李 曉，劉正剛

(杭州電子科技大學(xué) 管理學(xué)院，浙江 杭州 310018)

我國(guó)在高等教育大眾化進(jìn)程中取得輝煌成績(jī)，但也逐步暴露出個(gè)性化、多樣化教學(xué)不足等問題。翻轉(zhuǎn)課堂因?yàn)樽鹬貙W(xué)生的獨(dú)立性和好奇心、重視學(xué)生思維上的差異性和天賦特質(zhì)上的差距、突破教室空間和課堂教學(xué)時(shí)間、學(xué)生可在更大的“教學(xué)場(chǎng)域”中參與學(xué)習(xí)、能使學(xué)生創(chuàng)新思維獲更大發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，顯著促進(jìn)個(gè)性化教學(xué)[1]。但源于翻轉(zhuǎn)課堂與現(xiàn)有教育場(chǎng)域的沖突以及學(xué)生和教師主體的異質(zhì)性，個(gè)性化教育效果有限，急需塑造與其相匹配的新慣習(xí)[2]。鑒于翻轉(zhuǎn)課堂中教師多憑個(gè)人主觀經(jīng)驗(yàn)展開個(gè)性化教育，缺乏結(jié)合學(xué)生信息及其學(xué)習(xí)行為信息的全面、科學(xué)分析，可借鑒大批量定制的思想和方法加強(qiáng)翻轉(zhuǎn)課堂的精準(zhǔn)教學(xué)模式研究，強(qiáng)化個(gè)性化教學(xué)[3]。信息技術(shù)支持的精準(zhǔn)教學(xué)模式將精準(zhǔn)教學(xué)從一種評(píng)估方法的陳規(guī)，擴(kuò)至包括精準(zhǔn)確定目標(biāo)、開發(fā)材料與教學(xué)過程、計(jì)數(shù)與繪制表現(xiàn)和數(shù)據(jù)決策四個(gè)環(huán)節(jié)，通過人機(jī)合理分工激發(fā)精準(zhǔn)教學(xué)的活力[4]。大數(shù)據(jù)技術(shù)推動(dòng)教學(xué)評(píng)價(jià)從經(jīng)驗(yàn)化轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)化和科學(xué)化，推動(dòng)形成性評(píng)價(jià)(針對(duì)學(xué)習(xí)行為屬性)、多元化評(píng)價(jià)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)完善(形成性和終結(jié)性評(píng)價(jià)結(jié)合)[5]。近年來涌現(xiàn)少許基于大數(shù)據(jù)形成性評(píng)價(jià)研究個(gè)性化教學(xué)[6-8]、翻轉(zhuǎn)課堂[9-10]和精準(zhǔn)教學(xué)的論文[11]；但尚缺乏將大數(shù)據(jù)形成性評(píng)價(jià)、個(gè)性化教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、精準(zhǔn)教學(xué)集成起來的研究，尤其是如何做好人機(jī)合理分工方面的研究。本文通過聚焦闡明人機(jī)的合理分工，深化大數(shù)據(jù)形成性評(píng)價(jià)下的翻轉(zhuǎn)課堂精準(zhǔn)教學(xué)模式研究。

一、研究綜述

教師參與下的計(jì)算機(jī)輔助個(gè)性化學(xué)習(xí)模式是未來較理想且有效的個(gè)性化學(xué)習(xí)方式，因?yàn)樗扔凶赃m應(yīng)技術(shù)滿足學(xué)習(xí)需求又有教師監(jiān)控實(shí)時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)需求[12]。姜強(qiáng)等重點(diǎn)提煉個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)的元認(rèn)知與開放學(xué)習(xí)者模型、自主學(xué)習(xí)方式、信息可視化處理和大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析，并將其用于慕課的個(gè)性化設(shè)計(jì)中[13]。方海光等提出面向大數(shù)據(jù)量化自我的自適應(yīng)學(xué)習(xí)慕課系統(tǒng)模型[14]。楊雪等強(qiáng)調(diào)大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)分析對(duì)個(gè)性化學(xué)習(xí)中的教師、學(xué)生和教育管理者等利益相關(guān)者均有積極影響，其個(gè)性化學(xué)習(xí)體系框架可用于翻轉(zhuǎn)課堂和慕課的建設(shè)[15]。相較于個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)研究側(cè)重于適宜遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育的慕課，有教師深入?yún)⑴c互動(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂精準(zhǔn)教學(xué)模式研究需要確定合理的人機(jī)分工。

形成性評(píng)價(jià)是在課程建構(gòu)、教學(xué)和學(xué)習(xí)的過程中為改進(jìn)這些過程而進(jìn)行的系統(tǒng)性評(píng)價(jià)，它在評(píng)判學(xué)習(xí)有效性的同時(shí)對(duì)教與學(xué)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，確保過程的有效性，促進(jìn)目標(biāo)的達(dá)成[16]。形成性評(píng)價(jià)中課堂評(píng)價(jià)的主體、手段與功能都已進(jìn)化，主體從教師主導(dǎo)到師生共享，手段從單一測(cè)驗(yàn)到正式和非正式評(píng)價(jià)方法結(jié)合(如教師反饋、自我評(píng)價(jià)和同伴評(píng)價(jià))，功能從只對(duì)學(xué)習(xí)結(jié)果查漏補(bǔ)缺到持續(xù)支持學(xué)生學(xué)習(xí)再到改善教與學(xué)[17]。

個(gè)性化學(xué)習(xí)的基石是個(gè)性化評(píng)價(jià)，翻轉(zhuǎn)課堂精準(zhǔn)教學(xué)的基石是基于大數(shù)據(jù)的個(gè)性化評(píng)價(jià)，尤其基于大數(shù)據(jù)的形成性評(píng)價(jià)及其學(xué)習(xí)者數(shù)據(jù)的可視化。周潔如結(jié)合大數(shù)據(jù)4V特征，闡明大數(shù)據(jù)可彌補(bǔ)形成性評(píng)價(jià)在數(shù)據(jù)、內(nèi)容、反饋和價(jià)值方面的不足[7]。翻轉(zhuǎn)課堂關(guān)鍵在于兩個(gè)“高效”和一個(gè)“銜接”：前者指學(xué)生課前利用微課自主學(xué)習(xí)的高效和課堂集體學(xué)習(xí)的高效；后者指通過針對(duì)學(xué)生微課學(xué)習(xí)效果反饋，設(shè)計(jì)課堂教學(xué)的內(nèi)容和環(huán)節(jié)，促使課前教學(xué)和課堂教學(xué)的緊密聯(lián)系和銜接，大數(shù)據(jù)技術(shù)能夠促進(jìn)該銜接[9]。體現(xiàn)個(gè)性化教育理念的“精準(zhǔn)教學(xué)”關(guān)鍵是把教學(xué)評(píng)價(jià)(課前診斷性評(píng)價(jià)、課中形成性評(píng)價(jià)和課后總結(jié)性評(píng)價(jià))與教學(xué)反饋統(tǒng)一起來，大數(shù)據(jù)支持全方位地評(píng)價(jià)學(xué)生和學(xué)習(xí)，進(jìn)而推動(dòng)“精準(zhǔn)教學(xué)”[11]?；诖髷?shù)據(jù)的精準(zhǔn)教學(xué)需從精準(zhǔn)的“學(xué)生畫像”、精準(zhǔn)的教學(xué)目標(biāo)以及精準(zhǔn)研討、精準(zhǔn)輔導(dǎo)等方面展開，學(xué)生畫像是根據(jù)學(xué)生的基礎(chǔ)信息、學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)偏好、學(xué)習(xí)行為和學(xué)習(xí)期待等方面的數(shù)據(jù)信息而構(gòu)建出來的標(biāo)簽化學(xué)生模型，概括學(xué)生個(gè)體和學(xué)生群體的信息全貌[18]。高校學(xué)生畫像使得教學(xué)管理工作更加主動(dòng)化和智能化，學(xué)生管理工作更加精細(xì)化和個(gè)性化，教學(xué)管理者與學(xué)生之間更緊密，而畫像技術(shù)與大數(shù)據(jù)的結(jié)合使得學(xué)生畫像更加精準(zhǔn)化、立體化和動(dòng)態(tài)化[19]。大數(shù)據(jù)分析過程支撐的用戶畫像支持了精準(zhǔn)教學(xué)設(shè)計(jì)模式的開發(fā)[20]。

二、教學(xué)模式總體框架

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，翻轉(zhuǎn)課堂精準(zhǔn)教學(xué)模式研究的發(fā)展方向是：立足翻轉(zhuǎn)課堂豐富的細(xì)粒度信息，依托大數(shù)據(jù)形成性評(píng)價(jià)并借助精準(zhǔn)、立體的動(dòng)態(tài)學(xué)生畫像，推動(dòng)教學(xué)評(píng)價(jià)與教學(xué)反饋統(tǒng)一的個(gè)性化精準(zhǔn)教學(xué)，其中關(guān)鍵是確定合理的人機(jī)分工以便反映教師深度參與互動(dòng)的翻轉(zhuǎn)課堂特點(diǎn)。圖1是本文構(gòu)建的基于大數(shù)據(jù)形成性評(píng)價(jià)的翻轉(zhuǎn)課堂精準(zhǔn)教學(xué)模式總體框架。該總體框架遵循PDCA循環(huán)中持續(xù)改進(jìn)的理念：①在學(xué)生和聚焦個(gè)性化學(xué)習(xí)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)之間創(chuàng)建反饋回路A(含主路和輔路)，以虛線圈體現(xiàn)兩個(gè)循環(huán)的閉環(huán)路徑；②在學(xué)生與基于動(dòng)態(tài)學(xué)生畫像的精準(zhǔn)教學(xué)之間創(chuàng)建了8字形反饋回路B，以點(diǎn)劃虛線體現(xiàn)并且需以動(dòng)態(tài)學(xué)生畫像及學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)為銜接點(diǎn)才能形成閉環(huán)的8字形循環(huán)回路。圖1中，總體框架從學(xué)生參與“翻轉(zhuǎn)課堂課前、課中、課后的教與學(xué)”那一刻開始，翻轉(zhuǎn)課堂的在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)記錄帶有時(shí)間戳的所有交互中的信息，數(shù)據(jù)清理后再根據(jù)預(yù)定義的結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)在學(xué)生學(xué)習(xí)行為及過程數(shù)據(jù)庫中?；诖髷?shù)據(jù)的形成性評(píng)價(jià)模型需從學(xué)生學(xué)習(xí)行為及過程數(shù)據(jù)庫和學(xué)生學(xué)籍檔案、已有課程成績(jī)等信息庫中獲取用于分析的數(shù)據(jù)，其評(píng)價(jià)結(jié)果輸出到自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以生成更適于特定學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)的調(diào)整建議，后續(xù)的內(nèi)容傳遞組件將向?qū)W生推薦這些調(diào)整后的翻轉(zhuǎn)課堂課前、課中和課后的教與學(xué)，完成一個(gè)自動(dòng)循環(huán)為主的循環(huán)A的主路?；诖髷?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)學(xué)生畫像及學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)從學(xué)生學(xué)籍檔案和已有課程成績(jī)等信息庫、學(xué)生學(xué)習(xí)行為及過程數(shù)據(jù)庫以及形成性評(píng)價(jià)模型獲取數(shù)據(jù)和分析模型，并輸出相應(yīng)的預(yù)警報(bào)告及文檔資料反饋給學(xué)生、教師及教學(xué)管理者，最終由教師調(diào)整翻轉(zhuǎn)課堂課前、課中和課后的教與學(xué)，該調(diào)整側(cè)重于面向全體學(xué)生教學(xué)內(nèi)容的增減更新、難度系數(shù)和前后順序等，兼顧對(duì)重點(diǎn)學(xué)生的精準(zhǔn)調(diào)整，期間教學(xué)管理者配合做好調(diào)整所需必要支持工作，最終完成符合學(xué)生個(gè)體特點(diǎn)的精準(zhǔn)教學(xué)，完成一個(gè)人工循環(huán)為主的循環(huán)B。

三、教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建

(一)學(xué)生學(xué)習(xí)行為及過程信息庫

學(xué)生學(xué)習(xí)行為及過程信息庫的構(gòu)建包括數(shù)據(jù)導(dǎo)入、清洗數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)預(yù)處理三方面。其中關(guān)鍵的數(shù)據(jù)導(dǎo)入源主要是翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)內(nèi)學(xué)生以多種方式學(xué)習(xí)時(shí)捕獲的帶時(shí)間戳的各種行為數(shù)據(jù)，包括課前、課中、課后。(1)課前：學(xué)生登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)、點(diǎn)擊哪些類別(視頻資料、文檔資料、通知、學(xué)習(xí)任務(wù)單)、登錄平臺(tái)次數(shù)、觀看某視頻次數(shù)等；(2)課中：簽到時(shí)間、課堂活動(dòng)參與信息、課堂活動(dòng)完成情況及完成質(zhì)量等；(3)課后：登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)的時(shí)間、時(shí)長(zhǎng)、完成課后作業(yè)/實(shí)踐等的行為數(shù)據(jù)。

(二)形成性評(píng)價(jià)模型

構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)的形成性評(píng)價(jià)模型，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法展開形成性評(píng)價(jià)。其中的關(guān)鍵是利用層次分析法和TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)法構(gòu)建傳統(tǒng)的學(xué)生形成性評(píng)價(jià)模型，期間需要教師為訓(xùn)練集做好標(biāo)記以便實(shí)現(xiàn)有監(jiān)督的學(xué)習(xí)。另外，用隨機(jī)森林模型展開的特征工程分析中，特征篩選也需借鑒教師的經(jīng)驗(yàn)做有監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)。形成性評(píng)價(jià)還可通過大數(shù)據(jù)分析給學(xué)生打標(biāo)簽(即描述學(xué)生畫像)，此時(shí)大數(shù)據(jù)分析主要是用分類標(biāo)簽(如留學(xué)型、考研型、就業(yè)型)，即結(jié)合教師經(jīng)驗(yàn)手動(dòng)給學(xué)生分類，對(duì)應(yīng)著有監(jiān)督的學(xué)習(xí)(對(duì)應(yīng)循環(huán)A之輔路)。與用基于規(guī)則的專家系統(tǒng)做學(xué)生相關(guān)形成性評(píng)價(jià)時(shí)需要教師大量的知識(shí)和人工設(shè)計(jì)的程序不同，此處以常用機(jī)器學(xué)習(xí)方法展開的形成性評(píng)價(jià)可以節(jié)省教師工作量并提升評(píng)價(jià)質(zhì)量(如準(zhǔn)確度等)。

(三)自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)

借助基于大數(shù)據(jù)的形成性評(píng)價(jià)模型結(jié)果與學(xué)校翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)平臺(tái)系統(tǒng)及教輔信息系統(tǒng)內(nèi)學(xué)生現(xiàn)有信息(包含學(xué)生設(shè)定的學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)定位、學(xué)習(xí)進(jìn)度等)比較，可發(fā)展自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。其核心聚焦在形成性評(píng)價(jià)模型發(fā)掘出的學(xué)習(xí)習(xí)慣、知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容、知識(shí)點(diǎn)結(jié)構(gòu)關(guān)系等方面的問題，由系統(tǒng)自動(dòng)找尋每個(gè)學(xué)生與最優(yōu)學(xué)生結(jié)果相比的薄弱環(huán)節(jié)以及可調(diào)整與改進(jìn)的方案，并將相應(yīng)的調(diào)整建議直接反饋至翻轉(zhuǎn)課堂每個(gè)學(xué)生的課前、課中和課后的任務(wù)單，最終達(dá)成更高質(zhì)量的個(gè)性化學(xué)習(xí)指導(dǎo)。若對(duì)比結(jié)果顯示出學(xué)生某行為值位于閾值之下，系統(tǒng)自動(dòng)給出自適應(yīng)調(diào)整方案，以便提升至閾值之上；若對(duì)比結(jié)果位于閾值之上，則自動(dòng)給出自適應(yīng)調(diào)整建議，以便向最優(yōu)值靠近。這還意味著系統(tǒng)需能根據(jù)形成性評(píng)價(jià)模型的輸出，自動(dòng)調(diào)整翻轉(zhuǎn)課堂課前、課中及課后的教與學(xué)內(nèi)容，能夠自動(dòng)推薦與評(píng)價(jià)模型結(jié)果相匹配的學(xué)習(xí)內(nèi)容與方法給學(xué)生，幫助學(xué)生調(diào)整學(xué)習(xí)，確保持續(xù)的學(xué)習(xí)改進(jìn)。

(四)動(dòng)態(tài)學(xué)生畫像及學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)

在時(shí)間軸上結(jié)合學(xué)習(xí)行為屬性類信息、以成績(jī)?yōu)榇淼膶W(xué)習(xí)結(jié)果類信息以及形成性評(píng)價(jià)模型的輸出結(jié)果信息，為每位學(xué)生繪制全面的動(dòng)態(tài)畫像(含學(xué)習(xí)成長(zhǎng)軌跡及詳細(xì)學(xué)習(xí)信息)。學(xué)生動(dòng)態(tài)畫像的數(shù)據(jù)模型可以表示為Pw=r×Bw×Ww，其中Pw為學(xué)生W方面的動(dòng)態(tài)得分；r代表與時(shí)間成反比的衰減因子；Bw為行為權(quán)重，代表不同W方面行為對(duì)得分產(chǎn)生的不同影響(如學(xué)習(xí)行為取1.0、課后練習(xí)1.2)；Ww代表不同類型的權(quán)重，如電腦或手機(jī)不同類型網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)對(duì)相關(guān)得分有不同權(quán)重影響?；诖髷?shù)據(jù)動(dòng)態(tài)學(xué)生畫像的學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)涉及學(xué)生、教師和教學(xué)管理者三大分析模塊，分析每個(gè)學(xué)生、課程、班級(jí)、教師相關(guān)數(shù)據(jù)并對(duì)比相應(yīng)最優(yōu)、最劣值。學(xué)生模塊包含自身學(xué)習(xí)成長(zhǎng)軌跡與詳細(xì)學(xué)習(xí)行為以及優(yōu)秀學(xué)生成長(zhǎng)軌跡即詳細(xì)學(xué)習(xí)行為；教師模塊包含學(xué)生表現(xiàn)報(bào)告、預(yù)警報(bào)告、班級(jí)報(bào)告以及共同問題分析表；教學(xué)管理模塊包含班級(jí)報(bào)告、課程報(bào)告、教師報(bào)告以及課程間關(guān)系報(bào)告。它既為大數(shù)據(jù)形成性評(píng)價(jià)模型提供更優(yōu)的特征和相互結(jié)構(gòu)關(guān)系等，進(jìn)而形成圖1中循環(huán)A的閉環(huán)輔路并為循環(huán)A主路自動(dòng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)提供支撐，又為精準(zhǔn)教學(xué)系統(tǒng)的人工調(diào)整提供精準(zhǔn)分析，進(jìn)而以8字形循環(huán)B的下半部分去銜接循環(huán)B的上半部分。

(五)精準(zhǔn)教學(xué)調(diào)整系統(tǒng)

在對(duì)動(dòng)態(tài)學(xué)生畫像進(jìn)行豐富的學(xué)習(xí)分析基礎(chǔ)上，圖2給出相應(yīng)進(jìn)行人工調(diào)整的精準(zhǔn)教學(xué)調(diào)整系統(tǒng)，涉及教師、學(xué)生和教學(xué)管理者三大主要教學(xué)利益相關(guān)者。其中，知識(shí)點(diǎn)和任務(wù)點(diǎn)的調(diào)整是在精確學(xué)習(xí)分析基礎(chǔ)上教師針對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂做的通用性質(zhì)調(diào)整，如對(duì)班級(jí)的共同問題可調(diào)整課中任務(wù)以便在課堂內(nèi)解決學(xué)生的共同疑惑；而針對(duì)重點(diǎn)學(xué)生調(diào)整課前、課中和課后學(xué)習(xí)單，體現(xiàn)教師如何在有限時(shí)間內(nèi)快速做出個(gè)性化的精準(zhǔn)調(diào)整。鑒于精準(zhǔn)教學(xué)屬于PDCA循環(huán)，故其調(diào)整不僅反饋給教師和教學(xué)管理者(故雙向箭頭)以便服務(wù)后續(xù)學(xué)期的精準(zhǔn)教學(xué)，此時(shí)前期成績(jī)?yōu)榇淼膶W(xué)習(xí)結(jié)果類信息就成為后期大數(shù)據(jù)形成性評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)來源，而且銜接至翻轉(zhuǎn)課堂課前、課中和課后的教與學(xué)過程，確保圖1中8字形循環(huán)B的上半部分形成有效閉環(huán)。

圖2 基于畫像學(xué)習(xí)分析的精準(zhǔn)教學(xué)調(diào)整系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖

四、小結(jié)

本研究構(gòu)建了大數(shù)據(jù)形成性評(píng)價(jià)下的翻轉(zhuǎn)課堂精準(zhǔn)教學(xué)總體框架，詳細(xì)闡明了學(xué)生學(xué)習(xí)行為及過程信息庫、基于大數(shù)據(jù)的形成性評(píng)價(jià)模型、自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)、基于大數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)學(xué)生畫像及學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)、基于畫像學(xué)習(xí)分析的精準(zhǔn)教學(xué)調(diào)整系統(tǒng)的基本內(nèi)容，以及它們之間的邏輯銜接關(guān)系，并研究了大數(shù)據(jù)時(shí)代翻轉(zhuǎn)課堂精準(zhǔn)教學(xué)模式如何進(jìn)行合理的人機(jī)分工。以基于大數(shù)據(jù)的形成性評(píng)價(jià)模型和動(dòng)態(tài)學(xué)生畫像及學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)為關(guān)聯(lián)紐帶，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)中自動(dòng)運(yùn)作與人工介入調(diào)整的有序銜接。再結(jié)合學(xué)習(xí)分析系統(tǒng)和精準(zhǔn)教學(xué)調(diào)整系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)圖，為教師、學(xué)生和教學(xué)管理者開展翻轉(zhuǎn)課堂精準(zhǔn)教學(xué)提供較清晰的理論與實(shí)踐指導(dǎo)。未來研究重點(diǎn)將是針對(duì)不同的課程細(xì)化相應(yīng)的自適應(yīng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，并完善后續(xù)多期的形成性評(píng)價(jià)模型。