認(rèn)知診斷在翻轉(zhuǎn)課堂中的優(yōu)化方法研究

杜偉克

【摘要】翻轉(zhuǎn)課堂將學(xué)生設(shè)為課堂的“主角”，有助于發(fā)展學(xué)生的問題解決能力、小組協(xié)作能力以及科學(xué)的探究精神。然而傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)課堂的在線測試無法為教師提供學(xué)習(xí)者準(zhǔn)確的知識掌握情況，致使教師的“教”缺乏數(shù)據(jù)支撐。認(rèn)知診斷技術(shù)可以為翻轉(zhuǎn)課堂的在線測驗環(huán)節(jié)提供更為精確的診斷信息，使教師的“教”和學(xué)生的“學(xué)”更具針對性。

【關(guān)鍵詞】翻轉(zhuǎn)課堂;在線測驗 認(rèn)知診斷

“翻轉(zhuǎn)課堂”顛覆了傳統(tǒng)課堂的教學(xué)模式，真正遵循了“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的授課理念，在教育界廣受歡迎。在線測驗已經(jīng)成為當(dāng)前翻轉(zhuǎn)課堂測驗環(huán)節(jié)的主流方法，在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式下，教師需通過隨堂測驗來檢驗學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況，并開展有針對性的教學(xué)。在線測驗在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中運用的愈加廣泛，通常采用客觀題的方式展開，學(xué)生在作答過程中經(jīng)常出現(xiàn)猜對、失誤等情況，導(dǎo)致教師無法準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，“認(rèn)知診斷”技術(shù)可以為翻轉(zhuǎn)課堂的在線測驗環(huán)節(jié)提供更為精確的診斷信息，向教師提供學(xué)生準(zhǔn)確的知識點掌握情況，使得教師得以把握學(xué)生的疑難問題并引發(fā)其積極討論，從而實現(xiàn)學(xué)生對知識的深度內(nèi)化，優(yōu)化翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果。

1、翻轉(zhuǎn)課堂

Bloom《教育目標(biāo)分類：認(rèn)知領(lǐng)域》中提出思維的六級別：識記、領(lǐng)會、應(yīng)用、分析、綜合、評價。大教育家孔子提出過：“不憤不啟，不悱不發(fā)”，當(dāng)學(xué)生在充分思考后仍然無法表達和理解清楚教學(xué)內(nèi)容時，需要教師進行充分的指導(dǎo)和啟發(fā)。翻轉(zhuǎn)課堂遵從了這一規(guī)律，先讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)，充分思考，然后教師做為學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)者，幫助學(xué)生解決問題，促進學(xué)生知識內(nèi)化。這種先學(xué)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(xué)習(xí)階段，還是在課堂實施階段，翻轉(zhuǎn)課堂始終遵循“以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)理念，教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的指導(dǎo)的幫助者。筆者查閱大量翻轉(zhuǎn)課堂的相關(guān)文獻，總結(jié)出翻轉(zhuǎn)課堂的教師和學(xué)生活動的組織架構(gòu)，如圖1。

（一）制作教學(xué)視頻。翻轉(zhuǎn)課堂相比傳統(tǒng)課堂而言，教師需要進行更充分的課前準(zhǔn)備，教師在明確教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)內(nèi)容只要，需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容將知識點分解，為每個知識點準(zhǔn)備教學(xué)視頻。

（二）發(fā)布自主學(xué)習(xí)任務(wù)單。翻轉(zhuǎn)課堂注重任務(wù)驅(qū)動教學(xué)，教師需要在課前將課堂中需要完成的學(xué)習(xí)任務(wù)以清單的形式列出，學(xué)生明晰課堂任務(wù)單之后，可以進行有針對性的自主學(xué)習(xí)。

（三）課堂內(nèi)化。只有在頭腦中建立新舊概念的關(guān)系，才能夠達到有意義學(xué)習(xí)。老師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間基于問題的協(xié)作與交流能夠有效促進知識的內(nèi)化。

2、翻轉(zhuǎn)課堂在教學(xué)應(yīng)用過程中遇到的困難

（一）在線測驗無法準(zhǔn)確呈現(xiàn)學(xué)生的知識掌握情況

在翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式下，教師需通過隨堂測驗來檢驗學(xué)生的自主學(xué)習(xí)情況，并開展有針對性的教學(xué)。在線測驗在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式中運用的愈加廣泛，通常采用客觀題的方式展開，學(xué)生在作答過程中經(jīng)常出現(xiàn)猜對、失誤等情況，導(dǎo)致教師無法準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，“認(rèn)知診斷”技術(shù)可以為翻轉(zhuǎn)課堂的在線測驗環(huán)節(jié)提供更為精確的診斷信息，向教師提供學(xué)生準(zhǔn)確的知識點掌握情況，使得教師得以把握學(xué)生的疑難問題并引發(fā)其積極討論，從而實現(xiàn)學(xué)生對知識的深度內(nèi)化，優(yōu)化翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)效果。

（二）千篇一律的課后任務(wù)或加重學(xué)生學(xué)習(xí)負擔(dān)

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

3、認(rèn)知診斷

隨著社會的發(fā)展，人們認(rèn)為傳統(tǒng)測量提供的單一成績不足以呈現(xiàn)被試者的認(rèn)知過程與技能的掌握情況，基于認(rèn)知心理學(xué)和心理測量學(xué)認(rèn)知診斷應(yīng)運而生，它興起于20世紀(jì)中后期，認(rèn)知診斷的過程就是將被試者認(rèn)知結(jié)構(gòu)清晰化的過程，學(xué)習(xí)者的知識狀態(tài)、知識結(jié)構(gòu)信息能夠有效的促進教與學(xué)，認(rèn)知診斷在這些優(yōu)勢的推動下迅速發(fā)展。

認(rèn)知診斷理論包含六十余種統(tǒng)計解釋模型，本研究主要參考的認(rèn)知診斷理論是Tatsuoka規(guī)則空間模型（Rule Space Model）。規(guī)則空間模型將答題運用的知識、技能等定義為屬性，當(dāng)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(yīng)被試者的學(xué)習(xí)情況，這為實現(xiàn)有針對性的補救教學(xué)提供了依據(jù)。確定學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)需要兩個步驟，生成理想項目反應(yīng)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?qū)W習(xí)輔助系統(tǒng)輸入認(rèn)知點依賴關(guān)系。教師需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容確定屬性（知識點）之間的依賴關(guān)系，并輸入學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)。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(rèn)知點依賴關(guān)系如下：

2.向?qū)W習(xí)輔助系統(tǒng)輸入測試題目。假設(shè)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(rèn)知A2和A3知識點。知識點（認(rèn)知屬性）與測試項目的對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 測試項目與知識點之間的關(guān)系

3.生成期望反應(yīng)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(yīng)模式僅對應(yīng)一個理想屬性模式。假設(shè)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(yīng)的期望反應(yīng)模式如表2所示：表2 期望反應(yīng)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(yīng)的期望反應(yīng)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(guī)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(yīng)模式，進而得到學(xué)生知識點掌握情況。當(dāng)被試者由于猜測或失誤，導(dǎo)致實際實際作答情況偏離理想項目反應(yīng)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(guī)則空間模型的認(rèn)知診斷技術(shù)融入到翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，我們可以獲取更精確的學(xué)生知識點掌握情況，方便教師適時改變教學(xué)重點難點、調(diào)整教學(xué)策略，保證學(xué)生順利內(nèi)化所學(xué)知識。

4、認(rèn)知診斷在翻轉(zhuǎn)課堂中的優(yōu)化方法研究

精確的學(xué)生知識點掌握情況是翻轉(zhuǎn)課堂成功實施的重中之重，本研究將基于規(guī)則空間模型的認(rèn)知診斷技術(shù)應(yīng)用于翻轉(zhuǎn)課堂的在線測驗環(huán)節(jié)，包括確定知識點關(guān)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(fā)布的題庫應(yīng)根據(jù)層級關(guān)系生成，課中的指導(dǎo)教學(xué)也基于認(rèn)知診斷結(jié)果。如圖3所示。

在學(xué)生活動中，學(xué)生需要完成的是基于知識點層級關(guān)系的題庫，這有助于檢測出學(xué)生的學(xué)習(xí)困難，學(xué)生了解到自身學(xué)習(xí)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(xué)的幫助下解決學(xué)習(xí)疑問，有助于學(xué)生知識的深度內(nèi)化。課后，學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)會判斷出學(xué)生哪些知識已經(jīng)掌握，哪些知識需要強化，為學(xué)生推薦個性化課后作業(yè)，學(xué)生不必完成統(tǒng)一的課后作業(yè)，而是基于個人認(rèn)知診斷結(jié)果的個性化課后任務(wù)。如圖4所示。

當(dāng)授課完成后，學(xué)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(xué)，學(xué)習(xí)輔助系統(tǒng)會基于認(rèn)知診斷結(jié)果進行個性化推送教學(xué)視頻，主要包含兩個基本過程：形成認(rèn)知診斷報告、個性化推送。學(xué)生自主補救學(xué)習(xí)流程如圖5所示。

5、結(jié)語

提升課堂教學(xué)效率和質(zhì)量是一個永恒的話題，本研究提出的認(rèn)知診斷在翻轉(zhuǎn)課堂中的優(yōu)化方法研究對于提高課堂教學(xué)效果具有重要意義。翻轉(zhuǎn)課堂將教師從課堂的“主角”轉(zhuǎn)變?yōu)椤澳缓笥⑿邸保瑢⒄n堂還給學(xué)生，有助于發(fā)展學(xué)生的問題解決能力、小組協(xié)作能力以及科學(xué)的探究精神。然而翻轉(zhuǎn)課堂的某些環(huán)節(jié)仍有可改進的地方，理論上認(rèn)為認(rèn)知診斷的引入能夠使教師的教和學(xué)生的學(xué)更具針對性，越精確的認(rèn)知診斷結(jié)果越有助于精準(zhǔn)補救教學(xué)，生命不息，對于教育的研究不止，認(rèn)知診斷在教育中的應(yīng)用研究之路阻且長，我們將在今后的教學(xué)過程中不斷實踐，為研究認(rèn)知診斷優(yōu)化教育盡綿薄之力。

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