實現「支架式微課資源開發和教學活動設計方法」(Micro Scaffolding Instruction)，用於幫助學習者實現螺旋上升各階段知識和技能水平的提高。

支架式微課資源開發和教學活動設計方法是在建構主義學習理論和人本主義理論指導下，支架式教學活動在微課資源平台上的一種實踐應用。

它將「支架」思想融入微課開發和教學中，通過建立符合微課形式要求的支架式學習框架，創設合理的知識和技能學習情景，引導學習者進行自主探索、相互討論和協商，使學習成果在學習共同體中分享和激盪，促使學習者順利完成對目標內容認知結構的建設。

1.支架式微課資源的特徵

(1)課程特點是將授課內容按知識點劃分成若干微型學習單元，以課程視頻為核心，每個學習視頻控制在3～8分鐘，符合非正式、反覆學習需求。

(2)學習單元視頻分初、中和高階三類，各自按學習深度不同放置不同學習內容，向下兼容(見圖4)。

初階僅包含知識或概念的圖文描述，中階還包含相關的實例和應用，高階包含延伸拓展的內容。

三種視頻供學習者在不同的時空條件下(如在車站等車時對手機端的匆匆一覽，或是在家裡PC前充分學習)進行可以智能「裁剪內容」的學習。

圖4 三種層次課程資源間的關係

(3)教學活動設計中將各學習要素按照支架形式進行劃分，使用對應的支架搭建學習框架和情景，固化成範式。

(4)不同學習者感受到支架的學習支持作用有所不同，所以學習活動中要設計和提供多樣性的支架，形成「支架簇」，以增加支持能力。

(5)學習活動中使用提取練習方式，有效促進記憶知識的效果。

認知科學研究發現，「提取練習是一種有效的強記方法，較重複學習有更有效的長時記憶效果，即使沒有反饋(如給出正確答案)，常常也是有效的，有反饋則能增強測試的成效」。

視頻在關鍵知識點設置文字形式的思考練習題，學習者可以暫停視頻播放，思考和反思學到的知識。

(6)除提供微視頻外，還有更多形式的實踐操作和實習實訓活動，教師在過程中對學習者進行輔導，及時糾正學習過程中的誤區和認知偏差。

(7)多種評價策略。

適當的激勵和評價能促進學習者學習，教師對學習者的評價、學習者之間相互的評價，有助於鼓勵學習者在學習過程中進行批判性思維，激發他們的學習積極性和創造性。

2.資源和活動設計中主要支架形式

(1)學習興趣支架

翻轉課堂中泛在場景下的自主學習作為一種非正式學習的實踐形態，學習者通常處於一種邊緣性的投入與非連續的關注狀態，不能期望他們自身必然存在一個持續強烈的學習動機。

教師應考慮如何吸引和增強學習者的注意力，不斷給予可激發學習者投入持續注意力的激勵和反饋，在翻轉課堂螺旋模型中，自學階段的起始端按照情感結構要求建立情感支架，使用改善用戶體驗支架，如使用一段笑話作為引入等。

支架式微課資源開發和教學活動設計中可供激發學生學習興趣的支架類型和對應的活動樣例見表1。

(2)自主學習支架

自主學習是翻轉課堂螺旋模型中核心階段之一，必須仔細分析學生情況，精心設計教學模式，自主學習階段課程教學模式框架如表2所示，從課程特點、學習任務和互動模式等三個角度列出了對應的做法。

自主學習階段要能準確描述學生當前已有的能力水平和待培養的目標能力水平，找出兩者間的顯著差異，即「最近發展區」[21]。

圍繞發展水平差異，以能力形成目標搭建支架(見表3)，創建學習情境，將學生引入某種問題場景，使學習活動能在與實際知識技能運用情景類似的狀態中發生，學生能利用自己原有知識結構中的既有經驗去同化當前學習的新知識，在新舊知識體系間建立關聯。

教師要提出學習策略、任務和目標，然後努力激發學生的學習興趣，逐漸把學習的責任轉移給學生。

設計學習主題時，要把複雜的學習任務加以分解，構建能起到「支架」作用的學習節點框架。

在學生知曉解決問題的必要知識後，教師設計良構的典型問題或情景。

情景也可以認為是一種知識或文化背景，可以激發學生的聯想思維，學生從中習得解決問題的方法，從特殊場景中歸納出一般常態的技能。

(3)評價與反饋支架

適當的激勵和評價能促進學習者的學習[22]。

在微課學習資源和學習活動設計中，可以在關鍵知識點設置文字形式的思考練習題，放入—些通關小測試、練習小遊戲等，增強學生學習的興趣，同時通過交互獲得學生的學習反饋信息。

同儕互評(Peer Assessment)是由相同年級背景的學生，脫離學習者的角色，嘗試以教師的角色去評價同學。

讓學習者互評與由教師來評閱的專家模式具有相似的信度，以微型課程包為學習資源，以自評、互評和師評為評價策略，充分運用多種學習工具支持，體現了「以學習者為中心」的理念。

評價內容包括：自主學習能力、對小組合作學習所作出的貢獻、是否完成對所學知識的意義建構等。

表4列出了一些評價和反饋階段的支架及對應活動。

(4)協同學習支架

本階段可看做獨立探索階段的延伸，要求教師有較高的理論水平和實踐經驗，能激發學生的求知慾和好奇心。

教師加工處理待傳授的知識，整合問題，引發學生的思索和共鳴。

在所學知識的真實應用或類似環境中，學生通過目標定向活動進行學習，其情緒和狀態引向「支架」(如表5所示)的問題情境(學習節點框架中的某個節點)，把理解逐步引向深入。

翻轉課堂以學生為中心，學生以配對或組建小組的方式進行多人協作學習，關注知識和技能的培養[23]。

教師在整個教學活動中起組織者、指導者、幫助者和促進者的作用，需要選擇與實際問題緊密關聯的主題作為學習引入，構建講授知識內涵和外延的框架，把學習任務分配給小組成員，利用情景、合作、交流等學習環境要素，充分發揮學生的主動性、積極性和創新精神。

師生進行小組協商、討論，相互交流和分享學習成果，讓學生圍繞學習內容、主題和認知結構的要求建立概念框架。

討論的最終結果有可能使原來確定的、與當前所學概念相關的屬性增加或減少，各種屬性的排列順序也會調整，並使原來多種意見相互矛盾且態度紛呈的複雜局面逐漸變得明朗一致起來，學生在共享集體思維成果的基礎上，對當前所學概念進行全面、正確的理解，達到有效實現對當前所學知識的意義建構之目的。

在上述細分的支架形態和教學活動實例中，學生通過有支持的學習、獨立地思索、協作學習和群體討論，進行師生、生生之間的合理互動，最終完成知識和技能的建構。

學生是支架的搭建者和攀爬者，教師、同伴及教育教學活動是支架的主體和上升動力源，「以學生為中心」的教育理念在翻轉課堂螺旋模型各階段的學習活動中得到體現，教師使用支架理念和方式更有效地發揮了指導作用，學生的學習進程得到正確的引導，自我學習的潛能得到激發。

3.支架對螺旋形翻轉課堂支持作用的分析

學習者通過螺旋形翻轉課堂的學習活動，學識和技能獲得增益(見圖1)。

圖2展示了一個完整學習周期所經歷的各段活動，學習者在支架的支持下(見圖3)完成本段學習活動，向高一層活動攀爬。

在螺旋模型中，支架在學習各階段發揮著不同的作用。

圖5(a)對圖1的正視圖作了細化，可以用來分析支架在翻轉課堂螺旋模型各學習階段的作用。

在OA、BC、DE階段，學習者處於泛在場景自主學習階段，需要重構現有知識體系，學習形式以自學為主，對知識往往疑惑不斷、困難重重，所以設計支架系統時要提供強能量支持(強支架)。

m、n稱為「能量點」(Energy Points)，學習者通常在這些位置完成知識內化和技能生成的目標，此時支架系統要提供激發能量，幫助學習者順利跨越這些階段，達成預設的學習目標。

AB、CD、EF階段是特定場景協同學習階段，學習者將知識能力外化為應用能力，支架系統應以引導為主(弱支架)，指導學習者完成將所學知識應用於實際解題的過程，最後逐步撤除支架。

圖5(b)表示翻轉課堂螺旋模型各學習階段支架能量的大小。

圖5 支架對螺旋形翻轉課堂的支持作用

支架間通過「隼點」連接，預設問題是常用的隼點形式。

支架簇是提供給學習者的一系列「支架」的集合，幫助學習者完成學習。

設計和使用支架是有成本的，學習知識亦需付出時間和經濟代價，在知識獲取和學習代價間要給出一個平衡點，學習活動中每個時刻平衡點的集合構成翻轉課堂螺旋模型線的邊界，表示知識成本邊界(Merit Badges)，這一邊界同樣可用於支架式微課製作開發的成本考量。

圖5(a)中陰影區域波浪邊框線縱坐標絕對值表示支架成本，在滿足學習增益上升前提下，陰影區域面積越小，表示設計和使用支架支付的代價越少。

四、實踐與總結

按照本文提出的翻轉課堂模型，課題組開發了一個基於HTML5的小型LMS實驗平台，用於開展翻轉課堂螺旋模型各階段的教學實踐和改革。

限於篇幅，螺旋模型的翻轉課堂案例實踐將另文介紹，在後續研究中，各階段支架的內容和對應活動形式將不斷完善和豐富。

圖6 自主學習階段主要學習活動時序

自主學習階段的教育學習內容與過程相對較固定。

圖6描述了學生在教師的支持下，使用學習資源，藉助LMS的支持和管理，進行自主學習的過程。

該過程中包含了自主學習、學習過程記錄和學習結果評測等環節的活動發生時序。

特定場景下的協同學習過程形式多樣，難以用統一的活動時序來描述。

翻轉課堂是從「基於內容學習」(Subject-Based Learning)向「基於問題學習」(Problem-Based Learning)的教學模式的轉變，是「以教師為中心」的傳授式教育向「以學生為中心」的啟發式教育的轉變。

經過翻轉課堂，教師從「台上的智者」(Sage on the Stage)變成「身邊的指導者」(Guide on the Side)，可以用更多的時間「因材施教」，對學生進行個別化指導。

學生可以進行高度自主的學習，有更多時間思考，能與其他師生進行更有效率的討論，從而提升解決問題的能力。

通過翻轉課堂，連家長也能夠通過在家指導自己孩子的學習，很好地參與到教育中，增進親子感情。

翻轉課堂也不是完美的，有些教學研究結果顯示，學生對課堂結構的調整不太滿意，學習活動的多樣性容易引起學生的不安[24]，這就需要繼續研究學生學習活動舒適度的問題。

在自主學習階段，學習者能否自律完成學習任務，採用什麼樣的方式激發學習者的學習興趣和信心，涉及許多研究的內容。

翻轉課堂的教學模式，會增加學習者的學習時間，這對學習者是一種額外的開銷，學習的時間成本和效益是否對應，也是需要研究的方面。

翻轉課堂在充分利用現代信息技術和教育技術手段開展教學實踐的同時，不能忽視傳統課堂教學活動，高水平教師充滿人格魅力的課堂教學有著無法替代的價值。

在目前的翻轉課堂教學活動中，教師和學生尚缺乏實踐經驗和理論指導，新一代學生的思維方式、社交行為、價值觀念和人生態度都是翻轉課堂實踐領域中需要重點研究的方面。

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