課前學習支架促進學生問題生成與認知水平提升

劉清堂 ?，r倍 吳林靜 王春華

[摘? ?要] 問題生成是一種生成性學習行為，有助于學習者外化知識并觸發深層次認知的發生，客觀反映學習者的認知水平及高階學習能力。目前，對于如何促進學習者主動思考，生成問題并解釋問題等課前主動學習的研究不足。研究以38名教育技術學專業本科生為研究對象，設計并實施促進學習者問題生成的課前學習支架。基于學習者課前學習反饋單中的生成性文本數據，采用內容分析、描述性統計分析和認知網絡分析的方法從階段性發展的角度探究課前學習支架對學習者問題生成和認知水平的提升作用。研究發現，在課程教學階段性動態發展過程中，高階生成性問題逐漸增多，學習者觀點認知水平向解釋觀點和細化觀點的深層認知發展，表明課前學習支架促進學習者問題生成與認知水平的提升。此外，高階生成性問題及其所觸發的深層觀點認知水平相互聯結協同促進學習者課前深層次學習。

[關鍵詞] 課前學習； 學習支架； 生成性問題； 認知水平

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 劉清堂（1969—），男，湖北仙桃人。教授，博士，主要從事數據挖掘、智能導師、學習分析與知識服務研究。E-mail：liuqtang@mail.ccnu.edu.cn。

基金項目：2020年國家自然科學基金“數據驅動的學習動機診斷模型及應用研究”（項目編號：61977035）；2021年河南省高等教育教學改革研究與實踐（一般）項目“新文科背景下動畫專業‘三元一體人才培養模式改革研究與實踐”（項目編號：2021SJGLX531）

一、引? ?言

線上與線下互補融合的混合式學習已成為高等教育的教學常態，課前、課中與課后是混合式教學的主要教學過程。學習者是掌控自己課前在線學習的主體，學習者有目的地選擇知識，并進行個體知識建構。然而，目前課前在線學習中依舊存在學習投入度低、互動不及時、缺乏深入思考、學習效果差等不利于學習者主動深入學習的問題。促進和提升學習者學習的兩種途徑分別是改善教學方法或學習者的學習策略，有意義的學習取決于學習者在學習過程中主動的認知加工策略。根據生成學習理論，學習是一種意義創造并構建新的認知結構的活動。學習者通過與學習材料、知識經驗的主動建構實現同化學習和適應性學習。因此，教師應考慮如何影響學習者在課前學習中以不同的方式思考問題，應用不同的學習策略將已有知識與學習材料聯系起來，進而構建自我知識體系。

學習者在面對復雜課前學習材料時，需要投入較高的認知努力和精力且容易產生較高的認知負荷。支架作為促進學習者有效學習的認知干預措施，能夠改善學習者的學習行為及學習體驗，提升學習主動性[1]。Ke等人的研究表明，設計多樣化在線討論活動及任務支架，提供豐富多元的學習資源，有利于促進學習者在線學習的投入度[2]。有研究進一步表明，在學習者掌握基礎知識內容后設計不同類型的問題支架，能夠幫助學習者積極思考所學知識中已知和未知的內容，進行批判性思考，并提出自己的觀點和看法[3]。因此，學習者應用課前學習支架所產生的系列生成性問題反映課前學習過程中學習者認知和元認知策略的調動，有助于知識的內化及深度思考的發生。現有支架學習策略的研究更多地關注學習支架的構建策略、教學策略的設計以及支架式教學資源的開發[4]，且對學習支架應用效果的分析更多是結果性評價，缺乏從動態過程的視角評估課前學習支架應用的認知效果。因此，研究擬設計并應用促進學習者問題生成的課前學習支架，并收集學習者課前學習的過程性文本數據，從問題類型和觀點認知水平兩個維度分析階段性動態學習過程中課前學習支架促進學習者問題生成的認知效果。

二、文獻綜述

（一）生成性問題及策略

生成性問題是學習者圍繞相關學習內容，監控和評估知識理解和掌握水平而提出的系列問題。學習者生成性問題主要發生于課堂教學互動和學習者自我提問兩種情境下，目前，關于學習者生成性問題的大多數研究聚焦于關注課堂教學互動中的提問[5]。但在課前學習情境下，生成性問題能夠幫助學習者關注重、難點內容，有助于學習者加深對學習材料的理解，并對所輸入的信息進行深度加工和反思，建立新舊知識之間的聯系[6]。同時，學習者生成性問題反映自我認知需求，增加個人對學習主題的信心程度，并積極投入到課堂問題解決的學習活動中。生成性問題的增加和個體知識建構所產生的雪球會導致良性循環，促進學習者提出高質量問題，重構個體認知結構，實現觀點的改進與升華[7]。

問題生成作為一種主動學習行為，能客觀反映學習者的認知水平及高階學習能力，直接影響課前預習質量。已有的課前學習多集中在聽講、閱讀、觀看視頻等被動學習行為，而對于促進學習者主動思考，進而提出問題、解釋觀點等主動學習開展不足。因此，需設計促進學習者主動生成性學習的課前學習支架，并從課程學習的階段性動態過程出發評價支架應用的認知效果?，F有研究大多從學習者掌握內容的認知復雜性方面評價學習效果，如布魯姆認知目標分類理論、Biggs的SOLO結構模型和韋伯的知識深度模型等[8-10]。學習者課前學習具有不可見性，學習者生成性問題是觀點發展的源頭，學習者課前學習中生成性問題會影響學習者的思維結構和認知水平，誘發學習者闡釋個人觀點。因此，需要引導學習者以問題的形式外化課前學習認知效果和學習需求，從生成性問題類型及所觸發觀點的認知水平評價學習者課前學習認知效果。

（二）學習支架及其應用

支架的概念源自于維果斯基的最近發展區理論，是對學習者學習過程的支持，以實現最近發展區內的知識和能力發展。支架式教學通常將提示內容、學習材料和學習任務等進行系統整合，為學習者提供優化學習過程和體驗的學習支架。根據支架的功能與作用，通常將支架分為概念性支架、策略型支架、元認知支架和動機支架[11]。而依據支架的表現形式，支架包括問題提示、反饋、概念圖、流程圖和范例等。此外，支架應用具有目的性、情境化和綜合性的特征，研究者在不同教學情境中設計并應用各類學習支架。馮曉英以探究社區理論為基礎，針對混合式教學過程的不同階段設計不同強度的認知臨場感、教學臨場感和社會臨場感支架[12]。在翻轉課堂情境下，朱龍等構建課前、課中和課后三階段的問題支架[13]。在協作項目式學習活動中，李梅等設計基于技術工具的結構化、模型化、問題化和知識化靜態學習支架，其中，問題化支架的設計在于引導學習者反思，外化學習中存在的問題[14]。綜上所述，學習支架的選擇、設計和應用與學習情境密切相關。

課前學習活動通常包括觀看學習視頻、參與論壇主題討論、閱讀拓展資源等[15]。課前學習活動的有效開展是師生深度學習的前提和基礎，并影響最終的學習成效。學習者可以將課前所學知識應用到課堂學習活動中，發現現有知識的差距和空缺，在課堂互動中主動建構知識，形成更準確、全面和系統的認知圖式，從而優化學習效果[16]。學習者在課前情境下的學習是研究者和教學實踐者的持續關注點，目前仍存在認知負荷高，教學存在缺乏、認知投入低等系列問題。支架作為學習者學習過程中由教師提供的暫時性支持與幫助，可以引導學習者積極主動地學習，建構自我知識體系，跨越“最近發展區”，突破課前學習中存在的問題。因此，應將學習支架融入課前學習活動中，幫助學習者獲取知識的同時聚焦課前學習問題，主動表達和解釋想法。

（三）面向問題生成的支架策略研究

支架式學習有助于學習者計劃、監督、反思和評估課前學習情況，提出課前學習中存在的問題并針對相關學習內容發表自己的觀點。應用支架學習策略能夠幫助學習者產生高質量的生成性問題[17]，構建知識間的關聯關系，進行深入對話與反思，構建個人及集體知識。概念圖是表征概念知識結構的可視化認知工具[18]，在概念圖工具的支持下，學習者通過反思性思維建構個體知識[19]。劉哲雨等以概念圖的形式為學習者提供自主性計劃調節學習支架和引導性計劃調節學習支架[20]，通過優化自主性計劃調節的概念圖支架來幫助學習者明確學習目標、任務和規劃學習路徑與方法，逐步實現深度學習目標。問題提示作為一種元認知支架，在提高知識建構質量的同時，也能夠幫助學習者評價已知和未知內容，計劃如何去實現學習目標[21-22]。如楊玉芹借助知識論壇和知識建構分析系統可視化學習結果為學習者提供關鍵問題提示，鼓勵學習者發表問題并解釋自己的觀點和想法，進行反思性分析與評價[23]。因此，課前學習支架需要整合概念圖、問題提示等學習支架，引導學習者從聽和看的習得式學習轉變為主動參與式學習，激發學習者學習興趣，明確學習目標和方向，反思學習中的難點、疑點及進一步的學習需求[24]。研究據此設計學習任務支架和學習反饋支架支持學習者課前學習。首先，學習任務支架整合學習目標、資源和學習指南，輔助學習者明確應用學習資源時的具體任務目標和學習方法[25]。其次，將問題提示融入學習反饋支架當中，學習者可以將自己課前所學、所思和所需記錄下來 ，如總結課前學習內容、借助思維導圖構建知識間的關聯關系、反思課前學習所存在的疑惑、明確學習需求等。在學習任務及學習反饋支架的雙向作用下，學習者提出新問題并表達觀點。

研究在應用課前學習支架的同時捕捉學習者生成性學習中所提出的問題及問題解釋的過程性文本數據，通過分析學習者生成性問題的類型及問題解釋的觀點認知水平評價課前學習支架促進學習者問題生成的認知效果。從課程學習的階段性動態過程來看，提出以下研究問題：（1）學習者生成性問題呈現怎樣的分布特征；（2）學習者觀點認知水平呈現怎樣的分布特征；（3）學習者生成性問題及觀點認知水平呈現怎樣的變化特征；（4）學習者生成性問題及觀點認知水平存在怎樣的差異。

三、研究設計

（一）課前學習支架設計

教師作為學習者認知和元認知理解過程的促進者，應思考如何引導學習者以不同的方式思考任務，應用不同的學習策略將已有知識與學習材料聯系起來，以構建自我知識體系。學習支架通常為導學案、知識清單、問題提示等，目的是為課前學習提供資源支持和學習幫助，引導學習者建構新舊知識間的聯系，外顯知識結構、學習問題和學習需求。據此，設計學習任務單和學習反饋單雙向交互的課前學習支架來支持學習者開展課前學習活動（如圖1所示）。學習任務單的作用在于告知學習者學習目標，提供多樣化學習資源及課前學習指導，包括學習目標引領、學習資源推薦、學習路徑引導、學習活動預告等模塊。學習反饋單以促進學習者整合式、總結式和生成性學習為目標進行設計，提供知識結構可視化工具與策略支持學習者進行概念圖的整合式學習，通過認知性問題提示與反思性問題提示引導學習者進行總結和自我解釋的生成性學習，學習任務單和學習反饋單課前學習支架的交互作用加強學習者對課前學習材料的加工以及生成性知識的組織、整合與外化。

（二）課前學習實施過程

本研究在華中某高校教育技術學專業課程的混合式教學活動中開展。研究對象為38名教育技術學專業本科生，其中，男生11人，女生27人，他們在其他專業課程的學習中已有混合式學習經驗并具備課前在線自主學習能力。

課程內容包括信息技術與課程整合理論基礎、教學模式、資源設計與開發、評價、新發展和案例研習等12個教學主題。研究者邀請信息技術與課程整合課題組三位專業教師劃分課程教學階段。三位教師經過反復商討和修訂將本課程劃分為前期理論探究、中期技術應用和后期整合遷移三個階段。在課程開始前為學習者介紹課前學習支架內容、作用與使用方法，并在每章節課前學習中為學習者提供定制化課前學習支架，并根據學習者課前學習反饋內容設計課堂教學活動。

（三）數據收集及分析工具

研究者主要采集學習者每章節課前學習反饋單的文本數據，包括學習者所生成的若干問題及針對相應問題的觀點表述。生成性問題是學習者在給定的學習情境中發現、生成和表述問題而產生的，其與學習者課前知識接收與內化密切相關，而知識是教學和評估的中心。因此，研究者借鑒Mayer在《應用學習科學》中所劃分的知識類型確定本研究中問題類型的編碼框架[26]。針對生成性問題的觀點認知水平編碼參考歐陽璠等對知識建構筆記迭代開放編碼形成的認知投入編碼框架[22]，從淺層到深層依次包括信息分享、提出觀點、解釋觀點和細化觀點四個層次。具體編碼維度、編碼規則描述見表1。

（四）數據處理與分析

研究收集學習者在三個教學階段（12個章節）的課前學習反饋單數據，首先，將所有數據按照課程章節、學習者ID的順序整理到Excel表格中；其次，識別學習者所提出的問題以及各問題下學習者所發表的觀點，并依據內容意義劃分單元，共形成477個編碼單元。然后，兩位研究人員依據編碼表進行背對背人工編碼，編碼示例見表2。編碼完成后，對編碼結果進行一致性比較，初步編碼一致性系數大于0.8（Cohen's Kappa=0.84）。兩位研究人員針對不一致編碼結果進行討論，共同商討確定最終編碼類別。最后，所有數據轉化為認知網絡分析所要求的數據格式，采用在線認知網絡分析工具（https：//www.epistemicnetwork.org/）進行數據分析。

四、數據分析結果

（一）學習支架支持的學習者生成性問題分布特征

通過對課程不同階段中學習者課前學習中的生成性問題類型進行編碼分析，得到各生成性問題類型分布表（見表3）。可以發現，學習者在課程不同階段中各類型問題所占比例不同。在前期和中期中，事實型問題（F）和解釋型問題（E）所占比例最高；而后期中，解釋型問題（E）和過程型問題（P）所占比例最高。從整體來看，解釋型問題（E）所占比例最高，其次為事實型問題（F）。從整體和局部層面而言，創造型問題（C）所占比例最低。由?；鶊D可視化結果（如圖2所示）可以發現，課程前期生成性問題的數量最多，而中期和后期生成性問題數量相當。此外，隨著課程的不斷開展，事實型問題（F）的數量逐漸減少，解釋型問題（E）的數量呈現略微的增加，過程型問題（P）的數量出現輕微減少，創造型問題（C）出現先減少后增加的變化?？傊?，隨著課程的不斷開展，學習者生成性問題出現從低階問題向高階問題發展的趨勢。

（二）學習支架支持的學習者認知水平分布特征

通過對課程不同階段中學習者觀點認知水平進行編碼分析，得到觀點認知水平分布表（見表4）?？梢园l現，各類觀點認知呈現較為一致的特征。從課程三個不同階段及整體分布結果來看，學習者信息分享（IS）所占比例最高，細化觀點（PEL）所占比例最低。由觀點認知水平桑基圖可視化結果（如圖3所示）可以發現，生成性問題視域下各階段觀點數量較為均衡。隨著課程不斷開展，信息分享（IS）認知水平逐漸減少，提出觀點（PP）認知水平呈現均衡發展，解釋觀點（PEX）和細化觀點（PEL）認知水平逐步增加。由此可見，隨著課程的不斷開展，生成性問題下學習者觀點認知水平表現出從淺層到深層的發展趨勢。

（三）學習者生成性問題及認知水平的階段性變化特征分析

結合圖4所示各階段網絡質心的位置，可以發現，課程前期理論探究、中期技術應用認知網絡質心位于Y周右側，而后期整合遷移的認知網絡質心位于Y軸左側。從各階段認知網絡結構圖中各節點要素的位置可以看出，信息分享（IS）、提出觀點（PP）和事實型問題（F）等淺層認知要素分布于Y軸右側，而解釋觀點（PEX）、細化觀點（PEL）和創造型問題（C）等深層認知要素分布于Y軸左側。各階段認知網絡質心沿X軸從右至左遷移（如圖4所示），具有明顯的從淺層認知到深層認知發展的軌跡。

在課程前期理論探究階段，信息分享（IS）、事實型問題（F）、提出觀點（PP）、解釋型問題（E）之間存在強連接。在課程中期技術應用階段，在保持前期理論探究階段各個強連接的同時，也呈現出解釋觀點（PEX）與其余節點之間的連接。在課程后期整合遷移階段，信息分享（IS）、事實型問題（F）、提出觀點（PP）、解釋型問題（E）之間連接強度減弱，解釋型問題（E）、過程型問題（P）、解釋觀點（PEX）、細化觀點（PEL）之間的連接變強，網絡整體結構向左側偏移。

（四）學習者生成性問題及認知水平的階段性差異特征分析

為進一步探究各階段認知網絡之間的差異，分別繪制兩兩階段之間的差異網絡（如圖5所示）。首先，從前期理論探究和中期技術應用階段認知網絡差異性分析結果可得，學習者在前期理論探究中傾向于對事實型問題和創造型問題進行信息分享（F—IS，C—IS），而在中期技術應用階段，學習者傾向于針對解釋型和過程型問題闡釋自我觀點（E—PEX，P—PEX）。其次，從前期理論探究和后期整合遷移階段認知網絡差異性分析結果可得，學習者表現出對事實型問題進行信息的分享（F—IS），有更多信息分享和提出觀點的連接（IS—PP）。而在后期整合遷移階段，學習者傾向于對解釋型問題闡述和細化自我觀點（E—PEX，E—PEL），此外，信息分享、提出觀點等淺層認知與解釋觀點和細化觀點等深層認知之間出現較強連接（IS—PEX，PP—PEX，PP—PEL）。最后，從中期技術應用和后期整合遷移認知網絡差異性分析結果可以發現，后期整合遷移階段認知網絡更偏向于左側元素的連接，如針對解釋型問題闡述和細化觀點（E—PEX，E—PEL），而中期技術應用階段認知網絡偏向于右下側元素的連接，主要表現為圍繞事實型問題分享信息和提出觀點（F—IS，F—PP）。

從認知網絡分析結果發現，在課前學習支架的應用中，學習者生成性問題從右下側事實型問題向左側解釋型和創造型問題變化，針對生成性問題的觀點認知水平也呈現前期信息分享、中期提出觀點和解釋觀點、后期解釋觀點和細化觀點的差異性結果?？傮w來講，生成性問題和觀點認知水平相互聯結和協同促進認知網絡從右側淺層認知到左側深層認知發展。

五、結果分析與討論

（一）課前學習支架促進學習者問題生成

從課程的階段性動態過程來看，學習者生成性問題呈現向高階問題發展的趨勢。課程前期理論探究階段主要為事實型問題，表現為針對信息技術與課程整合的理論、內涵的思考；而課程中期技術應用和后期整合遷移階段主要為解釋型問題，學習者更多地針對技術應用方法、流程及原因進行剖析，進而產生需要進一步解釋的為何類問題。在課程三個階段中，學習者高階創造型問題先減少后增加，解釋型問題所占比例不斷增加。這可能是因為課前學習支架中反思性問題提示引導學習者整合理論性與實踐性知識，在建立知識內容間聯系的同時激發個體認知沖突，析出需要進一步明晰的解釋型問題，并從批判性角度深度思考而產生創造型問題。正如Belland的觀點，當學習者根據課前學習支架的提示提出問題并自我解釋，參與個體認知圖式建構時，認知責任主體就轉移到學習者[27]。在課前學習支架的作用和幫助下，學習者對學習材料進行精細信息加工并監控調節學習過程，在產生認知空缺或認知矛盾的內在沖突中析出生成性問題[28]。

（二）課前學習支架助力深層認知發展

從課程的階段性動態過程來看，學習者觀點認知水平從淺層信息分享和提出觀點向解釋觀點和細化觀點的深層認知發展。信息分享所占比例逐漸減少，解釋觀點和細化觀點的深層認知不斷增加。課前學習中的知識結構可視化支架引導學習者以應用概念圖梳理知識結構，聚焦于對知識內容關聯性和差異性的深度理解。在此基礎上，反思性問題提示支架引導學習者對所學內容進行自我解釋[29]，監控和調節自我學習，為學習者創造深層次思考的機會，進而闡釋和細化個人觀點。這與劉清堂等人關于學習日志反思支架有助于學習者構建新的認知結構和持久深度學習的研究發現一致[30]。綜合來看，學習者持續性地基于課前學習支架開展整合性和反思性的生成性課前學習活動有助于學習者的深層次學習。

（三）深層次生成性問題與深度認知之間存在關聯關系

根據各個學習階段認知網絡質心位置、節點及認知網絡結果可以看出，學習者生成性問題前期集中于事實型問題，之后逐步向解釋型和創造型問題等高階問題發展。并且，在生成性問題的引導下，學習者觀點認知水平逐漸從低認知層次的信息分享和提出觀點向解釋觀點和細化觀點的更為高階的深度學習發展。在課程前期和中期，學習者深度學習呈現較多事實型問題和信息分享的共現關系，而課程后期整合遷移階段，學習者在解釋型問題與解釋和細化觀點上有更強聯系，并且各認知節點與解釋觀點和細化觀點的聯系有所增強。由此可見，不同類型的生成性問題能夠觸發不同認知水平的觀點表達，問題的產生促進學習者個體主動思考、知識建構和深度學習[10]。這與姚佳佳等人的研究結果一致，即提問、深層追問等認知行為比回答、評論等行為更能促進深度學習[31]。同樣地，Koszalka等在評價學習者課前參與協作異步在線討論活動的研究中發現，學習者能夠批判地思考內容，并通過提問來構建深層次個人理解[32]。因此，學習者在課前學習中所提出的問題是觀點發展的開端，能夠激發學習者現有認知結構中的認知沖突，觸發學習者個體觀點的表達及主動學習的發生。通過持續支持學習者在課前學習中提出問題，培養學習者問題意識和素養，能夠促進學習者深層知識、高階思維能力和深層次認知等深度學習的形成[33]。

六、結? ?語

研究設計課前學習支架并從階段性動態學習過程的角度探索所設計課前學習支架促進學習者問題生成的認知效果，研究結果表明，課前學習支架促進學習者問題生成及深層認知發展，且高階生成性問題促進學習者深層次認知觀點的表達。研究建議，教師要設計多元化課前學習支架并融入課前學習活動中，促進學習者對學習內容和資源的深度思考和加工并提出課前學習問題。并且，將學習者生成性問題作為施教的良好契機，聚焦學習者個性化需求，設計課堂教學活動，實現線上線下教學的相互承接和有機融合。當然，研究也存在相應的局限性。首先，未考慮學習者認知風格對支架應用效果的影響，那么，在下一步研究中應綜合考慮學習者個體特征，深入分析支架策略對不同類型學習者的影響機制；其次，支架作為動態性學習支持，應通過學習者認知效果的分析進一步探究移除課前學習支架的最佳時機。

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Pre-class Learning Scaffolding Promoting Students' Question Generation and Cognitive Improvement

LIU Qingtang1，? CHANG Yubei1，? ?WU Linjing1，? WANG Chunhua2

（1.Faculty of Artificial Intelligence in Education， Central China Normal University， Wuhan Hubei 430079; 2.School of Animation， Huanghuai University， Zhumadian Henan 463000）

[Abstract] Question generation is a generative learning behavior， which helps learners to externalize knowledge and trigger deeper cognition， and objectively reflects learners' cognitive level and higher-order learning ability. Currently， there is insufficient research on how to promote learners' active learning such as active thinking， generating questions and explaining questions before class. 38 undergraduate students majoring in educational technology were selected as research subjects， this study designed and implemented a pre-class learning scaffold to promote learners' question generation. Based on the generative text data from learners' pre-class learning feedback sheets， content analysis， descriptive statistical analysis， and cognitive network analysis were used to explore the effect of pre-class learning scaffolding on learners' question generation and cognitive improvement from the perspective of stage development. It is found that in the dynamic development of course teaching， the higher-order generative questions gradually increase， and learners develop deeper cognitive levels of explaining ideas and refining ideas， which indicating that the pre-class learning scaffolding facilitates the improvement of learners' question generation and cognitive levels. In addition， the higher-order generative questions and the deeper cognitive ideas they trigger are interlinked to promote learners' deeper learning before class.

[Keywords] Pre-class Learning; Learning Scaffolding; Generative Question; Cognitive Level