系統(tǒng)化思維下線上教學的認知均衡設計與實踐應用
——信息科技學科網(wǎng)課教學實踐與思考

金建峰

上海市廊下中學

一、 引言

在“停課不停學”的背景下，啟動了“空中課堂”、網(wǎng)課等一系列在線教育活動。相對于傳統(tǒng)教育，在線教育具有共享優(yōu)質教育資源、突破時空限制等優(yōu)勢，但也有學生自制力減弱等問題。如何發(fā)揮在線教育優(yōu)勢，彌補其不足，提升在線教育的質量和效能，是每個教育工作者要面對的問題。

二、 問題緣起

上海市廊下中學是一所鄉(xiāng)鎮(zhèn)學校，網(wǎng)絡學習的學生家庭硬件設施差異較大。在解決了全校所有學生（365 人）的家庭寬帶問題后，經(jīng)問卷調研得知，仍有123 人（占33.7%）只能依靠智能手機進行在線學習。這對信息科技這種注重實踐操作的學科教學來說，是個不小的挑戰(zhàn)。

在線教育教師與學生在空間上是分離的，在時間上同步、異步都有。各學科“空中課堂”多采取“錄播+線上答疑”形式授課，雖講解新穎、內容豐富，但網(wǎng)上課堂深度交流與有效監(jiān)督欠缺，師生情感、臨場感、歸屬感弱，學生的自律和數(shù)字化學習能力的差異影響了居家學習效能。

面對這樣的情勢，如何設計有效的教學方式，依托在線教育平臺，準確把握在線課堂認知負荷的“度”，來優(yōu)化設計、開展教學，是本文研究的主要內容。

三、 系統(tǒng)化思維下線上教學的實踐研究

《科學素養(yǎng)的基準》一書中提到，高層次思維的重要標志之一是具有能從系統(tǒng)各部分來考慮整體，又能從各部分之間以及各部分與總體之間的相互關系來考慮各部分的能力［1］，并由此認為 “系統(tǒng)化思維（systems thinking）”是21 世紀所需的重要技能。

無論是整體推進的“互聯(lián)網(wǎng)+ 教育”，還是目前疫情期間的在線教學，網(wǎng)絡學習知識碎片化程度高，學生較難形成系統(tǒng)的知識框架，使得一些重要概念和細節(jié)知識尚未定位，缺乏合理的知識結構排布和布局。因此，一個能幫助學生建構良好的知識框架的學習系統(tǒng)的構建就尤為重要。

（一） 線上教學實踐可視化路徑探索

學校為線上教學做準備，推出了網(wǎng)上備課操作手冊、網(wǎng)絡教學工作要點1.0 版和2.0 版。線上教學一共3 套優(yōu)化組合方案。

方案1 采用QQ 群視頻直播+ NAS 的組合。利用班級QQ 群、年級QQ 群分享屏幕開展直播教學。利用文件管理服務器NAS，分學科建立存儲。教師為本學科教學梳理單元知識結構、教學資源；學生建立賬號，下載學科資源、上傳作業(yè)。在線下梳理學科系統(tǒng)知識結構，彌補線上教育不足。

方案2 采用騰訊課堂+QQ 群視頻直播+ Moodle 課程平臺的組合。以Moodle 課程平臺為依托，添加“活動”與“資源”相結合的混合式教學方式：用騰訊課堂和QQ 群直播進行在線課堂教學；Moodle 課程對學科資源、知識結構進行梳理、強化，平臺檢測教學效果。

方案3 采用騰訊課堂+QQ 群視頻直播+金山區(qū)智慧教育云平臺的線上、線下混合教學模式，采用金山區(qū)智慧教育云平臺的導學中心（類似課程平臺結構）進行學科資源建設，補充直播教學的不足。

3 套方案各有利弊：方案1 是文件傳遞類平臺，受帶寬限制，服務器無法承載師生同時在線。方案2 適合學校長期開展校本資源結構化建設（服務器內網(wǎng)部署），但需租用外網(wǎng)IP，經(jīng)過網(wǎng)安等保評估，不可避免地部分功能實施受限。方案3 資源非本地（校內）部署，教師的知識產(chǎn)權無法保障。

3 個方案都是直播+教育平臺的混合式教學方式。直播教學解決知識點的即時呈現(xiàn)、理解與反饋。平臺的作用是促進各個知識點之間形成序列，“點線面”結合，最終形成結構良好的知識系統(tǒng)。這也是系統(tǒng)化思維的本質——促進學習者形成結構化知識和技能。

（二） 均衡認知負荷的教學設計和實踐應用

根據(jù)認知心理學中的大腦信息加工理論，單位時間內，難度高、知識量大的課堂教學，會造成學生大腦認知的局限，形成認知負荷過高問題。相反，當人的大腦認知行為單一時，大腦中的認知活動一直處于空閑之中，極易造成注意力不集中，影響認知工作的有效性。因此，網(wǎng)上課堂教學應盡量采用均衡課堂認知負荷的教學設計策略，滿足教學認知負荷與學生認知資源之間的相符度，在學生付出一定努力的同時，提高知識獲取效率、心理滿意度，提升教學能效［2］。

1. 網(wǎng)課教學的認知均衡設計

上海市初中信息科技學科在“空中課堂”發(fā)布的內容每課時20 分鐘左右，各校學生都在觀課后再與任課教師網(wǎng)上互動。

（1） 教學內容的重構

空中課堂觀課后，我們以市級教學的課程和進度作為參考，對課堂內容與活動方式做出適合本校學生的重構。由于約三分之一的學生只能使用智能手機觀課與操作，學生手機App 安裝與正確使用在有限課堂教學時間中的認知負荷承載過高，所以教師提前錄制好微視頻，在教學內容方面，根據(jù)編程應用程序的附帶資源作出調整，逐步實現(xiàn)認知次序有序，認知目標、任務均衡，認知知識多方位呈現(xiàn)的均衡教學設計。

（2） 認知任務、次序、知識均衡的教學設計

以圖形化編程“重復執(zhí)行”這一網(wǎng)課的課前、課中、課后為例。

課前，一是需要解決App 的正確使用問題，并配以微視頻提示，降低了操作上的認知負荷。二是作業(yè)反饋激活學生的已有知識架構、與課堂教學知識的相關性和相符度等先驗知識（圖1）。

圖1 作業(yè)反饋激活原有知識，關聯(lián)新知識

課中，關注核心關鍵知識點和關鍵活動步驟的多方位呈現(xiàn)（圖2），包括圖示、微視頻以及教師演示，降低認知負荷。而 “重復結構”中“小鳥扇動翅膀飛向花朵”的腳本安排（關鍵步驟），則是適當提升認知負荷，激發(fā)學生學習的興趣。

圖2 多方位呈現(xiàn)新知識

課后，除學生自主操作、學習以及作業(yè)反饋外，依托問卷星平臺，檢測并記錄學生對關鍵知識點的學習情況，以便及時調整教學設計。使得學生在付出一定努力的同時，提高知識獲取效率和學習滿意度。

2. 均衡認知負荷的實踐應用

根據(jù)本校學生學習的實際情況，對資源信息在知識呈現(xiàn)和知識獲取之間設置“閘門”，來實現(xiàn)基于認知資源的合理使用。從一課時到整個單元的知識點梳理，則依托在線平臺完成，這樣才能形成知識點、知識線到知識面的系統(tǒng)化、結構化知識。

（三） 學生網(wǎng)絡學習的信息反饋

在線教學期間，總體感覺學生間學習的差異開始拉大，部分學生與教師的點對點溝通多了起來，但還是有一部分同學游離在“學習圈”的外圍。

在對網(wǎng)課的學習情況進行的階段性抽樣問卷調研中（總樣本357 人），我們發(fā)現(xiàn)學生總體對網(wǎng)課學習持積極的態(tài)度。表示“喜歡”的有196 人，占54.9%，表示“還可以”的有145 人，占40.62%。

如表1 所示，學生愿意參加網(wǎng)絡學習的前兩位原因是“資源非常豐富，有利于擴大知識量”（響應率27.54%）和“網(wǎng)絡學習可以隨時回看視頻資源，有助于提高學習效率”（響應率26.86%），說明“資源”與“回看”在網(wǎng)絡教學中極其重要。

表1 愿意參加網(wǎng)絡學習的原因

如表2 所示，學生在網(wǎng)絡學習中碰到的最大問題是“缺乏正確的方法指導，遇到問題不能得到及時的解決”（響應率28.34%）。

表2 在網(wǎng)絡學習過程中遇到的問題

如表3 所示，學生在網(wǎng)絡學習中最大的需求是“及時解決我提出的問題”（響應率29.08%）。

表3 網(wǎng)絡教學中學生的需求

比較表2、表3 數(shù)據(jù)后，得到表4，數(shù)據(jù)顯示：“缺乏正確的方法指導，遇到問題不能得到及時的解決”和“及時解決我提出的問題”之間的相關系數(shù)值為0.327，并且呈現(xiàn)出0.01水平的顯著性，因而兩者之間有著顯著的正相關關系。數(shù)據(jù)提醒教師需要及時反饋學生提出的問題，并給予方法指導和問題解決。

表4 網(wǎng)絡學習中學生遇到的問題與需求相關性檢測

如表5 所示，學生認為提高網(wǎng)絡學習效率的途徑主要是“加強自控能力，排除外加干擾，每天準時參加互動討論”（響應率38.21%），說明學生自己對“自控”“自律”有更高的要求，還有潛力可以挖掘。

表5 提高網(wǎng)絡學習效率的途徑

綜上所述，學生的感受是愿意參加網(wǎng)絡學習，特別對網(wǎng)絡資源豐富和能反復回看教學視頻等比較肯定，但對學習獲得正確的指導方法和出現(xiàn)問題及時能解決不夠認同，這就需要加強師生溝通的渠道。在自控能力方面，學生認為還需要進一步加強。

四、 思考與展望

學校采用直播+在線平臺，有了混合教學模式的雛形。實際采用的是方案1 和方案3。但無論校平臺還是區(qū)平臺，起的多是文件傳遞的作用，沒有像MOOC 平臺那樣通過較強的互動活動產(chǎn)生更多“生成性資源”來促進共享、共建、共同學習。

從教師的視角看，關注系統(tǒng)化思維和均衡認知負荷的教學設計的價值與內涵。對教學系統(tǒng)的設計應側重兩個方面：一是知識呈現(xiàn)的方式和學習任務的適用，這是影響認知負荷的第一個關鍵因素。具體地說，知識呈現(xiàn)可以多方位、多通道（多媒體、概念圖等）實現(xiàn)，發(fā)揮信息技術優(yōu)勢，匹配適合的學習任務和有效的組織形式，在行為、認知、建構三個方面構建學科結構化知識體系。二是關注學生的前概念（已有知識架構），與課堂教學知識的相關性和相符度等先驗知識，奧蘇貝爾（Ausubel）提出的有意義學習的過程就是新知識與學習者認知結構中已有的適當概念建立非人為的（內在的）、實質性（非字面的）聯(lián)系的過程。這是影響認知負荷的第二個關鍵因素。

從學生的視角看，學生的自身特征是影響認知負荷的內部因素。如果學生獲得足夠的認知資源，進行學習過程中的有效分配，那也能促進學生有效學習，這就需要加強師生的互動交流。

只有當學生具備結構良好的知識系統(tǒng)，明確知識之間應具備內在的邏輯關聯(lián)、外在的合理位置時，學生才可以輕松提取、應用和整合相關知識。