使用三層模型致學科思維水平提升的實驗研究

張悅 李藝

三層教育（教學）目標體系以皮亞杰發生認識論（專指其哲學認識論內涵）的兩個范疇說為依據，對教育（教學）目標的描述思路問題進行了分析，并給出了分層結構的教育目標描述方案，它由雙基、問題解決、學科思維三層構成。考慮到源自皮亞杰兩個范疇說，針對具體學科來說，雙基實質上是“學科知識”。而將外在的學科知識內化為內部的學科思維，則是問題解決層要解決的事情，這是學習者自己的體驗、領悟的過程。學習主體關聯、聯想、回溯自身原有的知識、經驗，經過推理、概括、歸納等過程，實現對新知識的學習，在腦海中形成新的知識架構，內化為學科思維。本研究意圖通過基于三層目標模型的高中教學實踐，檢測基于三層目標模型的教學是否更有利于學生學科核心素養中學科思維水平的提升。

● 教學實驗設計總體思路

研究假設：假定基于三層目標的教學模式更有利于提升學生的學科思維水平。

實驗對象選擇：以高一年級新入學的學生為實驗對象，在同樣層次班級中選取實驗組、控制組。在教學過程中，對實驗組學生使用基于三層目標的教學設計，控制組使用其他傳統教學目標模式，如三維目標。選擇11班為實驗組，12班為控制組，從分班數據看，兩組學生初始狀況一致。實驗組藝術1班作為年級里文化成績最弱的班，沒有同層次班級，使用最接近的藝術快班2班作為控制組參加實驗。相關實際情況如下表所示。

實驗周期與教學內容安排：經研究，將本實驗周期設置為一學年（兩個學期）。原因如下：本校信息技術在第一學期為1課時/2周，第二學期為1～2課時/周。第一學期總課時為7節課左右，第二學期總課時為18課時左右。從實驗目的和實驗假設來看，重點考察對學生學科思維的培養。第一學期僅有7課時，且每兩周才1課時，間隔較長，課時較少，不易達到明顯效果。因此，將整個試驗周期設置為兩個學期，能較好地進行對比測試。

從實驗流程、課時安排、對學科思維的體現等角度綜合考慮，為期一年的實驗將分為兩個階段，第一階段為第一學期，完成前測、第一階段教學實踐。教學內容為高中信息技術課程標準必修一中的條目1.4和1.5的數據分析、表達與分析報告，重在學生對三層目標模型相關學習方法的適應、思維習慣的養成等。第二階段為第二學期，實驗流程包括第二階段教學實踐、過程性數據采集、后測、數據分析與結論等。教學內容為算法與程序設計（約12課時）。

● 實驗實施過程

整個實驗按照計劃在2018—2019學年開展，歷時兩個學期，每個班級實際總課時數約在20課時左右。實驗組學習方式主要為基于三層教學目標設計的項目學習。控制組為傳統教學目標模型，學習方式主要為任務式教學。

在第一學期開學后，參與實驗的三位教師首先根據實驗計劃，依據實際教學經驗、相關測評理論和測評模型，討論制訂了前測內容和形式，組織班級學生測試，并對收集到的數據進行分析。

在第一學期的教學中，教學內容為《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中的“數據與計算”模塊中條目1.4和1.5——數據的分析與可視化表達，該條目知識節點較多，且在綜合應用解決問題的過程中，對知識節點間的關聯度要求較高。實驗組教師應用分層目標模型，在課堂中以項目學習法為主要學習方式。本階段實驗組遇到的最大問題為學生的思維活躍度與主動性不夠，且主要出現在實驗組藝術1班。由于三層教學目標強調學習者自身的知識內化過程，因此，教學設計重視學生自身的思考過程，在教師引導的基礎上，希望有更多的深度學習的發生。藝術1班作為文化課成績最低的班級，學生在學習中的主觀能動性較為不足。在課堂表現上，思維活躍度很低。教師多方啟發，但學生經常大面積沒有反應，不拒絕也不參與思考。后續教學中，教師不斷修改相關知識的案例，盡量與藝術1班學生的固有知識掛鉤，不但關聯本學科，還關聯其擅長的藝術領域等，促使學生思維活動的發生;同時，通過點名開火車回答問題等方式，“逼迫”學生思維動起來。多方努力之后，學生逐步適應了基于三層目標的教學方式，在第二學期的課堂中，思維活躍度有較大提升。本階段，實驗組教師在課堂中通過填寫課堂觀察表的形式，不定時主觀記錄學生在課堂中的活躍度、參與度等情況。

第二個學期的教學內容為《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中的“數據與計算”模塊中條目1.6和1.7——算法與程序設計。該條目的內容，在應用知識解決問題時對思維水平同樣要求較高。在上學期的基礎上，實驗組教師應用分層目標模型，在課堂中以項目學習法、導學案法為主要學習方式，同時，在課堂細節中通過有效試錯、學科融合問題等方法，有效促進學生思維活動的發生。該階段，實驗組和控制組教師分別記錄了每個班級完成既定教學任務所用的課時數、額外拓展內容等數據，對課堂觀察數據進行了量化記錄。在第二學期的教學實踐完成后，三位教師以條目1.6和1.7為主要考查內容，共同制訂了終測試卷，并按計劃進行了測評、分析。

● 實驗數據分析與結論

1.前測與測試結果分析

在第一學期初，按計劃通過問卷調查（診斷性測試）對相關班級進行前測。測試具體題目內容涉及相關知識節點與其間的結構較為全面，如文檔部分的頁面排版相關知識，既有建立新表、字體編輯這樣的低級結構題，也有圖文混排、函數公式應用這樣的關聯結構題，還有綜合解決數據分析與數據報告這樣的需要關聯超出本學科知識（如生活經驗）類的題。

需要說明的是，從實際教學經驗看，一份難度系數0.7左右的試卷，預計得分呈正態分布。通常簡單（低級結構）題控制在60%左右，預期得分率為三分之二以上。剩下的40%為關聯及以上結構的復雜題，同時由于關聯的復雜度不同，不同題目的預期得分率從二分之一到十分之一不等，三分之一為其中的中間值。由于本實驗考察重點為高級思維，因此在前測題目占比中，低級結構題為3題，關聯及以上結構6題，將高級思維占比增加到了66.7%，側重對后者的考察。為便于統計，設置本卷總分100分，預估本卷難度系數較低，為0.4左右。

整體來看，實驗組與控制組兩組的對比數據，得分率差值比較小，絕大部分差值都在3.3%以下。再結合班級人數來看，實驗組1班為31人，每個人占學生總數的3.3%;其他3個班級人數都為40左右，按40計算，每個人占學生總數的2.5%。從該角度考慮，實驗組與控制組差值在3.3%或2.5%以內的，可以認為無差別，其數值的略微差異是由班級人數不同引起的。

對實驗組藝術1班、11班的數據進行詳細分析，結果顯示在低級思維水平的題目中，兩個班級都有66.7%的題目達標人數超過三分之二，但在高級思維水平的題目中，同樣只有12.3%的題目達標人數高于三分之一，顯然，實驗組的兩個班級，同樣表現為高階思維水平較弱，低級思維水平較強。這與中考文化成績不完全對等，筆者分析認為，這與學生在初中階段基于三維目標的學習有直接關系。

再對比實驗組藝術1班與控制組藝術快2班，結果顯示，在低級結構表現上，兩組各題得分率差額不超過3.3%，實際不到1個。在關聯及以上結構的6題中，4題兩組得分率差額低于1.3%，另2題實驗組得分率分別低于控制組7.7%和5.1%，整體高級思維題平均差額為實驗組低于控制組1.7%，實際不到1個人。

最后對比實驗組11班與控制組12班，結果顯示，在低級結構表現上，兩組得分率各題差額低于1.9%，實際不到1個人。在關聯及以上結構的6題中，3題得分率差額低于2.8%，1題實驗組得分率高于控制組9.6%，1題實驗組得分率低于控制組4.7，整體高級思維題平均差額為實驗組高于控制組0.8%，實際不到1個人。

根據以上數據分析，可以得出以下兩個結論：①實驗組藝術1班、11班在前測中，群體表現都為高階思維水平較弱，低級思維水平較強。②兩組學生分別對比，實驗組與控制組學生群體的學科思維水平，在低級思維、高級思維兩個層面上，兩組學生初始水平一致。

2.其他過程性數據記錄與分析

顯然，同樣的教學內容，三層目標實驗組所用課時量顯著低于其他班級;在同時間量的教學內容安排上，三層目標實驗組級學習內容顯著多于其他班級。另外，從教師主觀觀察看，作為傳統高中信息技術教學的難點，算法與程序設計部分對學生的思維水平要求很高。往年的藝術班在此階段的學習效果十分不理想。但是，從此次實驗的情況來看，實驗組藝術1班學生的課堂參與度、作業完成情況等各方面表現都不錯，明顯優于往年。

3.后測與測試結果統計

第二階段教學內容全部結束后，按計劃在兩組四個班級中進行了終結性測試（后測），以卷面形式進行，題型設計涉及選擇、填空、程序設計等。在試卷中，針對知識節點與其結構比較全面地涵蓋了算法與程序設計的相關內容。從單節點的算法的基本結構、Python賦值、注釋，到綜合應用相關知識（關聯與調用多個知識節點）編程解決問題，都有相關檢測。需要說明的是，后測中的關聯結構試題，在有關題目中還包括了對數學學科知識的關聯。為了與前測保持一致，后測中對應于低級思維水平、高級思維水平的題量分布與前測持平，總分100分。考慮學生經過近一年的學習，預設學科思維上升，因此預計難度系數為0.5左右，高于前測。

（1）通過前后測對比分析實驗組學生是否在思維水平上有所提升。筆者統計了在前測、后測中，實驗組學生本身群體得分率的變化，來分析是否發生群體思維水平的變化。實驗組兩個班級，分別對前后測中的低級、高級結構題目統計平均得分率，除藝術1班的低級結構外，其他三項數據都有提升，尤其表現在兩個班級的高級結構題目得分率上。此外，如前文所述，高級思維所對應的題目一般預計正確率在三分之一至三分之二不等。從該角度再看高級結構題目表現，在后測中，高級結構部分正確率超過三分之一的題目，藝術1班為4題，占總題量的66.7%，11班為5題，占總題量的83.3%。而在前測中，這兩個數據都為16.7%。顯然，兩個班級能夠進行高級思維應用的學生數量都有較大幅度增長。從以上分析可以看出，實驗組學生的思維水平，尤其是高級思維水平有明顯提升。

（2）通過前后測對比分析實驗組與控制組學生之間的思維水平差異。筆者對實驗組與控制組進行了對比，對前后測中的全卷、高級思維、低級思維三個方面的兩組答題得分率差異進行了統計（注：按前文所述，凡第一組得分率差額低于3.3%、第二組得分率差額低于2.5%的，視為無差額）。首先，后測中實驗組得分率優于控制組題量超過50%的，總體為6組。其中，有關高級思維的3組數據，實驗組全部優于控制組;有關低級思維的3組數據，實驗組優于控制組的為1組;關于總體的3組數據，實驗組優于控制組的為2組。其次，對比前測數據，實驗組得分率優于控制組的題量比例，在后測中有7組數據出現明顯增長，增加額度從33.4%到83.3%。在高級思維水平的3組數據變化上，表現尤為明顯。顯然，經過一年的學習，實驗組學生的思維水平，尤其是高級思維水平，明顯高于控制組。

4.實驗結論

綜合以上各階段數據分析可以看出，經過基于三層目標的學習一年之后，實驗組的學生群體自身縱向比較，在高級思維水平上有了明顯提升;再從實驗組與控制組橫向比較，實驗組學生在前測中與控制組無差異或差異很小，但在終測中的高階思維水平表現明顯高于控制組。因此，可以得出以下結論：①基于三層目標的教學活動有利于培養學生學科思維能力。②基于三層目標的教學活動更有利于培養學生高階思維能力。

● 發現的問題、反思與下一階段研究方向

1.問題

在本實驗中，筆者有一個疑惑，從理論與實踐數據來看，三層目標教學模式既然能夠提升學生的高階思維水平，也應在低階思維方面有同樣表現。但從目前數據來看，實驗組學生在低階思維方面表現無優勢。

經過反思筆者認為，可能在教學過程中，存在教師主觀引導學生重視“有難度”的知識的學習的情況，忽視了“簡單”知識的學習，認為“一看即知”，反而導致學生在這里出現了短板。

2.反思

一個值得注意的問題是，在終測試卷中，第7題、第8題、第9題都為關聯其他學科或生活經驗題（超出本學科知識范圍），在這幾道題的表現中，實驗組、控制組之間的比較不能做定論，但同屬于成績最好的11班、12班整體表現遠遠高于兩個藝術班。在后續研究中，筆者將持續關注這個問題。

3.下一階段研究方向

在下一階段教學實踐中，筆者將在以下兩個方面進一步推進：①實驗組教師加強對“簡單”知識的學習引導，觀察目前實驗中的疑惑是否為教師在已有實驗中的失誤。②爭取在其他學科，如數學、政治等學科開展同步教學實踐，以觀察得出的結論是否能在其他學科得到驗證，如果多學科同時展開實踐，是否能更好地提升學生綜合解決問題的能力，以進一步提升學生高階思維水平。