混合学习环境下协作问题解决活动设计研究

2023-09-15曾丹，杨颖

软件导刊 2023年9期

曾丹，杨颖

（云南师范大学信息学院，云南昆明 650000）

0 引言

随着信息爆炸式增长，单独个体所掌握的知识已无法满足当今社会发展需求。通过协作问题解决活动不仅能充分发挥个人优势，还能整合团队成员想法进行有效的分工合作，提升问题解决质量。协作问题解决能力在教育与工作中的重要性不断凸显，一些国家开始大力开展协作问题解决的相关研究。

2009-2012 年，澳大利亚等6 国开展21 世纪能力评价项目（Assessment and Teaching of 21st Century Skills，ATC21S），提出21 世纪能力中协作问题解决的评价框架［1］。国际学生能力评估计划PISA 2015 首次对52 个参与国和经济体进行协作问题解决能力评估，我国参加测试的学生在协作问题解决能力方面的表现相较于数学和科学方面并不突出，这也引起我国相关政府对协作问题解决能力的关注。

2020 年5 月，教育部关于印发普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017 年版，2020 年修订）的通知强调，要培养学生探索解决问题的能力并学会协作交流，以具备团队精神和适应全球化发展所需的交流能力［2］。但在实际教学活动中开展协作问题解决活动仍然面临巨大挑战，例如由于教学任务和教学时间受限，学生未有充足时间进行协作探究。为此，本文针对课堂学习、网络学习环境的优劣，设计混合学习环境下协作问题解决活动设计模式以有效培养学生的协作问题解决能力。

1 相关研究

1.1 协作问题解决概念界定

早期关于协作问题解决（Collaborative Problem Solving，CPS）的研究是在协作学习和基于问题的学习上建构学习空间，培养学生的问题解决能力和创新思维。直至PISA 2015 对协作问题解决能力进行大规模测评后，协作问题解决便开始受到世界各国教育部门的重视。PISA 2015 中协作问题解决是在个人问题解决的基础上增加协作技能，是指团队成员通过理解、分享有效地参与在一个共同活动中，并汇集他们的知识和技能实现团队预设的理想目标［3］。

协作问题解决能力则是由协作技能和问题解决技能构成的综合能力。其中，协作技能强调团队成员如何参与协作、抉择和协调观点；问题解决技能则强调如何理解分析任务并结合各自所掌握的知识解决问题。因此，协作问题解决不仅需要思考如何进行问题推理，还需考虑如何在交互过程中协作交流。

1.2 协作问题解决能力培养发展

目前，对协作问题解决能力的研究主要集中于构建能力测评模型、探讨影响协作问题解决能力因素，部分学者开始关注如何培养协作问题解决能力形成相应的培养策略。付强［4］利用网络优势设计适合协作问题解决学习的教学活动模式，核心要素分别为教师、学习者和教学资源，目的是培养学习者成为有效的协作者。胡小勇等［5］针对网络环境中开展协作问题解决活动所存在的问题，从指导者、协作者和资源环境3 个角度出发，以问题解决阶段为主线，构建在线环境下协作问题解决策略。李欣莲等［6］为探索传统课堂中如何培养协作问题解决能力，分析美国数学教师的课堂录像发现，课堂讨论是培养学生协作问题解决能力的重要组织形式，同时教师也需增强对学生协作问题解决能力培养的重视度。廖丹铌［7］基于情境、话语和认知3 个方面分别提出培养协作问题解决能力的3 种策略。其中，情境策略是创设协作问题解决所需情境，利于培养解决实际问题的能力；话语策略是促进信息沟通与人际交流，提高学习者的协作和沟通技巧；认知策略是为有效推动认知活动发展，培养学习者的认知技能。

综上所述，现阶段关于协作问题解决能力培养的相关研究较少，主要从网络环境、课堂环境方面进行探讨。协作问题解决并未作为一门独立课程进行教授，而是根植于其他特定的学习课程；协作交流是培养协作问题解决能力的关键因素；教师和学生分别是协作问题解决的组织者和活动主体，也是培养协作问题解决能力的核心要素。

1.3 混合学习环境下协作问题解决研究

协作问题解决活动的设计开展基于课堂环境和网络学习环境，但在实践阶段仍存在一定问题。在课堂环境中开展协作问题解决活动，由于教学任务、教学时间受限，使学生未有充足的时间协作探讨，导致活动浮于表面并未达到预期教学效果。网络学习环境虽提供了丰富的资源和灵活的协作交流空间来增强学生参与活动的积极性，但存在讨论偏离主题目标、资源共享率不高、容易迷航等问题［8］。

针对上述问题，本文结合课堂环境和网络学习环境设计混合学习环境下协作问题解决活动模式，促进学生知识迁移和培养协作问题解决能力。相较于课堂学习环境，混合学习环境下的合作式学习和基于问题的学习更能提升学习者成绩［9］，混合学习环境不仅将深度学习理论知识、师生情感互动等优势融入网络学习环境，还利用网络学习环境强化课堂内容并将理论付诸实践。混合学习环境是作为开展协作问题解决活动的环境支撑，能更方便地创设真实问题情境，也能提供支持协作交流的在线讨论空间。

2 混合学习环境下协作问题解决活动设计模式

混合学习环境下协作问题解决活动设计模式是在探究社区理论的基础上所建构，主要从协作问题解决、教与学组织和学习环境3 个方面进行设计（见图1）。具体的，协作问题解决活动围绕协作和问题解决两个维度进行设计，问题解决则作为活动发展主链。教与学组织主要强调教师对协作问题解决活动的组织与管理，而学习环境则是支撑协作问题解决活动开展的必要条件。

Fig.1 Activity pattern of collaborative problem solving in blended learning environment图1 混合学习环境下协作问题解决活动模式

2.1 协作问题解决活动

协作问题解决活动是在真实的劣构性问题情境下，学习共同体利用协作技能和原有认知结构使问题解决向理想目标状态发展。目标状态是学习共同体根据理解问题初始状态预先设定的理想目标，也是决定问题解决质量的重要导向。协作问题解决活动需要3～6 名学习者组成学习共同体，制定学习共同体的协作行为规范，促进团队高效地进行协作互动。学习共同体的协作技能贯穿整个协作问题解决活动过程，主要包含参与、抉择和协调3 个维度。其中，参与是描述学习者能参与问题解决互动的意愿程度；抉择是适应其他成员贡献；协商是针对协作小组多样性，处理小组冲突的问题。

问题解决作为协作问题解决活动发展的主链，主要包含问题理解、目标设定、资源管理、计划执行、监控反馈5个阶段。其中，①问题理解是问题解决的初始阶段，学习者需结合原有认知理解表征问题的初始状态；目标设定根据问题理解表征设定理想目标，以学习者自身情况划分子目标；②资源管理是反映学习共同体在合理分配可用资源的情况下，将专业知识与资源融入问题解决过程的能力；③计划执行是指在问题空间基础上规划如何达到目标状态，形成问题解决的方案步骤；④监控反馈是监督整个协作问题解决活动，优化问题解决方案；⑤问题解决阶段的过渡是在上一阶段的基础上进一步发展，但也不是简单的线性发展。此外，问题解决还包含了个人问题解决与协作问题解决两大活动，学习活动也从个人知识建构向协作知识建构转变。

2.2 教学组织活动

教学组织活动是指教师设计、指导学习者的社会和认知过程，目的是使学习者能高效地参与协作问题解决活动，实现学习共同体预先设定的理想目标。教学组织活动主要包含教学设计与组织、促进协作交流和教学指导与评价。其中，教学设计与组织指教师根据具体课程内容设计协作问题解决活动，选择合适的教学方法、创建真实的问题情境；促进协作交流指教师创设协作交流空间吸引学习者积极讨论交流，并实时关注协作互动情况，营造一个和谐的协作问题解决氛围；教学指导与评价指诊断、指导呈现的教学内容与问题，并监控评价学习者在协作问题解决活动中的表现。教学组织活动是促进协作问题解决的催化剂，以便引导学习共同体向问题解决的最佳方案发展。

2.3 学习环境设计

混合学习环境主要包含课堂学习和Moodle 学习平台，二者相互补充、融合。其中，课堂学习环境主要给师生提供理论教学的多媒体环境，有利于个体集中学习理论知识，提升问题理解、梳理解决问题的思维逻辑；Moodle 学习平台环境则是在课堂学习环境基础上创设虚拟学习环境，有利于将课堂学习的理论知识运用于协作问题解决活动。Moodle 学习平台能提供丰富的开放教学资源和案例，以便于创设更真实的问题情境，使学习共同体融入协作问题解决活动。其次，Moodle 学习平台提供聊天室、论坛、和留言板等协作交流空间，辅助学习共同体参与协作问题解决活动，使学习者围绕问题进行协商交流。最后，教师在Moodle 学习平台中能实时监控学习者的学习过程，以便于辅助、引导学习共同体制定最优的问题解决方案。

3 实践研究与结果

3.1 实践对象

本文选取云南师范大学2019 级数学学院数学与应用数学专业的45 名学生，这些学生已学习过大学计算机基础课程，对计算机相关知识有所了解，能使用PowerPoint、Photoshop 软件制作课件。其次，他们参与协作问题解决活动次数集中在10～20 次，主要动机是完成教师布置的任务，但未具有系统参与混合学习环境下协作问题解决活动的经历。

3.2 实践安排

本文依据混合学习环境下协作问题解决活动模式设计课堂学习内容和Moodle 学习平台相关资源，然后进行3轮实践。通过分析学习共同体在3 轮协作问题解决活动中的讨论过程和学习效果，比较3 次学习效果来优化混合学习环境下协作问题解决活动设计模式。实验选取现代教育技术课程中的多媒体课程设计、照片拍摄实验和视频拍摄实验3 个协作问题解决活动主题，围绕具体主题确定教学内容，利用Moodle 学习平台的活动资源编辑界面的各种活动资源模块组设计主题活动。在活动开始前，教师录制Moodle 学习平台的使用教程，辅助学生熟悉平台使用方法、了解活动注意事项。

3.3 数据分析

经过3 轮实践，将收集到的3 077 条讨论记录进行统计分析，主要从参与度、个人贡献度及协作问题解决的言论特征进行简单分析。在相同学习活动中，参与度能反映协作小组参与讨论的积极性。从协作小组的3 轮实践讨论主题率可知（见图2），多媒体课件设计主题率最高为第7 组；照片拍摄实践主题率最高为第2 组；视频拍摄实践主题率最高为第1、7 组。3 轮实践中总主题率最高的3 个组分别为第1、2、7 组，总主题率最低为第8 组。相较于另外两轮实践，第7 组的照片拍摄实践主题率非常低，主要原因是在照片拍摄实践任务发布后，该小组便利用面对面讨论方式对主题、分工及每个成员所负责的内容进行详细交流。从整体上看，协作小组在3 轮实践研究中的主题率大部分呈上升趋势，说明协作小组参与协作问题解决活动的积极性也在逐渐上升。

Fig.2 Topic rate comparison图2 主题率比较

个人贡献度是分析团队成员的平均个人贡献度（见图3）。每轮实践中，协作小组的个人贡献度均呈增长趋势，第7 组在多媒体课件设计和视频拍摄实践中的个人贡献度最高，第1 组在照片拍摄实践和视频拍摄实践中的个人贡献度相对较高。因此，这两个协作小组成员在参与协作问题解决活动的表现较积极。第3、8 组的平均个人贡献率最低，主要原因是分工不明确及组长未能承担领导团队的职责。从小组个人贡献率而言，每轮实践研究中个人贡献度最高的成员基本上是组长，尤其是第1 组组长在多媒体课件设计中的个人贡献度高达57.1%。由此证明了团队领导者在协作问题解决活动中的重要性。

Fig.3 Statistics of average individual contribution rate图3 平均个人贡献率统计

从言论特征而言，主要聚焦于确定组长和问题主题、任务分工、任务执行和作品整合。协作小组在协商确定问题主题时，通常通过投票形式解决。组长主要由自荐、投票、抽签3 种方式选出。从任务布置而言，总体任务布置基本由组长制定，部分小组通过团队成员协商制定和自主制定完成。从任务分工而言，主要采用组内成员自主选择、随机抽签和自主选择+随机抽签3 种方式，大部分小组采用成员自主选择方式，只有第5、8 组采用随机抽签和自主选择+随机抽签方式。

3.4 实践结果分析

本文针对混合学习环境下协作问题解决活动模式设计评价指标体系，形成包含网络平台访问次数、协作讨论、课堂考勤和作品汇报4 个平均指标，如表1 所示。其中，总结性评价由最终作品进行自评、互评和教师评分3 部分组成。

Table 1 Evaluation indicators表1 评价指标

通过评价指标体系表统计各组3 轮实践学习成果（见图4），协作讨论评价以讨论数（30%）、主题率（70%）作为最终评价分数，作品成绩以自评（10%）、互评（60%）、教师评分（60%）进行评分。由图4 可见，第1 轮多媒体课件设计中学习成果最高为第1 组；第2 轮照片拍摄实践中学习成果最高为第7 组；第3 轮视频拍摄实践学习成果最高为第3 组。综上，3 轮实践总分最高为第1 组，其次为第7组。

Fig.4 Comparison of learning achievements图4 学习成果比较

3.5 协作问题解决能力调查分析

为检测混合学习环境下协作问题解决活动模式能否培养学生的协作问题解决能力，本文根据协作问题解决的协作和问题解决这两个维度设计问卷。其中，协作维度包含参与、抉择、协调和态度4 个指标，问题解决维度包含问题理解、目标设定、制定计划、资源管理、监控反馈和解决效果6 个指标。问卷分别在云南师范大学信息学院实验班开展协作问题解决的活动前和活动后发放，收集两次问卷调查数据，经过数据清洗、删除无效问卷数据后，分别对前后测数据进行配对样本t检验，结果如表2所示。

Table 2 Analysis of collaborative problem solving ability of experimental class表2 实验班协作问题解决能力分析

由表2 可知，云南师范大学信息学院实验班协作维度中参与、抉择、协调和态度的平均值后测均高于前测，分别相差0.69、0.66、0.56、0.09，可知协作行为的态度维度前后测平均值差最小。从显著性可知，参与、抉择、协调和态度4 个维度的显著性P 值分别为0.000、0.000、0.001、0.005，均小于0.01，差异性非常显著已达到统计学意义上的显著性差异。由此表明，实验班在协作问题解决活动中的协作技能有所提升。问题理解、目标设定、制定计划、资源管理、监控反馈和解决效果6 个指标维度平均值后测均大于前测，分别相差0.45、0.54、0.44、0.21、0.55、0.53，可知问题解决中资源管理维度前后测平均值差最小。从显著性可知，问题理解、目标设定、制定计划、资源管理、监控反馈和解决效果6 个维度的显著性P 值均小于0.01，差异性非常显著已达到统计学意义上的显著性差异。由此表明，实验班在协作问题解决活动中的问题解决能力有所提高。

4 反思与建议

4.1 促进课堂学习环境与网络学习环境相融合

混合学习环境下设计协作问题解决活动需结合课堂环境与网络环境的优势，在统一的教学目标指导下，有计划地设计开展协作问题解决活动。虽然，课堂中无法预留充分时间进行协作交流探究，但有利于团队成员学习理论知识、梳理解决问题的逻辑。

网络学习环境是在课堂环境基础上设计问题情境，提供协作交流空间和相应的教学资源案例。网络环境中的教学资源案例并非简单重复的课堂知识理论，而是基于课堂知识的延伸。协作交流空间能实现团队成员同异步沟通，弥补课堂时间受限而无法开展协作问题解决活动的问题。在混合学习环境的协作问题解决活动中，课堂环境强调学习理论知识，网络环境则强调将理论知识运用于实践的过程。

4.2 加强教师主导与学生主体相结合

在混合学习环境下开展协作问题解决活动，不能顾此失彼导致教师主导地位和学生主体地位不平衡。课堂上，基本由教师系统讲解理论知识，为避免学生被动接受知识，可适当预留时间供学生进行头脑风暴和自主学习。在网络学习环境则主要以学生为中心，但需要避免学生脱离教师的监督，导致问题讨论过程偏离目标。

因此，教师可适当参与讨论，引导协作小组向解决问题的最佳方案发展。在网络学习平台创建讨论区，协作小组可在讨论区内相互交流，打破了小组间只有竞争没有合作的局面，教师还需要实时关注学生间的交流情况，尽力营造一个良好的协作交流氛围。

4.3 促进学生积极参与协作问题解决活动

学习共同体作为活动主体，不仅会影响问题解决质量，还会影响学生活动体验。从此次协作问题解决活动实践可见，随机组成的协作小组不利于问题解决，原因是小组成员互相并不了解，而交流互动主要集中于网络学习环境，同时学习共同体的交流讨论时间和深度严重不足。

因此，教师可根据学生兴趣和异质分组形成学习共同体，结合线上讨论和面对面交流开展协作小组活动，从而促进团队成员间的相互信任与有效沟通。

此外，为促进团队成员主动参与协作问题解决活动，设定小组角色增强团队的凝聚力和责任意识。Strijbos等［10］将协作小组角色大致分为启动者、启迪者、提出者、支持者、质疑者、控制者和结论者。每位角色具有明确的任务职责，并且各角色间的功能环环相扣。角色分配需要学习者扮演相应的角色融入协作问题解决活动，教师则需要关注角色的分配与协调。