基于個(gè)性化記錄數(shù)據(jù)集的學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)勢研究

鮑 宇，李希妍，張艷群，趙玉均，張愛娟

（中國礦業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

0 引言

翻轉(zhuǎn)課堂（flipped classroom）是一種通過網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)手段將課上課下教學(xué)活動進(jìn)行互換的教學(xué)模式。該模式通過學(xué)生課下以視頻等其他媒介形式進(jìn)行自學(xué)，將課堂講解時(shí)間由實(shí)驗(yàn)和課內(nèi)討論等活動代替，達(dá)到充分利用課堂教學(xué)，完成疑難解答或創(chuàng)新引導(dǎo)的教學(xué)目標(biāo)[1-2]。該模式在2000年由美國Lage 等人在美國邁阿密大學(xué)教授“經(jīng)濟(jì)學(xué)入門”時(shí)使用[3]，美國科羅拉多州WoodlandPark High School 的化學(xué)老師 Jonathan 等人推廣，逐漸作為一種新型的教學(xué)模式流行起來[4]。2012 年Flipped Learning Network（FLN）的成立、各大名校的微視頻和可汗學(xué)院的發(fā)展都預(yù)示著這種模式的具有提升教學(xué)質(zhì)量的優(yōu)勢[4]。國內(nèi)開始于2011年重慶市江津聚奎中學(xué)對適合本校的翻轉(zhuǎn)課堂基本模式的探討，并逐漸在全國各地開始流行開來，成為國內(nèi)教學(xué)改革的方向之一[5]。

當(dāng)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式引入國內(nèi)高校后，效果不能達(dá)到預(yù)期結(jié)果。除了硬件的條件之外，“形似而神不似”[6]或是“效果不顯”[7]是目前翻轉(zhuǎn)課堂本土化過程所面臨的問題，主要存在如下表現(xiàn)：①視頻學(xué)習(xí)缺乏互動和監(jiān)督能力，學(xué)生自學(xué)遇到的問題無法及時(shí)得到反饋；②學(xué)生認(rèn)為視頻足以學(xué)習(xí)，導(dǎo)致出勤率下滑；③研討內(nèi)容停留在知識掌握階段，缺乏吸引力和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣的動機(jī)；④課堂研討缺少針對性，讓學(xué)生認(rèn)為自己課堂表現(xiàn)不佳；⑤評價(jià)體系的嚴(yán)重不足和僵化，不能適應(yīng)學(xué)生全方位的學(xué)習(xí)表現(xiàn)的評價(jià)；⑥知識鞏固階段的缺乏，導(dǎo)致學(xué)生評價(jià)總體提升不明顯。究其原因，除了政策導(dǎo)向和硬件設(shè)施之外，還在視頻學(xué)習(xí)、課堂個(gè)性和評價(jià)反饋存在欠缺，有很大一部分原因是在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念和方法上的差異導(dǎo)致的，是本土化過程必須要考慮的[8]。我國在引入和采用該模式時(shí)，需要充分注重“中國特色”，注重中美教育觀念和背景的差異，著眼于本土化特征，進(jìn)行修補(bǔ)和提升，才能更好地為我國教育服務(wù)。

1 基于個(gè)性數(shù)據(jù)集的翻轉(zhuǎn)課堂收集方案

1.1 翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)態(tài)勢跟蹤思路

鑒于中美兩國歷史文化淵源、教育現(xiàn)狀及發(fā)展水平的差異，翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的引入和本土化，是一個(gè)迫切而又艱巨的研究課題[8]。在其“移植”到我國的教育生態(tài)系統(tǒng)過程中，需要針對性的設(shè)計(jì)來克服這種“水土不服”癥狀。相對美國的“個(gè)性化”教育，我國教師也期望時(shí)刻掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)度和狀態(tài)。

學(xué)生通過各種計(jì)算機(jī)媒介手段，可以自學(xué)未知內(nèi)容，提高效率，并由此引發(fā)課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容的極大變化，促使課堂學(xué)習(xí)更有針對性，甚至做到個(gè)性化的一對一學(xué)習(xí)，使動手實(shí)踐學(xué)習(xí)走向深入。數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，平臺軟件可針對學(xué)生學(xué)習(xí)的過程，將各個(gè)階段獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，輔助教師掌握學(xué)生個(gè)性化。例如，從講解視頻學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)，獲取學(xué)生學(xué)習(xí)“卡住”的位置和學(xué)習(xí)效率，結(jié)合在線平臺的實(shí)驗(yàn)評測記錄，及時(shí)發(fā)現(xiàn)講解視頻中不易理解的地方，實(shí)現(xiàn)監(jiān)督和實(shí)時(shí)解疑；利用實(shí)驗(yàn)記錄跟蹤數(shù)據(jù)對學(xué)生進(jìn)行能力分級，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)內(nèi)容，讓不同層次學(xué)生都有機(jī)會思考問題，吸引學(xué)生出勤，激發(fā)不同能力的學(xué)生學(xué)習(xí)熱情；用跟蹤數(shù)據(jù)建立評價(jià)方法，讓學(xué)生學(xué)習(xí)過程表現(xiàn)得更為具體，體現(xiàn)出學(xué)生學(xué)習(xí)中的努力和進(jìn)步，讓學(xué)生感受成就感。

在上述思想基礎(chǔ)上，結(jié)合課程人數(shù)、教師信息化能力、課程改革成本和學(xué)生自主能力，建立了一個(gè)學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)跟蹤評估平臺，輔助教師評估學(xué)生各階段學(xué)習(xí)狀態(tài)，幫助翻轉(zhuǎn)課堂模式的實(shí)現(xiàn)。

1.2 收集個(gè)性化數(shù)據(jù)的翻轉(zhuǎn)課堂平臺

在翻轉(zhuǎn)課堂學(xué)習(xí)過程中，基于前期研究與所建立的輔助平臺[9]，增加跟蹤學(xué)生狀態(tài)的內(nèi)容，將結(jié)果實(shí)時(shí)反饋給教師。根據(jù)翻轉(zhuǎn)課堂的學(xué)習(xí)階段，跟蹤主要是針對講解視頻學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)完成評測、課堂演示答疑和課后鞏固4 個(gè)階段。講解視頻學(xué)習(xí)和自我評測的記錄可以體現(xiàn)學(xué)生自學(xué)過程中的問題。據(jù)此，教師結(jié)合學(xué)生課前疑問，可以設(shè)計(jì)課堂中要解決的重要問題，規(guī)劃課堂討論方向和時(shí)間。記錄實(shí)驗(yàn)課上的學(xué)生反映和課后的鞏固練習(xí)記錄數(shù)據(jù)，將階段評估、課后鞏固為一個(gè)階段，最終評測只是用于對教師總體教學(xué)的反饋。依據(jù)這些數(shù)據(jù)，教師容易發(fā)現(xiàn)要講解補(bǔ)充的內(nèi)容和安排個(gè)體輔導(dǎo)。翻轉(zhuǎn)課堂中的個(gè)性跟蹤設(shè)計(jì)如圖1 所示，圖中六邊形位置表示跟蹤的時(shí)段。在此過程中，跟蹤學(xué)生在共享平臺的操作過程，利用后臺程序來記錄學(xué)生學(xué)習(xí)過程，反映學(xué)生個(gè)性化的學(xué)習(xí)過程，將評價(jià)內(nèi)容擴(kuò)展至學(xué)習(xí)過程。通過發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的差異，了解在學(xué)習(xí)過程中不同個(gè)體的知識掌握程度，反饋給教師，找出學(xué)生在動手實(shí)驗(yàn)過程中的不足之處。

2 基于個(gè)體數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)態(tài)勢案例分析

2.1 資源利用的態(tài)勢分析提升資源制作能力

圖1 翻轉(zhuǎn)課堂中的個(gè)性跟蹤設(shè)計(jì)方案

師生互動是課堂交流和學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。它提供了一個(gè)良好教學(xué)環(huán)境和氛圍，促使教學(xué)獲得較好的效果。文獻(xiàn)[10]中認(rèn)為，翻轉(zhuǎn)課堂中的“交互”（interactive）體現(xiàn)在“雙向交流”，包括語言的、非語言的、情感的因素。想要促進(jìn)“雙向交流”，教師就要激發(fā)并保持學(xué)生參與活動的興趣。

通過學(xué)生完成任務(wù)或提問獲取“共同偏好”。例如，在知識掌握上，通過學(xué)生行為的平均值，獲取學(xué)生自學(xué)過程中較為感興趣的點(diǎn)和易忽略的位置。在我校2018 學(xué)年數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程的跟蹤中，利用了問題提出的記錄、視頻重復(fù)度和重復(fù)位置，結(jié)合知識點(diǎn)自我查缺補(bǔ)漏的結(jié)果，獲取了學(xué)生在哈夫曼樹構(gòu)建過程中的記錄，并進(jìn)行分析。哈夫曼樹的知識點(diǎn)包含3 段視頻，構(gòu)建樹、哈夫曼編碼和平均編碼長度計(jì)算。在視頻重復(fù)播放的記錄中，發(fā)現(xiàn)構(gòu)建樹的過程觀看重復(fù)度最高，其重復(fù)度見表1，顯示學(xué)生更在意樹的構(gòu)建。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，該部分具有動畫和步驟講解，相對其他兩個(gè)部分，更為生動和形象。因此，在課上調(diào)整了問題的發(fā)布方式，通過問題“2017 年高考分?jǐn)?shù)段統(tǒng)計(jì)可節(jié)約多少時(shí)間”來貼近學(xué)生生活。在后繼階段評測跟蹤中，顯示該措施明顯提高了學(xué)生對該知識點(diǎn)理解的正確率，明確了后期講解視頻制作的方向。

表1 視頻重復(fù)率與知識掌握程度關(guān)系表

又如，講解視頻學(xué)習(xí)過程播放時(shí)間與不同學(xué)生的理解程度對比如圖2 所示。利用學(xué)習(xí)時(shí)間、知識點(diǎn)和評測結(jié)果數(shù)據(jù)對視頻學(xué)習(xí)和自評價(jià)過程進(jìn)行跟蹤。圖2 顯示了30 名學(xué)生的某知識點(diǎn)任務(wù)評測和學(xué)習(xí)時(shí)間的關(guān)系，將自學(xué)評測的成績除以7 與學(xué)習(xí)時(shí)間的比較。分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)時(shí)間和學(xué)習(xí)結(jié)果具有正相關(guān)性，但當(dāng)知識點(diǎn)具有一定難度時(shí)，會導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不好。因此得出該視頻對個(gè)別學(xué)生而言具有難度，可以擬定重錄視頻或加強(qiáng)針對性指導(dǎo)。

2.2 個(gè)性化狀態(tài)數(shù)據(jù)形成教師關(guān)注點(diǎn)

缺乏激勵(lì)式深入探究的教學(xué)設(shè)計(jì)是翻轉(zhuǎn)課堂出勤率下滑的主要原因[4]。深入探究式學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)者對知識的理解和理解程度是教師需要隨時(shí)觀察和把握的一個(gè)重要的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

在個(gè)體交流上，追蹤學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，不僅可以有效督促學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)，還可以有針對性地進(jìn)行個(gè)體“關(guān)注”，從而使學(xué)生感受“被關(guān)注”，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。反映學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的觀察參數(shù)有很多，從視頻數(shù)據(jù)、回答自評測問題數(shù)據(jù)、提問的問題數(shù)據(jù)、幫助正確率和課堂活躍度來嘗試分析學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)?？蓮娜缦聨讉€(gè)方面進(jìn)行收集：學(xué)生自學(xué)視頻后提出的問題，視頻重復(fù)度和重復(fù)點(diǎn)，問題解決方案的分級，問題的難度等。

從實(shí)際數(shù)據(jù)中，分析獲得學(xué)生的關(guān)注度和解決問題的方法。例如，某學(xué)生在解決二叉樹的問題上運(yùn)用遍歷的思想。因此，在布置實(shí)驗(yàn)任務(wù)時(shí)，對該生專門指出“老師認(rèn)為你對二叉樹遍歷方法掌握較為熟練，請你使用遞歸程序來解決該問題?！庇捎谄渥鳂I(yè)與眾不同，學(xué)生專門回信致謝教師對其的關(guān)心，并利用遞歸思想將所有問題重新完成一次，以自我鍛煉。這表明通過追蹤，可以更為有效地關(guān)注到課堂不活躍的學(xué)生，并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)該類學(xué)生所存在的問題。

2.3 學(xué)習(xí)分組數(shù)據(jù)聚類分析學(xué)生群組狀態(tài)

回答或解釋具有最多人數(shù)的共同疑問，是實(shí)驗(yàn)課堂設(shè)計(jì)的較優(yōu)選擇。

圖2 視頻學(xué)習(xí)時(shí)間與不同學(xué)生的理解程度對比

利用跟蹤數(shù)據(jù)，通過聚類分析來對學(xué)生在不同實(shí)驗(yàn)知識點(diǎn)或不同疑問的掌握程度上進(jìn)行分類。通過跟蹤數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)每個(gè)學(xué)生在各個(gè)階段在掌握程度上的不同。例如，以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)課程為例，獲取2017 學(xué)年實(shí)驗(yàn)任務(wù)發(fā)布后的學(xué)習(xí)效果的聚類。在實(shí)驗(yàn)任務(wù)進(jìn)行1/3 時(shí)，對70 人左右的班級，使用階段評估數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。在學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)評估聚類結(jié)果中，結(jié)合學(xué)生名單分析，發(fā)現(xiàn)存在一個(gè)學(xué)習(xí)狀態(tài)不良的學(xué)生聚類同屬一個(gè)宿舍。因此，通過學(xué)生輔導(dǎo)員的協(xié)助和督促，利用單獨(dú)任務(wù)和課堂提問，促使了這個(gè)宿舍的學(xué)生跟上了學(xué)習(xí)進(jìn)度。

根據(jù)獲取的聚類結(jié)果分配課堂時(shí)間，會導(dǎo)致與優(yōu)秀學(xué)生的課堂交流減少，但該部分學(xué)生一般會主動同老師交流，影響不大。該部分時(shí)間將分配到掌握知識不及時(shí)和不牢靠的學(xué)生身上。

為分析該方法是否有效，選取在2017 年度教授同一門課程的兩位教師的教學(xué)效果進(jìn)行對比，其中一位教師利用講解視頻學(xué)習(xí)的評估結(jié)果，針對性地利用課堂討論來進(jìn)行分析性學(xué)習(xí)；另一位教師則是課堂講解，學(xué)生利用網(wǎng)絡(luò)平臺進(jìn)行自我學(xué)習(xí)和評測。兩種方法的有效樣本數(shù)均取40，使用階段評測的均值，并對比較的知識點(diǎn)評測結(jié)果進(jìn)行歸一化處理。二者比較分析的結(jié)果顯示前者效果比講授后再進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)自我學(xué)習(xí)的效果要好。通過上述分析，為后期課堂教學(xué)設(shè)計(jì)方法提供了依據(jù)。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)的目的是讓學(xué)生掌握動手的基礎(chǔ)能力，但學(xué)生能力不同，需要在培養(yǎng)共性的前提下，盡可能提高每一個(gè)學(xué)生的能力。翻轉(zhuǎn)課堂利用了更多的時(shí)間來兼顧每一個(gè)學(xué)生，使得教學(xué)過程更有針對性。本文的實(shí)驗(yàn)平臺仍然處于嘗試階段，有些問題還未找到相應(yīng)的跟蹤數(shù)據(jù)，致使部分評測效果不明顯，后續(xù)將針對相應(yīng)問題進(jìn)行重點(diǎn)研究。