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创新素养教育|一种提升学生问题解决能力的问题支架应用框架 ——基于翻转课堂的实证研究

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2024-10-17 09:33

导读

[摘要] 解决复杂情境中的问题是 21 世纪人才应具备的重要能力。翻转课堂作为一种聚焦问题解决的学习模式离不开有效的问题支架，但应用何种类型的问题支架以及如何应用问题支架仍有待进一步研究。在此背景下，通过文献述评、课堂观察、案例分析，借鉴问题支架认知分类观以及问题解决过程四阶段观点，构建了面向翻转课堂的课前“过程提示—细化提示—反思提示”问题支架、课中“问题表征—方案制订—方案分析—监控评价”问题支架以及课后混合的问题支架应用框架，并在小学三年级的信息技术课堂中开展准实验研究，分别从学习成绩、问题解决能力、学习态度三个方面进行了效果检验。结果显示：相对于控制组，实验组学生在学习成绩和问题解决能力表现方面较为优异，并且差异显著，实验组学生对使用问题支架持有积极的态度。

[关键词] 问题解决能力；问题支架；翻转课堂；学习支架

一、引言

提升学习者的问题解决能力是教育领域关注的重要议题。美国 21 世纪技能框架强调培养学生的问题解决思维，《中国学生发展核心素养》提出要培养学习者在复杂环境中进行问题解决的意识与能力 [1]，欧盟将面向复杂问题的解决能力作为 21 世纪的重要技能融入教育教学中[2]。进入“互联网+”时代，作为一种聚焦问题解决的学习模式，翻转课堂逐渐走入教育者的视野[3]，而问题解决离不开有效的学习支架。Wood 等人认为，学习支架在问题解决中具有吸引学习者参与学习任务、降低任务难度、保持学习方向、突出重难点、减轻消极情绪、示范问题解决方法的作用[4]。Reiser 指出，在设计学习支架时要关注支架的“问题化”[5]，以降低任务难度，激发学习者参与问题解决的动机和兴趣。但在翻转课堂相关研究中，较少关注问题支架的应用，特别是对应用何种类型的问题支架以及如何应用问题支架的研究相对较少。此外，相关研究极少从实证研究视角检验翻转课堂中问题支架对学生问题解决能力的影响。因此，本研究通过理论建构，构建面向翻转课堂的问题支架应用框架，并通过准实验检验其效果，以期为翻转课堂中提升学生问题解决能力提供一种可行的路径。

二、相关研究述评

研究者普遍认为翻转课堂包含两大核心部分：课前自主学习与课中协作学习[6]，其中，课前自主学习侧重掌握基本知识点；课中协作学习侧重知识应用与问题解决[7-9]。无论是知识学习，还是问题解决，都离不开有效的学习支架。本研究中，问题支架是指能从认知和元认知层面为学生学习提供支持，从而引导和促进学生学习的问题集[10]。

（一）翻转课堂中问题支架的设计与应用

在问题支架设计方面，郭绍青等人提出通过设计不同梯度（不同类型以及难度）的问题支架，引导学生参与学习，帮助学生实现知识理解和问题解决[11]。在课前，教师根据内容设计问题支架，学生带着问题观看微视频；课中，教师既可以独立设计问题支架，也可以师生协作共同开发问题支架[11]。刘锐等人发现，将重难点转化为问题，并将问题档案整合于自主学习任务单之中，能提升学生完成课前任务的效率[12]。秦琴琴等人进一步指出，学习任务单中的问题设计要具有适度性、层次性、开放性和动态性[13]。此外，在问题支架设计时，汪晓东等人提出应建立一种记录与反馈机制，通过此机制，教师及时了解学生学习进程中的困难，通过一定的手段帮助其渡过学习难关[14]。

在问题支架应用方面，研究表明问题支架有助于促进学习者解决复杂问题[15]。在翻转课堂中，问题支架可应用于三个环节：问题引导环节、观看视频环节以及问题解决环节。在问题引导环节，问题支架作为引子，引起学生的疑惑和认知冲突，引导学生带着问题去观看视频；在观看视频环节，问题支架作为一种检验手段和反馈机制，学生解决课前问题支架中提出的问题，依据学习情况反馈新的问题；在问题解决环节，问题支架作为学习辅助手段，帮助学生解决问题[16]。胡小勇等人将半结构化的问题表征支架、内容提示支架和反思性问题支架应用于翻转课堂中，实证研究结果显示：相对于控制组，实验组学生在问题解决方面的表现较为突出[17]。

（二）问题支架提升问题解决能力

问题支架可以分为过程提示支架、细化提示支架、反思提示支架。过程提示支架（Procedural Prompt）通过为学习者提供操作流程，从而引导学生完成学习任务；细化提示支架（Elaboration Prompt）用以激活学生的认知图式，帮助学生分解、描述思维推理过程；反思提示支架（Reflection Prompt）主要帮助学生监控和反思学习[18]。King 等人指出，将问题支架与学习有效融合，能推动学生深入理解知识、监控认知思维，解决复杂问题[19]。在问题解决过程中，问题支架有助于学生聚焦要解决的问题、表达思维过程以及反思问题解决过程，相比于没有应用问题支架的学生，应用问题支架的学生表现更为优异[20]。

研究者对不同类型问题支架的应用效果进行了分析。 Ge 等人将问题支架划分为问题—表征支架（Problem Presentation Prompt）、问题—方案支架（Solution Prompt）、问题—方案分析支架（Justification Problem Prompt）以及问题—反思支架（Monitoring and Evaluation Prompt），并将上述支架应用于教学中，结果表明：问题支架对学生解决问题具有积极影响[21]。Kauffman 等人发现问题—反思支架能有效提升问题解决效果[22]。Law 和 Chen 将问题—内容支架和问题— 应用支架应用于科学教学中，发现与应用提示支架相比，内容支架极大地深化了学生对科学知识的理解，并有助于学生迁移应用所学知识[23]。Davis 发现，在科学学习中应用反思支架能促进学生整合科学知识和应用知识解决问题[24]。Lin 等人发现，解决方案分析支架能帮助学生迁移和应用知识[25]。

综上所述，已有研究表明，问题支架在促进学生问题解决方面具有积极的作用，但也存在一些不足。第一，在翻转课堂问题支架应用过程中，研究者所探讨的只是“笼统”地将问题支架应用于整个翻转过程，缺乏对问题解决过程的细分并针对性地提供不同类型的问题支架。第二，当前翻转课堂中专门针对问题支架的实证研究不多，翻转课堂的核心在于问题解决，如何从实证研究视角验证问题支架对学生学习绩效的影响，仍有待进一步研究。

面向翻转课堂问题解决的问题支架应用框架

结合文献分析、案例分析以及课堂观察，借鉴问题支架认知功能（包括过程提示支架、细化提示支架以及反思提示支架），以及问题解决四阶段观点，本研究构建了面向翻转课堂问题解决的问题支架应用框架，如图 1 所示。

图 1 面向翻转课堂问题解决的问题支架应用框架

课前应用 PER 问题支架集，包括过程提示支架（Procedural Prompt）、细化提示支架（Elaboration Prompt）以及反思提示支架（Reflection Prompt）。在课前学习中，应用过程提示支架将学习材料问题化，例如：在课前任务单中，以问题的形式分步骤描述课前学习知识，并提供详细的学习操作指南；此外，应用细化提示支架分解学习内容、支持学生推理，帮助学生深入理解学习内容，例如：“概念 A 的本质是什么？概念 A 与概念 B 的异同点是什么？”在微视频中可应用细化提示支架引导学生深入学习基本知识。反思支架的作用在于支持学生课前反思，使教师获取课前反馈，从而制定具有针对性的教学计划。

课中应用 PJSM 问题支架集，包括问题—表征支架（Presentation Prompt）、问题—方案支架（Solution Prompt）、问题—方案分析支架（Justification Problem Prompt）以及问题—监控评价支架（Monitoring and Evaluation Prompt）。在问题表征阶段，为学生提供问题—表征支架，例如：“需要解决的主要问题是什么？如果涉及多个问题，各问题之间的关系是怎样的？”通过该支架支持学生深入理解问题，弄清问题本质。在开发解决方案阶段，应用问题—方案支架引导学生建立解决方案，例如：“解决方案是什么？该方案是如何解决问题的？”在方案分析阶段，问题—方案分析支架主要用于对所提出的解决方案进行价值判断，引导学生修正、完善解决方案。在监控与评价阶段，借助问题—监控评价支架对问题解决过程进行自我评价与反思。

课后学习环节主要面向拓展问题解决，可以综合应用两类问题支架集，其目的在于帮助学生实现知识与问题支架的迁移应用。

在构建上述面向翻转课堂问题解决的问题支架应用框架的基础上，本研究将开展教学实证研究，通过教学实验检验其实际效果，并解决三个问题：第一，使用问题支架对学生学习成绩产生何种影响？第二，问题支架对学生提高问题解决能力是否有影响？第三，学生对使用不同类型问题支架促进问题解决的态度怎样？

四、研究设计与实施

本研究选取广州市天河区沐陂小学开展教学实验，采用实验组和控制组准实验模式，目的是比较应用翻转课堂问题解决支架的教学效果与未采用问题支架教学效果的差异。

（一）实验假设

假设 1：在翻转课堂中，相对于没有采用问题支

架的学生，使用问题支架进行学习的学生学习成绩要更高；

假设 2：在翻转课堂中，相对于没有采用问题支架的学生，使用问题支架进行学习的学生体现出更强的问题解决能力；

假设 3：在翻转课堂中，学生对使用学习支架促进问题解决持积极态度。

（二）实验模式

本研究的实验对象是小学三年级学生，采用实验组和控制组准实验模式，实验组和控制组均采用翻转课堂进行教学，实验组使用问题支架，控制组不使用问题支架。实验组和控制组均为同一授课教师，所教学科是小学信息技术，本文作者作为教学辅助者和观察者，辅助教师授课以及观察学生的学习过程。

（三）数据收集方法及工具

1.学习成绩测量

学习成绩主要通过测试进行，研究者依据学习内容开发了前后测试卷，前后测试卷分别包括 10 个题目，总分为 100 分。试卷设计完成后，研究者向授课教师进行了意见征询，并进行了修改，同时，对试卷进行了小范围试测，确保测试卷的可靠性。

2.问题解决能力测量

问题解决能力主要依据学生对提出的问题的解答情况进行测量。在学习完成后，研究者会提供一个包含5 个题目的测验卷，要求学生在规定的时间内进行解答。之后，由研究者依据完成情况进行评分。Byun 等人在 2014 年提出了一个问题解决评价量规（Evaluating Rubrics for Ill-structured Problem Solving）[26]，其克隆巴赫 α 系数为 0.632，本研究采用该量表进行评分。

3.态度测量问卷

为了测量学生对使用问题支架辅助问题解决的态度，研究者依据 Sternberg 指出的问题解决能力分类观点[27]开发了问题解决态度里克特量表。量表包括9 个问题，通过对 3 位专家进行意见征询和前测，研究者对测量量表进行了改进。分析显示，其克隆巴赫α 系数为 0.84，说明量表具有较高的信度。

（四）实施过程

整个研究采用基于设计的研究范式，共开展三轮研究，持续时间为四周。研究者随机选取三（1）班和三（2）班为实验班和控制班。三（1）班采用基于问题支架的翻转课堂开展教学（支架示例见表 1），三（2）班采用没有问题支架的翻转课堂进行教学。前三周两个班级学生分别熟悉各自不同的教学方法，从而减小实验干扰。在第四周，学习完成后，分别对三（1）班、三（2）班进行试卷测试、问题解决能力测试和态度调查。

表 1问题支架示例

五、数据分析

为检验翻转课堂问题支架效果，本研究分别从实验组和控制组学生学习成绩、问题解决能力，实验组学生对应用问题支架的态度以及课后访谈四个方面进行数据收集与分析。

（一）学习成绩

实验前，研究者对三（1）班和三（2）班学生进行前测，平均成绩分别为 65.80 分和 65.42 分，T 检验的显著概率 Sig.=0.894>0.05，故三（1）班和三（2）的成绩平均差异不显著，即两个班级水平相当。实验结束后，三（1）班发放测验卷 43 份，回收 43 份，有效问卷 43 份；三（2）班发放测验卷 40 份，回收 40 份，有效问卷 40份。运用 SPSS 对数据进行处理，结果见表 2。结果显示，显著概率 Sig.=0.011<0.05，控制组和实验组的成绩平均差异显著，且实验班比控制班平均成绩高，说明翻转课堂中的问题支架能有效地提高学习成绩。

表 2 学习成绩统计分析结果

（二）问题支架对学生问题解决能力的提升效果

实验结束后，实验班发放问卷 43 份，回收问卷43 份，有效问卷 39 份；对照班发放问卷 40 份，回收问卷 40 份，有效问卷 39 份。授课教师和研究者分别对实验班和对照班问卷进行评分，其克隆巴赫 α 系数分别为 0.82、0.87，说明评分者的一致性较高。随后，进行独立样本 T 检验，结果见表 3。

表 3 问题解决能力独立样本 T 检验

（1）识别与分析问题：实验班学生得分（M=3.744， SD=1.141）高于对照班（M=2.000，SD=0.688），其中 t= 8.174，p=0＜0.05，说明实验组和对照组学生在识别与分析问题方面存在显著差异。

（2）开发解决方案：实验班学生得分（M=4.410， SD=0.715）高于对照班（M=2.846，SD=1.113），其中 t= 7.383，p=0＜0.05，说明实验组和对照组学生在开发解决方案方面存在显著差异。

（3）方案分析与选择：实验班学生得分（M=3.872， SD=0.767）高于对照班（M=2.612，SD=1.350），其中 t= 5.054，p=0＜0.05，说明实验组和对照组学生在方案分析与选择方面存在显著差异。

（4）问题解决与反思：实验班学生得分（M=4.359， SD=0.668）高于对照班（M=2.308，SD=0.922），其中 t= 11.249，p=0＜0.05，说明实验组和对照组学生在问题解决与反思方面存在显著差异。

（5）问题解决能力：实验班学生得分（M=16.385， SD=1.711）高于对照班（M=9.769，SD=2.870），其中 t= 12.366，p=0＜0.05，说明整体来看，实验组和对照组学生在问题解决能力方面存在显著差异，并且实验组学生的表现优于对照组学生。

（三）学生对应用问题支架促进问题解决的态度

为了了解学生对应用问题支架促进问题解决的态度，研究者在实验班发放了问卷 43 份，回收问卷43 份，有效问卷 35 份，结果见表 4。

表4 应用问题支架提升问题解决能力的态度

分析发现，问题支架有助于学生学会发现问题（M=3.65，SD=0.69）和正确表述、识别问题（M =3.58， SD=0.58）；通过在运用问题支架，学生学会了问题分析方法，并能依据实际情况确定解决问题的方向和步骤（M=3.42，SD=0.70）；学生认为他们在选择问题解决方法时存在一定的困难（M=2.42，SD=1.06），但能对问题进行合理的分解（M=3.31，SD=0.79）；在问题解决时，学生认为在信息检索、分析、应用方面仍存在困难（M=2.46，SD=1.03），但在制定问题解决方案以及合理利用资源方面则显得十分有信心（M=3.77，SD=0.51）；在对于问题解决过程反思（M=3.46，SD=0.58）以及问题解决方法迁移应用（M=3.42，SD=0.70）方面，学生持较为同意的态度。

（四）访谈

对实验班的教师与学生进行访谈，C 老师认为，学生在学习中体验到了“识别与分析问题—建立问题解决方案—解决方案分析—问题解决反思”这一科学的问题解决过程，掌握了问题解决的步骤、方法。问题支架推动了方法与行动之间的联结，吸引了学习者参与学习任务，降低了任务难度，突出了重难点，从而支撑学生运用所学知识解决问题。此外，访谈中，学生普遍对在翻转课堂中应用问题支架持积极的态度，问题支架促进了学生对知识的深入理解，助力学生更加高效、合理地应用信息技术开展学习，推动了组内和组间的协作。对对照班的教师和学生进行访谈，C 老师认为，学生在解决具体问题时由于缺乏有效的问题支架，常显得束手无策，在课堂中一度出现混乱的场面，问题解决的效果也并不如人意。学生则反映“在解决问题时，不知道怎么做”“问题解决的过程混乱，问题也得不到有效的解决”“小组合作中由于缺乏有效的支架无法进行有效的合作”。

六、结论

综合来看，在翻转课堂中应用问题支架，实验组学生在学习成绩、问题解决能力方面均优于对照组，并且对应用问题支架持积极的态度。这一结果与 Lee 的研究结论相同，Lee 等人发现，在学习中通过问题支架帮助学习者分解和反思问题，有助于提升学生的学习表现[28]。

在学习成绩方面，Papadopoulos 发现，使用问题支架的学生在学习表现方面明显优异于未使用问题支架的学生。Papadopoulos 采用了三个小组开展实验：第一小组未提供支架小组；第二小组提供问题支架，并要求写下问题解决方案；第三小组提供问题支架，只需要思考可能的解决方案，而结果表明第二小组的表现最优[15]。Law 等对知识内容提示支架（Knowledge Prompt）和应用提示支架（Application Prompt）进行对比，发现上述两种支架均有助于学生学习，其中，使用内容提示支架的学生表现更为优秀[23]。本研究在使用问题支架的同时，要求学生记录学习过程和结果，数据显示，实验组学生的学习成绩优于对照组，这也在一定程度上证实问题支架对提升学习成绩具有积极作用。而从支架属性来看，实验中的问题支架更加偏重应用提示，结果发现，具有使用提示属性的支架对学习同样具有积极帮助作用。而在翻转课堂中，学生是否记录问题解决过程以及不同属性的问题支架对学习影响这一问题仍有待进一步研究。

在问题解决能力方面，Kauffman 等使用问题解决支架和反思支架支持大学生开展基于问题解决的学习。实证表明，实验组学生问题解决的效果优于控制组。同时，学习反思对于问题解决具有积极作用，但只有当学习者明确反思的内容时，反思才能真正发挥作用[22]。此外，不同类型的问题支架发挥作用有所不同。Byun 对三种不同的问题支架（教师设计的问题支架、学生设计的问题支架、学生自主设计结合教师建议形成的问题支架）的作用进行了对比，结果发现，第一类支架在解决方案分析（Justification）、问题解决监控与评价（Monitoring and Evaluating）两个阶段作用效果更加明显[26]。本研究所使用的支架均为教师提前设计，并在对应的阶段分发给学生，这在一定程度上提高了支架的使用效率，使得问题支架能更好地发挥作用，能更为精准地帮助学生解决问题与反思学习。

在使用问题支架改善问题解决态度方面，学生普遍持有积极的态度，认为问题支架有助于帮助自己理清问题的本质，清晰表征问题，选择有效的解决方案，并解决问题。这与 Ge 研究中问题支架在学生问题解决、问题分解、监控与评价过程具有有益影响的结论相一致[21]。

七、结语

本研究构建了翻转课堂问题支架应用框架，并开展了准实验研究，结果表明：在翻转课堂中使用问题支架，有助于提高学生学习成绩与问题解决能力，同时，学生对于在翻转课堂中使用问题支架持有积极的态度。由于受到研究周期与精力的限制，本研究只在小学三年级开展教学实验，未来将进一步扩展到其他年级和学科，进一步完善问题支架框架。此外，本研究只是针对教师设计的问题支架进行探讨，未来将进一步探讨如何引导学生自主设计问题支架并对比研究自主设计支架与教师设计支架二者效果的差异。

|作者：朱龙，付道明

|来源：中国知网

|美编：余学花

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