基于個性化記錄數(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)，將課堂講解時間由實驗和課內(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；⑥知識鞏固階段的缺乏，導(dǎo)致學(xué)生評價總體提升不明顯。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)、課堂個性和評價反饋存在欠缺，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，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)計來克服這種“水土不服”癥狀。相對美國的“個性化”教育，我國教師也期望時刻掌握學(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，甚至做到個性化的一對一學(xué)習(xí)，使動手實踐學(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，將各個階段獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，輔助教師掌握學(xué)生個性化。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)合在線平臺的實驗評測記錄，及時發(fā)現(xiàn)講解視頻中不易理解的地方，實現(xiàn)監(jiān)督和實時解疑；利用實驗記錄跟蹤數(shù)據(jù)對學(xué)生進(jìn)行能力分級，設(shè)計實驗課堂教學(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)課堂模式的實現(xiàn)。

1.2 收集個性化數(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)果實時反饋給教師。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)、實驗完成評測、課堂演示答疑和課后鞏固4 個階段。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)計課堂中要解決的重要問題，規(guī)劃課堂討論方向和時間。記錄實驗課上的學(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)容和安排個體輔導(dǎo)。翻轉(zhuǎn)課堂中的個性跟蹤設(shè)計如圖1 所示，圖中六邊形位置表示跟蹤的時段。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)生個性化的學(xué)習(xí)過程，將評價內(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)過程中不同個體的知識掌握程度，反饋給教師，找出學(xué)生在動手實驗過程中的不足之處。

2 基于個體數(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)課堂中的個性跟蹤設(shè)計方案

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和易忽略的位置。在我校2018 學(xué)年數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程的跟蹤中，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。哈夫曼樹的知識點包含3 段視頻，構(gòu)建樹、哈夫曼編碼和平均編碼長度計算。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)計可節(jié)約多少時間”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)時間、知識點和評測結(jié)果數(shù)據(jù)對視頻學(xué)習(xí)和自評價過程進(jìn)行跟蹤。圖2 顯示了30 名學(xué)生的某知識點任務(wù)評測和學(xué)習(xí)時間的關(guān)系，將自學(xué)評測的成績除以7 與學(xué)習(xí)時間的比較。分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生的學(xué)習(xí)時間和學(xué)習(xí)結(jié)果具有正相關(guān)性，但當(dāng)知識點具有一定難度時，會導(dǎo)致學(xué)習(xí)效果不好。因此得出該視頻對個別學(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 個性化狀態(tài)數(shù)據(jù)形成教師關(guān)注點

缺乏激勵式深入探究的教學(xué)設(shè)計是翻轉(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觀察和把握的一個重要的學(xué)習(xí)狀態(tài)。

在個體交流上，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)。可從如下幾個方面進(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，問題解決方案的分級，問題的難度等。

從實際數(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，在布置實驗任務(wù)時，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。”由于其作業(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，是實驗課堂設(shè)計的較優(yōu)選擇。

圖2 視頻學(xué)習(xí)時間與不同學(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)生在不同實驗知識點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)每個學(xué)生在各個階段在掌握程度上的不同。例如，以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)實驗課程為例，獲取2017 學(xué)年實驗任務(wù)發(fā)布后的學(xué)習(xí)效果的聚類。在實驗任務(wù)進(jìn)行1/3 時，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)存在一個學(xué)習(xí)狀態(tài)不良的學(xué)生聚類同屬一個宿舍。因此，通過學(xué)生輔導(dǎo)員的協(xié)助和督促，利用單獨任務(wù)和課堂提問，促使了這個宿舍的學(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。該部分時間將分配到掌握知識不及時和不牢靠的學(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)計方法提供了依據(jù)。

3 結(jié)語

實驗課程教學(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，盡可能提高每一個學(xué)生的能力。翻轉(zhuǎn)課堂利用了更多的時間來兼顧每一個學(xué)生，使得教學(xué)過程更有針對性。本文的實驗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)行重點研究。