使用三层模型致学科思维水平提升的实验研究
张悦 李艺
三层教育(教学)目标体系以皮亚杰发生认识论(专指其哲学认识论内涵)的两个范畴说为依据,对教育(教学)目标的描述思路问题进行了分析,并给出了分层结构的教育目标描述方案,它由双基、问题解决、学科思维三层构成。考虑到源自皮亚杰两个范畴说,针对具体学科来说,双基实质上是“学科知识”。而将外在的学科知识内化为内部的学科思维,则是问题解决层要解决的事情,这是学习者自己的体验、领悟的过程。学习主体关联、联想、回溯自身原有的知识、经验,经过推理、概括、归纳等过程,实现对新知识的学习,在脑海中形成新的知识架构,内化为学科思维。本研究意图通过基于三层目标模型的高中教学实践,检测基于三层目标模型的教学是否更有利于学生学科核心素养中学科思维水平的提升。
● 教学实验设计总体思路
研究假设:假定基于三层目标的教学模式更有利于提升学生的学科思维水平。
实验对象选择:以高一年级新入学的学生为实验对象,在同样层次班级中选取实验组、控制组。在教学过程中,对实验组学生使用基于三层目标的教学设计,控制组使用其他传统教学目标模式,如三维目标。选择11班为实验组,12班为控制组,从分班数据看,两组学生初始状况一致。实验组艺术1班作为年级里文化成绩最弱的班,没有同层次班级,使用最接近的艺术快班2班作为控制组参加实验。相关实际情况如下表所示。
实验周期与教学内容安排:经研究,将本实验周期设置为一学年(两个学期)。原因如下:本校信息技术在第一学期为1课时/2周,第二学期为1~2课时/周。第一学期总课时为7节课左右,第二学期总课时为18课时左右。从实验目的和实验假设来看,重点考察对学生学科思维的培养。第一学期仅有7课时,且每两周才1课时,间隔较长,课时较少,不易达到明显效果。因此,将整个试验周期设置为两个学期,能较好地进行对比测试。
从实验流程、课时安排、对学科思维的体现等角度综合考虑,为期一年的实验将分为两个阶段,第一阶段为第一学期,完成前测、第一阶段教学实践。教学内容为高中信息技术课程标准必修一中的条目1.4和1.5的数据分析、表达与分析报告,重在学生对三层目标模型相关学习方法的适应、思维习惯的养成等。第二阶段为第二学期,实验流程包括第二阶段教学实践、过程性数据采集、后测、数据分析与结论等。教学内容为算法与程序设计(约12课时)。
● 实验实施过程
整个实验按照计划在2018—2019学年开展,历时两个学期,每个班级实际总课时数约在20课时左右。实验组学习方式主要为基于三层教学目标设计的项目学习。控制组为传统教学目标模型,学习方式主要为任务式教学。
在第一学期开学后,参与实验的三位教师首先根据实验计划,依据实际教学经验、相关测评理论和测评模型,讨论制订了前测内容和形式,组织班级学生测试,并对收集到的数据进行分析。
在第一学期的教学中,教学内容为《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》中的“数据与计算”模块中条目1.4和1.5——数据的分析与可视化表达,该条目知识节点较多,且在综合应用解决问题的过程中,对知识节点间的关联度要求较高。实验组教师应用分层目标模型,在课堂中以项目学习法为主要学习方式。本阶段实验组遇到的最大问题为学生的思维活跃度与主动性不够,且主要出现在实验组艺术1班。由于三层教学目标强调学习者自身的知识内化过程,因此,教学设计重视学生自身的思考过程,在教师引导的基础上,希望有更多的深度学习的发生。艺术1班作为文化课成绩最低的班级,学生在学习中的主观能动性较为不足。在课堂表现上,思维活跃度很低。教师多方启发,但学生经常大面积没有反应,不拒绝也不参与思考。后续教学中,教师不断修改相关知识的案例,尽量与艺术1班学生的固有知识挂钩,不但关联本学科,还关联其擅长的艺术领域等,促使学生思维活动的发生;同时,通过点名开火车回答问题等方式,“逼迫”学生思维动起来。多方努力之后,学生逐步适应了基于三层目标的教学方式,在第二学期的课堂中,思维活跃度有较大提升。本阶段,实验组教师在课堂中通过填写课堂观察表的形式,不定时主观记录学生在课堂中的活跃度、参与度等情况。
第二个学期的教学内容为《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》中的“数据与计算”模块中条目1.6和1.7——算法与程序设计。该条目的内容,在应用知识解决问题时对思维水平同样要求较高。在上学期的基础上,实验组教师应用分层目标模型,在课堂中以项目学习法、导学案法为主要学习方式,同时,在课堂细节中通过有效试错、学科融合问题等方法,有效促进学生思维活动的发生。该阶段,实验组和控制组教师分别记录了每个班级完成既定教学任务所用的课时数、额外拓展内容等数据,对课堂观察数据进行了量化记录。在第二学期的教学实践完成后,三位教师以条目1.6和1.7为主要考查内容,共同制订了终测试卷,并按计划进行了测评、分析。
● 实验数据分析与结论
1.前测与测试结果分析
在第一学期初,按计划通过问卷调查(诊断性测试)对相关班级进行前测。测试具体题目内容涉及相关知识节点与其间的结构较为全面,如文档部分的页面排版相关知识,既有建立新表、字体编辑这样的低级结构题,也有图文混排、函数公式应用这样的关联结构题,还有综合解决数据分析与数据报告这样的需要关联超出本学科知识(如生活经验)类的题。
需要说明的是,从实际教学经验看,一份难度系数0.7左右的试卷,预计得分呈正态分布。通常简单(低级结构)题控制在60%左右,预期得分率为三分之二以上。剩下的40%为关联及以上结构的复杂题,同时由于关联的复杂度不同,不同题目的预期得分率从二分之一到十分之一不等,三分之一为其中的中间值。由于本实验考察重点为高级思维,因此在前测题目占比中,低级结构题为3题,关联及以上结构6题,将高级思维占比增加到了66.7%,側重对后者的考察。为便于统计,设置本卷总分100分,预估本卷难度系数较低,为0.4左右。
整体来看,实验组与控制组两组的对比数据,得分率差值比较小,绝大部分差值都在3.3%以下。再结合班级人数来看,实验组1班为31人,每个人占学生总数的3.3%;其他3个班级人数都为40左右,按40计算,每个人占学生总数的2.5%。从该角度考虑,实验组与控制组差值在3.3%或2.5%以内的,可以认为无差别,其数值的略微差异是由班级人数不同引起的。
对实验组艺术1班、11班的数据进行详细分析,结果显示在低级思维水平的题目中,两个班级都有66.7%的题目达标人数超过三分之二,但在高级思维水平的题目中,同样只有12.3%的题目达标人数高于三分之一,显然,实验组的两个班级,同样表现为高阶思维水平较弱,低级思维水平较强。这与中考文化成绩不完全对等,笔者分析认为,这与学生在初中阶段基于三维目标的学习有直接关系。
再对比实验组艺术1班与控制组艺术快2班,结果显示,在低级结构表现上,两组各题得分率差额不超过3.3%,实际不到1个。在关联及以上结构的6题中,4题两组得分率差额低于1.3%,另2题实验组得分率分别低于控制组7.7%和5.1%,整体高级思维题平均差额为实验组低于控制组1.7%,实际不到1个人。
最后对比实验组11班与控制组12班,结果显示,在低级结构表现上,两组得分率各题差额低于1.9%,实际不到1个人。在关联及以上结构的6题中,3题得分率差额低于2.8%,1题实验组得分率高于控制组9.6%,1题实验组得分率低于控制组4.7,整体高级思维题平均差额为实验组高于控制组0.8%,实际不到1个人。
根据以上数据分析,可以得出以下两个结论:①实验组艺术1班、11班在前测中,群体表现都为高阶思维水平较弱,低级思维水平较强。②两组学生分别对比,实验组与控制组学生群体的学科思维水平,在低级思维、高级思维两个层面上,两组学生初始水平一致。
2.其他过程性数据记录与分析
显然,同样的教学内容,三层目标实验组所用课时量显著低于其他班级;在同时间量的教学内容安排上,三层目标实验组级学习内容显著多于其他班级。另外,从教师主观观察看,作为传统高中信息技术教学的难点,算法与程序设计部分对学生的思维水平要求很高。往年的艺术班在此阶段的学习效果十分不理想。但是,從此次实验的情况来看,实验组艺术1班学生的课堂参与度、作业完成情况等各方面表现都不错,明显优于往年。
3.后测与测试结果统计
第二阶段教学内容全部结束后,按计划在两组四个班级中进行了终结性测试(后测),以卷面形式进行,题型设计涉及选择、填空、程序设计等。在试卷中,针对知识节点与其结构比较全面地涵盖了算法与程序设计的相关内容。从单节点的算法的基本结构、Python赋值、注释,到综合应用相关知识(关联与调用多个知识节点)编程解决问题,都有相关检测。需要说明的是,后测中的关联结构试题,在有关题目中还包括了对数学学科知识的关联。为了与前测保持一致,后测中对应于低级思维水平、高级思维水平的题量分布与前测持平,总分100分。考虑学生经过近一年的学习,预设学科思维上升,因此预计难度系数为0.5左右,高于前测。
(1)通过前后测对比分析实验组学生是否在思维水平上有所提升。笔者统计了在前测、后测中,实验组学生本身群体得分率的变化,来分析是否发生群体思维水平的变化。实验组两个班级,分别对前后测中的低级、高级结构题目统计平均得分率,除艺术1班的低级结构外,其他三项数据都有提升,尤其表现在两个班级的高级结构题目得分率上。此外,如前文所述,高级思维所对应的题目一般预计正确率在三分之一至三分之二不等。从该角度再看高级结构题目表现,在后测中,高级结构部分正确率超过三分之一的题目,艺术1班为4题,占总题量的66.7%,11班为5题,占总题量的83.3%。而在前测中,这两个数据都为16.7%。显然,两个班级能够进行高级思维应用的学生数量都有较大幅度增长。从以上分析可以看出,实验组学生的思维水平,尤其是高级思维水平有明显提升。
(2)通过前后测对比分析实验组与控制组学生之间的思维水平差异。笔者对实验组与控制组进行了对比,对前后测中的全卷、高级思维、低级思维三个方面的两组答题得分率差异进行了统计(注:按前文所述,凡第一组得分率差额低于3.3%、第二组得分率差额低于2.5%的,视为无差额)。首先,后测中实验组得分率优于控制组题量超过50%的,总体为6组。其中,有关高级思维的3组数据,实验组全部优于控制组;有关低级思维的3组数据,实验组优于控制组的为1组;关于总体的3组数据,实验组优于控制组的为2组。其次,对比前测数据,实验组得分率优于控制组的题量比例,在后测中有7组数据出现明显增长,增加额度从33.4%到83.3%。在高级思维水平的3组数据变化上,表现尤为明显。显然,经过一年的学习,实验组学生的思维水平,尤其是高级思维水平,明显高于控制组。
4.实验结论
综合以上各阶段数据分析可以看出,经过基于三层目标的学习一年之后,实验组的学生群体自身纵向比较,在高级思维水平上有了明显提升;再从实验组与控制组横向比较,实验组学生在前测中与控制组无差异或差异很小,但在终测中的高阶思维水平表现明显高于控制组。因此,可以得出以下结论:①基于三层目标的教学活动有利于培养学生学科思维能力。②基于三层目标的教学活动更有利于培养学生高阶思维能力。
● 发现的问题、反思与下一阶段研究方向
1.问题
在本实验中,笔者有一个疑惑,从理论与实践数据来看,三层目标教学模式既然能够提升学生的高阶思维水平,也应在低阶思维方面有同样表现。但从目前数据来看,实验组学生在低阶思维方面表现无优势。
经过反思笔者认为,可能在教学过程中,存在教师主观引导学生重视“有难度”的知识的学习的情况,忽视了“简单”知识的学习,认为“一看即知”,反而导致学生在这里出现了短板。
2.反思
一个值得注意的问题是,在终测试卷中,第7题、第8题、第9题都为关联其他学科或生活经验题(超出本学科知识范围),在这几道题的表现中,实验组、控制组之间的比较不能做定论,但同属于成绩最好的11班、12班整体表现远远高于两个艺术班。在后续研究中,笔者将持续关注这个问题。
3.下一阶段研究方向
在下一阶段教学实践中,笔者将在以下两个方面进一步推进:①实验组教师加强对“简单”知识的学习引导,观察目前实验中的疑惑是否为教师在已有实验中的失误。②争取在其他学科,如数学、政治等学科开展同步教学实践,以观察得出的结论是否能在其他学科得到验证,如果多学科同时展开实践,是否能更好地提升学生综合解决问题的能力,以进一步提升学生高阶思维水平。