一種提升學生問題解決能力的問題支架應用框架

朱龍 付道明

[摘? ?要] 解決復雜情境中的問題是21世紀人才應具備的重要能力。翻轉課堂作為一種聚焦問題解決的學習模式離不開有效的問題支架，但應用何種類型的問題支架以及如何應用問題支架仍有待進一步研究。在此背景下，通過文獻述評、課堂觀察、案例分析，借鑒問題支架認知分類觀以及問題解決過程四階段觀點，構建了面向翻轉課堂的課前“過程提示—細化提示—反思提示”問題支架、課中“問題表征—方案制訂—方案分析—監(jiān)控評價”問題支架以及課后混合的問題支架應用框架，并在小學三年級的信息技術課堂中開展準實驗研究，分別從學習成績、問題解決能力、學習態(tài)度三個方面進行了效果檢驗。結果顯示：相對于控制組，實驗組學生在學習成績和問題解決能力表現(xiàn)方面較為優(yōu)異，并且差異顯著，實驗組學生對使用問題支架持有積極的態(tài)度。

[關鍵詞] 問題解決能力; 問題支架; 翻轉課堂; 學習支架

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

一、引? ?言

提升學習者的問題解決能力是教育領域關注的重要議題。美國21世紀技能框架強調培養(yǎng)學生的問題解決思維，《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》提出要培養(yǎng)學習者在復雜環(huán)境中進行問題解決的意識與能力[1]，歐盟將面向復雜問題的解決能力作為21世紀的重要技能融入教育教學中[2]。進入“互聯(lián)網+”時代，作為一種聚焦問題解決的學習模式，翻轉課堂逐漸走入教育者的視野[3]，而問題解決離不開有效的學習支架。Wood等人認為，學習支架在問題解決中具有吸引學習者參與學習任務、降低任務難度、保持學習方向、突出重難點、減輕消極情緒、示范問題解決方法的作用[4]。Reiser指出，在設計學習支架時要關注支架的“問題化”[5]，以降低任務難度，激發(fā)學習者參與問題解決的動機和興趣。但在翻轉課堂相關研究中，較少關注問題支架的應用，特別是對應用何種類型的問題支架以及如何應用問題支架的研究相對較少。此外，相關研究極少從實證研究視角檢驗翻轉課堂中問題支架對學生問題解決能力的影響。因此，本研究通過理論建構，構建面向翻轉課堂的問題支架應用框架，并通過準實驗檢驗其效果，以期為翻轉課堂中提升學生問題解決能力提供一種可行的路徑。

二、 相關研究述評

研究者普遍認為翻轉課堂包含兩大核心部分：課前自主學習與課中協(xié)作學習[6]，其中，課前自主學習側重掌握基本知識點;課中協(xié)作學習側重知識應用與問題解決[7-9]。無論是知識學習，還是問題解決，都離不開有效的學習支架。本研究中，問題支架是指能從認知和元認知層面為學生學習提供支持，從而引導和促進學生學習的問題集[10]。

（一）翻轉課堂中問題支架的設計與應用

在問題支架設計方面，郭紹青等人提出通過設計不同梯度（不同類型以及難度）的問題支架，引導學生參與學習，幫助學生實現(xiàn)知識理解和問題解決[11]。在課前，教師根據(jù)內容設計問題支架，學生帶著問題觀看微視頻;課中，教師既可以獨立設計問題支架，也可以師生協(xié)作共同開發(fā)問題支架[11]。劉銳等人發(fā)現(xiàn)，將重難點轉化為問題，并將問題檔案整合于自主學習任務單之中，能提升學生完成課前任務的效率[12]。秦琴琴等人進一步指出，學習任務單中的問題設計要具有適度性、層次性、開放性和動態(tài)性[13]。此外，在問題支架設計時，汪曉東等人提出應建立一種記錄與反饋機制，通過此機制，教師及時了解學生學習進程中的困難，通過一定的手段幫助其渡過學習難關[14]。

在問題支架應用方面，研究表明問題支架有助于促進學習者解決復雜問題[15]。在翻轉課堂中，問題支架可應用于三個環(huán)節(jié)：問題引導環(huán)節(jié)、觀看視頻環(huán)節(jié)以及問題解決環(huán)節(jié)。在問題引導環(huán)節(jié)，問題支架作為引子，引起學生的疑惑和認知沖突，引導學生帶著問題去觀看視頻;在觀看視頻環(huán)節(jié)，問題支架作為一種檢驗手段和反饋機制，學生解決課前問題支架中提出的問題，依據(jù)學習情況反饋新的問題;在問題解決環(huán)節(jié)，問題支架作為學習輔助手段，幫助學生解決問題[16]。胡小勇等人將半結構化的問題表征支架、內容提示支架和反思性問題支架應用于翻轉課堂中，實證研究結果顯示：相對于控制組，實驗組學生在問題解決方面的表現(xiàn)較為突出[17]。

（二）問題支架提升問題解決能力

問題支架可以分為過程提示支架、細化提示支架、反思提示支架。過程提示支架（Procedural Prompt）通過為學習者提供操作流程，從而引導學生完成學習任務;細化提示支架（Elaboration Prompt）用以激活學生的認知圖式，幫助學生分解、描述思維推理過程;反思提示支架（Reflection Prompt）主要幫助學生監(jiān)控和反思學習[18]。King等人指出，將問題支架與學習有效融合，能推動學生深入理解知識、監(jiān)控認知思維，解決復雜問題[19]。在問題解決過程中，問題支架有助于學生聚焦要解決的問題、表達思維過程以及反思問題解決過程，相比于沒有應用問題支架的學生，應用問題支架的學生表現(xiàn)更為優(yōu)異[20]。

研究者對不同類型問題支架的應用效果進行了分析。Ge等人將問題支架劃分為問題—表征支架（Problem Presentation Prompt）、問題—方案支架（Solution Prompt）、問題—方案分析支架（Justification Problem Prompt）以及問題—反思支架（Monitoring and Evaluation Prompt），并將上述支架應用于教學中，結果表明：問題支架對學生解決問題具有積極影響[21]。Kauffman等人發(fā)現(xiàn)問題—反思支架能有效提升問題解決效果[22]。Law和Chen將問題—內容支架和問題—應用支架應用于科學教學中，發(fā)現(xiàn)與應用提示支架相比，內容支架極大地深化了學生對科學知識的理解，并有助于學生遷移應用所學知識[23]。Davis發(fā)現(xiàn)，在科學學習中應用反思支架能促進學生整合科學知識和應用知識解決問題[24]。Lin 等人發(fā)現(xiàn)，解決方案分析支架能幫助學生遷移和應用知識[25]。

綜上所述，已有研究表明，問題支架在促進學生問題解決方面具有積極的作用，但也存在一些不足。第一，在翻轉課堂問題支架應用過程中，研究者所探討的只是“籠統(tǒng)”地將問題支架應用于整個翻轉過程，缺乏對問題解決過程的細分并針對性地提供不同類型的問題支架。第二，當前翻轉課堂中專門針對問題支架的實證研究不多，翻轉課堂的核心在于問題解決，如何從實證研究視角驗證問題支架對學生學習績效的影響，仍有待進一步研究。

三、面向翻轉課堂問題解決的問題支架

應用框架

結合文獻分析、案例分析以及課堂觀察，借鑒問題支架認知功能（包括過程提示支架、細化提示支架以及反思提示支架），以及問題解決四階段觀點，本研究構建了面向翻轉課堂問題解決的問題支架應用框架，如圖1所示。

課前應用PER問題支架集，包括過程提示支架（Procedural Prompt）、細化提示支架（Elaboration Prompt）以及反思提示支架（Reflection Prompt）。在課前學習中，應用過程提示支架將學習材料問題化，例如：在課前任務單中，以問題的形式分步驟描述課前學習知識，并提供詳細的學習操作指南;此外，應用細化提示支架分解學習內容、支持學生推理，幫助學生深入理解學習內容，例如：“概念A的本質是什么？概念A與概念B的異同點是什么？”在微視頻中可應用細化提示支架引導學生深入學習基本知識。反思支架的作用在于支持學生課前反思，使教師獲取課前反饋，從而制定具有針對性的教學計劃。

課中應用PJSM問題支架集，包括問題—表征支架（Presentation Prompt）、問題—方案支架（Solution Prompt）、問題—方案分析支架（Justification Problem Prompt）以及問題—監(jiān)控評價支架（Monitoring and Evaluation Prompt）。在問題表征階段，為學生提供問題—表征支架，例如：“需要解決的主要問題是什么？如果涉及多個問題，各問題之間的關系是怎樣的？”通過該支架支持學生深入理解問題，弄清問題本質。在開發(fā)解決方案階段，應用問題—方案支架引導學生建立解決方案，例如：“解決方案是什么？該方案是如何解決問題的？”在方案分析階段，問題—方案分析支架主要用于對所提出的解決方案進行價值判斷，引導學生修正、完善解決方案。在監(jiān)控與評價階段，借助問題—監(jiān)控評價支架對問題解決過程進行自我評價與反思。

課后學習環(huán)節(jié)主要面向拓展問題解決，可以綜合應用兩類問題支架集，其目的在于幫助學生實現(xiàn)知識與問題支架的遷移應用。

在構建上述面向翻轉課堂問題解決的問題支架應用框架的基礎上，本研究將開展教學實證研究，通過教學實驗檢驗其實際效果，并解決三個問題：第一，使用問題支架對學生學習成績產生何種影響？第二，問題支架對學生提高問題解決能力是否有影響？第三，學生對使用不同類型問題支架促進問題解決的態(tài)度怎樣？

四、研究設計與實施

本研究選取廣州市天河區(qū)沐陂小學開展教學實驗，采用實驗組和控制組準實驗模式，目的是比較應用翻轉課堂問題解決支架的教學效果與未采用問題支架教學效果的差異。

（一）實驗假設

假設1：在翻轉課堂中，相對于沒有采用問題支架的學生，使用問題支架進行學習的學生學習成績要更高;

假設2：在翻轉課堂中，相對于沒有采用問題支架的學生，使用問題支架進行學習的學生體現(xiàn)出更強的問題解決能力;

假設3：在翻轉課堂中，學生對使用學習支架促進問題解決持積極態(tài)度。

（二）實驗模式

本研究的實驗對象是小學三年級學生，采用實驗組和控制組準實驗模式，實驗組和控制組均采用翻轉課堂進行教學，實驗組使用問題支架，控制組不使用問題支架。實驗組和控制組均為同一授課教師，所教學科是小學信息技術，本文作者作為教學輔助者和觀察者，輔助教師授課以及觀察學生的學習過程。

（三）數(shù)據(jù)收集方法及工具

1. 學習成績測量

學習成績主要通過測試進行，研究者依據(jù)學習內容開發(fā)了前后測試卷，前后測試卷分別包括10個題目，總分為100分。試卷設計完成后，研究者向授課教師進行了意見征詢，并進行了修改，同時，對試卷進行了小范圍試測，確保測試卷的可靠性。

2. 問題解決能力測量

問題解決能力主要依據(jù)學生對提出的問題的解答情況進行測量。在學習完成后，研究者會提供一個包含5個題目的測驗卷，要求學生在規(guī)定的時間內進行解答。之后，由研究者依據(jù)完成情況進行評分。Byun等人在2014年提出了一個問題解決評價量規(guī)（Evaluating Rubrics for Ill-structured Problem Solving）[26]，其克隆巴赫α系數(shù)為0.632，本研究采用該量表進行評分。

3. 態(tài)度測量問卷

為了測量學生對使用問題支架輔助問題解決的態(tài)度，研究者依據(jù)Sternberg指出的問題解決能力分類觀點[27]開發(fā)了問題解決態(tài)度里克特量表。量表包括9個問題，通過對3位專家進行意見征詢和前測，研究者對測量量表進行了改進。分析顯示，其克隆巴赫α系數(shù)為0.84，說明量表具有較高的信度。

（四）實施過程

整個研究采用基于設計的研究范式，共開展三輪研究，持續(xù)時間為四周。研究者隨機選取三（1）班和三（2）班為實驗班和控制班。三（1）班采用基于問題支架的翻轉課堂開展教學（支架示例見表1），三（2）班采用沒有問題支架的翻轉課堂進行教學。前三周兩個班級學生分別熟悉各自不同的教學方法，從而減小實驗干擾。在第四周，學習完成后，分別對三（1）班、三（2）班進行試卷測試、問題解決能力測試和態(tài)度調查。

五、數(shù)據(jù)分析

為檢驗翻轉課堂問題支架效果，本研究分別從實驗組和控制組學生學習成績、問題解決能力，實驗組學生對應用問題支架的態(tài)度以及課后訪談四個方面進行數(shù)據(jù)收集與分析。

（一）學習成績

實驗前，研究者對三（1）班和三（2）班學生進行前測，平均成績分別為65.80分和65.42分，T檢驗的顯著概率Sig.=0.894>0.05，故三（1）班和三（2）的成績平均差異不顯著，即兩個班級水平相當。實驗結束后，三（1）班發(fā)放測驗卷43份，回收43份，有效問卷43份;三（2）班發(fā)放測驗卷40份，回收40份，有效問卷40份。運用SPSS對數(shù)據(jù)進行處理，結果見表2。結果顯示，顯著概率Sig.=0.011<0.05，控制組和實驗組的成績平均差異顯著，且實驗班比控制班平均成績高，說明翻轉課堂中的問題支架能有效地提高學習成績。

（二）問題支架對學生問題解決能力的提升效果

實驗結束后，實驗班發(fā)放問卷43份，回收問卷43份，有效問卷39份;對照班發(fā)放問卷40份，回收問卷40份，有效問卷39份。授課教師和研究者分別對實驗班和對照班問卷進行評分，其克隆巴赫α系數(shù)分別為0.82、0.87，說明評分者的一致性較高。隨后，進行獨立樣本T檢驗，結果見表3。

（1）識別與分析問題：實驗班學生得分（M=3.744，SD=1.141）高于對照班（M=2.000，SD=0.688），其中t=8.174，p=0<0.05，說明實驗組和對照組學生在識別與分析問題方面存在顯著差異。

（2）開發(fā)解決方案：實驗班學生得分（M=4.410，SD=0.715）高于對照班（M=2.846，SD=1.113），其中t=7.383，p=0<0.05，說明實驗組和對照組學生在開發(fā)解決方案方面存在顯著差異。

（3）方案分析與選擇：實驗班學生得分（M=3.872，SD=0.767）高于對照班（M=2.612，SD=1.350），其中t=5.054，p=0<0.05，說明實驗組和對照組學生在方案分析與選擇方面存在顯著差異。

（4）問題解決與反思：實驗班學生得分（M=4.359，SD=0.668）高于對照班（M=2.308，SD=0.922），其中t=11.249，p=0<0.05，說明實驗組和對照組學生在問題解決與反思方面存在顯著差異。

（5）問題解決能力：實驗班學生得分（M=16.385，SD=1.711）高于對照班（M=9.769，SD=2.870），其中t=12.366，p=0<0.05，說明整體來看，實驗組和對照組學生在問題解決能力方面存在顯著差異，并且實驗組學生的表現(xiàn)優(yōu)于對照組學生。

（三）學生對應用問題支架促進問題解決的態(tài)度

為了了解學生對應用問題支架促進問題解決的態(tài)度，研究者在實驗班發(fā)放了問卷43份，回收問卷43份，有效問卷35份，結果見表4。

分析發(fā)現(xiàn)，問題支架有助于學生學會發(fā)現(xiàn)問題（M=3.65，SD=0.69）和正確表述、識別問題（M=3.58，SD=0.58）;通過在運用問題支架，學生學會了問題分析方法，并能依據(jù)實際情況確定解決問題的方向和步驟（M=3.42，SD=0.70）;學生認為他們在選擇問題解決方法時存在一定的困難（M=2.42，SD=1.06），但能對問題進行合理的分解（M=3.31，SD=0.79）;在問題解決時，學生認為在信息檢索、分析、應用方面仍存在困難（M=2.46，SD=1.03），但在制定問題解決方案以及合理利用資源方面則顯得十分有信心（M=3.77，SD=0.51）;在對于問題解決過程反思（M=3.46，SD=0.58）以及問題解決方法遷移應用（M=3.42，SD=0.70）方面，學生持較為同意的態(tài)度。

（四）訪談

對實驗班的教師與學生進行訪談，C老師認為，學生在學習中體驗到了“識別與分析問題—建立問題解決方案—解決方案分析—問題解決反思”這一科學的問題解決過程，掌握了問題解決的步驟、方法。問題支架推動了方法與行動之間的聯(lián)結，吸引了學習者參與學習任務，降低了任務難度，突出了重難點，從而支撐學生運用所學知識解決問題。此外，訪談中，學生普遍對在翻轉課堂中應用問題支架持積極的態(tài)度，問題支架促進了學生對知識的深入理解，助力學生更加高效、合理地應用信息技術開展學習，推動了組內和組間的協(xié)作。對對照班的教師和學生進行訪談，C老師認為，學生在解決具體問題時由于缺乏有效的問題支架，常顯得束手無策，在課堂中一度出現(xiàn)混亂的場面，問題解決的效果也并不如人意。學生則反映“在解決問題時，不知道怎么做”“問題解決的過程混亂，問題也得不到有效的解決”“小組合作中由于缺乏有效的支架無法進行有效的合作”。

六、討? ?論

綜合來看，在翻轉課堂中應用問題支架，實驗組學生在學習成績、問題解決能力方面均優(yōu)于對照組，并且對應用問題支架持積極的態(tài)度。這一結果與Lee的研究結論相同，Lee等人發(fā)現(xiàn)，在學習中通過問題支架幫助學習者分解和反思問題，有助于提升學生的學習表現(xiàn)[28]。

在學習成績方面，Papadopoulos發(fā)現(xiàn)，使用問題支架的學生在學習表現(xiàn)方面明顯優(yōu)異于未使用問題支架的學生。Papadopoulos采用了三個小組開展實驗：第一小組未提供支架小組;第二小組提供問題支架，并要求寫下問題解決方案;第三小組提供問題支架，只需要思考可能的解決方案，而結果表明第二小組的表現(xiàn)最優(yōu)[15]。Law等對知識內容提示支架（Knowledge Prompt）和應用提示支架（Application Prompt）進行對比，發(fā)現(xiàn)上述兩種支架均有助于學生學習，其中，使用內容提示支架的學生表現(xiàn)更為優(yōu)秀[23]。本研究在使用問題支架的同時，要求學生記錄學習過程和結果，數(shù)據(jù)顯示，實驗組學生的學習成績優(yōu)于對照組，這也在一定程度上證實問題支架對提升學習成績具有積極作用。而從支架屬性來看，實驗中的問題支架更加偏重應用提示，結果發(fā)現(xiàn)，具有使用提示屬性的支架對學習同樣具有積極幫助作用。而在翻轉課堂中，學生是否記錄問題解決過程以及不同屬性的問題支架對學習影響這一問題仍有待進一步研究。

在問題解決能力方面，Kauffman等使用問題解決支架和反思支架支持大學生開展基于問題解決的學習。實證表明，實驗組學生問題解決的效果優(yōu)于控制組。同時，學習反思對于問題解決具有積極作用，但只有當學習者明確反思的內容時，反思才能真正發(fā)揮作用[22]。此外，不同類型的問題支架發(fā)揮作用有所不同。Byun對三種不同的問題支架（教師設計的問題支架、學生設計的問題支架、學生自主設計結合教師建議形成的問題支架）的作用進行了對比，結果發(fā)現(xiàn)，第一類支架在解決方案分析（Justification）、問題解決監(jiān)控與評價（Monitoring and Evaluating）兩個階段作用效果更加明顯[26]。本研究所使用的支架均為教師提前設計，并在對應的階段分發(fā)給學生，這在一定程度上提高了支架的使用效率，使得問題支架能更好地發(fā)揮作用，能更為精準地幫助學生解決問題與反思學習。

在使用問題支架改善問題解決態(tài)度方面，學生普遍持有積極的態(tài)度，認為問題支架有助于幫助自己理清問題的本質，清晰表征問題，選擇有效的解決方案，并解決問題。這與Ge研究中問題支架在學生問題解決、問題分解、監(jiān)控與評價過程具有有益影響的結論相一致[21]。

七、結? ?語

本研究構建了翻轉課堂問題支架應用框架，并開展了準實驗研究，結果表明：在翻轉課堂中使用問題支架，有助于提高學生學習成績與問題解決能力，同時，學生對于在翻轉課堂中使用問題支架持有積極的態(tài)度。由于受到研究周期與精力的限制，本研究只在小學三年級開展教學實驗，未來將進一步擴展到其他年級和學科，進一步完善問題支架框架。此外，本研究只是針對教師設計的問題支架進行探討，未來將進一步探討如何引導學生自主設計問題支架并對比研究自主設計支架與教師設計支架二者效果的差異。

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