在線同伴提問策略對深度學習能力的影響研究
——以云計算課程為例

范慜慜，劉 丹

（遼寧師范大學計算機與信息技術學院，遼寧大連 116081）

0 引言

隨著知識經(jīng)濟時代的發(fā)展，人才結構性過剩與短缺并存，高精尖人才、復合型人才嚴重短缺等問題逐漸凸顯，社會和國家對高校提出了更高的人才培養(yǎng)要求。李志河等發(fā)現(xiàn)深度學習有助于提高學生高階思維能力，有助于培養(yǎng)21 世紀緊缺的創(chuàng)新型人才；劉紅晶等發(fā)現(xiàn)SPOC 助學群組能夠有效組織深度學習，促進學習共同體對知識的深度理解，提高問題解決等高階思維能力。

計算機學科具有實用性和通用性強、多學科融合等特點，隨著計算機科學與技術的不斷發(fā)展，信息化課堂教學創(chuàng)新及學習方式變革停留在碎片化、標簽化和模式化層次上，整體上缺乏深層特征。高校計算機課程教學策略需要加大改革力度，以適應我國現(xiàn)代課堂教學改革要求，改變“互聯(lián)網(wǎng)+教育”發(fā)展滯留在“知識傳遞”范式的局面，幫助學生形成積極主動的學習態(tài)度并掌握深度學習能力。

1 相關研究

1.1 同伴提問與提出問題能力

同伴提問相關研究，源自于學習策略對學習共同體及其學習結果影響的研究，鄭蘭琴等發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡學習空間中的同伴互助手段主要集中在分享信息、解釋信息和提出問題3個方面，并且提出問題在科學探究中占據(jù)主導地位，因此培養(yǎng)學生提出問題能力是提高學生科學探究能力的重要內容。不同研究者對提出問題能力的結構劃分不同，經(jīng)歸納梳理后發(fā)現(xiàn)學生提出問題能力主要包括：問題意識、形成問題能力和表述問題能力。在線環(huán)境中，學生面對同伴的大量提問，需要掌握辨別問題優(yōu)劣的能力，能夠判斷哪些問題更值得探索，因此評價問題能力也是提出問題能力的一個重要維度。

綜合以上研究，本文確定了提出問題能力的4個維度：問題意識、形成問題能力、表達問題能力和評價問題能力。問題意識指學生在學習活動中，經(jīng)常意識到一些難以解決的實際或理論問題，并產生一種懷疑、困惑、探究的心理狀態(tài)；形成問題能力指學生處于問題情境中，將問題意識轉化為問題能力，具有相關性、靈活性、探究性、批判性和創(chuàng)新性等特征；表達問題能力指學生用簡潔的語言將產生的疑惑明確地表達出來，讓他人理解、體會和掌握的能力；評價問題能力指學生按照目標多元、方式多樣的原則，結合自身經(jīng)驗構建評價體系，對自己或他人提出的問題進行全方面多層次評價的能力。

1.2 深度學習與深度學習能力

深度學習最早由Ference Marton &Roger Saljo 提出，也被譯為深層學習或深層次學習。黎加厚教授認為，深度學習指學生在理解的基礎上，批判地學習新思想和事實，并將其融入原有認知結構，在眾多思想間進行聯(lián)系，并將已有知識遷移到新的情境中，作出決策和解決問題的學習。隨著研究的不斷深入，深層次學習的界定出現(xiàn)了學習方式說、學習途徑說、學習目標說、學習過程說、能力說5 種不同的觀點。就深度學習達到的能力取向而言，杜娟等認為深層次學習具有注重批判理解、強調信息整合、促進知識建構、能夠遷移運用、面向問題解決5個基本特征；張浩等認為，深度學習要求學生主動建構、深化理解深層知識并遷移運用，進而實現(xiàn)問題解決能力、批判性思維、創(chuàng)造性思維、元認知能力等高階能力發(fā)展。

綜合以上研究，本文確定了深度學習能力的6個維度：遷移學習能力、批判性思維、問題解決能力、溝通協(xié)作能力、創(chuàng)造性思維和元認知能力。遷移學習能力指學生能夠深入理解學習內容，不僅能在相似情境中解決問題，也能在新情境中分析判斷并將知識與技能遷移運用的能力；批判性思維指學生在理解的基礎上進行批判性學習，能夠辯證地看待新知識并深入思考，加深對深層知識和復雜概念的理解；問題解決能力指學生通過學習相關知識、應用技術與工具發(fā)現(xiàn)和解決問題的能力；溝通協(xié)作能力指學生進行小組協(xié)作學習時，清晰地組織思路和語言，與同伴有效溝通的能力；創(chuàng)造性思維指學生在學習過程中，闡述、分析和評價自己的想法，并從他人的想法中得到啟發(fā)，再反饋到自己創(chuàng)新過程中的能力；元認知能力指學生掌握自身心理狀態(tài)、能力、任務目標、認知策略等，同時對自身各種認知活動的計劃、監(jiān)控和調節(jié)能力。

2 面向深度學習的同伴提問策略設計

2.1 研究環(huán)境

課程場所為“超星學習通”平臺，依托云計算課程，課前教師將學習資源上傳到學習通平臺。采用A∕B 組對照的方法，即單因素被試間設計，將遼寧師范大學計算機與信息技術學院88 名在校本科生隨機分為實驗組44 人和對照組44 人。實驗組采用同伴提問策略進行在線課程學習，對照組則采用傳統(tǒng)在線學習策略進行學習，所有班級均為統(tǒng)一教師授課，共計16 周。

2.2 評價量表

（1）大學生深度學習能力調查問卷。在楊寧編制的問卷基礎上進行適當修改，形成大學生深度學習能力調查問卷，該問卷共有32個題項，包括遷移學習能力（5 題）、批判性思維（5 題）、問題解決能力（6 題）、溝通協(xié)作能力（6題）、創(chuàng)造性思維（5 題）和元認知能力（5 題），問卷采用Likert 5 點計分（1“完全不符合”～5“完全符合”）。問卷總信度系數(shù)為0.955，使用KMO 系數(shù)進行效度檢驗，KMO 值為0.779，問卷整體的信效度較好。

（2）大學生提出問題能力PTA 量表。PTA（Primary Trait Analysis）即“基本要素特征分析法”，由美國教師沃爾弗德和安迪生等共同研究出的一種對學生開放性任務的評價標準，其評價模式對科學探究能力、提出問題能力等難以量化的能力評價提供了一個客觀、可操作性強的工具。本研究的PTA 分析維度為“問題意識”“形成問題能力”“表達問題能力”和“評價問題能力”4個維度，使用層次分析法確定各項指標權重。最終得到大學生提出問題能力PTA 指標權重評價量表，如表1 所示。

2.3 面向深度學習的同伴提問策略教學設計

實驗組課程全程采用5E 教學模式進行在線授課，5E教學模式是一種建構主義教學模式，由美國的生物學課程研究會（Biological Sciences Curriculum Study，BSCS）在Atkin-Karplus 學習環(huán)的基礎上提出，包含參與（Engage）、探究（Explore）、解釋（Explain）、精致（Elaborate）和評價（Evaluate）5個環(huán)節(jié)。深度學習也是一種典型的建構性學習，重視學生對知識主動建構的過程。借助5E 教學模式實現(xiàn)深度學習，以學生提出問題為起點，能夠充分發(fā)揮學生的主動性與積極性。學生借助教師和同伴的幫助，利用必要的學習資料，通過意義建構的方式獲得知識，同時提升深度學習能力（見圖1）。

Table 1 PTA index weight evaluation scale for college students’ability to ask questions表1 大學生提出問題能力PTA 指標權重評價量表

本文以“云安全”一課為例，介紹基于5E 教學模式的同伴提問策略在云計算課程中的實施過程。

（1）參與：學生進行深度學習的初步體驗環(huán)節(jié)。“云安全”是繼“云計算”“云存儲”之后出現(xiàn)的“云”技術的重要應用，已經(jīng)在反病毒軟件中取得了廣泛應用。課前教師通過快問快答的方式，了解學生對云安全概念的掌握情況，將云安全內涵、關鍵技術和相關標準等內容融入到問題情景中，促進學生思考，引發(fā)發(fā)生新舊知識的認知沖突，引導學生主動提出問題，從而激發(fā)學生的學習興趣，為深度學習提供學習動力。

（2）探究：學生解決同伴提問的環(huán)節(jié)。學生在超星學習通討論平臺提出問題后，其他同學可以獨立探索，也可共同探究問題答案。以云安全關鍵技術為例，學生提出“云安全的關鍵技術有哪些？”，同伴回復“虛擬化安全、數(shù)據(jù)安全、身份認真和訪問管理、加密與解密、容災與恢復、用戶隔離等”，其他同學可以對自己感興趣的內容進行深入探究，例如“不同層次采用隔離機制是否相同？每個層級之間的隔離機制有什么區(qū)別？”，也可以對現(xiàn)有答案進行補充，例如“除樓上的答案，還包括訪問控制、網(wǎng)絡安全、安全審計技術”。教師在此階段扮演顧問的角色，提供間接指導，鼓勵學生共同協(xié)作。此環(huán)節(jié)是學生進行深度學習的關鍵階段，側重培養(yǎng)學生的問題解決能力與批判性思維。

（3）解釋：深度學習中生成新知識的環(huán)節(jié)。學生在討論區(qū)對問題展開充分的解釋與探究，合理質疑同伴觀點，例如“樓上同學說NIST 標準適用于樓主提問的情境嗎？”。教師在所有學生解答結束后，統(tǒng)一規(guī)范講解云安全的內涵、關鍵技術和相關標準，并著重講解學生存在理解偏差的知識。此環(huán)節(jié)側重培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力與批判性思維。

（4）精致：深度學習中遷移運用新知識的環(huán)節(jié)。教師在學生提出問題的基礎上，挖掘問題的深層次知識，例如“除已經(jīng)提到的阿里云，云安全的典型案例還有哪些？”。教師采用小組探究形式，引導學生在新的問題情境下探究新知識，學生在查找云安全典型案例的過程中，利用所學知識回答，也可隨時在討論區(qū)提出新的疑問，例如“Amazon與阿里云的安全措施有什么異同點？”，幫助學生不斷內化新知識，實現(xiàn)深度學習。此環(huán)節(jié)側重培養(yǎng)學生的團隊協(xié)作能力、遷移學習能力以及創(chuàng)新性思維。

（5）評價：以過程性評價為主。深度學習的評價方式以教師評價為主，同時輔之以學生自評和同伴互評，對學習過程及結果進行綜合考察。學生利用“同伴提問評價量表”對同伴提出的問題與解釋進行打分，并且撰寫反思報告，對自己的認知加工過程進行自我評價，并及時調整認知策略，此環(huán)節(jié)側重于培養(yǎng)學生的元認知能力。

Fig.1 Peer questioning strategy teaching design based on 5E teaching mode圖1 基于5E 教學模式的同伴提問策略教學設計

3 結果統(tǒng)計與分析

3.1 差異性分析

研究采用單因素方差分析對兩個實驗組的深度學習能力進行分析，結果如表2 所示。分析發(fā)現(xiàn)，使用實驗組學生的深度學習能力明顯優(yōu)于對照組學生，單因素方法分析結果p<0.05，表明兩個實驗組學生的深度學習能力差異顯著，即基于同伴提問策略是影響大學生深度學習能力的主要因素。

Table 2 One-way analysis of variance results of deep learning ability of the two experimental groups表2 兩個實驗組深度學習能力的單因素方差分析結果

3.2 回歸分析

采用相關性分析對同伴提問能力與深度學習能力的關系進行分析發(fā)現(xiàn)，提出問題能力的4個維度與深度學習能力各維度均存在顯著相關性。根據(jù)這一結論進行回歸分析，將提出問題能力的4個維度代入回歸分析模型，參考溫忠麟等提出的中介效應和調節(jié)效應檢驗方法，鑒定回歸分析中提出問題能力的4個子維度對深度學習能力的影響類型，相關變量進入回歸分析后，如果回歸系數(shù)變?yōu)椴伙@著，則相關變量起到完全中介作用；如果回歸系數(shù)依然顯著且正負方向未變，則相關變量起到部分中介作用；如果回歸系數(shù)發(fā)生正負方向改變，則相關變量起到調節(jié)作用。經(jīng)過回歸分析發(fā)現(xiàn)，結果如表3 所示，問題意識、形成問題能力和表達問題能力起部分中介作用，評價問題能力起到調節(jié)作用。

Table 3 Regression analysis results of the ability to ask questions on the ability of deep learning表3 提出問題能力對深度學習能力的回歸分析結果

4 學習者深度學習能力提升策略

4.1 創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學習動機

問題是基于5E 教學模式的深度學習的起點，“問題”應來源于生活或接近真實生活，當問題所含的知識量少于教學內容時，難以達到教學目標，并且學生的能力得不到提升，當問題所含的知識量超出教學內容時，會打擊學生的自信心，導致學生失去對深度學習的興趣。由此可見，問題的設計會影響深度學習能力的發(fā)展，教師應合理創(chuàng)設問題情境，激發(fā)學生的內在動機。

4.2 以學生為主體，以教師為主導

基于5E 教學模式的深度學習以“學生為主體，以教師為主導”，教師要營造良好的教學氛圍，喚起學生強烈的求知欲望，引導學生自主探究。同時，教師應及時轉變角色，在參與階段教師是整個學習過程的設計者和組織者，在探究、解釋、精致階段教師轉變成學生自主學習過程的幫助者和監(jiān)督者，學生討論過程中的引導者和鼓勵者，在評價階段承擔評價者和總結者的角色。

4.3 借助教學支架，實現(xiàn)模仿學習

維果斯基發(fā)現(xiàn)，當解決問題或執(zhí)行任務時，學生從同伴的互動中所取得的成就遠大于他們獨立完成的成就。借助同伴和提問支架，學生模仿同伴提問思路和問題解決方法，并得到足夠強化。在模仿學習中，學生不僅僅是對同伴行為進行簡單復制，而是對自身認知過程進行重新調節(jié)，促進其溝通協(xié)作、解決問題能力的發(fā)展，使學生逐步掌握深度學習能力。

4.4 細化評價標準，實行多元評價

現(xiàn)有研究中的同伴提問評價標準過于寬泛，教師應結合相應課程的特點，鼓勵學生主動參與制定和實施細化的評價標準，借此培養(yǎng)學生自評、自改的能力，激發(fā)學生深度學習的興趣與積極性。同時，實行過程評價和結果評價相結合、同伴互評和學生自評相結合等多元評價方式，關注學生的主體地位，促進學生全面發(fā)展，綜合評價學生的問題意識以及形成、表達和評價問題等能力，便于教師進行針對性強的單項能力練習，從而全面提升深度學習能力。

5 結語

本文在云計算課程中實施基于5E 教學模式的在線同伴提問策略，取得了較好的教學效果，以同伴提問為起點，以培養(yǎng)深度學習能力為主線貫穿整個教學過程，調動了學生的專業(yè)學習熱情，提高了學生的計算思維和編程能力。在計算機課程中融入同伴提問策略，可作為計算機教學改革的著力點，也可為計算機人才培養(yǎng)提供參考。發(fā)揮人工智能、大數(shù)據(jù)等新技術優(yōu)勢，構建以面向真實、個性、深度體驗為特征的新型課堂，為學生提供深度學習體驗，培養(yǎng)大批“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的創(chuàng)新人才。