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基于单元的混合学习教学策略实证研究
基于单元的“混合学习”教学策略实证研究
——以高一物理《机械振动》单元为例
上海市奉贤中学周世平
摘要：
“混合学习（BlendedLearning）”是信息技术与课程整合的必然趋势。
本文定义为两大学习方式，即“面对面（FacetoFace）课堂学习与在线学习（E-Learning）”，互动融合所形成的学习方式，核心是实现不同学习方式间的优势互补，从而拓展学习时空、弥补各种学习方式的缺陷，提升三维课程目标的达成度，促进学生的全面发展。
针对当前信息技术和课程整合实践中出现的问题，汲取和整合相关领域内的研究成果，以学习者为中心，以学定教，立足现状，构建了“在线学习”和“课堂学习”的五个互动教学策略。
以自己任教的两个高一年级平行班为研究对象，分为实验组和对照组，根据设计方案，开展为期一个月的准实验研究，验证互动教学策略针对课程标准提出三维目标是否切实有效，最终形成真实、可行、有效的操作经验。
关键字：
高中物理;混合学习;在线学习;课堂学习;互动教学策略
一、研究背景
综合各类文献可知，目前信息技术和课程整合的现状不容乐观，主要存在如下问题：
●信息技术和课程整合的观念落后、层次低、长期效益不显著。
依然有相当比例的教师在仅仅将信息技术作为演示工具。
已发表的整合方案多数依然属于封闭式的、以知识为中心，以教师为中心的方案，与课改理念存在较大差距。
●缺少动态、开放、丰富、有效的信息化学习环境的研究。
包括：
资源库建设低层次重复建设较多，贴近学生需要、不断更新的资源库较少；忽视学习环境中的情感互动设计、师生关系的重构；缺乏体现计算机网络优势的互动课程的开发；缺乏对学生在网络环境下学习的有效管理。
●课堂学习中不可避免的缺陷，信息技术未能提供行之有效的解决方案。
如个别辅导、个性化学习、移动学习、异步学习等需求尚未得到充分满足。
●存在过度整合现象，忽视课堂学习的优势，导致整合后效益不升反降。
如有的教师在课堂上却通过网络进行文字对话，一般情况下效益不如直接对话生动有效，个别整合存在炫耀技术或做秀的嫌疑。
为了解决上述问题，开展“混合学习（BlendedLearning）”是必然选择，是提升信息技术与课程整合效益的必然趋势。
所谓“混合学习（BlendedLearning）”，即面对面（FacetoFace）课堂学习与在线学习（E-Learning），互动融合所形成的学习方式。
核心是实现不同学习方式间的优势互补，从而拓展学习时空、弥补各种学习方式的缺陷，提升三维课程目标的达成度，促进学生的全面发展。
二、互动教学策略的建构
为了实现优势互补，我提出了五个层面的互动教学策略：
“绩效策略、建构策略、学习环境策略、学习共同体策略、学习文化策略”，它们之间的关系如图1所示，从上至下，整体指向课程三维目标，多层次、全方位地满足学生的学习需求，以学生的个性发展为中心，力求实现学习方式的有效转变。
为了检验互动教学策略的有效性，积累操作经验，研究中开展了准实验研究。
三、基于互动策略的准实验研究
为了充分体现互动策略的实践效果，我们选择单元为研究对象，而不是一节课或一种教学模式，后者突出的往往是教学的局部。
选择“单元”设计和实施，那是因为一节课的整合无法充分上述论及的互动教学策略。
一个单元往往围绕某一个相对独立的主题展开，有若干节内容构成，既有贯穿始终的主线，又有较为丰富、各种类型的知识表征，所以有利于开展两种类型学习的互动。
单元包含两个侧面：
一是依据学生的思维结构和过程，进行教材和学习活动的程序设计的单元构成侧面；二是依据这种计划指导学生的思维活动，以形成一定的概念与技能的单元展开的侧面。
到目前为止，基于教学结构的信息技术和课程整合的研究报告或案例非常少见，相对比较典型和成功的是“一个以‘对称’概念为主题的案例研究”。
该案例的设计以学习活动为中心，以创新的学习理念为指导，重构了学习过程，如图2所示，给了我很大启示。
图2：
建立在不同水平学习基础上的实验设计框架
以高一物理第一学期新教材（上海地区）第六章“机械振动”单元为载体，构建互动策略实施方案，开展了准实验研究。
（一）研究样本
总样：
高一年级750名学生。
抽样：
本人任教的高一年级三个平行班中任取两个，分别编号为A班和B班，每个班47人。
样本特征描述：
本人所在学校是一所地处远郊，新建的现代实验性、示范性寄宿制高级中学，由原先的区重点中学整体搬迁而来。
星期一至星期五学生寄宿在学校内学习，学校环境优美，拥有较为先进的教学设施，包括校园网（千兆网）、服务器8台、网络教室4个、电子阅览室1个、每间教室配备多媒体电脑终端、大屏幕投影、视频展台等。
本研究所选择的样本不是随机抽样的，主要受制于现行的教学秩序和条件。
我在所任教的三个平行班中随机选择了一个班级作为实验班，另一个班为对照班。
三个班级都是我从高一第一学期开始任教，任教至今尚未中断过，三个班级的序号是学校随机分配的。
两个个班级中，与所要研究的问题可能相关的主要特征列表如下：
表1：
样本特征
样本特征
A班
B班
人数（人）
47
47
男/女生比例
23/24
22/25
初中毕业中考理化均分
115
114
第一学期期中考试物理均分
77.04
79.89
第一学期期末考试物理均分
71.07
70.91
家里具备在线学习条件的人数
13
12
由表1可知，两个班级的物理基础整体相似，并没有显著差异，在此基础上，我选择A班作为实验班，B班作为对照班。
为了更好的开展实践研究，我在高一第一学期进行了预研究，一方面，初步构建了数字化学习中心和班级Blog社区，根据需要不断调整。
另一方面，每个学生在班级社区中进行了注册和网络技术培训，为高一第二学期的正式研究打下基础，确保每个同学都已经学会如何发表自己的日志、如何参与讨论、如何进行在线学习和互动探究。
（二）研究工具
1、“情感、态度和价值观”领域：
根据课程标准的要求设计问卷调查，进行不记名前侧和后测。
2、“知识和技能、过程与方法”领域：
前测（第一学期期末考试）、后测（第二学期期中考试），两次测试均由学校组织的物理命题小组进行交叉命题，即高二老师对高一物理进行命题，且实施保密措施。
期末和期中考试属校级重大考试，每一个考场都有一名老师监考，一个考场24人，左右前后间距严格按照规定拉开，相对单元测试具有较高的信度和效度。
3、内容分析数据：
源自整个单元设计的教学实施过程实录和案例，包括相关的网站、学生的作品和反馈和单元测评等。
研究的结果通过案例分析和测评结果分析，提炼互动教学策略的操作经验。
（三）准实验设计
在各种类型的研究中，实验研究是一种最好的在变量间建立因果联系的方法。
作为任课教师，我有条件直接操纵自变量，然后考察自变量对因变量产生的影响。
这里的自变量就是改变教和学的方式，引入在线学习，并且实施在线学习和课堂学习的五大互动教学策略，因变量是物理学习中三个领域教学目标的达成度，具体包括学生的学业成绩、学习情感、学习态度和价值观的改变。
由于样本的选择无法做到随机抽样，采用自然组，所以本研究采用准实验设计。
从平行班的生源分配及其样本的特征分析可知，基本满足准实验设计中“纯配对设计”的要求，配对变量主要是原有的学习基础、人数、男女生比例等，和因变量之间存在强相关性。
这样设计能尽可能减少非随机分配带来的实验组和对照组之间的不均等，从而实现控制影响内部效度的因素。
具体实验设计采用纯配对前后测实验组设计，如表2所示，其中，M表示配对，O表示测试，X1表示处理1，X2表示处理2。
对于实验组，依次实施配对、前测、实施互动教学策略、后测；对于对照组，则依次实施配对、前测、常规教学（不实施互动教学策略）、后测。
表2：
纯配对前后测实验组设计
实验组
中考
M
O1
X1
O2
对照组
中考
M
O1
X2
O2
1、研究假设
（1）在高一物理单元学习中，实施“在线学习”和“课堂学习”的互动教学策略具备可行性。
（2）在高一物理的单元学习中，通过实施“在线学习”和“课堂学习”的互动教学策略，可以显著提高“知识和技能”、“过程和方法”和“情感、态度和价值观”三个领域教学目标达成度。
2、单元计划
（1）核心问题：
学会研究生活中的各种简单振动现象。
（2）基本问题：
a）从生活中大量的振动现象中，这些现象的共性是什么？
如何构建最简单的振动？
（通过抽象、简化，建立最简单、最基本的简谐振动物理模型，如弹簧振子、单摆。
）
b）如何科学而全面地描述简谐振动？
c）如何描述单摆的振动，它有哪些规律？
d）利用单摆，如何设计实验测量当地的重力加速度g？
e）如何理解实际振动、共振现象？
……
（3）本单元课时计划表（表3）
表3：
单元课时计划表
课时
内容
地点
探索振动的世界
（1课时）
构建弹簧振子模型，包括运动规律、回复力概念，最终建立简谐振动的概念。
网络教室（第1课时）
教室（第2课时）
振动的描述
（3课时）
建立描述振动的特殊物理量，并理解它们之间的相互关系。
1.振幅、振动周期、振动频率（第1课时）
2.振动图像（第2课时）
3.综合应用（第3课时）
实验室（第1课时）
教室（第2、3课时）
单摆
（2课时）
构建单摆模型，理解在摆角小于等于5o的条件下，可看作简谐振动，建立单摆的周期规律。
（第1课时）
单摆典型问题讨论（第2课时）
实验室（第1课时）
教室（第2课时）
用单摆测当地的重力加速度（学生实验）
（2课时）
学会独立设计、小组合作测量当地重力加速度的实验，完成实验报告。
（第1课时）
实验报告交流和分析（第2课时）
实验室（学生分组实验）
单元整理和复习
（1课时）
进行单元知识整理和有关振动的综合问题的讨论。
教室
总计：
9课时，每课时40分钟，前后历时3个星期。
3、“机械振动”单元学习内容、目标和任务分析
所谓学习内容，是指学习者所要进入的知识范围，包括核心概念、规律，相关的知识背景、资源等。
学习内容及其目标分析如下：
●基于课程标准的内容和目标：
单元教学内容“机械振动”分别属于基础型课程部分和拓展型课程一级主题“机械运动”下的二级主题范畴。
从学校的生源和定位出发，确定了三个领域的教学内容和目标。
（1）<知识与技能领域>（见表4）
表4：
“知识与技能领域”教学目标
内容
学习水平
机械振动
（基础型课程）
振动
A（知道）
振幅、周期、频率
B（理解）
机械振动
（拓展型课程Ⅰ部分）
简谐振动
B（理解）
单摆及其振动周期
B（理解）
*固有振动*受迫振动*共振
A（知道）
实验（拓展型课程Ⅰ部分）
用单摆测定重力加速度
B（学会）
观察水波的干涉现象
B（学会）
（2）<过程与方法领域>
依据上述标准，单元中“过程和方法”领域的目标分解如下：
a）能适当运用分析、综合、推理、判断等逻辑思维方法，寻求解决简单的有关机械振动问题的正确途径。
b）能主动提出适合探究的问题，如“怎样研究简谐振动”，设计探究方案，搜集事实和证据，实施探究计划；能根据实际情况修正探究计划，较完整表达探究结果。
c）能在信息化的环境中，如“班级虚拟社区、仿真实验室、互动软件”等，从广泛的信息渠道（互联网、电视广播、图书馆、报刊杂志等）搜集、选择、加工、应用有关机械振动的各类信息；能通过总结与反思，主动改进学习方法，提高学习效益。
d）能感受直觉、假说和反馈控制等方法；认识猜想和建模等方法；初步运用归纳演绎方法和数学方法。
（3）<情感、态度和价值观领域>
a）领悟物质结构和运动形式的多样性，形成对物质、运动和能量较完整、较深入的认识，树立辩证唯物观点。
b）感悟质疑、求真、创新等科学精神的基本要素；能够注意识别科学与伪科学，懂得科学精神和人文精神是统一的。
c）形成认真、踏实、多思、好问的学风；既能独立进行自主学习，具有较强的自信心和成就感，又善于与他人合作。
4、学生的现状及需求分析
（1）学生的情况介绍：
任教学生来自远郊一个区所有初中的优秀毕业生，有较为扎实的初中物理基础。
学习“机械振动”所需准备知识包括“变速直线运动”、“力和物体的平衡”、“力和物体运动的变化”、“匀速圆周运动”等。
（2）学生的需求分析：
通过预习任务单可知，学生在简单预习之后，激发了如下学习需求：
（1）想知道各种各样的振动是如何发生的？
（2）怎样描述振动现象，能否利用前面所学物理量进行描述？
（3）振动有哪些规律？
（4）共振是怎么回事？
（5）地震是怎么发生的，有什么规律？
……
5、“机械振动”单元学习环境设计
本节内容以第三章第二节“互动学习环境的设计”为基础，围绕“机械振动”单元进行具体设计，详见表5。
表5：
“机械振动”单元学习环境设计
要素
要素的设计
启动情景
（enablingcontexts）
生活中有趣、有用、有害的振动
地震现象、荡秋千
自己构建一个振动现象
外部施加的情境。
外部诱导的情境。
个体生成的情境。
资源
（resources）
振动相关的文字、图片、视频、动画等
振动相关网站
振动相关的图书资源
我们对振动的已有认识和理解
振动现象和已学过的运动现象之间的联系和区别
静态的
动态的
工具
（tools）
气垫导轨上的弹簧振子（真实演示实验）
单摆装置（真实演示及学生实验）
理想的弹簧振子模型（计算机虚拟仿真，学生可互动操作进行探究）
理想单摆模型（计算机虚拟仿真，可互动探究）
班级网络社区（可进行同步和异步交流、协商）
加工
工具
支撑信息加工
识别与定位资源
收集资源
与已有知识联系
制造信息/验证观点
操作
工具
交流
工具
同步交流工具
异步交流工具
脚手架
（scanffolding）
提供概念辨析的机会
学习叙事：
和以往学习经验的类比和反思
归纳整理：
振动典型问题的归类和指导
概念图：
振动知识的管理和提炼
概念型的
指导思考内容
元认知型的
指导思想方式
程序型的
指导给养的运用
策略型的
指导方法
6、案例研究
本节将重点叙述实验班基于互动教学策略的教学案例。
本课题的操作经验是通过单元教学中的案例研究逐步积累的，案例也是本研究的成果之一。
下面的表格（表6到表8）汇集了单元每一个案例中互动教学策略的实施情况，以及两个完整的课堂教学设计，具体阐述如何在实验班的教学设计中贯彻在线学习和课堂学习的互动教学策略。
与此同时，对照班则没有采用表格中罗列的互动教学策略。
与课堂教学相对应，作为学习共同体策略和绩效策略的实施途径，课外实施了“学生需求分析、知识整理、作业的沟通和元认知习惯培养”等措施。
需求分析，通过预习问卷和个别访谈进行。
知识整理，通过已学知识的整理（如《简谐振动》预习工作单），明确已有的知识结构，拾遗补缺，为新知识的建构做好准备。
作业的沟通和元认知习惯培养，主要尝试了如下做法：
（1）作业本预留页面宽度1/3幅面，并划线；
（2）完成作业后，记录反馈标志，A表示独立自主完成，B表示在同学或书本的提示下自己完成，C表示不能理解题意，记录作业完成所用时间；（3）撰写完成作业后的反思，包括三个方面，首先是经验总结（启示或教训），其次是质疑（可以对题目本身提出疑问，或者由此产生的各类问题），第三是拓展（如举一反三，触类旁通等），第四是对课堂学习的建议；其中
（1）
（2）和（3）中的第一点必需要有所记录，第二、三、四点根据自己的情况记录。
实施过程中，一部分学生存在观念上的问题，怀疑此举是否徒有形式，增加作业负担。
因此，首先我精心挑选典型问题，控制作业题量，进行如何进行反思的指导和示例培训。
然后，逐步推进，反复督促，最后基本上养成了有意识的反馈和反思习惯。
表6：
案例一：
探索振动的世界（1课时）
互动教学策略
学习内容
实施方法
成果
构建学习
了解生活中的振动现象。
[课前]：
1、观察、描述生活中的各种振动现象，完成预习任务单。
2、通过网络查找和了解地震的基本知识，分类放在自己的网站上，共享资源。
预习任务单
相关网页及其链接
个别建构
学习共同体策略
探究弹簧振子的动力学规律。
[课内]：
利用网络教室，一人一机，在教师指导下，仿真物理实验室环境下进行个别学习，并将其成果发表在网上发表和交流，包括师生交流和学生之间的交流。
网上提交的探究工作单。
绩效策略
测试反馈
[课内]：
完成在线提出的三个测试题，并获得及时反馈。
调查后的数据汇总。
建构策略学习共同体策略
为振动的进一步研究做准备
[课后]：
提出一个你感兴趣的问题，并叙述理由。
要求发表在网络社区内，互相交流。
讨论研究振动的意义？
提出的问题。
表7：
案例二：
振动的描述（3课时）
互动教学策略
学习内容
实施方法
成果
建构策略
学习共同体策略
绘制振动图像
动手描点绘制和计算机绘制的比较和互动。
方格纸上绘制的振动图像和Excel绘制的振动图像
探究振动图像的意义。
[课内]：
虚拟仿真物理实验室环境下进行集体探究：
改变参数研究弹簧振子的图像意义。
揭示出振动图像的物理意义。
研究弹簧振子的周期和哪些因素有关？
什么关系？
（选做）
[课外]：
利用虚拟仿真物理实验室在双休日研究，可以几个同学自由组合成一个小组，合作讨论。
简单的研究报告。
[选做]：
文献检索，查找“地震是如何描述的？
（分类、强度等）”，并发表在自己的网站上，要求同学之间互相补充，不要重复。
[课外]：
通过文献检索，完成的中期研究性学习作业。
研究报告。
表8：
案例三：
单摆及其用单摆测当地的重力加速度（4课时）
互动教学策略
学习内容
实施方法
成果
学习文化策略
了解单摆的研究历史，包括伽利略发现摆的等时性，惠更斯发现单摆的周期公式等。
[课前]：
查阅文献，归纳整理。
网页
建构
策略
探索单摆的周期规律。
[课内]：
仿真实验室进行实验探索。
实验过程及其结论
学习共同体策略
绩效策略
提出单摆研究中存在的问题。
通过网络社区、即时通讯工具进行交流和反馈。
问题
完成单摆、单摆测重力加速度实验的相关练习，双休日进行网上答疑。
完成的练习
表9：
案例五：
单元整理及复习（1课时）
互动教学策略
学习内容
实施方法
成果
绩效策略
学习共同体策略
交流本单元概念和规律所组成的概念图
[课前]：
运用概念图软件绘制概念之间的关系，并发表在网上，进行交流、共享和评价。
概念图
归纳本单元典型问题。
课前整理好，课内进行交流。
利用双休日，通过网络进行讨论和发布。
问题
<案例一>：
探索振动的世界
为了更好地理解互动教学策略在何种情况下运用，如何与课堂学习有机地整合，本节通过一个浓缩的案例，展现教学流程、实验班和对照班的教学设计差异和教学反馈，了解如何在教学过程中综合运用“在线学习”和“课堂学习”的互动教学策略。
（1）实验班教学流程（见图3）
图3：
实验班教学流程
（2）对照班和实验班教学设计的不同点比较（见表10）
表10实验班和对照班教学设计对照表
内容
实验班
对照班
预习
网络检索振动现象和地震资料
完成预习工作单
仅完成预习工作单，其中情景问题中第1题不做。
建立弹簧振子的运动规律、受力特征
借助仿真实验室进行个别探究、网络提交、学生之间交流、师生交流、在线测试反馈等途径归纳出。
教师演示，学生集体观察和讨论得出。
●反馈1：
本案例作为教研组的研究课之一，上完课进行了集体探讨和评课。
听课老师为同校同行，反馈意见归纳如下：
1.存在的优点：
实验班几乎每一个学生都在全神贯注地动手体验，在虚拟的仿真环境中可以改变很多现实生活中很难改变的参数，从而获得较为理想和深刻的探索经历，体现了学生的自主性。
相对而言，对照班存在明显的发展不均衡性，少数学生参与交流的积极性不高。
2.本节课初步体现了网络在一定条件下和面对面学习结合的优势，较好地实现了整合与互补。
3.不足之处在于，实验班在课前缺乏对学生足够多的技术训练，少部分学生使用物理仿真实验室不够熟练，导致探究所花时间较长。
●反馈2：
当天晚自修，请学生在作业本上对老师的上课方式和效果进行了反馈和自评，上交作业96份，填写反馈意见的90人，统计结果如表11所示。
表11：
“探索振动的世界”课堂反馈表
问卷项目
人数统计（%）
有兴趣，愿意继续尝试
72%
兴趣一般，无所谓
23%
没兴趣，建议不要尝试
5%
学习效果较好
76%
学习效果一般
14%
学习效果不太好
10%
<案例二>：
振动图像
本案例叙述了如何在普通教室内实施在线学习和课堂学习两种学习方式的互动。
由于整个教室仅有一台多媒体电脑及大屏幕投影设备，所以采用了集体探究的方法进行。
（1）实验教学流程（见图4）
图4：
实验班教学流程
（2）对照班和实验班教学设计的不同点比较（见表12）
表12：
实验班和对照班教学设计不同点
内容
实验班
对照班
引入：
为何要绘制振动图像，图像的优点。
通过地震曲线图，激发学习的意义和兴趣
通过以往的绘图经验，讨论为何要研究振动图像。
如何绘制振动图像
手工绘制、Excel绘制、借助仿真实验室绘制，三者进行比较和讨论。
教师绘制，学生观察和模仿。
理解振动图像意义
通过仿真实验室根据需要，获得各种情况下的振动图像，然后进行讨论和比较。
通过静态的各种情况下振动图像的改变来讨论图像的意义。
课后短时效果反馈
●反馈1：
本案例作为备课组的研究课，上完课进行了备课组探讨和评课。
听课老师为高一年级物理教师（4位），反馈意见归纳如下：
1.存在的优点：
实验班的课堂学习气氛要比对照班活跃，同学通过动手操作、软件绘图，对图像的由来及意义把握地较对照班准确和深刻。
学生之间、师生之间通过学生作品的反馈和讨论，互动较为充分。
2.不足之处（需要改进）：
实验班同学在练习和巩固比较显得时间仓促，略显不足，未能及时强化，需要合理设计，既要安排好科学探究和讨论，又必需给学生足够的时间课堂训练和巩固，否则学生在课后完成作业时会碰到困难。
●反馈2：
当天晚自修，请学生在作业本上对老师的上课方式和学习效果进行了反馈和自评，上交作业96份，填写反馈意见的91人，统计结果如下表所示。
表13“振动图象”课堂教学反馈表
问卷项目
人数统计（%）
有兴趣，愿意继续尝试
78%
兴趣一般，无所谓
20%
没兴趣，建议不要尝试
2%
学习效果较好
80%
学习效果一般
14%
学习效果不太好
6%
7、案例实施效果的数据分析和结果
⏹统计工具：
Excel（2003版），“工具”菜单下“数据分析”选项。
⏹获取数据的工具：
（1）“知识与技能”、“过程与方法”领域：
前测：
高一第一学期期末物理考试，后测：
高一第二学期期中物理考试，由于期中考试并非全部考查机械振动，所以我将考查机械振动的相关试题得分之和作为后测成绩。
（2）“情感、态度和价值观”领域：
依据课程标准的相关要求，自己编制了学习“态度、情感和价值观”量表，通过问卷调查获取数据。
该量表包括两部分，一部分是测量学生学习物理的态度、情感和价值观，另一部分是效度量表。
效度量表包括6个试题，穿插其中，这些问题所描述的内
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