认知诊断在翻转课堂中的优化方法研究

【摘要】翻转课堂将学生设为课堂的“主角”，有助于发展学生的问题解决能力、小组协作能力以及科学的探究精神。然而传统翻转课堂的在线测试无法为教师提供学习者准确的知识掌握情况，致使教师的“教”缺乏数据支撑。认知诊断技术可以为翻转课堂的在线测验环节提供更为精确的诊断信息，使教师的“教”和学生的“学”更具针对性。【关键词】翻转课堂;在线测验认知诊断“翻转课堂”颠覆了传统课堂的教学模式，真正遵循了“以学生为主体，教师为主导”的授课理念，在教育界广受欢迎。在线测验已经成为当前翻转课堂测验环节的主流方法，在翻转课堂的教学模式下，教师需通过随堂测验来检验学生的自主学习情况，并开展有针对性的教学。在线测验在翻转课堂教学模式中运用的愈加广泛，通常采用客观题的方式展开，学生在作答过程中经常出现猜对、失误等情况，导致教师无法准确发现学生的学习困难，“认知诊断”技术可以为翻转课堂的在线测验环节提供更为精确的诊断信息，向教师提供学生准确的知识点掌握情况，使得教师得以把握学生的疑难问题并引发其积极讨论，从而实现学生对知识的深度内化，优化翻转课堂的教学效果。1、翻转课堂Bloom《教育目标分类：认知领域》中提出思维的六级别：识记、领会、应用、分析、综合、评价。大教育家孔子提出过：“不愤不启，不悱不发”，当学生在充分思考后仍然无法表达和理解清楚教学内容时，需要教师进行充分的指导和启发。翻转课堂遵从了这一规律，先让学生自主学习，充分思考，然后教师做为学生学习的指导者，帮助学生解决问题，促进学生知识内化。这种先学后教的形式使课堂氛围更加活泼，在教育界深受欢迎。不论是在自主学习阶段，还是在课堂实施阶段，翻转课堂始终遵循“以学生为主体，教师为主导”的教学理念，教师是学生学习的指导的帮助者。笔者查阅大量翻转课堂的相关文献，总结出翻转课堂的教师和学生活动的组织架构，如图1。（一）制作教学视频。翻转课堂相比传统课堂而言，教师需要进行更充分的课前准备，教师在明确教学目标及教学内容只要，需要根据教学内容将知识点分解，为每个知识点准备教学视频。（二）发布自主学习任务单。翻转课堂注重任务驱动教学，教师需要在课前将课堂中需要完成的学习任务以清单的形式列出，学生明晰课堂任务单之后，可以进行有针对性的自主学习。（三）课堂内化。只有在头脑中建立新旧概念的关系，才能够达到有意义学习。老师与学生、学生与学生之间基于问题的协作与交流能够有效促进知识的内化。2、翻转课堂在教学应用过程中遇到的困难（一）在线测验无法准确呈现学生的知识掌握情况在翻转课堂的教学模式下，教师需通过随堂测验来检验学生的自主学习情况，并开展有针对性的教学。在线测验在翻转课堂教学模式中运用的愈加广泛，通常采用客观题的方式展开，学生在作答过程中经常出现猜对、失误等情况，导致教师无法准确发现学生的学习困难，“认知诊断”技术可以为翻转课堂的在线测验环节提供更为精确的诊断信息，向教师提供学生准确的知识点掌握情况，使得教师得以把握学生的疑难问题并引发其积极讨论，从而实现学生对知识的深度内化，优化翻转课堂的教学效果。（二）千篇一律的课后任务或加重学生学习负担为学生“减负”是一个长久的教育问题，繁重的课后作业让学生失去了大量课外空间，不利于学生“德”、“智”、“体”、“美”、“劳”全面发展。如果能够准确掌握学生的知识掌握情况，可以为学生“定制”个性化课后作业，对于掌握不够熟练的知识点加以补救和强化，已经熟练掌握的知识点的相关试题可以适量删减。3、认知诊断随着社会的发展，人们认为传统测量提供的单一成绩不足以呈现被试者的认知过程与技能的掌握情况，基于认知心理学和心理测量学认知诊断应运而生，它兴起于20世纪中后期，认知诊断的过程就是将被试者认知结构清晰化的过程，学习者的知识状态、知识结构信息能够有效的促进教与学，认知诊断在这些优势的推动下迅速发展。认知诊断理论包含六十余种统计解释模型，本研究主要参考的认知诊断理论是Tatsuoka规则空间模型（RuleSpaceModel）。规则空间模型将答题运用的知识、技能等定义为属性，当被试者完成试题后，我们可以把被试者的答题情况划归为某一项目反映模式，进而推出被试者的属性掌握模式，即知识、技能的掌握情况，进而将反应被试者的学习情况，这为实现有针对性的补救教学提供了依据。确定学生的学习状态需要两个步骤，生成理想项目反应模式;划归被试者个体知识点掌握情况。①生成理想项目反映模式1.向学习辅助系统输入认知点依赖关系。教师需要根据教学内容确定属性（知识点）之间的依赖关系，并输入学习辅助系统。如，A3知识点掌握的前提是同时掌握A1和A2知识点，此时三个认知点依赖关系如下：2.向学习辅助系统输入测试题目。假设测试项目T1考察A1知识点，测试项目T2考察A1、A3知识点，测试项目T3考察认知A2和A3知识点。知识点（认知属性）与测试项目的对应关系如表1所示。表1测试项目与知识点之间的关系3.生成期望反应模式。属性模式表示知识点的掌握情况，理想情况下，每个期望项目反应模式仅对应一个理想属性模式。假设引用向量fi描述被试者的知识点掌握情況，ei=1代表被试者已掌握知识点，ei=0代表未掌握。引入向量fi描述某测试项目下被试者得分情况，fi=1表示得分，fi=0表示未得分。则理想属性模式与之对应的期望反应模式如表2所示：表2期望反应模式与理想属性模式表2中编号为3的理想属性模式010，它表示被试只掌握了A2知识点，从表1可知，被试者不能答对任何一道试题，那么对应的期望反应模式为000。②划归个体知识点掌握情况被试者完成测试后，规则空间模型将被试者的实际作答情况划归为某一期望项目反应模式，进而得到学生知识点掌握情况。当被试者由于猜测或失误，导致实际实际作答情况偏离理想项目反应模式时，我们利用马氏距离计算两者之间的偏离程度，寻找被试着最接近的知识点掌握情况。将基于规则空间模型的认知诊断技术融入到翻转课堂教学中，我们可以获取更精确的学生知识点掌握情况，方便教师适时改变教学重点难点、调整教学策略，保证学生顺利内化所学知识。4、认知诊断在翻转课堂中的优化方法研究精确的学生知识点掌握情况是翻转课堂成功实施的重中之重，本研究将基于规则空间模型的认知诊断技术应用于翻转课堂的在线测验环节，包括确定知识点关系、生成题库、随堂测试、生成诊断报告、课堂补救。在教师活动中，课前发布的题库应根据层级关系生成，课中的指导教学也基于认知诊断结果。如图3所示。在学生活动中，学生需要完成的是基于知识点层级关系的题库，这有助于检测出学生的学习困难，学生了解到自身学习困难所在之处后，可以在课堂交流中积极提出疑问，在老师和同学的帮助下解决学习疑问，有助于学生知识的深度内化。课后，学习辅助系统会判断出学生哪些知识已经掌握，哪些知识需要强化，为学生推荐个性化课后作业，学生不必完成统一的课后作业，而是基于个人认知诊断结果的个性化课后任务。如图4所示。当授课完成后，学生若仍然对某些知识点存在疑问，可以进行个性化补救教学，学习辅助系统会基于认知诊断结果进行个性化推送教学视频，主要包含两个基本过程：形成认知诊断报告、个性化推送。学生自主补救学习流程如图5所示。5、结语提升课堂教学效率和质量是一个永恒的话题，本研究提出的认知诊断在翻转课堂中的优化方法研究对于提高课堂教学效果具有重要意义。翻转课堂将教师从课堂的“主角”转变为“幕后英雄”，将课堂还给学生，有助于发展学生的问