启发性挫败的设计研究——翻转课堂的实施策略

杨玉芹

(香港大学 教育学院，香港特别行政区 999077)

启发性挫败的设计研究
——翻转课堂的实施策略

杨玉芹

(香港大学 教育学院，香港特别行政区 999077)

翻转课堂作为一种新的教学组织形式和教学理念，借助微课等技术，为实现学生的自主个性化学习提供了极大的可能性。但是，无论是目前的微课设计，还是翻转课堂的组织、设计，都存在诸多问题。翻转课堂实质是以学生为中心的，基于问题探究的自主、个性化学习，是对传统的以教师为中心的讲授型教学的一种颠覆，因此翻转课堂、微课学习资源的设计需要一种全新的视角和模式，以支持学生的自主个性化学习。基于这一假设，该研究提出了适合翻转课堂教学组织形式的启发性挫败设计。该文详细论述了启发性挫败设计的四个相互依赖的机制(启发性挫败的问题设计、元认知活动设计、参与结构设计和学习文化的设计)，以及原则和原理，以期为翻转课堂理论与实践的发展，微课的设计等提供新的视角和模式。

启发性挫败；翻转课堂；自主个性化学习；微课；MOOCs

一、引言

以学习者为中心、支持和帮助学习者进行自主、个性化学习，是教育者长期追求的目标。翻转课堂作为一种新的教学组织形式，借助微课和MOOCs等技术，在促进学生的自主个性化学习方面具有巨大的潜力。翻转课堂实质是以学生为中心的，基于问题探究的自主、个性化学习。翻转课堂成功的关键在于：课前教师能否设计出激发学生进行探究的以问题解决为中心的学习资源(如微课、MOOCs等)和课中教师能否引导学生的积极讨论和帮助学生对知识进行深化，进而促进学生问题解决能力和创新能力的发展等[1]。但目前，无论是用于翻转课堂的微课或者MOOCs的设计，还是翻转课堂组织设计本身都存在诸多问题：如书本内容的电子化，传统教师讲授课堂的视频化、切片化处理等，进而影响了翻转课堂在培养学生问题解决和创新能力发展方面的优势。

承载翻转课堂内容的MOOCs和微课，既不是传统课程的微型化和切片化处理，亦不是课本知识点内容的电子化，同时翻转课堂亦不是传统课堂的视频化与预播放。翻转课堂以及承载其内容的学习资源等的组织、设计需要一种全新的视角，以支持学生的自主个性化学习。Kapur等一些学者研究发现，与直接教授学科内容相比，在学习过程中设计一定形式的挫败，可以激发学生创建出更多的问题表征与解决方案，进而促进问题解决能力和创新能力的发展，本文将该种类型的挫败界定为启发性挫败(Productive Failure)[2-5]。启发性挫败的研究对翻转课堂学习资源的设计以及翻转课堂的设计、组织等具有非常重要的启示。因此如何在翻转课堂以及其所需的学习资源中(微课或MOOCs等)，设计良好的启发性挫败，并给学习者提供适切的支架，以帮助他们从启发性挫败中受益更多，进而促进学生问题解决能力与创造能力的发展，就成为目前学习科学领域和教育领域一个噬待解决的问题。本文尝试对启发性挫败的设计和相应支架的设计进行解构，以期最大化启发性挫败在问题解决与创新能力培养中的作用，进而发挥翻转课堂在支持学生的自主、个性化性学习方面的潜能，使自主个性化学习成为可能。

二、启发性挫败设计的案例分析

问题取向的探究式学习作为建构知识、发展问题解决和创新能力的一种非常重要的模式和途径，目前已成为教育和学习科学领域研究和实践的一个热点，同时也是一个难点。以问题为基础来开展学习和教学活动，不仅可以促进学生知识内容的习得，帮助学生打下灵活的知识基础，而且还可以促进学习者批判性思维和创造性思维的发展，实际问题解决能力的提升，以及协作与自主学习能力的提高[6-10]。教育领域的研究者和实践者普遍认为，高效的学习和问题解决依赖于设计良好的教学支持和认知支架，尤其是在学习的开始阶段；没有这些教学支持和认知支架，学生将难以达到预定的学习绩效[11]。基于这一假设，如何给学生提供及时的、与问题解决和目标学习内容相关的教学支持和认知支架，以帮助学生顺利解决问题，避免挫败，达到预期的学习绩效，成为教学设计领域(包括学习资源和学习活动设计)一个非常主流的研究与实践分支；其教学支持和认知支架通常以内容支持、专家帮助、工具资源以及对问题本身进行结构化等形式出现[12]。

但是，在学习过程中，如果过早地给学生提供该种类型的学习支架，通常会限制学生积极主动性的发挥，探究能力和创造能力的发展，以及降低学习效果等。原因有二：一是学生不具备所需的知识变式，以辨别和理解直接教学给出的领域知识表征形式与方法的作用[13]；二是当概念、解决方法和知识表征方式在直接教学中以结构化的形式呈现时，学生可能并不明白为什么要以此形式进行组织、呈现[14][15]。因此，学习科学领域的一些研究者在教学设计中尝试延迟教学支持和认知支架，设计挫败和挖掘、利用挫败在学习与问题解决中的积极作用，如促进创造思维与能力的发展、概念转变与问题解决能力的发展等[16][17]。本研究将该种类型的挫败界定为启发性挫败。所谓挫败是指学生不能解决要解决的问题或找不到要解决问题的正统解决方案[18]；而启发性挫败是指尽管学生在短期内不能将问题解决或找不到问题的正统解决方案，但从长远角度考虑，对问题表征方式与解决方案的探究过程，实质上促进了学生问题解决、创新学习能力的发展与提高[19]，其包括建模/创新和巩固/整合两个阶段[20]。一些研究发现启发性挫败学习设计在促进概念性理解与学习迁移方面明显优于直接的教学设计，并且在这两个方面上的优势并不削弱学生在问题解决过程中的程序性和流畅性[21-24]。

通过对启发性挫败的研究进行深入分析，发现这些研究的共同点：关注(1)问题表征方式与解决方案建模尝试在学习与问题解决过程中的作用；(2)如何在建模/创新阶段精确地设计启发性挫败任务，以激活学生的原有知识；(3)建模/创新阶段提供适切的支架，从而使学生受益于建模与创新过程，例如Kapur为学生提供情感支持，Roll等为学生提供元认知支架，Westermann和Rummel为学生的有意义交互提供角色扮演支持等。这些研究发现：(1)问题表征方式与解决方案：学生能创造出的问题表征方式与解决方案越多，其从启发性挫败中受益就越多[25][26]，在问题解决过程中投入的积极主动性就越多，进而能更好地发展自主与协作学习能力[27-30]；(2)与问题解决和目标内容知识不相关的支架支持：给学生提供一些与问题解决和目标内容知识不相关的支架支持，例如情感支架[31]、元认知支架[32]以及有意交互角色扮演支架等[33]，从而防止学生无意义挫败经历的发生，同时使学生的建模与创新活动处于无组织状态，并使学生沉浸于启发性挫败的学习活动之中。该种类型的支架支持异于直接教学与认知支架——学生不会直接被告知或教授目标内容知识；(3)学生原有知识变式的激活与问题关键特征的关注：对启发性挫败学习活动进行了设计，如利用技术帮助学生激活与问题解决相关的先前知识，引导学生关注问题的核心概念与特征等。

三、启发性挫败的设计原理与机制

在其他学者关于启发性挫败设计研究的基础上[34-41]，本研究结合我国翻转课堂实践发展的问题，尝试对启发性挫败的设计进行详细论述，从而使翻转课堂在支持学习者的自主、个性化学习方面最大化其潜力，促进学生的自主个性化学习。自主个性化学习指学习者自己确定学习目标，准备学习，采取必要的步骤实现预定的学习目标；在这个过程中，学习者自我管理、评价和调控学习，保持高水平的动机[42]，不断地利用、发挥和发展自己的优势(Strength-based Learning)。一个自主个性化学习者在进行学习的过程中，能够利用监控、反思、测试、质疑及自我评估等过程与策略，实现对知识的理解、创新以及高层次学习目的等。因此，在设计启发性挫败时，既要考虑学生学科相关的知识和思维的发展，又要考虑学生的元认知意识和技能的发展。

启发性挫败学习任务与活动的设计包括建模/创新和巩固/整合两个阶段。建模阶段为学生提供对新颖复杂问题进行建模，探究多重问题表征方式与解决方案优势与局限的机会；而紧随其后的巩固与整合阶段则为学生提供对其创造的相关问题表征与解决方案进行比较与对比、组织及整合成为正统问题表征与解决方案的机会。在这两个阶段，都要设计促进学生发展元认知意识和能力的活动，学生的参与结构及学习文化等。要最大化启发性挫败的作用，其设计就要体现四个相互依赖的机制，即：对学科领域知识的运用与发展，元认知意识和能力的发展，参与结构的恰当使用和学习文化的创建，其具体实现过程如下。为了在启发性挫败的学习设计中体现上述四个相互依赖的机制，其核心设计原则包括：(1)创建问题解决情境时，要设计富有挑战但不会让学生产生沮丧感的问题。这些问题依赖于学生原有的知识变式，同时也激发学生对问题表征方式与解决方案进行多样化探究；(2)提供学生对问题结果和过程进行解释、精细化、监控和反思的机会；(3)提供学生发展元认知意识和能力的机会；(4)让学生有机会对正统的问题表征方式和解决方案与各种失败的或不够好的多重问题表征方式与解决方案进行优缺点的比较和反思。

(一)启发性挫败问题的设计

启发性挫败问题的设计要体现四个相互依赖的方面：激活并使用与目标概念相关的先前知识(知识变式)；注意目标概念的关键特征；解释与精细化这些关键特征；将这些关键特征整合进目标概念。建模/创新阶段活动设计的目标是为学生提供创建和探究多重问题表征方式和解决方案的机会，其设计着眼于学生的“最近发展区”。为启发性挫败设计适切的探究问题，是一个不断调整和矫正的过程，其目的是找到既富于挑战但又不至于使学生产生沮丧感的复杂问题。这个过程需要考虑问题的复杂度，学生的原有知识资源/知识变式，以及问题设定方式的吸引力等三个方面。

1.问题的复杂程度。良构问题通常见诸于课本，具有标准答案。因此，对于此类问题，学习者既可能迅速解决，也可能因为问题本身不具备挑战性而放弃。而对于劣构复杂的问题场景，因其问题表征方式和解决方案的多样性，通常能够激发和调动不同知识基础的学习者参与问题解决过程。这些问题场景既立足于学生原有的学习经历和知识基础[43]，同时又鼓励激发学生对多重问题表征方式和解决方案的探究，在探究过程中，学生通常需要做出假设并验证假设。

2.学生的原有知识资源和学习经历。问题的复杂程度不仅仅是问题本身的属性，同时也涉及问题和问题解决者之间的关系。例如对某些学习者来说简单的问题，但对其他学习者却未必简单。同时学习者在问题解决过程中，能够创造出多少问题表征方式和问题解决方案，取决于学习者可利用的知识变式、学习经历等。一些研究表明，给学生提供设计良好的启发性挫败问题和学习支架，学生的确能够调动自己丰富的知识资源/知识变式，来产生多重问题表征方式和问题解决方案，以解决问题[44]。

3.问题场景的吸引力。如何设置问题场景，与学科性质相关，也与学生的年龄和知识基础相关。一些研究发现，当问题以故事对白的形式呈现，以动画人物角色扮演等，学生更投入，也更有兴趣。也有一些研究发现，连环画更有吸引力[45]。总之，在启发性挫败设计中，与学科概念和思维方式密切相关的设计，需要考虑问题的复杂性，学生原有的知识资源/知识变式以及问题场景的吸引力等。

巩固/整合阶段活动设计的目的是促进学生对各种失败的或不够好的多重问题表征形式和解决方案与正统的问题解决方式进行比较，理解其优势与局限。活动设计的核心是师生共同发起一场全班讨论，重点理解各种方法的优缺点，并将其与正统方法进行比较。这种活动能够让学生有机会注意、理解目标概念的关键特征，并理解这些特征又如何整合于正统的问题解决方案之中。

(二)元认知活动的设计

协作问题解决与建构知识是一个涉及学习、协作和探究的复杂过程[46]。这一过程是一个复杂、逐渐浮现的动态过程，需要学生作为积极的个体，基于对学习过程和学习结果的评价，持续地对学习过程进行监控、反思，以实现问题的解决和知识的建构。众多研究发现，学习是一个涉及元认知意识和元认知技能的有意识的学习过程，且这些元认知意识和技能的习得是学生迁移和学会如何学习的关键。在学习过程中，如果给学生设计一些活动，帮助其发展关于问题解决和探究过程的意识，以及对于这个过程的自主反思能力，不仅能够帮助学生掌握学科相关的知识和思维方式与能力，还能帮助学生提升其学习经历[47][48]。因此，如何在学生解决启发性挫败问题的活动中，融入帮助学生发展元认知意识和能力的活动设计，对最大化启发性挫败的效果来说非常关键。

建模/创新阶段活动设计的目的是帮助学生对多重问题表征方式和解决方案进行反思，并对产生这些问题解决方案和表征方式的过程进行监控和反思，从而持续地对问题解决过程进行调整和规划。活动设计的核心是给学生提供一定的元认知支架，如学习结果和学习过程的评价标准、评价原则或者问题解决过程的信息[49-51]；或者给学生创建一个探究的情境，该情境中嵌入学生科学探究的模型或者反思的过程与策略等[52-54]；或者给学生提供一些促进反思、监控活动和意识的问题等[55][56]，进而促进学生对探究过程、思维过程和元认知策略与技巧的思考与反思。在这个过程中，一些概念图工具的提供，也可能会帮助学生对问题表征方式与问题解决方案进行反思。巩固/整合阶段，设计元认知活动时，要激发学生运用一定的评价标准对各种问题解决方案进行评价和反思，同时对自己的整个问题解决和探究过程进行反思等。常用策略包括同伴评价和写反思日志等。

(三)参与结构的设计

建模/创新阶段，设计参与结构时，要鼓励学生之间的协作。对于问题解决来说，学生创造多重问题表征形式和问题解决方案的过程，与对这些表征形式和方案的优缺点进行对比和比较的讨论过程同等重要。研究发现，协作问题解决能够促进学生对共同学习成果的分享、精细化处理、批判、解释以及评价等[57]，所以这一阶段要采用小组协作的参与结构。但把学生放到一个小组中，并不意味着协作就能产生。教师或助教或导学要给学生提供一定的支持，如角色扮演、混合编组等，并利用群体动力学的理论等，指导学生的协作，进而最大化协作学习的效果。巩固/整合阶段，设计参与结构时，要鼓励学生增进自己的智慧投入。教师如何推动学生进行参与，在很大程度上决定着学生对各种问题表征形式和解决方案的优缺点进行比较和对比的效果[58]。各小组介绍他们的成果时，教师要通过问题让他们澄清、细化自己的表述。同时，教师还要重新表述学生的解释，以便明确地聚焦关键的概念特征。这一过程中，要使全班同学积极参与讨论，相互提问、解释、精细化和同伴互评等。

(四)学习文化的创设

建模/创新阶段，鼓励学生对问题表征方式和问题解决方案进行多重探究，为学生的探究创设安全的环境。在这个阶段，给学生提供一些与问题解决和目标内容知识不相关的支架支持，例如元认知支架[59]，情感支架[60]，以及有意义交互角色扮演支架等[61]，从而防止学生产生无意义挫败，并能够使学生的建模与创新活动处于自由状态。但如果给学生提供与问题解决或目标学习内容相关的认知支架，通常使学生错失对多重问题表征方式和解决方案进行探究和创造的机会，而这恰恰是启发性挫败发挥作用的关键时机。巩固/整合阶段，创建安全的分享讨论环境，鼓励学生对多重问题表征方式和问题解决方案进行对比、讨论某些方法为什么，以及在何种条件下优于其他方法；反思产生多重问题表征方式和问题解决方案的过程以及同伴互评等。

启发性挫败活动设计、元认知活动设计、参与结构设计和学习文化的设计这四个要素需要相互配合，以尽可能地激发学生创设解决复杂问题的多重问题表征形式和解决方案，并对这些表征方式和解决方案的优势与不足进行解释、对比、比较和反思。协作问题表征形式和解决方案的探究、对比、讨论、分享和评价，可以帮助学生激活、辨析先前的知识，并促进学生注意、解释和精细化关键概念特征。设计学习文化，可以促进安全的探究和讨论分享环境，进而使学生从启发性挫败中受益。这四种设计是密不可分的，它们使学生在一个安全的环境中，借助协作学习，既帮助学生发展与学科相关的问题解决能力和创新能力，也帮助学生发展其元认知能力(如计划、监控和反思等)，进而促进学生学习的迁移和变式。在这个过程中，需要给学生提供与问题解决不相关的支架与帮助，如提供情感支持、元认知支架、创建协作分享文化、管理课堂等。

四、结论与启示

MOOCs和微课作为一种颠覆性技术，借助网络技术和资本的推动，获得迅猛发展，以海啸之势迅速风靡全球，尤其是在中国对优质学习资源和教学方式的渴求，更是促进了MOOCs和微课在中国的极速发展。但如何利用这些资源实现真正的课堂翻转，以支持学习者的自主个性化学习，促进学生的问题解决能力和创新意识、能力的发展，就成为目前亟待解决的问题之一。翻转课堂以及承载其学习资源的MOOCs和微课等的设计需要一种全新的思维和模式，从而使翻转课堂成为可能，以支持学生的自主个性化学习。启发性挫败设计作为一种新的设计理念和视角，以激发学生借助协作学习方式，在学习过程中积极参与问题解决活动和元认知活动，激发学生充分利用自己的原有知识技能和文化背景，自主的使用资源进行个性化学习，从而培养学习者成为积极主动的学习者和反思者。但该领域的研究目前仅仅处于起步阶段，要实现启发性挫败在学习与问题解决中效果的最大化，我们还有很长的路要走。目前关于启发性挫败的研究集中于其对问题解决与创新能力发展的作用等，但鲜有研究深入系统探究如何借助技术支持启发性挫败建模/创新和巩固/教学两个阶段效能的策略，以及启发性挫败促进问题解决与创新能力发展的机条件等。因此，启发性挫败的研究和实践需要引起更多学者的关注和研究。

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杨玉芹：在读博士，研究方向为学习科学、知识建构与创新、教师教育等(yqyang@hku.hk）。

2014年8月5日

责任编辑：李馨 赵云建

Designing Productive Failure for Flipping the Classroom

Yang Yuqin
(Faculty of Education, The University of Hong Kong, Hong Kong 999077)

Flipping the classroom, as new pedagogy, has recently gained prominence due to advances in technology and increased ubiquitous access to computers and other mobile devices. It provides great potential for personalizing learning. The nature of flipping the classroom is inquiry-based self-regulated personalized learning, centering around students. At present, many problems exist in designing for flipped classrooms. Thus, we need a new perspective to design flipped classrooms to support self-regulated personalized learning. Productive failure may provide a new avenue for flipping the classroom. This study provides a detailed description on the four core interdependent mechanisms of productive failure--novel and complex problem design, metacognitive activities design, participating structure design and social surround design--the core design principles to embody the four mechanisms. Finally, the study concludes with implications of future research directions.

Productive Failure; Flipping the Classroom; Self-regulated Personalized Learning; Microcourse; MOOCs

G434

A

1006—9860(2014)11—0111—05