學科能力發展評學教系統的建設與應用模式研究

王磊　周冬冬　支瑤　黃燕寧　胡久華　陳穎

關鍵詞：學科能力;智慧學伴;應用模式;評學教一體化

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

學科教學的核心目標是促進學生的學科能力和素養的發展，倡導評學教一體化。目前學科教學面臨著系列挑戰，需融合知識學習和能力素養發展，結合基礎知識學習和高階思維能力發展，貫通新授課教學和復習課教學，兼顧個性化學習和群體性學習，統整形成性和終結性的全學習過程數據采集等。這一系列挑戰需要新興信息技術的支撐，而已有大量研究致力于探索利用信息技術與學科教學的融合，變革傳統學科教學的學習方式、教學模式、教學環境和課堂教學結構等。探索利用大數據、云計算、泛在網絡、人工智能等新興信息技術，促進學生的個性發展，輔助教師更精準地“教”，指導學生更精益地“學”，缺少系統的學科能力和素養發展的理論基礎、頂層設計和應用模式。

因此，為了解決學科能力和素養發展教學所面臨的挑戰，充分利用新興信息技術的優勢，實現學生學科能力和素養發展的全學習過程大數據采集，實現學科知識、能力和素養結構的建模，實現學生學科能力和素養的表現診斷和問題分析，促進學生學科能力和素養的全面發展。本文主要圍繞“智慧學伴”中學科能力發展評學教系統是如何建設、如何支撐促進學生學科能力發展的教學、如何應用于促進學生學科能力發展的自主學習和課堂教學等問題進行了系統研究。

一、“智慧學伴”中學科能力發展評學教系統建設的理論框架

（一）學科能力理論框架

學科能力是指個體能夠順利地完成特定的學科認識活動和問題解決任務的穩定的心理調節機制，學科能力表現是學生完成相應學科認識活動和問題解決活動的表現。其中，學科知識經驗是學科能力的基礎，學科認識方式是知識轉化為學科能力的核心機制，學科能力活動是知識轉化為素養的途徑和表現，從而構建了學科能力活動表現、知識經驗基礎、學科認識方式內涵實質及其發展水平的多維整合模型（如下頁圖1所示）。該模型既是學科能力表現的測評和診斷框架，也是學科能力培養和發展之路徑。因此，本研究以該模型作為建設“智慧學伴”中學科能力發展評學教系統的理論框架。

（二）建設思路及要素

“智慧學伴”中學科能力發展評學教系統以學科能力構成模型為基礎，選取具有學科能力發展價值的核心知識和活動經驗構建學科知識圖譜，研發核心知識和活動經驗的學科能力表現指標體系，開發系列測評工具和微課資源，并從核心概念、學科能力指標體系、認識方式、學科核心素養和問題情境等多個維度編碼，在“智慧學伴”中建設了包含學科知識圖譜、學科能力指標體系、測評工具、微課資源四要素的學科能力發展評學教系統，如圖2所示?；诖?，能夠在學生學習的不同階段全面精準診斷和分析學生學科能力表現、推送學習資源、設計和實施教學等，實現學科能力評學教一體化、精準化和個性化，促進學生學科能力發展。

二、“智慧學伴”對促進學生學科能力發展教學的支撐作用

促進學生學科能力發展的教學，需選取具有學科能力發展價值的核心概念，系統分析該核心概念的學科能力發展目標，準確診斷學生的學科能力表現。對于課堂教學，教師需基于核心教學內容的學科能力發展目標和學生學科能力表現診斷，精準分析學情，明確教學的具體學科能力發展目標，精確、有梯度地設計教學環節和學生活動任務，基于學科能力水平和進階合理選取和使用原型變式及綜合復雜陌生的任務情境，基于學科能力要素的高級思維內涵及素養要求進行有效設問、追問、評價、示范、總結;對于學生自學，學生需學習基于學科能力表現診斷精準推送的、促進學生學科能力發展的學習資源。“智慧學伴”中學科能力評學教系統為促進學生學科能力發展的教學奠定了基礎，能夠有效地支持學科能力發展目標的精準確定、學科能力表現在線診斷與分析、學科能力發展資源的精準和個性化推薦。

（一）支持學科知識圖譜和學科能力發展目標的精準確定

各學科依據課程標準的內容要求，基于學科本體視角和學生學習視角分析課程內容，建立了本學科的一級主題、二級主題、核心概念三級的知識圖譜。基于核心概念，結合學科能力要素和認識方式，構建了基于核心概念的學科能力、一級學科能力要素、二級學科能力要素和學科能力表現指標的四級學科能力發展目標樹，如圖3所示。基于學科能力表現指標體系，有助于教師精準分析教學內容、設定教學目標，有助于學生明確學習內容和發展目標。

（二）支持學生學科能力表現的在線診斷與分析

有效的教學要關注“教—學—測評”的過程，“以測輔學”是智慧教育境域中精準教學的核心機制。因此，基于學科能力發展目標樹建設了系列測評工具，在學習的不同階段及時診斷和追蹤學生學科能力表現，包括：（1）用于日常教學的形成性評價的單元微測工具，基于核心概念考查學生學科能力表現;（2）用于學期或學年的終結性評價的總測工具，基于學期或學年課程內容考查學生學科能力表現。

學科能力表現測評工具開發時，遵循能力定位，設問指向能力，并與知識經驗、認識方式、素養內涵緊密關聯;創設豐富的、不同復雜陌生度和間接度的問題情境;使用選擇、判斷、二階診斷、開放題等多樣化的題型;依據學生是否達到了相應的學科能力水平制定評分標準;從知識內容、學科能力表現指標、學科核心素養、問題境等多個維度編碼。

學生基于“智慧學伴”進行學科能力測試后，可以精準診斷學生的學科能力表現，從知識經驗、學科能力整體表現、一級學科能力表現、二級學科能力表現、具體學科能力指標表現、具體測試題答題情況等多個維度進行分析，形成學生個人、班級等診斷報告，發現學生學科能力發展的優勢和問題，深入分析其已知點、障礙點和發展點。在此基礎上，學生可以更好地了解自己的學科優勢和問題，發展學科能力;教師可以更好地基于學生表現證據了解學生學科能力發展的問題和優勢，明確教學目標和重難點，精準設計和實施教學。

（三）支持學生學科能力發展資源的精準和個性化推薦

基于學科能力發展目標樹建設了系列學科能力導向的微課資源。微課資源開發時，遵循促進學生學科能力發展的定位;基于每—個學科能力表現指標確定每一個微課資源的學科能力發展目標，基于學科能力發展進階設計微課資源;基于不同的學科能力發展目標選取合適的、豐富多樣的素材創設情境，精準設計活動任務;注重啟發性，外顯問題解決的思路和方法，同時兼顧形式的多樣化、趣味性等。

在“智慧學伴”上實現根據學生學科能力表現診斷精準和個性化推薦微課資源，學生可以更好地掌握教學中的核心思路方法，發展學科能力;教師可以根據教學需求推薦學生學習微課資源。

三、“智慧學伴”中學科能力發展評學教系統的應用模式

“智慧學伴”中學科能力發展評學教系統能夠有效地支撐促進學生學科發展的教學，通過教學實踐，提出基于“智慧學伴”促進學生學科能力發展的自主學習和課堂教學應用模式。

（一）基于“智慧學伴”促進學生學科能力發展的自主學習模式

基于學科知識圖譜和學科能力表現指標體系，學生能夠明確學習目標;基于測評工具和診斷報告，學生能夠開展自我診斷反思，更好地明確自我的學科能力發展優勢和問題;基于微課資源，學生能夠依據自己的問題和優勢精準學習，建立認識角度，形成認識思路，提升學科能力。

基于“智慧學伴”促進學生學科能力發展的自主學習模式如圖4所示。學生根據自學需求選擇核心概念，了解該核心概念的學科能力發展目標，完成學科能力在線測評，獲得學科能力表現診斷報告，基于診斷報告和學科能力表現指標體系，明確自我學科能力發展的問題和優勢，學習推薦的微課資源，突破難點，發展優勢，提升學科能力。

有效的自主學習，其核心是基于學科能力表現測評發現學生的問題和優勢。如果學生在某核心概念上的學科能力表現弱，需通過精準診斷明確學生的短板到底是哪些學科能力表現指標導致的，才能精準推送學習資源。如下頁圖5所示，學生的學習理解（A）能力表現弱，通過精準診斷，明確是由于學生A2-1、A3-1、A3-2能力指標表現弱，導致概括關聯（A2）、說明論證（A3）二級學科能力要素表現弱，從而導致學習理解（A）能力表現弱。因此，學生自主學習時要推薦相應的學習資源以突破A2-1、A3-2、A3-2能力指標的發展。

學生某學科能力指標表現弱，直接推薦對應的學科能力表現指標的學習資源是一種思路。同時，不同概念、不同學科能力表現指標之間也存在關聯，學生的學科能力指標x（簡稱“指標x”）表現弱，可能是指標x本身表現弱，也可能是其相關聯的學科能力指標Y（簡稱“指標Y”）表現弱，或者指標x和Y兩者均表現弱。因此，存在3種推薦學習路徑，如圖6所示。路徑1說明學生指標x表現弱不是由于指標Y導致的，是指標x本身未達成，需推薦指標x的微課資源學習;路徑2說明學生指標x表現弱是由于指標Y導致的，需先達成指標Y，就能完成指標x;路徑3說明學生指標x表現弱與指標x和Y均有關聯，需先突破指標Y，再突破指標x。對于指標x表現弱的學生，不同的學生可根據其學科能力表現的差異通過不同的路徑來達成學科能力指標x，在“智慧學伴”上，依據學生學科能力表現來調適其學習內容，基于數據驅動與學習分析持續改善學習路徑，實現學科能力的達成。

（二）基于“智慧學伴”促進學生學科能力發展的課堂教學模式

基于學科知識圖譜和學科能力表現指標體系，教師能夠更明確教學知識內容結構及其學科能力發展目標，從而精準設計和選取教學目標、活動任務、情景素材，同時外顯教學的思路方法和優化教學行為。基于測評工具和診斷報告，教師能夠基于學生表現證據了解學生學科能力發展的問題和優勢，明確教學的重難點，精準設計和實施教學;基于微課資源，教師能夠深度理解學科能力表現指標和問題解決的思路方法，反思并改進教學。因此，引導教師從“具體知識落實為本”的教學轉變為“學科能力發展為本”的教學，幫助教師明確核心教學內容對學科能力發展的功能價值，輔助教師在教學的不同環節中設計豐富多樣且有梯度的學科能力活動任務，促進教師的教學行為更加指向學生學科能力培養，從而幫助學生建立核心的認識角度，形成認識思路，實現學生學科能力的發展?；凇爸腔蹖W伴”促進學生學科能力發展的教學模式如圖7所示。

課前：教師向學生發布學科能力導向的單元微測，學生在平臺上完成學科能力表現自我診斷，推送給學生學科能力表現的診斷報告，學生可以根據個體診斷報告開展自主學習;教師理基于班級診斷報告精準分析學情，結合學科能力表現指標體系明確教學目標，進而精準設計“證據為本—問題導向—能力發展”的教學，利用指標體系、單元微測和微課資源合理設計豐富多樣的情境和有梯度的學科能力活動任務。

課中：教師基于學生學科能力表現診斷結果，利用具體活動任務與學生深度對話，幫助學生建立認識角度和思路;利用微課資源促進學生反思和小組討論，深化認識角度和思路，促進學生學科能力的發展。同時，教師可利用單元微測及時診斷和反饋學生的學科能力發展情況，保證課堂活動的生成性。

課后：教師向學生發布學科能力導向的單元微測，學生在平臺上完成學科能力表現自我診斷，學科能力表現短板可利用微課資源進—步自主學習。同時，教師可根據學生個體的學科能力診斷報告個性化督促學生學習，根據班級的學科能力診斷報告反思教學。

四、基于“智慧學伴”促進學科能力發展的課堂教學案例及效果

基于圖7所示的課堂教學模式，開展了基于“智慧學伴”的翻轉課堂式和嵌入式的新授課和復習課系列教學實踐?；凇爸腔蹖W伴”的翻轉課堂式和嵌入式課堂教學模式的主要區別在于學生課前是否需要自主學習;嵌入式課堂教學應用模式，學生只需完成教學前測診斷，不需要自主學習教師發布的學習任務和微課資源。由于“智慧學伴”內提供了豐富的學科能力導向的指標體系、測評工具和微課資源，更有利于實現“證據為本一問題導向—能力發展”的翻轉課堂式教學應用模式，實現評學教一體化。以北京市通州區某示范校A班開展基于“智慧學伴”的翻轉課堂式的初三化學“質量守恒定律”新授課（1課時）教學實踐為例，為促進學生學科能力發展的課堂教學提供借鑒，并探討該課堂教學模式的應用效果。

（一）應用案例

在初中階段，對于“化學變化”來說，主要幫助學生建立宏觀質量和微粒數目兩個方面的定量認識?！百|量守恒定律”是“物質的化學變化”主題的核心內容之一，需幫助學生建立宏觀上的質量關系：參加反應的各物質的質量總和等于反應后生成的各物質的質量總和，化學反應中各物質之間存在著固定的質量比例關系;建立微觀上的粒子數目關系：元素守恒即反應前后各原子的種類、數目均不變;化學反應中各種物質微粒數目存在著固定的比例關系;并能夠利用質量守恒定律解決問題。

結合基于“智慧學伴”促進學生學科能力發展的課堂教學模式，開展“質量守恒定律”新授課的具體實施流程如下：

課前自學：教師發布學習任務和微課資源，學生自學，主要發展基礎性知識的辨識記憶能力;利用微測試題探查學生學科能力發展的已知點、困難點和突破點。學生自主學習“智慧學伴”上“質量守恒定律”的學習理解能力相關的微課資源，進行學科能力表現診斷，結果顯示：學生“A1-1知道化學反應前后物質的總質量不變”能力指標的得分率為83.9%，“A2-1能基于實驗數據分析概括化學反應前后物質總質量關系并能對某一具體的化學反應進行描述”能力指標的得分率為21.0%，“A3-1能用微粒的觀點對質量守恒定律做出解釋”能力指標的得分率為16.9%。這些得分率表明，學生經過課前微課資源自學，已基本知道化學反應前后物質的總質量是相等的，但是并不清楚質量守恒定律中到底是什么質量相等和為什么相等。因此，本節課的學科能力發展目標是幫助學生建立概括關聯和說明論證的深度理解能力，并在此基礎上發展學生將知識轉化為分析、預測、推論、設計的應用實踐能力。具體化為：A2-1能基于實驗數據分析概括化學反應前后物質總質量關系并能對某一具體的化學反應進行描述;A3-1能用微粒的觀點對質量守恒定律做出解釋;A3-4能結合實驗事實論證質量守恒定律;B1-1能根據質量守恒定律解釋實際現象;B2-3能直接應用質量守恒定律計算某反應物或生成物質量;B3-2能設計簡單實驗驗證質量守恒定律。

課中突破：設計概括關聯、說明論證等學科能力活動任務，基于學科能力診斷報告進行師生對話，促進學生深度理解能力的提升;同時設計簡單的應用實踐活動促使學生將知識轉化為應用能力。通過學生描述質量守恒定律和教師展示“智慧學伴”上的班級診斷報告，師生共同分析學生對質量守恒定律認識的薄弱點，明確本節課的學習目標。以“為什么化學反應前后質量守恒？”問題驅動，設置具體教學活動1“從微觀角度論證質量守恒定律”和活動2“分組設計實驗驗證質量守恒定律，并分析數據說明該實驗如何驗證質量守恒”，反思對于有氣體參加或有氣體生成的化學反應，質量守恒定律是否適用，觀看“智慧學伴”上的“設計簡單實驗驗證質量守恒定律”的微課視頻，促進學生概括關聯、說明論證等深度理解能力和簡單設計能力的發展。以“你能利用質量守恒定律解決問題嗎？”驅動，設置具體活動3“利用質量守恒定律解釋實際現象”和活動4“利用質量守恒定律預測生成物的質量”，促進學生分析解釋和推論預測等應用實踐能力的發展。師生共同總結后，教師布置反思活動“10g氫氣和10g氧氣反應，請你預測生成水的質量是多少”，啟發學生思考應用化學變化中的固定比例關系解決復雜問題，并為化學方程式學習做鋪墊。

課后反思：學生完成相應的單元微測，反思學習微課資源，進一步發展高階學科能力。教師布置任務，完成質量守恒定律的單元微測，關注測評結果;與前測診斷報告對比，自我反思;若有不足之處，借助微課資源自學鞏固，并進一步學習發展復雜推理等高階學科能力的微課資源，全面促進學生學科能力的發展。

（二，）數據分析與討論

研究者在該校選取A班及與A班同年級、未使用“智慧學伴”開展教學的B班，并分別在教學前和教學后對A班和B班的學生進行診斷。通過A班學生教學前后測試的表現（如圖8所示）說明：A班學生的學科能力表現明顯提升，特別是概括關聯、說明論證、推論預測、簡單設計和復雜推理能力。A班與B班的前測結果顯示學生學科能力表現無明顯差異，通過A班與B班的學科能力發展情況（如圖9所示），說明：A班學生學科能力發展更優，特別是概括關聯、說明論證和復雜推理能力。

由此可見，基于“智慧學伴”開展課堂教學有利于促進學生學科能力發展。課前，通過“智慧學伴”支持的微課自學、自我診斷，學生能夠知道質量守恒定律的具體內容;教師能夠根據“智慧學伴”反饋的診斷報告及學生典型表現，能夠精準分析學情和確定本節課的教學目標而且能夠基于學生表現證據、單元微測試題、微課資源等精準設計教學活動和選取情景素材。課中，通過“智慧學伴”提供的診斷報告和學生在“畫出氫氣在氧氣中燃燒的微觀示意圖”微測試題中的典型表現，輔助師生對話，探查學生的困難點，共同明確本節課的學習目標，發展學生概括關聯、說明論證等深度理解能力;通過觀看“智慧學伴”內的微課資源“設計簡單實驗驗證質量守恒定律”促使學生反思，形成問題解決的思路。課后，通過自我診斷、微課自學及時鞏固課上學習不足之處，并通過指向提升復雜推理等高階能力發展的微課資源進一步學習，發展學生的高階思維能力?；凇爸腔蹖W伴”開展課堂教學轉變學生的學習方式;實現學科能力導向的教學目標與評價目標、學習任務和評價任務的一體化設計，促進學生學科能力發展。

五、總結

“智慧學伴”中學科能力發展評學教系統建設了豐富系統的學科知識圖譜、學科能力表現指標體系、測評工具和微課資源，支持學生學科能力發展的個性化、精準化、高效化的學習;基于核心概念采集學生全學習過程的學科能力和素養發展的關鍵數據，精準診斷和分析學生學科能力和素養表現;以測輔學，精準推送學習資源，教師可以基于平臺對學生提供個性化指導，也可根據群體學科能力表現診斷精準設計和實施教學;促進教師學科能力導向的教學理念、從“教師的教”到“學生的學”再到“學生的實際發展”，實現學生學科能力和素養的發展。

作者簡介：

王磊：教授，博士生導師，研究方向為化學課程與教學論、信息化教學（wangleibnu@126.com）。

周冬冬：在讀博士，研究方向為化學課程與教學論、信息化教學（ch.le.zhoudongdong@163.com）。

支瑤：中學高級教師，博士，研究方向為化學課程與教學論（zhi.yao@263.net）。

黃燕寧：副教授，碩士生導師，研究方向為化學課程與教學論（yanningh@126.com）。

胡久華：教授，博士生導師，研究方向為化學課程與教學論（hujiuhua69@126.com）。

陳穎：中學高級教師，博士，研究方向為化學課程與教學論（chenying2004864@126.com）。