基于自適應學習系統的翻轉課堂實踐模式研究

左憲枝，陳 雨（華南師范大學 教育信息技術學院，廣州510631）

?

基于自適應學習系統的翻轉課堂實踐模式研究

左憲枝，陳 雨
（華南師范大學 教育信息技術學院，廣州510631）

翻轉課堂作為混合學習的一種模式，近期受到不少學者、政府部門和一線教師的關注而研究火熱，但也因學生先學的質量難以保障等原因頗受非議。據此，作者結合自適應學習系統個性化測評、實時反饋、個性化知識推薦以及可視化數據報告等優勢，面向教師、家長和學生三種用戶提出基于自適應學習系統（ALS）的翻轉課堂教學模式，以改良翻轉課堂教學實踐，豐富自適應學習系統的應用研究。文章的最后對模式的應用進行了再思考。

自適應學習系統；翻轉課堂；個性化學習；模式研究

一、引言

翻轉課堂因為能體現混合學習的優勢，符合人類的認知規律，是生成課堂理念的體現［1］以及能推動課堂的全面改革，是有效課堂的基本表征［2］等原因，受到不少學者、教育領導及一線教師的關注與喜愛。新媒體聯盟2015地平線報告高等教育版也提出 “高等教育短期的發展趨勢是混合學習的廣泛應用，翻轉課堂是混合學習的一種形式，在一年內會投入使用”［3］。這再次表明翻轉課堂在教育領域良好的發展態勢。除此之外，翻轉課堂因為顛倒了傳統教學的順序，提倡通過課前先學，課中討論，答疑，從而促進深度學習、個性化學習。這同時符合大數據時代對創新型人才的需求。因此，本研究將翻轉課堂作為研究對象，目標是進一步改革翻轉課堂的教學模式。

在翻轉課堂中引入自適應學習系統，是基于翻轉課堂實踐效果的考慮。雖然翻轉課堂引發了國內一系列的研究熱潮，但其實踐效果也被許多學者批為“形似而無神”。雖然其影響因素多樣，但其中很重要的一個因素就是無法保障學生課前先學的質量。課前如何在沒有教師監督的情況下保證先學的效果已經成為實施翻轉課堂的一個難題［4］。目前基于MOOC的翻轉課堂采取的解決方案:一般是學生觀看完視頻（微課）后或在觀看視頻（微課）的過程中回答教師預先設計好的幾個問題，以測評對知識點的掌握程度。但這種解決方案，測評的個性化不夠，不能精確把握學生的知識點掌握度以及學生的學習偏好等情況。

自適應學習系統依托學生模型，知識領域模型，適應性引擎，能夠在學生的學習過程中對學生的行為數據進行記錄，然后通過數據挖掘，學習分析等技術，實現實時測評與反饋。并最終以可視化學習報告的形式將學生的學習結果反饋給教師和學生，從而促進學生可持續的學習改進，幫助教師及時掌控學生前驗知識的掌握程度以及學習偏好，為課中有針對性的教學提供技術支持。

總而言之，翻轉課堂雖然研究火熱，但其實踐效果飽受爭議。其中的一個重要原因是學生先學的質量難以保障。因此，筆者結合自適應學習系統個性化測評、實時反饋、個性化知識推薦以及可視化數據報告等優勢，提出基于自適應學習系統的翻轉課堂教學模式研究的必要性，論文進一步圍繞以下問題研究了教學模式的構建：

（1）自適應學習系統應用于翻轉課堂的哪個/哪些環節？

（2）自適應學習系統應用于翻轉課堂的用戶有誰？

（3）基于自適應學習系統的翻轉課堂實踐模式應用策略以及注意事項是什么？

二、相關研究

1.翻轉課堂

2011年被加拿大《環球郵報》評為影響課堂教學的重大技術變革的翻轉課堂，其本質是實踐混合式學習的一種新型教學方式［5］。對于翻轉課堂的種類，易禎在《大數據時代翻轉課堂的再解讀》一文中［6］根據翻轉課堂所依據的技術資源的不同，將其歸結為2類，分別是：基于微課的翻轉課堂和基于MOOC的翻轉課堂。劉邦奇根據翻轉課堂的技術平臺進行分類，認為翻轉課堂的種類包括基于微課的、基于自適應學習系統等智慧學習平臺的、基于個性化網絡空間的、基于網絡學習社區、基于云端智慧學習教室以及基于電子書包的［7］。這一分類雖全面、多樣，但各個分類間卻有交叉。綜合以上兩種觀點，筆者認為翻轉課堂的種類有3種，分別是基于微課的，基于MOOC的和基于以自適應學習系統為代表的智慧學習平臺的。因為基于微課和基于MOOC的翻轉課堂均有無法個性化測評的缺陷，無法及時幫助教師掌握學生先學的效果，因此本研究重點關注基于自適應學習系統的翻轉課堂的實踐。

對翻轉課堂實踐模式的分析，其中比較有代表性的是祝智庭教授［8］提出的“從中觀和微觀”的視角來分析翻轉課堂。其認為翻轉課堂本土化實踐是一個不斷深入的過程，通過對昌樂一中、上海市古美高中等六所學校的翻轉課堂實踐案例進行中觀和微觀的分析，發現翻轉課堂的翻轉模式總共有2種：以課前和課中為界的家校翻轉和校內翻轉。微觀層面的課堂翻轉往往指的是一個課時的翻轉，實施形式是前半節課，學生通過微視頻等學習資源的自學，提出學習困惑，然后后半節課通過協作展示談論完成師生交互和問題解決。無獨有偶，廖靜敏，汪瓊［9］借中國大學慕課平臺上開設的“翻轉課堂教學法”慕課，開展了高校教師實施翻轉課堂現狀的問卷調研，結果發現：1.開展翻轉課堂的教師多數處于職業成熟區；2.教師翻轉課堂實踐受到內外部動機的雙向推動；3.大多數教師剛開始翻轉，自制教學視頻；4.已經翻轉的教師大多持肯定態度；5.工作量加大和產出的不確定性是教師面臨的最大困惑。崔璨，劉玉等［10］則從課程資源、課前參與、效果評價和存在挑戰的方面入手，對翻轉課堂高校教師使用情況進行了調研。

綜合以上研究，筆者在本研究中將基于自適應學習系統的翻轉課堂教學模式分為課中和課前2大環節。至于翻轉課堂實踐模式的用戶，目前的研究因為關注的僅在教學方面，因此關注的多數只有教師和學生。但筆者認為，家長也是翻轉課堂應該考慮的用戶之一，因為其在翻轉課堂學生課前先學環節可以起到監督和輔助作用，這對翻轉課堂的實踐，是一個不可忽視的因素。而不少家長也有能力并有意愿參與學生教育過程中，這為翻轉課堂的順利實踐提供了助力。

2.自適應學習系統

自適應學習系統 （self-adaptive learning system，ALS），提倡學生的主動學習，并以學生模型、領域模型和適應性引擎作為三個主要組成模塊，其中領域模型、學生模型是構建自適應學習系統的重要部分。自適應學習系統的起源，目前公認的觀點有兩種，一類是自適應學習系統是在智能導師（ITS）的基礎上發展起來的，另外一種觀點則認為自適應學習系統是適應性超媒體系統（AHS）繼續發展的產物。其特點包括適應性、自主性、資源建構性［11］。ALS的發展經歷了兩個重要的階段：20世紀80年代到90年代，ITS研究火熱，很多學者曾經一度想用 ITS來替代教師，完成學生的教育任務。但時間和實踐證明，這條路走不通。21世紀之后，隨著自適應學習系統研究與實踐經驗的積累與反思，自適應學習系統的職能開始轉向作為自適應學習支持系統（ALSS），目標是使用信息化手段，輔助教師的教和學生的學。目前自適應學習系統的研究仍然沿用了這一觀點。隨著信息技術的發展和科學的進步，在相關技術層面上，自適應學習系統也有所創新，自適應學習系統的適應性也由單點適應逐漸轉向了連續適應［12］，為學習者提供了更好的學習體驗。

目前對自適應學習研究比較完備的是美國、韓國和日本，其研究領域［13］［14］［15］［16］涉及自適應學習的基礎理論研究、系統的設計與開發，應用實踐研究等。其中，美國的研究成果最為顯著，出現了Dream box，AlEKs，Knewton等知名自適應學習系統，得到了廣大在線學習者的青睞［17］［18］。相對而言，我國自適應學習研究起步較晚，目前雖然也對自適應學習系統進行了相關的理論研究與設計開發，但其研究大體上仍局限于院校實驗，社會上雖然也出現了像大講臺科技、有譜、魔力學院、職尚等自適應學習系統，但面向的均是職業教育。在k12領域，我國尚缺乏像 dream box learning/knewton的拳頭產品。另外，通過文獻綜述發現，目前我國對自適應學習算法的研究主要集中于計算機與工程自動化領域。在教育領域自適應學習研究的重點仍是模型的設計與開發。對自適應學習系統的應用、評價研究還在起步階段，可參考的研究成果屈指可數。因此，自適應學習系統的應用研究前景廣闊。本研究著力自適應學習系統在翻轉課堂的應用，一方面為了豐富自適應學習系統的應用研究成果，另一方面也為改良翻轉課堂的實踐效果。

三、基于ALS的翻轉課堂實踐模式

基于ALS的翻轉課堂實踐模式如圖1所示，面向教師、學生和家長三類用戶提供個性化教育服務。模式由兩大環節組成，分別是課前的先學和課中的個性化輔導與討論。在兩個環節中ALS均發揮著不同程度的重要作用。

圖1　基于ALS的翻轉課堂實踐模式

在課前先學環節中，學生首先登錄已經注冊的自適應學習系統，依據學習目標和學習偏好，基于不同的學習環境（如基于不同的設備在不同的地方）進行學習。在基于ALS的學習過程中，ALS會時刻記錄學生的學習行為數據，自動推送個性化學習資源，并實時進行反饋，鼓勵學生展開持續的學習改進。除此之外，ALS會依據算法和程序對學生行為數據進行數據挖掘和學習分析，然后以可視化學習報告的形式發送給翻轉課堂的用戶（包括學生、教師和家長）。這樣，不同的用戶就可以根據學習報告作出不同的反應。學生可以根據自己的學習報告，得出自己對知識點的掌握程度，并可針對難點進行多次學習或直接向同伴求助。教師根據查看學生的學習報告可以掌控班級、學生個人的知識點掌握程度以及學習偏好，以方便課中的個性化輔導。有參與學生教育意愿的家長，可以根據學習目標和學習報告有針對性的對學生的先學進行監督和輔導。這有效的保障了翻轉課堂課前先學的質量。

課中，教師可以依據ALS進行個性化輔導，具體的操作流程可以是：首先登錄系統，調出學生學習報告中普遍比較薄弱的知識點進行統一教授，然后針對教學難點，可以以小組討論、探究的方式進行學習。最后，對于個別沒有掌握的知識或想要拓展的知識，學生根據系統進行有選擇的自學，教師在此過程中承擔的是學習輔導者的角色。在課堂的最后，教師還需為學生布置下次的學習目標與任務并將其發送至學生、家長。

在基于ALS的翻轉課堂實踐模式中，學生、家長、教師各司其職，其中學生是學習的主體，自控學習步調與學習偏好。教師則主要為課堂中的個性化輔導進行相關活動與資源的設計，這樣一方面調動了學生的學習參與積極性，另一方面也能充分利用課堂寶貴的時間，重點突破重難點，實現每一個學生都有所學有所進步，并建立學習持續進步的自信。家長作為學生教育的助力，主要是幫助教師對學生課前的先學進行監督與輔助。雖然家長參與翻轉課堂的先學環節，可以提高學生先學的質量，但同時也應該看到這是一個不穩定的因素。因為我們不能也沒有權利要求所有的家長參與翻轉課堂中。另外家長參與翻轉課堂中，對學生先學進行干預，是否會影響學生自主學習能力和批判意識的培養，也是值得考慮的一個方面。

四、ALS在翻轉課堂中應用的再思考

對于翻轉課堂有效實踐的限制條件，學者們的觀點不一。《翻轉課堂歐洲計劃（2014-2015）》中提到：學習者的責任感、教師成為課堂的指導者或幫助者、可用于復習或輔助的課程、積極參與的學習者、個性化教育是翻轉課堂的五大基本組件［19］。何克抗教授認為實施翻轉課堂的限制條件包括有網絡化教學環境的支撐，教師的教育理念和思想需要更新，以及學生具有一定的學習自覺性［20］。祝智庭等指出要保障翻轉課堂的有效，需滿足專業的教師、優質的微課、配套的學習環境和課堂活動的設計［21］。華南師范大學焦建利教授則認為微課或相應的其他學習資源、學習任務單、個性化測評、課堂教學活動的設計，對課堂教學環節的動態把握是翻轉課堂教學改革的五個關鍵［22］并針對可能出現的7個應用問題［23］進行了相應的探討。綜合以上觀點，聯系ALS的特點與功能，從技術的視角出發，筆者認為要保障ALS在翻轉課堂的應用實效應滿足四點，即：需要有自適應學習系統；教師需要更新教學理念與思想；翻轉課堂實踐技能要有保障，最后雖然在模式中由家長對學生的先學進行監督與輔導，但仍然需要學生具有一定的自主學習能力。

1.需要有自適應學習系統

自適應學習系統（ALS）以學生模型，領域模型，適應性引擎為三大基本組件，可以順利實現個性化的學習資源的推送，以及個性化測評服務。基于ALS的翻轉課堂，可以突破傳統翻轉課堂先學測評個性化的問題。因此，要實施個性化翻轉課堂，需要有自適應學習系統的支持。雖然目前國內成型的自適應學習系統仍屈指可數，但其應用場景不可小覷。雖然基于ALS的翻轉課堂實踐前期投入會有些龐大，但縱觀其實踐歷程，長期效益還是比較可觀的。綜合分析美國自適應學習系統knewton和dreambox learning的發展歷程就可以明了這一觀點的不可否認性。而如何打造共享，優質的自適應學習系統，則是基于ALS翻轉課堂國內實踐急需解決的一個難題。

2.教師要更新教學理念與思想

翻轉課堂將傳統教學環節進行順序顛倒，要求學生成為學習的主力，以課前先學帶動課堂討論與探討。這樣的變革顛覆了傳統教師教授，學生接受的被動式學習結構。教師變為學生學習的輔助者，資源和課堂活動的設計者。對于這一角色的改變，教師的教學任務更為復雜、困難。這對教師的教學技能、人文素養、信息技術素養有更高的要求。教育理念與思想是教師教學行為的上層建筑，對教學起指導作用。因此，基于ALS的翻轉課堂教學實踐，首先需要教師更新教學理念與思想，以生本思想、建構主義，人本主義等為參考，樹立“主導-主體”的教學風范，為學生的個性化發展與學習提供幫助與服務。

3.翻轉課堂實踐技能要有保障

基于ALS的翻轉課堂實踐首先是基于翻轉課堂的實踐，這需滿足實施翻轉課堂的技能。包括課前先學的學習任務單的設計，學習資源的設計以及課堂環節中學習活動的設計、學習評價的設計，資源的設計，以及課堂教學的動態把握。而基于ALS的翻轉課堂實踐，將資源和任務單整合于ALS中，這樣在先學環節可以減輕教師的工作量，精確掌握學生學習情況。在課中，教師可以基于系統進行個性化輔導。但因為ALS系統的參與，要求學生、教師和家長都要對ALS系統有基本的操作技能，能夠基于系統進行相關的教與學活動。除此之外，教師還被賦予基于ALS進行學習資源開發，教學的任務。因此，要保障基于 ALS的翻轉課堂實施實效，翻轉課堂的實踐技能也是不可或缺的一個要素。

4.學生具有一定的自主學習能力

翻轉課堂因為是以學生為主的學習方式，因此要求學生具有一定的自主學習能力。但事實是許多學生的自主學習能力都比較欠缺，這是多因素影響的結果。這同時也是翻轉課堂實施困難的一個方面。在基于ALS的翻轉課堂實踐模式中，我們引入家長模塊，以保障學生先學的質量，克服學生自主學習能力差對實踐效果的影響。但家長參與翻轉課堂是一個不可控的因素，因此不能將全部希望寄托于家長。如何提高學生的自主學習能力才是解決問題的根本途徑。當然這也是一個需要長期實踐才能改進的方面。

五、結語

翻轉課堂近期研究火熱，但實踐效果卻不盡人意，其影響因素多樣。其中先學質量的難以保障是一個重要的因素。本研究圍繞“如何保障翻轉課堂先學質量從而掌控學生學習進度與程度”這一中心問題展開，提出了基于ALS的翻轉課堂實踐模式，并基于此再思考了模式應用的條件。家長用戶的引入，可以實現學生先學的監督與輔導，自適應學習系統，可以實現翻轉課堂的個性化測評，這是本研究的兩個突破點。但家長因素的不可控性也是本研究的不足之處。下一步研究的計劃是基于一個特定的自適應學習系統進行翻轉課堂教學實踐，以驗證模式的信度與效度。

［1］［20］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，2014，7（255）：6-10.

［2］李允.翻轉課堂中國熱的理性思考 ［J］.課程·教材·教法，2014，34（10）：18-19.

［3］龔志武，吳迪，陳陽鍵，蘇宏，黃淑敏，陳木朝，吳杰鋒編譯，焦建利審校.新媒體聯盟2015地平線報告高等教育版—NMC地平線項目 ［J］.現代遠程教育研究，2015，2（134）：3-21.

［4］［8］［21］祝智庭，管玨琪，邱慧嫻.翻轉課堂國內應用實踐與反思［J］.電化教育研究，2015，6（266）：66-70.

［5］陳川，趙呈領，吳新全，葉陽梅.學習生態視角下翻轉課堂學習活動設計模型及應用研究［J］.電化教育研究，2015，11（271）：1.

［6］易禎.大數據時代翻轉課堂的再解讀［J］.成都師范學院學報，2015，31（10）：12-16.

［7］劉邦奇.翻轉課堂的技術特征及發展趨勢［J］.中國教育信息化，2015，18：13-14.

［9］繆靜敏，汪瓊.高校翻轉課堂現狀成效與挑戰——基于實踐一線教師的調查 ［J］.開放教育研究，2015，21（5）：74-81.

［10］崔璨，劉玉，汪瓊.我國高校翻轉課堂實施情況分析［J］.中國教育網絡，2015，（5）：28-30.

［11］歐陽楊.教育語義網中基于本體的自適應學習系統建模［D］.杭州：浙江大學計算機科學與技術學院，2008.

［12］Adaptive-learning-white-paper［DB/OL］.http：// www.knewton.com/adaptive-learning-white-paper.

［13］Math intervention and the promise of adaptive learning［DB/OL］.http：//storage.pardot.com/14872/73908/ wp_math_intervention_and_the_promise_of_adaptive_ earning.pdf.

［14］Intelligent adaptive learning 21st century teaching and learning［DB/OL］.http：//storage.pardot.com/14872/ 73910/wp_cl_intelligent_adaptive_learning_21st_century_teaching_and_learning.pdf.

［15］A continuous improvement framekwork［DB/ OL］.http：//storage.pardot.com/14872/75178/wp_ssj_a_ continuous_improvement_framekwork.pdf.

［16］Help all students excel in math with adaptive learning［DB/OL］.http：//storage.pardot.com/14872/ 73918/wp0026_white_paper_tim_hudson_help_all_students_excel_in_math_with_adaptive_learning.pdf.

［17］DreamBox獲B輪1000萬美元融資，自適應學習怎么玩？［DB/OL］.http：//www.duozhi.com/company/ 201509013776.shtml.

［18］借力“適應性學習”，knewton演繹在線教育變革［DB/OL］.http：//www.ifanr.com/390913.

［19］Europe Project 2014-2015 Adults in the Flipped Classroom［R］.Lifelong Learning Programme，2014.

［22］焦建利.翻轉課堂教學改革的五個關鍵［J］.中國信息技術教育，2015：1-2.

［23］焦建利.翻轉課堂教學可能面臨的困難［J］.中國信息技術教育，2015：1-2.

（編輯：郭桂真）

G434

A

1673-8454（2016）10-0018-05