支持翻轉課堂的網絡教學系統模型探究

張新明　何文濤

[摘要]依據翻轉課堂教學的要求，在對網絡教學視頻加工整合和對習題答案呈現方式優化的基礎上，通過學習動態一覽表實現學習監控的可視化，進而構建出支持翻轉課堂教學的網絡教學系統模型，最后詳細地闡述基于該系統模型的翻轉課堂的教學過程。該系統為翻轉課堂教學提供了強有力的信息技術支持，有利于降低翻轉課堂實施難度，提高學習效率和教學效果程。

[關鍵字]翻轉課堂；教學模型；教學視頻；網絡教學系統

[中圖分類號]G40-057 [文獻標識碼]A [論文編號]1009-8097（2013）08-0021-05 [DOI]10.3969/j.issn.1009-8097.2013.08.004

引言

隨著數字化學習（E-Learning）的不斷發展，網絡學習與面對面課堂學習有機結合的混合式學習（B-Learning）逐漸成為一種學習趨勢，其中，翻轉課堂（The flipped classroom）就是混合式學習中的一個創新教學模式。翻轉課堂的提出引起了國內外許多學者及一線教師的關注，但其研究大多集中在翻轉課堂教學模式及學科的應用上，對服務于翻轉課堂教學的網絡教學系統的研究較少。網絡服務支持的缺失，一定程度增加了翻轉課堂的實施難度，限制了翻轉課堂實際效果的發揮。因此，支持翻轉課堂的網絡教學系統的研究很有必要。本文通過網絡教學視頻資源的整合、習題答案呈現方式的優化和學習監控的可視化，來克服現存網絡教學系統中不利于學生自學的一些因素，進而構建出了支持翻轉課堂教學的網絡教學系統模型，并詳細地闡述了基于該系統模型的翻轉課堂教學過程，以期促進我國教育教學的改革。

一、翻轉課堂的內涵與教學模型

1.翻轉課堂的內涵

傳統學習過程一般分為信息傳遞和知識內化兩個階段，信息傳遞是通過教師在課堂上講授來完成的，知識內化主要是通過學生做作業或實踐完成的。而翻轉課堂與此恰恰相反，信息傳遞被放在課下，由學生自主學習完成，知識內化過程放在了課堂之上，在教師的幫助下，通過學生之間、師生之間的協作實現。翻轉課堂“課前傳授+課上內化”的教學形式與傳統教學過程正好相反，這是大多數人理解的傳統意義上的翻轉課堂，但卻忽視了翻轉課堂的兩個關鍵點：第一，課外真正發生了深入的學習；第二，高效利用課堂時間進行學習經驗的交流與觀點的相互碰撞能夠深化學生的認知。因此，筆者認為，翻轉課堂是指教育者借助計算機和網絡技術，利用教學視頻把知識傳授的過程放在教室外，給予學生更多的自由，允許學生選擇最適合自己的學習方式接受新知識，確保課前深入學習真正發生；而把知識內化的過程放在教室內，以便同學之間、同學和老師之間有更多的溝通和交流，確保課堂上能夠真正引發觀點的相互碰撞，使問題引向更深層次。觀看教學視頻和完成課前練習之后，學生對新知識的學習應達到深入理解的程度，而不是停留在簡單的預習上，在此基礎上，還需要借助課堂學習活動的有效組織來進一步提升學生的認知層次，使學生能夠達到對新知識進行遷移和應用的水平。這就需要錄制的教學視頻能讓學生輕松自學，并且保證學生自學的效果不亞于在課堂上面授的效果。同時，我們也應該認識到翻轉課堂并不是在線視頻的代名詞，富有成效的面對面互動學習活動才是翻轉課堂最重要的價值。翻轉課堂通過對學習時間的重新分配，給予學生更多自主支配的時間，使學生能夠根據自己步調控制各自的學習，真正做到了學習向學生的回歸，體現了學生學習的主體性：同時，與傳統教學模式相比，教師角色也發生了很大的轉變，教師逐漸由知識傳授者向教學資源開發者、教學幫助者、指導者轉變。

2.翻轉課堂教學模型

目前，翻轉課堂教學模型很多，但筆者認為張金磊提出的翻轉課堂教學模型（圖1）簡單易行、文理課程通用且比較完善。該模型有課前學習和課堂學習兩部分組成，其中，信息技術是翻轉課堂學習環境創設的有力杠桿之一。信息技術不僅要為在這兩種學習方式下進行高效學習的學生提供完善合理的學習支架服務，同時，也應該為學生的自主學習、師生間及學生間協作學習提供良好學習環境，幫助學生順利完成課前學習任務與課堂學習活動，真正發揮翻轉課堂良好的教學效果。教學視頻、練習習題、課堂學習活動是否有效組織是影響翻轉課堂教學效果的關鍵因素。因此，支持翻轉課堂的網絡教學系統應從這三方面著手，克服不利于學生自學的有關因素，為學生提供完善的學習支架服務和良好的學習環境，服務于翻轉課堂教學。

二、支持翻轉課堂的網絡教學系統核心模塊

依據翻轉課堂的教學理念，參考翻轉課堂教學模型（圖1）的實施要求，結合建構主義認知理論，克服不利于學生自學的因素，來構建支持翻轉課堂的網絡教學系統核心模塊。

1.網絡教學視頻資源整合

視頻文件憑借其自身兼具聲音、圖像，且擁有無法比擬的知識容量的特點，日益成為寶貴的教學資源，在教學中起著不可忽視的作用。根據翻轉課堂的特點及要求，對網絡教學視頻進行了以下幾方面整合：

（1）明確視頻教學信息

目前，我國的精品課程網站中提供了大量的教學視頻資源，主要是課堂內容的系統講授、解決教學的重難點、展示實驗過程以及輔助教學的視頻資源等，但這些教學視頻大多是對課堂實況的簡單錄制，沒有對教學信息進行二次深層加工，內容雜亂，問題針對性不強，并且無關信息較多，容易分散學生的注意力，不利于學生自學，難以保證學生能順利地完成知識的消化與吸收。

為進一步明確教學視頻所傳遞的教學信息，我們采用“錄屏軟件+PPT”的方式進行教學視頻錄制。選擇一個錄屏軟件，以PPT空白演示文稿為電子白板，依據學生的學習認知規律和知識的內在邏輯，把教學問題的講解過程一步一步地呈現在PPT演示文稿上，同時配以語音講解。這樣所錄制的教學視頻，除了教學內容和語音講解之外，沒有其他冗余信息，教學信息更加明確；與傳統教學視頻的全部教學內容的靜態呈現方式相比，這種教學問題講解過程的動態呈現更有利于幫助學生集中注意力，提高自主學習效率。

（2）細化知識單元粒度

現有的教學視頻一般是以課時為知識單元進行講授的，時長一般在45分鐘到1個小時，甚至更長，由于視頻包含著圖像和聲音，傳遞的信息極為豐富，若視頻片段過長，學生不能很好地消化視頻所傳遞的信息，只能是走馬觀花，反而達不到最佳學習效果；且每段教學視頻沒有配套的針對性練習，學生學到的知識得不到及時鞏固，學習效果一般較差。

依據翻轉課堂教學實施的要求，把課堂教學內容分為課前教學視頻和課堂學習活動兩部分，課前教學視頻主要是把一節課的教學內容劃分為若干具體問題，每個具體問題使用一個微視頻進行講解，并配以相應的針對性練習進行鞏固。而課堂學習活動則是由一系列有深度的習題或主題活動組成的，用來引發學生觀點的相互碰撞，深化學生認知。通過這種問題或活動的方式來完成對教學視頻知識單元的進一步細化（圖2）。需強調的是微視頻的時長應該控制在學生注意力集中的時間范圍內，不能過長，一般是以20分鐘之內為佳，但也不能過短，須確保問題講解的完整性。

2.習題答案的過程性智能呈現

目前，網絡系統中的練習大多是章節性練習，問題針對性不強，尤其是習題答案是靜態地整體呈現，不利于學生思考。在習題強化的過程中，為學生提供恰到好處的幫助，有利于提高學生獨立分析、解決問題的能力。為此，每個小問題增設一項“智能幫助”功能，為學生提供當前完成步驟的下一步的解題分析，幫助學生分析解決問題。如果學生能順利完成該習題，智能幫助系統將會提供詳細的習題解答過程，作為學生參考對比的依據。但如果學生對當前步驟不能準確作答時，下一步的解題分析將不再提示，防止學生為單純地完成學習任務而投機取巧。考慮到一些習題難度很大，學生需要思考很長時間或在他人的幫助下才能順利完成，我們又為每個小問題設置一項“重做”功能。當學生在解答習題過程中遇到疑惑并在解題分析的幫助下仍不能解決時，學生可以通過協作學習方式向教師或學習同伴請求給予幫助，然后選擇重做功能將習題答案加以完善。最后，學生對問題的回答情況及其他學習記錄信息，將通過云平臺進行匯總處理，幫助教師和學生了解學生的學習動態。

3.網絡學習監控機制的可視化

網絡學習監控是指為了確保學生學習成功，提高學習效果和質量，對學生網絡學習活動進行計劃、檢查、評價、反饋、控制和協調的一系列過程，包括學生的自我學習監控和教師對學習過程的監控。在翻轉課堂中，無論是課前的知識傳授還是課堂活動的學習，都大力倡導學生自主學習、協作解決問題，這就需要學生自己控制學習活動，如果學生的自我控制能力較弱，學習效果就會很差，因此，教育者需要尋求必要的措施來實施學習監控。一個有效的網絡教學系統則需要提供一個支持教師和學生了解學生狀態的途徑，并可以采取恰當的針對性教學干預，從而監控學生的學習過程，促進高質量的遠程學習得以發生。為此，我們將學生觀看教學視頻的時間、練習或活動中習題的完成進度及對錯結果等學習記錄信息轉換成一個可視化的二維表（表1）形式進行表示，將學習動態直觀地展現給教師和學生，搭建起一個多維學生行為數據與網絡教學用戶之間的信息理解與交互的橋梁，實現了教師對學習者的學習監控和學習者的自我學習監控。

學習動態二維表是以課時為單位生成的，當學生登錄到網絡教學系統進行××課程第××課的內容學習時，系統就會自動生成一個如表1的學習動態二維表，其中，表名會準確標示學生在網絡教學系統中所處的學習位置。表的第一列是學生姓名屬性，第一列之后的每列都是一個具體的問題屬性，每一行代表一個學生記錄。坐標（StdY，VatX）表示學生StdY的第x個問題，它所呈現的顏色主要是取決于學生學習任務的完成情況，其中習題的正確解答情況決定綠色進度條的長短。當學生未對問題（StdY，VatX）進行任何相關的學習時，（StdY，Var X）一直顯示為白色，一旦學生開始觀看講解該問題的教學視頻或做針對性練習中的習題，（StdY，Varx）立刻會顯示為黃色，表示學生正在進行該問題的學習。當學生順利地并準確無誤地完成了某問題一部分習題時，以問題（Std 1，Var 2）為例，它中的S1部分會顯示綠色，表示該問題完成的進度，s2部分仍然顯示為黃色的，表示學生還在努力的完成剩下的習題，如果也能順利完成，（Std 1，Var 2）整體會顯示為綠色，表示學生在學習該問題時沒有遇到任何困難，如果遇到疑難習題不能正確解答或直接進入下一問題的學習時，S2部分會顯示為紅色，表示學生遇到了自己無法獨立解決的問題，把鼠標放到問題（Std 1，Var 2）上時，學生Std 1對問題2的詳細的學習記錄信息就會通過列表的形式全部顯現出來，實現了對學生的整體學習結果的可視化呈現。

學習動態一覽表不僅可以為學生提供內容可視化的學習導航和學習路徑，使其得到學習引導，避免信息迷航；又可以呈現出其他學習同伴（如高手）的學習路徑和學習結果，幫助學生準確定位求助對象，提高了學習效率；實現了學生學習進度的公開化，起到了表揚、激勵優秀學生和督促、提醒暫時落后學生的作用。在翻轉課堂教學過程中，教師通過學習動態一覽表可以獲得真實的學習信息，為科學的教學決策提供依據，又可以對學習進度較慢的學生加以督促，使其回到正常的學習軌道上來，同時，教師只需重點關注顯示為紅色的疑難問題就可以有針對性的排除學生的學習障礙，有利于提高教學效率，節省教學時間。

三、支持翻轉課堂的網絡教學系統模型

1.支持翻轉課堂的網絡教學系統的基本結構

基于以上改進，所設計的支持翻轉課堂的網絡敦學系統模型（圖3）采用B/S三層架構：中間層是由教師登錄界面和學生登錄界面組成的功能層，是整個系統的核心，主要用來傳遞用戶和系統間的交互信息，保證翻轉課堂教與學的順利完成。底層是數據層，用來存放各種教學資源并為功能層提供數據服務，該層的數據庫包括學生信息庫、學習記錄信息庫、教學視頻資源庫和習題答案庫。用戶界面、數據庫相互獨立，而用戶與服務器層之間的交互是通過功能層實現的；B/S三層體系架構開發技術已經相當成熟，較易實現。

2.支持翻轉課堂的網絡系統功能及工作流程

根據翻轉課堂在實施過程中的實際需要，在該系統模型的功能層中專門設計了相關的功能，包括面向教師教學和面向學生學習兩大功能模塊，每個模塊的具體功能及其工作流程如圖4所示。用戶（教師、學生）登錄系統時，先對用戶的身份進行判斷，當被檢測為教師用戶賬號（教師公用賬號）并通過密碼驗證時，將會直接進入教師教學功能界面；如果不是教師用戶，則需判斷學生是否注冊；當學生第一次使用時，系統會提示學生進行實名注冊，并把注冊信息儲存到學生信息數據庫里面，然后才允許學生登錄系統進行學習。

翻轉課堂教學模式把學習的自主權交給了學生，允許按照自己的學習節奏、學習習慣來安排課前學習的時間。但考慮到部分學生的自制力較弱，尤其是非寄宿的中小學生，再加上教師不在學習現場，很難保證學生自覺完成課前學習任務，會嚴重影響課程的整體進度，從而難以發揮翻轉課堂教學模式應有的教學效果。為了保證學生課下深入學習的真正發生，我們采取了家長督學這一個措施，允許家長用教師的公用賬號（不驗證密碼）進入教師功能界面，但只賦予家長瀏覽學習動態一覽表的權限。通過這種方式，讓家長實時了解孩子的學習情況，督促學生學習。

四、基于該系統的翻轉課堂教學過程

支持翻轉課堂的網絡教學系統是為翻轉課堂打造的教與學網絡平臺，為翻轉課堂的實施提供強有力的技術支持。參考翻轉課堂教學模型（圖1），借助本系統的教學過程如下：

1.課前知識傳授

教師在翻轉課堂的網絡教學系統中主要擔當教學資源（微教學視頻、習題、課堂主題活動）的開發與發布、教學安排、學習的個性指導與監控等工作。在進行課前知識傳授時，首先要求教師提前把整合好的教學內容通過“教學視頻管理”和“活動練習管理”分別上傳到服務器的教學視頻庫和習題答案庫里面，并在“論壇成果評價”上發布教學進度公告：然后要求學生登錄到教學系統，根據教師的課時安排，通過“課堂學習”、“課程測試”兩個功能模塊進行課程內容的學習，此時系統會把學生觀看教學視頻的時間和習題的完成情況等詳細的學習信息記錄下來，保存到服務器的學生記錄數據庫里，并通過生成一個學習動態一覽表直觀地表現出來。學生通過學習動態一覽表了解他人的學習進度，進而準確定位求助對象，再通過“即時交互”功能與該對象或教師進行交流，協作解決疑難問題。同時，教師借助一覽表監控學生的學習，對進度較慢的學生適當加以督促，而對學生問不能解決問題，則給予重點指導。需要加以說明的是“即時交互”是以聊天室的形式進行實現的，用戶登錄系統進行課內容教學或學習時，系統就會自動生成一個包含學習本課所有用戶的類似QQ群的聊天室，既可以群聊，又可以對個人發起臨時會話。

2.課堂學習活動的組織

翻轉課堂教學與網絡在線學習最大的區別就是充分高效地利用課堂教學時間，組織課堂學習活動幫助完成知識的內化。課堂學習活動是基礎知識的延伸、深化，有利于啟發學生的發散思維，鍛煉學生的分析和解決問題的能力，培養學生的團結協作精神。課堂學習活動根據學科的不同分為主題式、習題式和混合式三種方式，文科性課程一般采用主題式或混合式，而理科課程一般采用習題式。課堂學習活動組織時，首先要求教師和所有學生登錄到教學系統，然后教師進行言語激勵，引導學生積極參與到學習活動中，學生再通過“課程測試”功能模塊進行學習。在學習過程中，學習動態一覽表會呈現出活動的完成進度及結果。在學習動態一覽表的幫助下，學生可以離開座位動態組成學習小組，通過討論探究，合作解決問題。教師通過學習動態一覽表實時關注學生的學習，根據教學的實際情況，在巡視的過程中給予學生針對性的個性化指導。

課堂學習活動結束之后，要求學生通過“討論共享”模塊把學習成果上傳到網上，讓學生之間互評共享，最后要求教師對整堂課的學習內容的知識脈絡進行梳理、歸納、總結，并對學生的學習成果做出評價，鼓勵其再接再厲。

五、小結

支持翻轉課堂教學的網絡教學系統模型通過對網絡教學視頻的加工整合和習題答案呈現方式的優化，克服了傳統網絡教學系統中的一些不利于學生自學因素，極大地提升了學生在線學習的效率；并通過學習動態一覽表實現學習監控的可視化，不僅有利于促進學生間協作學習，提升學習成效，還有利于教師和家長監控學生的學習，督促學生完成學習任務，也有利于教師在翻轉課堂教學的過程為學生提供及時的、有針對性的個性化輔導，節省教學時間，提高教學效率。

該網絡平臺模型為翻轉課堂教學模式的順利實施提供了技術方面的支持，使翻轉課堂的教學優勢得到充分發揮，促使教師從繁重的教學任務和作業批改中解放出來，讓教師有更多的時間開發教學資源和解決學生的學習問題，有利于革新我國傳統教育教學觀念，促進我國教育教學的深入改革。