混合式教學(xué)中基于逆向教學(xué)設(shè)計的URAI聯(lián)動教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)

蘇雪瓊　崔麗彬　劉鳳艷　楊倩倩　高紅麗　韓守振　王雯宇　楊紅衛(wèi)

摘? 要：后疫情時代，以目標(biāo)和價值導(dǎo)向的轉(zhuǎn)型為主要內(nèi)容的課程與教學(xué)改革迫在眉睫，大規(guī)模的線上教學(xué)模式并沒有改變傳統(tǒng)教學(xué)的本質(zhì)，還是工具性教育技術(shù)的傳播學(xué)范式思維。為適應(yīng)以學(xué)生為中心，關(guān)注學(xué)生未來，以核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力為評價體系的教育改革的需求，探尋新時期混合式課程范式、明晰問題并尋求解決路徑。該文提出基于大概念和逆向教學(xué)設(shè)計為基礎(chǔ)理論，以熵增定理為例，在混合式大學(xué)物理教學(xué)模式下，旨在以成長的發(fā)展性評價為目標(biāo)，逆向設(shè)計探討性教學(xué)的深度學(xué)習(xí)教學(xué)活動范式，以自學(xué)式線上學(xué)習(xí)結(jié)合體驗式線下課堂活動為形式，建立以“理解Understanding-反思Reflection-應(yīng)用Application-創(chuàng)新Innovation”高階思維培養(yǎng)的URAI聯(lián)動教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：逆向教學(xué)設(shè)計；混合式教學(xué)；URAI系統(tǒng)；大學(xué)物理；熵增定理

中圖分類號：G640? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-000X（2024）18-0124-04

Abstract： In the post epidemic era， the curriculum and teaching reform with the transformation of goals and values as the main content is imminent. The large-scale online teaching mode has not changed the essence of traditional teaching， and it is also the communication paradigm thinking of instrumental educational technology. In order to meet the needs of educational reform that focuses on students， pays attention to students' future， and takes core literacy and key abilities as the evaluation system， we explore the hybrid curriculum paradigm in the new era， clarify problems， and seek solutions. Based on the big concept and reverse instructional design as the basic theory， taking the entropy increase theorem as an example， under the hybrid college physics teaching mode， with the developmental evaluation aimed at growth as the goal， this paper proposes a deep learning teaching activity paradigm of reverse design exploratory teaching， in the form of self-study online learning combined with experiential offline classroom activities， establishes a URAI linkage teaching ecosystem cultivated by high-level thinking of "understanding reflection application innovation".

Keywords： reverse instructional design; mixing teaching; URAI system; college physics; entropy theorem

在后疫情時代，線上線下相結(jié)合的混合教育正在成為一次重大教育變革主流，與“熱現(xiàn)象”相對的是“冷思考”，正確把握線上教育與線下教育二者的辯證關(guān)系，充分認(rèn)識到教育形態(tài)發(fā)生變化，而不是讓線上教學(xué)基于工具性思維的傳播學(xué)范式，沒有改變知識傳遞的本質(zhì)，與線下教學(xué)并無本質(zhì)區(qū)別。我國課程與教學(xué)長期以來知識導(dǎo)向根深蒂固，總是“系統(tǒng)學(xué)習(xí)”知識又很快被“系統(tǒng)忘記”。線上線下混合式教學(xué)應(yīng)變?yōu)橐环N基于關(guān)系性思維的社會-文化范式[1]，通過開放學(xué)習(xí)空間和混合式教育的構(gòu)建，推進(jìn)學(xué)習(xí)者的身心發(fā)展。教育應(yīng)關(guān)注學(xué)生未來要面對的真實世界，培養(yǎng)關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)，能將教育成果快速遷移適應(yīng)真實世界，是未來目標(biāo)和現(xiàn)實問題雙重需求的必經(jīng)之路。

“大概念”不是學(xué)科內(nèi)知識的融會貫通的核心概念和關(guān)鍵概念，而是從事實、經(jīng)驗和概念中抽取總括出的共同本質(zhì)特征，是一門學(xué)科中高層次的上位概念、中心地位的核心概念和深層次的本質(zhì)概念。因此“大概念”不僅打通學(xué)科內(nèi)和學(xué)科間的學(xué)習(xí)，還可打通學(xué)校教育與現(xiàn)實世界的路徑。從認(rèn)識論和價值論上看，“大概念”不僅對事物的理解、知識的建構(gòu)與遷移具有重要價值，而且它本身還可能蘊含著人們對于自我、自然和社會的價值觀念[2]。成為指向?qū)W生發(fā)展核心素養(yǎng)教學(xué)改革的亮點和撬動“深水區(qū)”教學(xué)改革的支點[3]。在我國課程與教學(xué)改革的價值轉(zhuǎn)型期，“大概念”成為教育研究者熱點，并逐漸成為落實課程與教學(xué)變革的錨點[4]。

一? 基于逆向教學(xué)設(shè)計的URAI聯(lián)動教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)

逆向教學(xué)設(shè)計是格蘭特·威金斯和杰伊·麥克泰格，基于UbD（Understanding by Design）理論和“真實性教育”評價改革基礎(chǔ)上，在如何關(guān)注學(xué)習(xí)本質(zhì)、如何追求深度理解方面提出的具有適用價值的教學(xué)策略方法[5]。逆向教學(xué)設(shè)計是一種明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)評價、教學(xué)活動之間的高度匹配關(guān)系，來幫助學(xué)生達(dá)成預(yù)設(shè)的學(xué)習(xí)目標(biāo)的教學(xué)設(shè)計方法。該教學(xué)設(shè)計方法以學(xué)習(xí)者為中心，關(guān)注學(xué)習(xí)本質(zhì)，通過教學(xué)設(shè)計，追求學(xué)習(xí)者的深度理解，可以說是開展教學(xué)活動，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力和核心素養(yǎng)的法寶利器和著名教學(xué)策略。

在常態(tài)教學(xué)設(shè)計中，評估是教師最后要做的工作；逆向教學(xué)設(shè)計法異于常態(tài)教學(xué)設(shè)計之處在于，要求教師在確定了所追求的結(jié)果后，首先就要考慮評估證據(jù)和方案，才能“以始為終”，從學(xué)生視角出發(fā)，從學(xué)習(xí)體驗和評估結(jié)果開始逆向思考，追求面向未來的教育，以學(xué)為主的教育，有意義有效果地進(jìn)行教學(xué)活動設(shè)計，尋找轉(zhuǎn)變教師教學(xué)行為的試點，有啟迪作用。逆向教學(xué)設(shè)計的概念和方法，避開教學(xué)設(shè)計中的兩大誤區(qū)——聚焦活動和聚焦灌輸?shù)慕虒W(xué)。前者沒有明確學(xué)習(xí)體驗如何幫助學(xué)習(xí)者達(dá)到學(xué)習(xí)目標(biāo)；后者缺少明確的大概念來引導(dǎo)教學(xué)，缺乏為確保學(xué)習(xí)效果而進(jìn)行設(shè)計的過程。

隨著線上線下混合式教學(xué)大面積推廣，結(jié)合實驗班逆向教學(xué)設(shè)計實踐應(yīng)用的體會，筆者提出逆向教學(xué)設(shè)計結(jié)合混合式教學(xué)中的以“理解Understanding-反思Reflection-應(yīng)用Application-創(chuàng)新Innovation”高階思維培養(yǎng)的URAI聯(lián)動教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)模型圖，如圖1所示。

在URAI聯(lián)動教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)中，線上教學(xué)先行，主要以學(xué)生個體自學(xué)型學(xué)習(xí)為主，學(xué)生在線上觀看視頻講解，進(jìn)行自測題鞏固、線上作業(yè)互批和線上探討，較簡單基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)在此環(huán)節(jié)完成；線下教學(xué)主要以團(tuán)體探究型學(xué)習(xí)為主，學(xué)生進(jìn)行研討探究式教學(xué)活動，活動形式可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容采取多種形式，展示、辯論、角色扮演和六頂帽子等，多以小組活動為主。實踐中發(fā)現(xiàn)，討論人數(shù)以實現(xiàn)活動流程的最少人數(shù)為宜，可實現(xiàn)減少單項活動時間，增加學(xué)生發(fā)言機會。

在混合式教學(xué)中，將UbD理論逆向教學(xué)設(shè)計法在傳統(tǒng)教學(xué)中有三個階段，確定預(yù)期結(jié)果和教學(xué)內(nèi)容、確定合適的評價證據(jù)、設(shè)計學(xué)習(xí)體驗和教學(xué)活動?，F(xiàn)轉(zhuǎn)變?yōu)榱鶄€階段：①明確內(nèi)容“大概念”（最高目標(biāo)），②設(shè)定線上線下各自預(yù)期教學(xué)目標(biāo)（具體目標(biāo)），③明確線上線下各自預(yù)期教學(xué)內(nèi)容（最低目標(biāo)），④確定線上線下分層分級評價證據(jù)（可執(zhí)行目標(biāo)），⑤預(yù)期和設(shè)計學(xué)習(xí)體驗（情感目標(biāo)），⑥設(shè)計線下教學(xué)活動（執(zhí)行方案）。在教學(xué)內(nèi)容上以問題案例銜接線上線下教學(xué)，在技術(shù)手段上以移動APP銜接線上線下教學(xué)。

二? URAI聯(lián)動教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)在“熵增定理”案例中的實踐

為了更加清晰地說明URAI聯(lián)動教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)在線上線下混合式教學(xué)中如何進(jìn)行六步走的逆向教學(xué)設(shè)計，以理工本科一年級大學(xué)物理中的“熵增定理”為教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計過程范例。在此范例過程中，結(jié)合設(shè)計思路和建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，推演出逆向教學(xué)設(shè)計在混合式教學(xué)中的教學(xué)過程、高階學(xué)習(xí)過程、高階思維訓(xùn)練、深度理解程度、活動功能和活動顆粒。讓傳統(tǒng)教學(xué)中先從教師視角設(shè)計如何講授或翻轉(zhuǎn)課堂活動過程，再思考會取得什么結(jié)果達(dá)到什么目標(biāo)，轉(zhuǎn)變?yōu)橄饶繕?biāo)和結(jié)果入手，從最高目標(biāo)逐層分解到最小可執(zhí)行的行動目標(biāo)，以終為始，讓思路有邏輯可依，行動有痕跡可循，評估有線索可查，讓課堂真正做到以學(xué)生為中心和主體，以學(xué)生體驗和收獲為目標(biāo)，教師處于引導(dǎo)和教練的位置。

（一）? 明確“大概念”

熵增定理是社會上熱門話題，被較多名人推崇的物理定律。物理學(xué)家薛定諤、亞馬遜創(chuàng)始人貝佐斯、管理大師彼得·德魯克、清華大學(xué)科學(xué)史系主任吳國盛等都對熵增定理發(fā)表過推崇之言，甚至認(rèn)為其是一切問題的底層邏輯。如果從“大概念”的視角看來，熱力學(xué)第二定律的定量表述，清晰闡述了：能量自發(fā)轉(zhuǎn)化的方向性規(guī)律，代表了事物發(fā)展變化的方向性，能遷移借鑒到現(xiàn)實生活現(xiàn)象。教學(xué)最高目標(biāo)：學(xué)生能夠聯(lián)系社會生活中符合熵增定理的事例，能夠遷移到類似規(guī)律的問題，具有分析和尋找到解決問題的能力，重點發(fā)展學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、實踐創(chuàng)新、科學(xué)精神核心素養(yǎng)。

（二）? 設(shè)定預(yù)期教學(xué)目標(biāo)

線上教學(xué)和線下教學(xué)互有利弊，可相輔相成。線上教學(xué)不受時空限制，可因人而異，學(xué)生對學(xué)習(xí)進(jìn)度和內(nèi)容具有選擇權(quán)，可重復(fù)可倍速可跳躍也可匿名互動，但易隨心而學(xué)，缺乏氣氛、實時引導(dǎo)和自律要求高。線上教學(xué)適合學(xué)生進(jìn)行獨立思考和單體可完成的知識點任務(wù)學(xué)習(xí)，尤其適合有標(biāo)準(zhǔn)化答案的知識點。線下教學(xué)具體目標(biāo)：熵增定理的基本物理概念和公式，熵的定義及公式表達(dá)，熱溫比微積分表達(dá)式等在線上進(jìn)行學(xué)習(xí)。線下教學(xué)時空受限，但面對面是一種人的五感都參與的行為，易印象深刻并可實時進(jìn)行反饋，溝通交流順暢，尤其是情緒情感交流順暢，并且課堂上有團(tuán)體從眾效應(yīng)，適合進(jìn)行討論探索類教學(xué)活動，應(yīng)選擇非標(biāo)準(zhǔn)化答案問題進(jìn)行討論。線下教學(xué)具體目標(biāo)：尋找具有熵增定理相同規(guī)律的現(xiàn)實社會問題，分析熵增定理適用條件和結(jié)論，是否能遷移到現(xiàn)實問題中，思考其異同點。

（三）? 明確預(yù)期教學(xué)內(nèi)容

這個環(huán)節(jié)筆者覺得很像傳統(tǒng)教學(xué)的備課環(huán)節(jié)，但是因為之前已經(jīng)明確了大概念和教學(xué)目標(biāo)，在準(zhǔn)備階段不能單純地拿出物理書把教學(xué)內(nèi)容和題目準(zhǔn)備一遍，而需要翻閱查找大量的文獻(xiàn)資料進(jìn)行組織和串聯(lián)，最花時間的內(nèi)容是關(guān)于課外現(xiàn)實問題案例的準(zhǔn)備。線上教學(xué)最低目標(biāo)：孤立系統(tǒng)的概念（無質(zhì)量、熱量、功量交換）、熵（dS=dQ/T）的概念、用熵概念表示熱力學(xué)第二定律（dSiso=dSg≥0）應(yīng)用舉例選擇非循環(huán)過程、可逆循環(huán)熱機、不可逆循環(huán)熱機、制冷機、理想氣體絕熱自由膨脹，五個過程熵變化的判斷，耗散結(jié)構(gòu)定義、例題選擇真空膨脹和熵增定理概念選擇判斷題。線下教學(xué)最低目標(biāo)：進(jìn)一步理解孤立系統(tǒng)=非孤立系統(tǒng)+相關(guān)外界，耗散結(jié)構(gòu)=非平衡條件+非線性效應(yīng)+突變+新平衡條件，對抗熵增定理的兩條路徑：逆向持續(xù)做功和開放系統(tǒng)，個人成長和企業(yè)組織發(fā)展如何以負(fù)熵為生，個人具體案例（成長型思維、心流、自我改變、二八法則、企業(yè)具體案例（華為、亞馬遜、谷歌）。

（四）? 確定評價證據(jù)

教學(xué)設(shè)計這一項最體現(xiàn)逆向教學(xué)設(shè)計的精髓，該項也是設(shè)計最難的環(huán)節(jié)，多與傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計不同，需根據(jù)分層分級目標(biāo)，設(shè)計分層分級教學(xué)評價證據(jù)。不僅要有學(xué)習(xí)成果形式，最關(guān)鍵是要有學(xué)習(xí)的評價規(guī)則和評價標(biāo)準(zhǔn)。以分析、尋找解決問題的能力為例，可分四個層次評價。①進(jìn)行方向選擇，也就是做正確的事情，可以對復(fù)雜問題進(jìn)行準(zhǔn)確定位，找到問題的根本原因。即用發(fā)散思維來盡可能多地發(fā)現(xiàn)問題，然后用收斂思維來定義當(dāng)前最重要的問題是什么、最緊急的問題是什么、痛點是什么。②進(jìn)行方案執(zhí)行，也就是正確的做事情，可根據(jù)問題提供創(chuàng)造性解決方案，開發(fā)出極具差異化和競爭力的好產(chǎn)品。即用發(fā)散思維來構(gòu)思盡可能多的解決方案，然后用收斂思維來確定當(dāng)前的最優(yōu)解決方案是什么，并在期望目標(biāo)、方案模式和可行性之間取得平衡。③不但可以找到問題的根本原因，還可以高效地解決復(fù)雜問題之外，事后及時復(fù)盤，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，形成自己的獨有的工作方法和設(shè)計規(guī)則，將解決問題的方法上升到解決問題模型層面，讓以后類似的問題都可遷移解決方案。④不但高效地解決問題并形成模型，還能夠跳出問題本身的界限，上升到更高維度或格局，找出相關(guān)問題之間的本質(zhì)和規(guī)律，提供全局化的最優(yōu)解，甚至進(jìn)而優(yōu)化流程、優(yōu)化制度、優(yōu)化資源配置等，解決方案有深度、有廣度，還有高度。

對應(yīng)于熵增定理內(nèi)容的評價證據(jù)，以個人成長具體問題案例為例，學(xué)生能將自己存在的成長方面的問題確實具有熵增趨勢的，能較多地列舉出來，分析原因能歸因到1～2個原因中，即達(dá)到第一層級；能夠提出1～2個解決方案，并且歸類到熵減方法內(nèi)，同時解決方案嘗試后確實有效的，既達(dá)到第二層級；能夠復(fù)盤，并歸納總結(jié)出解決方案出現(xiàn)的關(guān)鍵思路節(jié)點和突破口，能夠發(fā)現(xiàn)這類熵增問題的共性因素是在平衡-不平衡-新平衡狀態(tài)中切換，并且耗散結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在能量每一次循環(huán)過程的吸收和釋放中，能量品質(zhì)在降低，解決方案通常在外界對內(nèi)做功或系統(tǒng)更加開放捕捉新的能量來增加能量的有序性。

（五）? 預(yù)期和設(shè)計學(xué)習(xí)體驗

情感目標(biāo)是課程思政主戰(zhàn)場，也是根據(jù)北京師范大學(xué)林崇德教授團(tuán)隊給出的中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)總框架體系[6]，熵增定理這節(jié)課可重點針對學(xué)生發(fā)展學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、實踐創(chuàng)新、科學(xué)精神核心素養(yǎng)進(jìn)行考量，再細(xì)分下一級可重點針對學(xué)會學(xué)習(xí)中樂學(xué)善學(xué)素養(yǎng)，具體評價證據(jù)，可讓學(xué)生對比談一下剛學(xué)完熱力學(xué)案例和線下討論過自我成長及企業(yè)案例后對熵增定理的印象和感受；針對健康生活中自我管理素養(yǎng)，可詢問學(xué)生以前自我管理方面有想過這樣的思路和認(rèn)知，或和以前自我管理認(rèn)知進(jìn)行對比；針對實踐創(chuàng)新中問題解決素養(yǎng)，就解決問題需跳出問題本身的界限話題，去理解熵增定理為什么可以受到如此多名人的追捧。思考熱學(xué)問題本身因為基礎(chǔ)物體模型是大量個體運動不同的氣體粒子的整體宏觀表現(xiàn)，所以解決問題其實運用了概率的思想和模型，因此物體基礎(chǔ)模型可遷移到組織、社會和個人成長時間管理。針對科學(xué)精神中勇于探索素養(yǎng)，將熵增定理運用在個人成長和企業(yè)發(fā)展案例，若學(xué)生想法能夠打開，運用在教師沒有想到的領(lǐng)域，就是一種探索。

（六）? 設(shè)計線下教學(xué)活動（執(zhí)行方案）

線下教學(xué)活動，主要是活動的群體組織方式，角色和職責(zé)規(guī)劃，交互形式，師生操作步驟?；顒有问绞嵌鄻拥模灰_(dá)到討論探究學(xué)習(xí)的目的即可，總體設(shè)計原則是小組內(nèi)討論，小組外有競爭，這樣有競爭壓力才能執(zhí)行下來，同時內(nèi)部有合作和討論，以下給出幾種活動形式拋磚引玉：①對戰(zhàn)模式，在班級男女生人數(shù)近似的情況，以性別分為兩組，前半場對戰(zhàn)以提出的可用于熵增定理的例子加分，提出的例子越多，得分越高（先討論，再列表）；后半場在自己和對方陣營的例庫里各挑選一個例子，加上老師挑選的一個例子，一共5個例子，和對方陣營打攻防PK戰(zhàn)，攻方認(rèn)為熵增定理不能指導(dǎo)現(xiàn)實生活，守方認(rèn)為熵增定理可以指導(dǎo)現(xiàn)實生活（讓實力較強隊伍當(dāng)攻方）。②六頂思考帽[7]，教同學(xué)們每人折一個紙帽子，六人一個小組，六頂帽子分別代表客觀（白）、想象（綠）、樂觀（黃）、質(zhì)疑（黑）、情緒（紅）和控制（藍(lán)）六個視角表達(dá)觀點，每組討論出一個認(rèn)為最符合熵增定理的社會實例，最后所有組進(jìn)行展示后，每組有1/2組數(shù)的票，可以投給其他認(rèn)為最好的組，最后按照得票數(shù)高低評出優(yōu)勝組，頒發(fā)獎品或獎勵。討論時，藍(lán)色帽子開始并最后結(jié)束。

三? 結(jié)束語

后疫情時代，線上線下混合式教學(xué)模式已成為高等教育課程改革主流和趨勢，在大學(xué)物理課程混合式教學(xué)改革過程中，利用逆向教學(xué)設(shè)計提出URAI聯(lián)動教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)，實現(xiàn)以學(xué)生為主導(dǎo)、教師為引導(dǎo)、評價為向?qū)У恼n程設(shè)計方案。注重以大概念為錨點，以教學(xué)目標(biāo)分層拆解為方法、以分級教學(xué)評價依據(jù)為抓手、以案例為銜接，適應(yīng)混合式高校教學(xué)中高階思維學(xué)習(xí)的逆向教學(xué)設(shè)計為核心。充分結(jié)合線上自主學(xué)習(xí)和移動學(xué)習(xí)，以及線下課堂教學(xué)活動合理互動，在實踐推廣中，積極參與課程活動的班級及學(xué)生數(shù)量大幅提升，學(xué)習(xí)效果明顯改善，學(xué)習(xí)興趣大幅提升，學(xué)習(xí)獲得感暴漲。

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基金項目：中國高等教育學(xué)會“基于一流課程建設(shè)的教學(xué)改革與實踐研究”專項課題“大學(xué)物理線上線下混合式教學(xué)CFR模式改革的研究與實踐”（2020JXYB03）；2021年北京高等教育“本科教學(xué)改革創(chuàng)新項目”“基于CFR教學(xué)模式的大學(xué)物理1334混合式教學(xué)體系構(gòu)建與實踐探索”（202110005003）；北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究重點課題“新工科專業(yè)深度融合的‘三引三動案例探究式大學(xué)物理教學(xué)模式研究”（ER2022KCA02）；北京工業(yè)大學(xué)教育教學(xué)研究課題“創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”教育教學(xué)改革專項課題“大學(xué)物理混合教學(xué)中打造URAI聯(lián)動創(chuàng)新教學(xué)生態(tài)系統(tǒng)”（ER2022GGZX013）；北京工業(yè)大學(xué)“課程思政”示范課程培育項目“大學(xué)物理課程思政深度教學(xué)的實現(xiàn)路徑”（KC2021SZ024）；教育部教學(xué)指導(dǎo)委員會高等學(xué)校教學(xué)研究項目“大學(xué)物理混合式教學(xué)的BFR翻轉(zhuǎn)課堂模式探索與實踐”（DJZW202011hb）

第一作者簡介：蘇雪瓊（1980-），女，漢族，山西孝義人，博士，副教授。研究方向為微納光電材料與器件。

*通信作者：楊紅衛(wèi)（1967-），女，漢族，湖北襄陽人，博士，教授。研究方向為計算物理。