基于教与学关系的动态双螺旋教学模式——以“理论力学”课程教学为例

王 慧，王 乐，商泽进

（1.长安大学，陕西西安 710064；2.西北工业大学，陕西西安 710072）

教学实践活动包含了“教”与“学”两个基本元素，是教师和学生以及课程教学之间相互构建的活动[1]。在所倡导的“以学生为主体，以教师为主导”教学理念的指导下，教师应通过不断学习和实践以具备“扎实的知识功底、过硬的教学能力、勤勉的教学态度、科学的教学方法”[2]，并通过自身的能动性来带动学生学习的能动性，促使学生从“要我学”到“我要学”（学习兴趣）、“我能学”（学习能力）进行提升。课程教学过程是教师与学生在发挥其能动性的基础上进行互动及反馈的过程。随着教育信息化的不断深入，学习信息来源更加丰富，学生独立的学习时间和空间得以延伸，有助于开展个性化自主学习。但学习碎片化、随意化以及信息资源短时间内相对固化等特点极易造成学习具有浅层性。同时，学生对于教学技术平台及资源的依赖性也加剧了教与学之间的沟通不足，导致教师无法适时调整教学设计来满足学生需求。因此，需要充分考虑“教”与“学”两个基本元素，建立教学活动中的师生共同体，激发师生教与学之间的双向互动，进而实现教与学的双向推进。

双螺旋模式是指两条螺旋链相互平行缠绕所组成的模型，两条链之间彼此相互制约又相互推进[3]。双螺旋模式被大量应用于教学模式、学习模式、人才培养模式等教学改革及实践中。如：丁刚基于认识知识、消化知识、运用知识、创造知识、传播知识等环节[4]，提出了知识螺旋扩张循环教学模式并加以实践；周超探讨了教师在线教学模式创新和学生自主学习需求之间的双螺旋关系，并分析了其在多样性教学模式中的可行性；于准从学生主体性出发[5]，建构多元化教学与个性化学习的双螺旋教学模式；余胜泉等分析了在线学习中知识网络和社会网络的相互关系[6]，提出了一种反映社会互动、群建共享、认知递进的双螺旋深度学习模型；徐志强提出了以专业教育和创业教育为链的高校创业型人才培养的双螺旋模式[7]；尹国俊等构建了基于师生共创的知识链与实践链融合联动的创新创业双螺旋模型[8]，并以浙江大学为例给出了实施路径及效果；芮正云和蒋豪分析了高校创客空间生态系统构成要素[9]，探讨了线上创客社区和线下创客空间相互交织形成动态双螺旋模型。

可见，利用双螺旋模式中双链相互制约又相互促进的优势，构建考虑“教”与“学”关系的动态双螺旋教学模式，有助于加强教学活动中教与学的双向推进关系。本文以动态双螺旋教学模式为策略，以提升教学质量为目标，借助于目前的教学信息化手段，开展教与学关系的探索与研究，并通过理论力学课程教学来加以实践。

一、动态双螺旋教学模式的内涵

动态双螺旋教学模式是以教学活动中“教”与“学”的两个基本要素为链，以教学活动进程和教学互动反馈两个维度为着眼点，如图1 所示。“教”与“学”作为动态双螺旋教学模式的两个基本链条，借助于多样化的信息化教学平台，通过多元化的教学互动方式加强师生之间互动和反馈。教师通过学生反馈优化教学设计、调整教学活动，提高自身教学水平和能力，学生在教师引导下转变学习理念和态度，调整学习方式，以达到最佳的学习成效，从而促进教学质量的整体螺旋式上升。

图1 考虑“教”与“学”的动态双螺旋教学模式

动态双螺旋教学模式中“教”和“学”两者之间体现“三层耦合”：一是主体耦合，即教师与学生之间的耦合，其交互耦合关系是建立动态双螺旋教学模式的基础。二是方法耦合，即教法和学习方法的耦合，两者之间达成相互匹配和协调的耦合关系，就能推进第三层耦合关系即“能力耦合”。能力耦合是指教师教学能力提升和学生学习能力提升的耦合，一方面反映了双螺旋教学模式的效果，另一方面教学过程中的能力持续提升又会不断促进教学方案的持续更新和教学活动的有效调整，实现动态的教学优化和完善，最终实现教学相长。通过构建以上耦合关系，动态双螺旋教学模式的优势最终体现在两个维度上。

（一）从平面维度上看，体现在互动反馈

通过多样化的信息化教学平台以及多元化的互动方式（如“辅”“练”“测”“管”等教学环节）建立良好的沟通渠道，收集学生的学习信息并及时反馈，从而有的放矢地改进教学设计、调整教学活动。动态双螺旋教学模式更加重视学生在教学活动中的参与度，注重教学互动反馈的方式、频次、时效性和有效性，根据教学目标和不同学生学习情况，及时作出反馈与修正，以保证学生的学习兴趣及学习效果[10]，也可以进行更具个性化、精细化的教辅工作。

（二）从高度维度上看，体现在教学进程的螺旋式上升

螺旋式上升具有两层内涵：一层是以课程教学所传授的知识为主线，反映整体教学质量的学生能力的提升，包括学生对课程理论及方法的掌握程度、对知识的迁移能力、形成基本科学研究思维，以及学习兴趣、学习能力、学习方法论、学习成效等。二是以提升教学质量为最终目标的教师能力的上升，教师能力反映在专业知识和教学能力两个方面，在专业知识方面，涉猎领域要具备深度和广度，包括不断深入掌握课程内容，熟悉课程之间以及学科之间的关联性，了解学科发展史，具有较为丰富的生活案例和工程案例储备，对于学科相关新领域的发展具有敏锐性等。在教学能力方面，能够了解学生学习发展心理、知悉教学遇到的问题、灵活运用各类教学手段，并具备对教学内容的设计能力、对教学活动的组织能力、对教学数据的分析能力以及对课堂的管理能力等。

二、动态双螺旋教学模式的作用机制

动态双螺旋模式通过“教”和“学”两条链之间的有机结合、协同推进，构建有效的信息交流互动式教学环境，包括以“教”导“学”以及以“学”促“教”两个方面的作用。

（一）以生为本，以“教”导“学”

课程教学成效反映在学生学习了什么，采用什么方式学习，最终学习成效如何。学生的学习成效与学习积极性有关，而学习积极性不仅取决于学生自身对课程价值的评价，也取决于课程的教学目标、内容难度与学生学习能力的匹配程度[11-12]。而以上又与学生的学习能力及教师对学生的影响相关，学生的学习能力是影响自身学习水平的内因，教师对学生的影响是外因。教师在教学设计上的转变会影响学生学习方式的转变，教师在教学内容上的建构会影响学生学习的深度和广度，教师在教学活动中的引导、反馈及评价会影响学生对课程的兴趣及信心等。因此，教师需要通过对教学设计的优化，包括教学目标的明确、教学内容的重构、教学活动的组织等来对课堂进行调整，使得学生逐步从碎片化学习向系统性学习转变，从机械性学习向主动性学习转变，从模仿式学习向探究式学习转变。

教师教学设计需要从宏观课程和微观课堂两方面入手。宏观课程以课程目标为导向，而微观课堂以教学内容为主线。对于理工科课程而言，宏观的课程目标应该着重关注以下三点。掌握课程知识点，梳理课程中不同知识点的共性并提炼出核心要素[13]，建立课程整体知识脉络；加强与其他相关课程之间的联系，使先修课程如数理基础课程中的符号化公式更具实际意义，并紧密联系后续专业课程及实践课程；强化课程理论与工程现象之间的联系，加强理论知识与工程分析能力之间的融会贯通，使学生知识及能力在课程教学中从“碎片化知识点”到“系统知识体系”再到“工程应用能力”呈现螺旋式上升。微观课堂的教学设计应以教学内容为主线，并与宏观课程目标协调统一。鉴于知识点的连贯性通常体现在包含一节或多节课堂的教学单元中，微观课堂的教学设计针对教学单元开展。为了让学生在获取知识的同时，实现其自主学习、分析、联系、归纳等能力的隐性提升，每个教学单元的主要教学目标则分为如下三个层面。（1）掌握本教学单元的知识主线。（2）掌握与前后教学单元知识的关联性。（3）注重科学思维和分析问题、解决问题能力的培养。针对每一教学单元，围绕知识点采用螺旋上升式教学设计方案对教学内容分层次展开，如图2 所示：问题引导层，即引入问题引发学生思考，或是案例探究激发学生兴趣，或是教学回顾，温故知新，加强前后知识的关联。教学展开层，通过讲授式、启发式或是探究式教学方式开展课程内容的教学，并进行科学思维的训练。分析应用层，即理论指导实际分析和应用，通过工程案例及生活现象的分析，培养学生学以致用的能力。归纳总结层，是指理清教学主线，并总结出课程不同章节之间、不同课程之间的关联，使得教学内容更加完整。思考拓展层，在知识整合的基础上向教学广度和宽度延伸，注重学科交叉，开拓学生视野，激发学生思维，培养学生综合分析能力。整个教学设计过程如同螺旋线，教学设计以知识为主线，以能力培养为目标，从径向来看，各教学环节以知识点为主线形成闭环，而从轴向来看，知识点随着教学环节在不断向前推进，匹配了布鲁姆教育目标分类，从记忆、理解、应用等基本认知向分析、综合、评价等高阶思维推进，有助于促进学生高阶思维的螺旋式上升。

图2 教学单元的教学设计

（二）教学相长，以“学”促“教”

在教学过程中教师通过不断获取学生的学习信息，进行教与学之间的反馈和修正，对教学活动进行优化迭代，实现教学相长。教学过程的“练—辅—测—评—管”教学活动中的重要环节，涵盖了师生之间的互动和反馈，是教师获取学生学习信息的重要途经。教学的互动及相互促进作用全面覆盖于课前、课中和课后三个阶段，教师动态调整教学方案以适应学生的需求，不仅可以有效提高学生学习自信和兴趣，同时还可以实现个性化教辅工作。当信息化技术融合课堂教学后，除传统的提问、讨论、交流、作业、面对面辅导外，还可利用信息化平台学习数据的统计和分析，来指导教学互动开展的频次和力度。针对在线教学模式，师生交互频次和力度将影响学生学习效果[11]，教师可以利用学生平台签到、资料阅读、视频学习、问卷投票、作业提交、论坛讨论、师生互动、在线测试等多种学习活动的数据统计与分析，如学生的学习参与度（时长及频次）、学习效率、学习效果以及自我挑战度等，来了解学生的整体学习状况及个体学习行为，从而对教学活动及“练—辅—测—评—管”各环节进行合理优化。

三、实施路径及成效

动态螺旋式教学模式关注的是教学过程中“教”与“学”两个基本教学要素，其作用机制与线上、线下或线上线下混合式教学是通用的。以某大学“理论力学”课程两个学期的教学为例，来说明动态双螺旋教学模式的实施路径及其教学成效。

（一）线上教学的实施路径及成效

2019—2020 学年春季学期，因新冠肺炎疫情影响，各高校开展了线上教学。线上教学的优势是学习空间和时间不受限制，但也带来两个问题：一是知识的获取零碎化和浅层性，二是学生的学习依赖于其自主学习能力以及与教师之间的交流[14]。

针对第一个问题，基于螺旋上升式教学设计，对每一个知识点对应的教学单元优化课前、课中和课后教学目标及其实现途径，采取了课前基础性学习、课中综合性教学以及课后拓展的方式，如图3 所示。对于课中教学，根据前期经验及学生课前平台数据，对相对基础的知识点以梳理总结为主，对较难的知识点以讲授总结为主，注重引导学生关注课堂教学内容的连贯性以及教学内容的拓展，概括和归纳出课堂教学内容的主线，一方面让学生有自主学习空间，另一方面引导学生进行系统化的知识内化。

图3 线上教学的教学组织

针对第二个问题，考虑到线上教学师生交流反馈具有灵活性，且交流频次取决于学生个人性格[14]，在教学过程中将互动反馈进行常规化安排，采用“一个教学平台，两个沟通渠道，三步过程测评”的教学策略，从“教—学—练—辅—测—评—管”几个方面着手，突出教学反馈的及时性和有效性。一个教学平台是指校内在线学习平台，提供线上主要学习资源，是学习数据收集和统计的主要来源之一。两个沟通渠道是指利用课堂教学平台的课堂沟通以及利用网络即时通讯工具的课后延伸沟通。三步过程测评是指“每堂一练习，每节一作业，每章一测验”，尤其在作业和测验环节给出不同难易程度的问题，以满足不同学生的个性化学习需求，并在测验部分合理设计题量及评分机制，让学生及时了解自己的学习成效。

本文中将采用动态双螺旋模式进行教学的班级称为改进班，疫情期间改进班为工科试验班，其成绩通常都高于其他专业，因此教学成效分析采用同专业不同级成绩的纵向对比，其他对照班级为疫情前的线下授课，如图4 所示。可以看出，线上教学与线下教学成绩相当，说明线上教学动态双螺旋模式可以保证线上线下教学效果的同质等效。此外，与线上教学期间所有教学班进行对比，工科试验班平均成绩相较其他班成绩高出8~20 分，其差值要高于线下教学时期的5~15 分，说明动态双螺旋教学模式在线上教学中更具优势。被动式学习，学习效果依赖于线下课堂的教学，不利于学生个性化学习，也不利于培养学生的自主学习能力。

图4 同专业不同级成绩的纵向对比

针对以上问题，教师可课前通过课件发送、设置问题及简单练习引导学生预习。课中通过问题驱动、实例引导、实验演示等引发学生兴趣，并采取随机点名、问题讨论、习题练习、课堂测验等方式，让学生参与到教学环节。课后练习题进行难易分级，同时利用线上教学在空间（多样化平台的应用）和时间（不限于课堂时间）上的拓展，大力发挥教学中“辅导”环节的作用，使学生在自主学习空间和时间里能随时得到指导和帮助。合理借助于问卷调查、交流沟通、线上后台数据等来综合了解和评价学生的各项特征（包括学生的网络状态、学习状态、学习能力、思想状况等），改进教学管理办法，灵活调整下一步的教学内容和方法。

通过对线上教学质量进行问卷调查，共收回有效答卷79 份。学生对于理论力学线上教学的动态双螺旋模式持满意和支持态度，学生认为相较于疫情期间的其他课程，理论力学课程的主要优势体现在师生互动关系良好（92.41%）、知识主线更清晰（82.87%），对理论力学整体满意度更高（非常同意占87.5%，较同意占12.5%）。学生认为虽然是线上教学，但学习能力和学习兴趣均有大幅度提升（分别占83.54%和72.15%）。

（二）线下为主的混合式教学实施路径及成效

疫情常态化防控阶段，采用以线下为主的混合式教学。线下课堂的最大优势是在集中学习环境中，学生能直观感受同伴学习和竞争学习的氛围，教师也能迅速感知学生学习状况、把控教学节奏，并及时进行反馈和修正，在教学管理上能够及时跟进，但学生容易陷入

客观教学成效分析采用同专业同级不同教学班成绩的横向对比，如图5 所示。可以看出，改进班的成绩显著高于对比班。通过对课程教学质量进行问卷调查，共收有效答卷64 份，统计结果如图6 所示。可以看出，大部分学生认为“理论力学”课程动态双螺旋教学模式的优点在于良好师生互动关系（81.25%）、课程思路清晰且有明确的课程知识主线（79.69%）、教师对问题反馈及时（64.06%），具有个性化的练习及作业（46.88%），如图6（a）所示。相较于同学期开设的其他课程，大部分学生认为“理论力学”课程教学对学生构建系统化的课程知识体系、提升学习能力以及学习兴趣都很有帮助，大部分学生对课程满意度较高，如图6（b）所示。在理论力学课程开设之初，全班有56.25%的学生表示对力学课程有恐惧感，结课后这部分学生中大多数表示自己对后续力学课程的畏惧感减少，如图6（c）所示。另有25%的学生表示对力学课程不感兴趣，结课后这部分学生中表示自己对后续力学课程的兴趣增加，如图6（d）所示。可见，通过动态双螺旋教学模式，学生在力学类课程中的学习能力、学习信心及学习兴趣均有所增强，对于后续课程的学习有所裨益。

图5 同专业同级不同教学班成绩的横向对比

图6 线下为主的混合式教学问卷调查

四、结论

本文提出了基于师生共同体的动态双螺旋教学模式，充分考虑“教”与“学”之间的耦合关系，借助多样化的教学平台，通过多元化的教学互动方式，来激发师生教与学之间的双向互动，进而实现教与学的双向推进。该教学模式中，教师需要从两个层面（微观课堂和宏观课程）对课程进行教学设计，并对教学内容进行完善、梳理及拓展，同时加强课堂内外、线上线下的“练—辅—测—评—管”环节，利用后台数据来分析学生学习行为和成效，及时反馈并调整教学活动，实现教学相长。动态双螺旋教学模式强调“教”与“学”之间的相互协同推进关系，其作用机制在不同形式的教学活动中是通用的，经过“理论力学”课程教学实践，表明不论是线上教学还是以线下为主的混合式教学，对于改善师生互动关系，促进学生课程知识体系内化，增强学生学习兴趣、提升其学习能力等方面均有较好的成效。