基于教與學關系的動態雙螺旋教學模式
——以“理論力學”課程教學為例

王 慧，王 樂，商澤進

（1.長安大學，陜西西安 710064；2.西北工業大學，陜西西安 710072）

教學實踐活動包含了“教”與“學”兩個基本元素，是教師和學生以及課程教學之間相互構建的活動[1]。在所倡導的“以學生為主體，以教師為主導”教學理念的指導下，教師應通過不斷學習和實踐以具備“扎實的知識功底、過硬的教學能力、勤勉的教學態度、科學的教學方法”[2]，并通過自身的能動性來帶動學生學習的能動性，促使學生從“要我學”到“我要學”（學習興趣）、“我能學”（學習能力）進行提升。課程教學過程是教師與學生在發揮其能動性的基礎上進行互動及反饋的過程。隨著教育信息化的不斷深入，學習信息來源更加豐富，學生獨立的學習時間和空間得以延伸，有助于開展個性化自主學習。但學習碎片化、隨意化以及信息資源短時間內相對固化等特點極易造成學習具有淺層性。同時，學生對于教學技術平臺及資源的依賴性也加劇了教與學之間的溝通不足，導致教師無法適時調整教學設計來滿足學生需求。因此，需要充分考慮“教”與“學”兩個基本元素，建立教學活動中的師生共同體，激發師生教與學之間的雙向互動，進而實現教與學的雙向推進。

雙螺旋模式是指兩條螺旋鏈相互平行纏繞所組成的模型，兩條鏈之間彼此相互制約又相互推進[3]。雙螺旋模式被大量應用于教學模式、學習模式、人才培養模式等教學改革及實踐中。如：丁剛基于認識知識、消化知識、運用知識、創造知識、傳播知識等環節[4]，提出了知識螺旋擴張循環教學模式并加以實踐；周超探討了教師在線教學模式創新和學生自主學習需求之間的雙螺旋關系，并分析了其在多樣性教學模式中的可行性；于準從學生主體性出發[5]，建構多元化教學與個性化學習的雙螺旋教學模式；余勝泉等分析了在線學習中知識網絡和社會網絡的相互關系[6]，提出了一種反映社會互動、群建共享、認知遞進的雙螺旋深度學習模型；徐志強提出了以專業教育和創業教育為鏈的高校創業型人才培養的雙螺旋模式[7]；尹國俊等構建了基于師生共創的知識鏈與實踐鏈融合聯動的創新創業雙螺旋模型[8]，并以浙江大學為例給出了實施路徑及效果；芮正云和蔣豪分析了高校創客空間生態系統構成要素[9]，探討了線上創客社區和線下創客空間相互交織形成動態雙螺旋模型。

可見，利用雙螺旋模式中雙鏈相互制約又相互促進的優勢，構建考慮“教”與“學”關系的動態雙螺旋教學模式，有助于加強教學活動中教與學的雙向推進關系。本文以動態雙螺旋教學模式為策略，以提升教學質量為目標，借助于目前的教學信息化手段，開展教與學關系的探索與研究，并通過理論力學課程教學來加以實踐。

一、動態雙螺旋教學模式的內涵

動態雙螺旋教學模式是以教學活動中“教”與“學”的兩個基本要素為鏈，以教學活動進程和教學互動反饋兩個維度為著眼點，如圖1 所示。“教”與“學”作為動態雙螺旋教學模式的兩個基本鏈條，借助于多樣化的信息化教學平臺，通過多元化的教學互動方式加強師生之間互動和反饋。教師通過學生反饋優化教學設計、調整教學活動，提高自身教學水平和能力，學生在教師引導下轉變學習理念和態度，調整學習方式，以達到最佳的學習成效，從而促進教學質量的整體螺旋式上升。

圖1 考慮“教”與“學”的動態雙螺旋教學模式

動態雙螺旋教學模式中“教”和“學”兩者之間體現“三層耦合”：一是主體耦合，即教師與學生之間的耦合，其交互耦合關系是建立動態雙螺旋教學模式的基礎。二是方法耦合，即教法和學習方法的耦合，兩者之間達成相互匹配和協調的耦合關系，就能推進第三層耦合關系即“能力耦合”。能力耦合是指教師教學能力提升和學生學習能力提升的耦合，一方面反映了雙螺旋教學模式的效果，另一方面教學過程中的能力持續提升又會不斷促進教學方案的持續更新和教學活動的有效調整，實現動態的教學優化和完善，最終實現教學相長。通過構建以上耦合關系，動態雙螺旋教學模式的優勢最終體現在兩個維度上。

（一）從平面維度上看，體現在互動反饋

通過多樣化的信息化教學平臺以及多元化的互動方式（如“輔”“練”“測”“管”等教學環節）建立良好的溝通渠道，收集學生的學習信息并及時反饋，從而有的放矢地改進教學設計、調整教學活動。動態雙螺旋教學模式更加重視學生在教學活動中的參與度，注重教學互動反饋的方式、頻次、時效性和有效性，根據教學目標和不同學生學習情況，及時作出反饋與修正，以保證學生的學習興趣及學習效果[10]，也可以進行更具個性化、精細化的教輔工作。

（二）從高度維度上看，體現在教學進程的螺旋式上升

螺旋式上升具有兩層內涵：一層是以課程教學所傳授的知識為主線，反映整體教學質量的學生能力的提升，包括學生對課程理論及方法的掌握程度、對知識的遷移能力、形成基本科學研究思維，以及學習興趣、學習能力、學習方法論、學習成效等。二是以提升教學質量為最終目標的教師能力的上升，教師能力反映在專業知識和教學能力兩個方面，在專業知識方面，涉獵領域要具備深度和廣度，包括不斷深入掌握課程內容，熟悉課程之間以及學科之間的關聯性，了解學科發展史，具有較為豐富的生活案例和工程案例儲備，對于學科相關新領域的發展具有敏銳性等。在教學能力方面，能夠了解學生學習發展心理、知悉教學遇到的問題、靈活運用各類教學手段，并具備對教學內容的設計能力、對教學活動的組織能力、對教學數據的分析能力以及對課堂的管理能力等。

二、動態雙螺旋教學模式的作用機制

動態雙螺旋模式通過“教”和“學”兩條鏈之間的有機結合、協同推進，構建有效的信息交流互動式教學環境，包括以“教”導“學”以及以“學”促“教”兩個方面的作用。

（一）以生為本，以“教”導“學”

課程教學成效反映在學生學習了什么，采用什么方式學習，最終學習成效如何。學生的學習成效與學習積極性有關，而學習積極性不僅取決于學生自身對課程價值的評價，也取決于課程的教學目標、內容難度與學生學習能力的匹配程度[11-12]。而以上又與學生的學習能力及教師對學生的影響相關，學生的學習能力是影響自身學習水平的內因，教師對學生的影響是外因。教師在教學設計上的轉變會影響學生學習方式的轉變，教師在教學內容上的建構會影響學生學習的深度和廣度，教師在教學活動中的引導、反饋及評價會影響學生對課程的興趣及信心等。因此，教師需要通過對教學設計的優化，包括教學目標的明確、教學內容的重構、教學活動的組織等來對課堂進行調整，使得學生逐步從碎片化學習向系統性學習轉變，從機械性學習向主動性學習轉變，從模仿式學習向探究式學習轉變。

教師教學設計需要從宏觀課程和微觀課堂兩方面入手。宏觀課程以課程目標為導向，而微觀課堂以教學內容為主線。對于理工科課程而言，宏觀的課程目標應該著重關注以下三點。掌握課程知識點，梳理課程中不同知識點的共性并提煉出核心要素[13]，建立課程整體知識脈絡；加強與其他相關課程之間的聯系，使先修課程如數理基礎課程中的符號化公式更具實際意義，并緊密聯系后續專業課程及實踐課程；強化課程理論與工程現象之間的聯系，加強理論知識與工程分析能力之間的融會貫通，使學生知識及能力在課程教學中從“碎片化知識點”到“系統知識體系”再到“工程應用能力”呈現螺旋式上升。微觀課堂的教學設計應以教學內容為主線，并與宏觀課程目標協調統一。鑒于知識點的連貫性通常體現在包含一節或多節課堂的教學單元中，微觀課堂的教學設計針對教學單元開展。為了讓學生在獲取知識的同時，實現其自主學習、分析、聯系、歸納等能力的隱性提升，每個教學單元的主要教學目標則分為如下三個層面。（1）掌握本教學單元的知識主線。（2）掌握與前后教學單元知識的關聯性。（3）注重科學思維和分析問題、解決問題能力的培養。針對每一教學單元，圍繞知識點采用螺旋上升式教學設計方案對教學內容分層次展開，如圖2 所示：問題引導層，即引入問題引發學生思考，或是案例探究激發學生興趣，或是教學回顧，溫故知新，加強前后知識的關聯。教學展開層，通過講授式、啟發式或是探究式教學方式開展課程內容的教學，并進行科學思維的訓練。分析應用層，即理論指導實際分析和應用，通過工程案例及生活現象的分析，培養學生學以致用的能力。歸納總結層，是指理清教學主線，并總結出課程不同章節之間、不同課程之間的關聯，使得教學內容更加完整。思考拓展層，在知識整合的基礎上向教學廣度和寬度延伸，注重學科交叉，開拓學生視野，激發學生思維，培養學生綜合分析能力。整個教學設計過程如同螺旋線，教學設計以知識為主線，以能力培養為目標，從徑向來看，各教學環節以知識點為主線形成閉環，而從軸向來看，知識點隨著教學環節在不斷向前推進，匹配了布魯姆教育目標分類，從記憶、理解、應用等基本認知向分析、綜合、評價等高階思維推進，有助于促進學生高階思維的螺旋式上升。

圖2 教學單元的教學設計

（二）教學相長，以“學”促“教”

在教學過程中教師通過不斷獲取學生的學習信息，進行教與學之間的反饋和修正，對教學活動進行優化迭代，實現教學相長。教學過程的“練—輔—測—評—管”教學活動中的重要環節，涵蓋了師生之間的互動和反饋，是教師獲取學生學習信息的重要途經。教學的互動及相互促進作用全面覆蓋于課前、課中和課后三個階段，教師動態調整教學方案以適應學生的需求，不僅可以有效提高學生學習自信和興趣，同時還可以實現個性化教輔工作。當信息化技術融合課堂教學后，除傳統的提問、討論、交流、作業、面對面輔導外，還可利用信息化平臺學習數據的統計和分析，來指導教學互動開展的頻次和力度。針對在線教學模式，師生交互頻次和力度將影響學生學習效果[11]，教師可以利用學生平臺簽到、資料閱讀、視頻學習、問卷投票、作業提交、論壇討論、師生互動、在線測試等多種學習活動的數據統計與分析，如學生的學習參與度（時長及頻次）、學習效率、學習效果以及自我挑戰度等，來了解學生的整體學習狀況及個體學習行為，從而對教學活動及“練—輔—測—評—管”各環節進行合理優化。

三、實施路徑及成效

動態螺旋式教學模式關注的是教學過程中“教”與“學”兩個基本教學要素，其作用機制與線上、線下或線上線下混合式教學是通用的。以某大學“理論力學”課程兩個學期的教學為例，來說明動態雙螺旋教學模式的實施路徑及其教學成效。

（一）線上教學的實施路徑及成效

2019—2020 學年春季學期，因新冠肺炎疫情影響，各高校開展了線上教學。線上教學的優勢是學習空間和時間不受限制，但也帶來兩個問題：一是知識的獲取零碎化和淺層性，二是學生的學習依賴于其自主學習能力以及與教師之間的交流[14]。

針對第一個問題，基于螺旋上升式教學設計，對每一個知識點對應的教學單元優化課前、課中和課后教學目標及其實現途徑，采取了課前基礎性學習、課中綜合性教學以及課后拓展的方式，如圖3 所示。對于課中教學，根據前期經驗及學生課前平臺數據，對相對基礎的知識點以梳理總結為主，對較難的知識點以講授總結為主，注重引導學生關注課堂教學內容的連貫性以及教學內容的拓展，概括和歸納出課堂教學內容的主線，一方面讓學生有自主學習空間，另一方面引導學生進行系統化的知識內化。

圖3 線上教學的教學組織

針對第二個問題，考慮到線上教學師生交流反饋具有靈活性，且交流頻次取決于學生個人性格[14]，在教學過程中將互動反饋進行常規化安排，采用“一個教學平臺，兩個溝通渠道，三步過程測評”的教學策略，從“教—學—練—輔—測—評—管”幾個方面著手，突出教學反饋的及時性和有效性。一個教學平臺是指校內在線學習平臺，提供線上主要學習資源，是學習數據收集和統計的主要來源之一。兩個溝通渠道是指利用課堂教學平臺的課堂溝通以及利用網絡即時通訊工具的課后延伸溝通。三步過程測評是指“每堂一練習，每節一作業，每章一測驗”，尤其在作業和測驗環節給出不同難易程度的問題，以滿足不同學生的個性化學習需求，并在測驗部分合理設計題量及評分機制，讓學生及時了解自己的學習成效。

本文中將采用動態雙螺旋模式進行教學的班級稱為改進班，疫情期間改進班為工科試驗班，其成績通常都高于其他專業，因此教學成效分析采用同專業不同級成績的縱向對比，其他對照班級為疫情前的線下授課，如圖4 所示。可以看出，線上教學與線下教學成績相當，說明線上教學動態雙螺旋模式可以保證線上線下教學效果的同質等效。此外，與線上教學期間所有教學班進行對比，工科試驗班平均成績相較其他班成績高出8~20 分，其差值要高于線下教學時期的5~15 分，說明動態雙螺旋教學模式在線上教學中更具優勢。被動式學習，學習效果依賴于線下課堂的教學，不利于學生個性化學習，也不利于培養學生的自主學習能力。

圖4 同專業不同級成績的縱向對比

針對以上問題，教師可課前通過課件發送、設置問題及簡單練習引導學生預習。課中通過問題驅動、實例引導、實驗演示等引發學生興趣，并采取隨機點名、問題討論、習題練習、課堂測驗等方式，讓學生參與到教學環節。課后練習題進行難易分級，同時利用線上教學在空間（多樣化平臺的應用）和時間（不限于課堂時間）上的拓展，大力發揮教學中“輔導”環節的作用，使學生在自主學習空間和時間里能隨時得到指導和幫助。合理借助于問卷調查、交流溝通、線上后臺數據等來綜合了解和評價學生的各項特征（包括學生的網絡狀態、學習狀態、學習能力、思想狀況等），改進教學管理辦法，靈活調整下一步的教學內容和方法。

通過對線上教學質量進行問卷調查，共收回有效答卷79 份。學生對于理論力學線上教學的動態雙螺旋模式持滿意和支持態度，學生認為相較于疫情期間的其他課程，理論力學課程的主要優勢體現在師生互動關系良好（92.41%）、知識主線更清晰（82.87%），對理論力學整體滿意度更高（非常同意占87.5%，較同意占12.5%）。學生認為雖然是線上教學，但學習能力和學習興趣均有大幅度提升（分別占83.54%和72.15%）。

（二）線下為主的混合式教學實施路徑及成效

疫情常態化防控階段，采用以線下為主的混合式教學。線下課堂的最大優勢是在集中學習環境中，學生能直觀感受同伴學習和競爭學習的氛圍，教師也能迅速感知學生學習狀況、把控教學節奏，并及時進行反饋和修正，在教學管理上能夠及時跟進，但學生容易陷入

客觀教學成效分析采用同專業同級不同教學班成績的橫向對比，如圖5 所示。可以看出，改進班的成績顯著高于對比班。通過對課程教學質量進行問卷調查，共收有效答卷64 份，統計結果如圖6 所示。可以看出，大部分學生認為“理論力學”課程動態雙螺旋教學模式的優點在于良好師生互動關系（81.25%）、課程思路清晰且有明確的課程知識主線（79.69%）、教師對問題反饋及時（64.06%），具有個性化的練習及作業（46.88%），如圖6（a）所示。相較于同學期開設的其他課程，大部分學生認為“理論力學”課程教學對學生構建系統化的課程知識體系、提升學習能力以及學習興趣都很有幫助，大部分學生對課程滿意度較高，如圖6（b）所示。在理論力學課程開設之初，全班有56.25%的學生表示對力學課程有恐懼感，結課后這部分學生中大多數表示自己對后續力學課程的畏懼感減少，如圖6（c）所示。另有25%的學生表示對力學課程不感興趣，結課后這部分學生中表示自己對后續力學課程的興趣增加，如圖6（d）所示。可見，通過動態雙螺旋教學模式，學生在力學類課程中的學習能力、學習信心及學習興趣均有所增強，對于后續課程的學習有所裨益。

圖5 同專業同級不同教學班成績的橫向對比

圖6 線下為主的混合式教學問卷調查

四、結論

本文提出了基于師生共同體的動態雙螺旋教學模式，充分考慮“教”與“學”之間的耦合關系，借助多樣化的教學平臺，通過多元化的教學互動方式，來激發師生教與學之間的雙向互動，進而實現教與學的雙向推進。該教學模式中，教師需要從兩個層面（微觀課堂和宏觀課程）對課程進行教學設計，并對教學內容進行完善、梳理及拓展，同時加強課堂內外、線上線下的“練—輔—測—評—管”環節，利用后臺數據來分析學生學習行為和成效，及時反饋并調整教學活動，實現教學相長。動態雙螺旋教學模式強調“教”與“學”之間的相互協同推進關系，其作用機制在不同形式的教學活動中是通用的，經過“理論力學”課程教學實踐，表明不論是線上教學還是以線下為主的混合式教學，對于改善師生互動關系，促進學生課程知識體系內化，增強學生學習興趣、提升其學習能力等方面均有較好的成效。