認知診斷在翻轉課堂中的優化方法研究

杜偉克

【摘要】翻轉課堂將學生設為課堂的“主角”，有助于發展學生的問題解決能力、小組協作能力以及科學的探究精神。然而傳統翻轉課堂的在線測試無法為教師提供學習者準確的知識掌握情況，致使教師的“教”缺乏數據支撐。認知診斷技術可以為翻轉課堂的在線測驗環節提供更為精確的診斷信息，使教師的“教”和學生的“學”更具針對性。

【關鍵詞】翻轉課堂;在線測驗 認知診斷

“翻轉課堂”顛覆了傳統課堂的教學模式，真正遵循了“以學生為主體，教師為主導”的授課理念，在教育界廣受歡迎。在線測驗已經成為當前翻轉課堂測驗環節的主流方法，在翻轉課堂的教學模式下，教師需通過隨堂測驗來檢驗學生的自主學習情況，并開展有針對性的教學。在線測驗在翻轉課堂教學模式中運用的愈加廣泛，通常采用客觀題的方式展開，學生在作答過程中經常出現猜對、失誤等情況，導致教師無法準確發現學生的學習困難，“認知診斷”技術可以為翻轉課堂的在線測驗環節提供更為精確的診斷信息，向教師提供學生準確的知識點掌握情況，使得教師得以把握學生的疑難問題并引發其積極討論，從而實現學生對知識的深度內化，優化翻轉課堂的教學效果。

1、翻轉課堂

Bloom《教育目標分類：認知領域》中提出思維的六級別：識記、領會、應用、分析、綜合、評價。大教育家孔子提出過：“不憤不啟，不悱不發”，當學生在充分思考后仍然無法表達和理解清楚教學內容時，需要教師進行充分的指導和啟發。翻轉課堂遵從了這一規律，先讓學生自主學習，充分思考，然后教師做為學生學習的指導者，幫助學生解決問題，促進學生知識內化。這種先學后教的形式使課堂氛圍更加活潑，在教育界深受歡迎。

不論是在自主學習階段，還是在課堂實施階段，翻轉課堂始終遵循“以學生為主體，教師為主導”的教學理念，教師是學生學習的指導的幫助者。筆者查閱大量翻轉課堂的相關文獻，總結出翻轉課堂的教師和學生活動的組織架構，如圖1。

（一）制作教學視頻。翻轉課堂相比傳統課堂而言，教師需要進行更充分的課前準備，教師在明確教學目標及教學內容只要，需要根據教學內容將知識點分解，為每個知識點準備教學視頻。

（二）發布自主學習任務單。翻轉課堂注重任務驅動教學，教師需要在課前將課堂中需要完成的學習任務以清單的形式列出，學生明晰課堂任務單之后，可以進行有針對性的自主學習。

（三）課堂內化。只有在頭腦中建立新舊概念的關系，才能夠達到有意義學習。老師與學生、學生與學生之間基于問題的協作與交流能夠有效促進知識的內化。

2、翻轉課堂在教學應用過程中遇到的困難

（一）在線測驗無法準確呈現學生的知識掌握情況

在翻轉課堂的教學模式下，教師需通過隨堂測驗來檢驗學生的自主學習情況，并開展有針對性的教學。在線測驗在翻轉課堂教學模式中運用的愈加廣泛，通常采用客觀題的方式展開，學生在作答過程中經常出現猜對、失誤等情況，導致教師無法準確發現學生的學習困難，“認知診斷”技術可以為翻轉課堂的在線測驗環節提供更為精確的診斷信息，向教師提供學生準確的知識點掌握情況，使得教師得以把握學生的疑難問題并引發其積極討論，從而實現學生對知識的深度內化，優化翻轉課堂的教學效果。

（二）千篇一律的課后任務或加重學生學習負擔

為學生“減負”是一個長久的教育問題，繁重的課后作業讓學生失去了大量課外空間，不利于學生“德”、“智”、“體”、“美”、“勞”全面發展。如果能夠準確掌握學生的知識掌握情況，可以為學生“定制”個性化課后作業，對于掌握不夠熟練的知識點加以補救和強化，已經熟練掌握的知識點的相關試題可以適量刪減。

3、認知診斷

隨著社會的發展，人們認為傳統測量提供的單一成績不足以呈現被試者的認知過程與技能的掌握情況，基于認知心理學和心理測量學認知診斷應運而生，它興起于20世紀中后期，認知診斷的過程就是將被試者認知結構清晰化的過程，學習者的知識狀態、知識結構信息能夠有效的促進教與學，認知診斷在這些優勢的推動下迅速發展。

認知診斷理論包含六十余種統計解釋模型，本研究主要參考的認知診斷理論是Tatsuoka規則空間模型（Rule Space Model）。規則空間模型將答題運用的知識、技能等定義為屬性，當被試者完成試題后，我們可以把被試者的答題情況劃歸為某一項目反映模式，進而推出被試者的屬性掌握模式，即知識、技能的掌握情況，進而將反應被試者的學習情況，這為實現有針對性的補救教學提供了依據。確定學生的學習狀態需要兩個步驟，生成理想項目反應模式;劃歸被試者個體知識點掌握情況。

①生成理想項目反映模式

1.向學習輔助系統輸入認知點依賴關系。教師需要根據教學內容確定屬性（知識點）之間的依賴關系，并輸入學習輔助系統。如，A3知識點掌握的前提是同時掌握A1和 A2知識點，此時三個認知點依賴關系如下：

2.向學習輔助系統輸入測試題目。假設測試項目T1考察A1知識點，測試項目T2考察A1、A3知識點，測試項目T3考察認知A2和A3知識點。知識點（認知屬性）與測試項目的對應關系如表1所示。

表1 測試項目與知識點之間的關系

3.生成期望反應模式。屬性模式表示知識點的掌握情況，理想情況下，每個期望項目反應模式僅對應一個理想屬性模式。假設引用向量fi描述被試者的知識點掌握情況，ei=1代表被試者已掌握知識點，ei=0代表未掌握。引入向量fi描述某測試項目下被試者得分情況，fi=1表示得分，fi=0表示未得分。則理想屬性模式與之對應的期望反應模式如表2所示：表2 期望反應模式與理想屬性模式

表2中編號為3的理想屬性模式010，它表示被試只掌握了A2知識點，從表1可知，被試者不能答對任何一道試題，那么對應的期望反應模式為000。

②劃歸個體知識點掌握情況

被試者完成測試后，規則空間模型將被試者的實際作答情況劃歸為某一期望項目反應模式，進而得到學生知識點掌握情況。當被試者由于猜測或失誤，導致實際實際作答情況偏離理想項目反應模式時，我們利用馬氏距離計算兩者之間的偏離程度，尋找被試著最接近的知識點掌握情況。

將基于規則空間模型的認知診斷技術融入到翻轉課堂教學中，我們可以獲取更精確的學生知識點掌握情況，方便教師適時改變教學重點難點、調整教學策略，保證學生順利內化所學知識。

4、認知診斷在翻轉課堂中的優化方法研究

精確的學生知識點掌握情況是翻轉課堂成功實施的重中之重，本研究將基于規則空間模型的認知診斷技術應用于翻轉課堂的在線測驗環節，包括確定知識點關系、生成題庫、隨堂測試、生成診斷報告、課堂補救。

在教師活動中，課前發布的題庫應根據層級關系生成，課中的指導教學也基于認知診斷結果。如圖3所示。

在學生活動中，學生需要完成的是基于知識點層級關系的題庫，這有助于檢測出學生的學習困難，學生了解到自身學習困難所在之處后 ，可以在課堂交流中積極提出疑問，在老師和同學的幫助下解決學習疑問，有助于學生知識的深度內化。課后，學習輔助系統會判斷出學生哪些知識已經掌握，哪些知識需要強化，為學生推薦個性化課后作業，學生不必完成統一的課后作業，而是基于個人認知診斷結果的個性化課后任務。如圖4所示。

當授課完成后，學生若仍然對某些知識點存在疑問，可以進行個性化補救教學，學習輔助系統會基于認知診斷結果進行個性化推送教學視頻，主要包含兩個基本過程：形成認知診斷報告、個性化推送。學生自主補救學習流程如圖5所示。

5、結語

提升課堂教學效率和質量是一個永恒的話題，本研究提出的認知診斷在翻轉課堂中的優化方法研究對于提高課堂教學效果具有重要意義。翻轉課堂將教師從課堂的“主角”轉變為“幕后英雄”，將課堂還給學生，有助于發展學生的問題解決能力、小組協作能力以及科學的探究精神。然而翻轉課堂的某些環節仍有可改進的地方，理論上認為認知診斷的引入能夠使教師的教和學生的學更具針對性，越精確的認知診斷結果越有助于精準補救教學，生命不息，對于教育的研究不止，認知診斷在教育中的應用研究之路阻且長，我們將在今后的教學過程中不斷實踐，為研究認知診斷優化教育盡綿薄之力。

參考文獻：

[1]Cognitive Learning Theory[G]//Encyclopedia of Public Health. Springer，Dordrecht， 2008：131–131.

[2]張金磊，王穎，張寶輝.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志，2012，30（04）：46-51.

[3]何克抗.從“翻轉課堂”的本質，看“翻轉課堂”在我國的未來發展[J].電化教育研究，2014，35（07）：5-16.

[4]鐘曉流，宋述強，焦麗珍.信息化環境中基于翻轉課堂理念的教學設計研究[J].開放教育研究，2013，19（01）：58-64.

[5]劉群群.臺灣國文科補救教學的研究[D].上海師范大學，2018.

[6]余嘉元.運用規則空間模型識別解題中的認知錯誤[J].心理學報，1995（02）：196-203.

[7]郭磊.認知診斷理論及其應用[J].心理技術與應用，2013（02）：27-31+34.

[8]Baker J D. Affective and Cognitive Learning in theOnline Classroom[A].見： Encyclopedia of the Sciences of Learning[M]. Springer， Boston，MA，2012：163–165.

[9]李冰.認知診斷支持下的補救教學優化方法及應用研究[D].河南師范大學，2019.

[10]黃宏濤，張若，李海龍，葉海智.基于近似子圖的實時教學 認知診斷模型設計與應用[J].現代遠程教育研究，2018（04）：97-105+112.

[11]宋劍杰.項目反映理論在計算機輔助測試中的應用[J]. 科技信息（科學教研），2007（32）：15-16.