问题解决类微课的教学有效性实验研究

　　摘要：问题解决类微课是当前微课开发转型实现可持续发展的重要形式之一，微课作为一种教学资源常用类型，无论开发和使用均需良好的设计才能取得有效的教学效果。文章从微课的使用方式入手，探讨问题解决类微课的教学有效性并对其影响因素进行研究。文章通过数据分析与访谈调查，证实了问题解决类微课的教学有效性和师生的认可度；两种使用方式下问题解决类微课问题解决的三个维度与其教学成效之间高度相关，实验证明微课品质部分中介了问题解决对微课教学效果的影响。

　　关键词：问题解决；微课；教学有效性

　　作者简介：杨晓娟，硕士，副教授，研究方向为远程教育、移动学习

　　一问题的提出

　　问题解决教学最早出现在波利亚的《怎样解题》一书中，他认为以问题解决为导向的教学能有效调动学生的积极性[1]。斯腾伯格[2]在其“人类智力三元理论”中同样提到，问题解决属于人类核心智力。随着大数据与人工智能的发展，新时代要培养的人才要求具有问题解决能力与创新能力。目前，世界各国颁布的纲领性文件都涉及培养学生的问题解决能力，如日本《学习指导要领》要求各个学科的学习目标与学习内容重视学生问题解决能力的培养[3]；美国《国家科学教育标准》[4]提到具有良好科学素养的人需要有较高的问题意识与问题解决能力；我国基础教育课程改革同样要求加强学生的科学探究精神与问题解决能力。

　　微课的发展经历了从关注微课资源数量的探索时期到关注微课使用方式的发展时期，再到关注微课内容品质如问题解决的转向时期[5]。而现行的微课作品主要以知识传授为主，在培养学生自主探究和创新能力方面的教学效果并不理想。目前，影响微课品质的技术性因素所占比例持续下降。通过对相关使用情况的调查发现，微课使用情况未达到预期理想的效果，原因是微课资源本体的制作和使用未能精心地设计。因此，笔者针对现行微课的弊端，设计了系列问题解决类微课，并上线使用，同时进行问题解决类微课的教学实验，以期发现此类微课教学有效性，以及相关的影响因素，为以后关于问题解决类微课的设计与开发提供借鉴。

　　从学生的角度使用微课的方式有三种：①学生自学微课教学内容；②学生自主观看微课时有引导性材料（如导学案）；③学生在老师的指导下学习微课内容。本研究主要采用以下两种微课使用方式：一种是使用导学案的微课学习方式；另一种是学生学习微课，没有任何辅助性学习材料。导学案，顾名思义是指学生学习的指导/引导方案，其出现于近几年的教学实践中。使用优秀的导学案能够有效地提高学生的学习效果和效率。本研究中使用导学案的主要任务是在提出问题、分析问题、解决问题等环节上提示和引导学生[6]。教学有效性是教师遵循教学活动的客观规律，用最少的时间、精力和物力投入，取得尽可能好的教学效果。教学是否有效益，并不考察教师是否进行了全内容授课或授课是否认真，而是考察学生是否学到了相应的知识或学生通过学习是否有所创新。因此，学生有无进步或发展是教学有没有效益的唯一指标[7]。所谓问题解决类微课的教学有效性，是指学生在问题解决过程中对问题的识别与表征，分析问题的内在逻辑和解决问题的方法、步骤，以及上述方法的举一反三。关于问题解决类微课的教学有效性研究中参照学生的测试成绩，对两种微课使用方式进行独立样本比较。据此，本研究提出研究假设H1：问题解决类微课教学是有效的，使用导学案的微课学习方式比没有任何辅助性学习材料参与的学习微课方式在教学有效性方面具有显著差异。

　　参考已有基于问题解决的教学研究，问题解决可分为提出问题、分析问题和解决问题三个维度，对学生的学习效果均具有影响[8][9]。三个维度中具体因子的确定遵循问题解决流程：提出具有现实背景的问题—建立相应的数学模型—探求解决问题的思路—求解问题—反思与评价—应用与推广[10]。据此，本研究提出研究假设H2：在两种使用方式下，问题解决类微课中问题解决的的三个维度——提出问题、分析问题与解决问题显著影响微课的教学效果。问题解决类微课的制作品质分为非技术品质和技术品质两类，其中，非技术品质属性维度包括选题小而精准、语言与文本呈现合理等[11]；而技术品质属性维度包括画质、图象、声音良好，音像同步[12]。问题解决类微课的品质影响该类微课的教学效果[13]，同时问题解决类微课中问题解决的三个维度的设计通过微课来呈现、传播也会影响微课的品质。据此，本研究提出研究假设H3：在问题解决类微课中问题解决三个维度对微课教学效果的影响过程中，微课品质充当中介作用。

　　二数据测量

　　1实验对象

　　本研究的实验对象来自山东省济南市和临沂市的4所初中，每所学校随机抽取2个教学班，共计8个教学班、275名学生参与测试。其中，七年级学生90人，八年级学生102人，九年级学生83人。共收回问卷275份，剔除无效问卷6份，得到有效问卷269份，问卷有效率为97.8%。

　　2测量工具

　　问题解决类微课调查问卷分为问题解决、微课的技术品质属性和微课的非技术品质属性三部分。问题解决部分采用问题解决的设计模型，将问题解决类微课中问题解决分为提出问题、分析问题与解决问题三个维度[14]，共7道测试题。微课品质部分借鉴了王岚等的评价体系，并在各类微课大赛评价标准的基础上进行改编[15][16]，微课品质包括技术品质属性和非技术品质属性，共8道测试题。问卷采用李克特五点量表，用非常同意、比较同意、一般、比较不同意、非常不同意五个选项，对应的量化分数是从5分到1分。量表首先在部分学生中试用，对每个题目表述的可读性、意义理解的确切性进行评估，然后对量表的部分题目进行修订。正式测试前对问卷的信度、效度进行了验证，问卷的信度Cronbach’sα值=0.898，各维度系数均＞0.7，表明问卷信度良好，内部一致性高。问卷进行探索性因子分析KMO值=0.859，Bartlett球形检验的结果P=0.000＜0.05，表明问卷适合进行因子分析，采取主成分分析法因素负荷量均＞0.500，总体数据表明问卷的效度良好。总的来说，问卷符合统计要求。

　　3实验过程

　　本研究在每个学校都随机抽取两个平行班，其中一个班为对照班共132人，被试学生不使用导学案，直接观看微课进行学习；另一个班为实验班共143人，被试学生在看微课的同时配有导学案学习。实验过程如下：①实验班和对照班学生首先进行前测，学生进行与问题解决相关的测试，所得成绩进行T检验，得出显著性差异不明显的结论，说明对照班与实验班学生水平相当；②实验班和对照班学生观看微课进行学习，允许学生在规定时间内进行多次观看，实验班学生进行有导学案的微课学习；③对实验班学生和对照班学生进行后测，并填写调查问卷。整个流程在45分钟内完成。测试题目的选取依据各个年级所学的相关知识和学生的水平，设置不同类型并根据所需解决问题的难易系数设定不同的分值。导学案的编制则注重引导学生关注聚焦问题、分析问题、选择与实施解决方案等内容。

　　三研究结果

　　1问题解决类微课教学有效性调查分析

　　满意率是计算同意与非常同意频次占总频次的比值。通过对问题解决类微课调查问卷回收结果进行统计分析，得到满意率最高的是总结解决此问题的思路（71.6%）；满意率最低的是问题解决方法的迁移应用（50.3%）。问题解决类微课教学有效性满意率具体如表1所示，可以看出学生对15个指标的满意率都超过50%，这说明问题解决类微课能够满足学生的学习需要。

　　2不同使用方式下微课教学成效差异分析

　　本研究使用独立样本T检验，分别比较实验组和对照组的前测、后测成绩之间的差异；同时，使用配对样本T检验，比较同一组前测、后测成绩之间的差异，所得结果如表2所示。

　　由表2可以看出，实验组和对照组的前测成绩在统计学上不存在显著差异（Sig=0.347＞0.05），这说明两个组在实验开始前的初始条件是相似的。实验组与对照组的后测成绩在统计学上存在显著差异（Sig=0.026＜0.05），且实验组的平均成绩优于对照组，说明导学案和微课搭配使用能提升问题解决类微课的教学效果。对实验组和对照组的前测、后测数据进行配对样本T检验，得到结果t=5.102（Sig=0.000＜0.01），表明通过微课学习，学生前测、后测成绩存在显著差异。实验前和学校沟通教学进度，微课所涉及内容，课堂教学尚未进行但所涉及的前位知识点已经学习过。被试学生需要通过微课学习，利用已有知识解决新问题，后测成绩大幅提高，这说明问题解决类微课使用具有较高的教学有效性。

　　3问题解决、微课品质属性和微课教学效果相关性分析

　　问题解决微课品质属性和微课教学效果相关性分析如表3所示。分析结果显示，实验组和对照组问题解决类微课中问题解决三个维度测试成绩与教学效果的关系统计结果为：在不使用导学案的情况下，提出问题与教学效果的关系统计结果为r=0.360，其显著概率为Sig=0.001，达到了0.01显著性水平，说明问题解决与问题解决类微课教学效果呈显著正相关。实验组和对照组均达到显著水平，但实验组的r值更高，这说明导学案能提升提出问题对教学效果的相关水平。分析问题和解决问题两个维度与教学效果的关系统计结果与提出问题类似，说明分析问题和解决问题维度与问题解决类微课教学效果均呈显著正相关。实验组的r值在解决问题的维度上差值最为明显，这说明导学案的设计能有效提升问题解决维度对微课教学成效相关性。

　　问题解决各维度中的指标与教学效果（学生的后测成绩）的相关性分析发现：在不使用导学案的情况下，分析解决问题的思路和教学效果的关系统计结果为r=0.129，未达到显著性水平。在微课品质中的“语言与文本呈现合理”和教学效果的相关关系统计结果为r=0.113，未达到显著性水平。

　　4问题解决和微课品质属性对教学效果的影响

　　1932年，托尔曼在修正S（刺激）-R（反应）公式为S-O-R的过程中，首次提出了中介变量（O）的概念。由中介变量的定义可知，在考虑自变量X对因变量Y的影响时，如果X通过影响M来对Y产生影响，则称M为中介变量。本研究的中介变量M是微课品质，X是问题解决设计，Y是微课教学效果。

　　首先，以问题解决作为自变量，以教学成效（学生测试成绩）作为因变量，通过第一次回归分析来观察自变量对因变量影响的显著性水平，记为1A；其次，将问题解决作为自变量，以微课品质作为因变量，进行第二次回归分析，记为2B；最后，将问题解决和微课品质属性作为自变量，以教学成效（学生测试成绩）作为因变量，通过第三次回归分析来观察自变量对因变量影响的显著性水平，记为3C。

　　由表4可知，问题解决到教学成效的回归系数c=0.683，Sig=0.000＜0.01，达到了显著水平（上述数据分析结论支持假设H2）；问题解决到微课品质的回归系数a=0.426，Sig=0.000＜0.01，达到了显著水平；自变量问题解决、微课品质与因变量教学成效的回归系数c’=0.442，Sig=0.000＜0.01，b=0.550，Sig=0.000＜0.01，达到了显著水平。根据温忠麟等[17]对中介效应检验程序的解释可知，微课品质在问题解决和微课教学效果的影响关系中起到了部分中介变量的作用，故上述数据分析结论支持假设H3。

　　研究在3C（第三次回归分析）基础上将问题解决、微课品质和问题解决×微课品质作为自变量，以教学成效（学生测试成绩）作为因变量，带入回归检验问题解决和微课品质属性是否存在显著的交互效应。结果显示，问题解决×微课品质的t=0.186未达到显著性水平，同时R2=0.4127与3C相比未发生显著变化，所以本研究不考虑这两者的交互效应。

　　5教师访谈结果分析

　　对于问题解决类微课教学有效性的判断，本研究采取了定性研究与定量研究相结合的方法，对被试学生和相关的一线任课教师进行访谈。对教师进行半开放式的访谈，内容涉及问题解决类微课教学、学生问题解决类学习兴趣点、学生问题解决能力和学生后测成绩等。由于分析问题维度中的“分析问题解决方法”与教学成效的相关性未达到显著，故本研究与任课老师探讨了在分析问题时如何吸引学生的关注、如何从现实生活的问题中提取相关信息等问题。本研究通过访谈发现：①微课中问题分析过程占时较少；②在分析过程中主要使用语言表达未配合文本呈现；③在最后总结或举一反三环节不再重申此部分内容。微课品质中非技术品质属性维度的“语言与文本呈现合理”和教学效果也未呈现显著相关。针对此问题的访谈发现：①在教学过程中针对核心知识点展开问题解决教学，教师的表达语言能够引导学生主动进行问题的识别和建构；②视频中教师能够使用言语信息和非言语提示信息（如手势）来引导学生观看教学PPT；③但是，接受访谈的学生对于字幕是否出现、何时出现各执一词。综上所述，问题解决类微课中教师的教学过程、学生的学习效果和学生的使用感受等和统计数据分析结果是基本一致的。

　　四研究结论与建议

　　本研究从微课的使用方式入手，研究了问题解决类微课的教学有效性和问题解决通过微课品质影响问题解决类微课教学的有效性，得到的研究结论主要如下：

　　1问题解决类微课能提高学生的关于相应问题解决的测试水平

　　问题解决类微课关注高阶知识的获取过程。相关分析和回归分析结果显示，问题解决类微课中问题解决的三个维度——提出问题、分析问题与解决问题对学生的测试成绩具有显著的正向影响，R2=0.368，说明可以解释教学成效36.8%的变异。而相关性分析数据说明，导学案和微课组合使用可以提升问题解决类微课在问题解决方面的教学有效性。问题解决类微课在问题解决方面的设计侧重点宜根据内容进行灵活调整，如在涉及教学内容“一元二次方程”的问题解决类微课中可嵌入问题支架，以启发学生逐层深入思考[18]；而在配套的导学案中应引导学生关注支架的存在，而非仅围绕知识点进行设计[19]。研究结果表明，微课作品可以引导学生进行诸如问题解决层面的高阶知识的获取。

　　2微课品质部分中介了问题解决对此类微课教学效果的影响

　　问题解决的相关知识、思维和方法通过微课的形式呈现、传播，微课的制作品质无疑对问题解决和其教学效果的关系产生影响。为了考察微课品质对问题解决和问题解决类微课的教学效果的影响，本研究根据中介效应检验程序，将问题解决、微课品质和教学效果依次带入回归，结果均达到显著水平，表明问题解决类微课的制作品质部分中介了问题解决对此类微课教学效果的影响。在问题解决类微课作品的开发过程中，微课品质是必须考量的间接影响因素。据此推论，在开发不同类型微课作品时微课本身的品质因素同样是不可忽视的。

　　通过相关数据分析可以发现，问卷调查中新旧知识点串联、迁移应用以及声像同步三个指标的满意程度都低于60%，这在今后的开发中需要做进一步改进。如桥接互相关联的知识点，让学生了解知识点间的体系关联而非仅仅一个个孤立的点[20]；在迁移应用方面，需要在设计中嵌入更多的与实际生活相关、特别是发生在学生身边的案例，最大可能地引发学生探究的动机。在问题解决类微课中，迁移不仅涉及相关知识点之间的迁移，还需要能够迁移到实际生活中去解决实际遇到的问题。问题解决类微课中问题解决三个维度中“分析解决问题的方法”指标与学生测试成绩之间不存在显著相关性，在技术方面，要加强关于声音与画面的协调一致，在提升学生体验感的同时，能够有针对性地提高学生的问题解决相关的高阶认知水平。后续的设计与开发过程仍要关注问题解决类微课中问题解决三个维度的各个指标与学生测试成绩之间的关系，并进行设计上的改进。