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【芥末翻】可汗学院:如何通过在线开放式活动,构建孩子复杂的逻辑推理能力

作者:Nick Barr Scott Farrar Brian Johnsrud May-Li Khoe Andy Matuschak 发布时间:

【芥末翻】可汗学院:如何通过在线开放式活动,构建孩子复杂的逻辑推理能力

作者:Nick Barr Scott Farrar Brian Johnsrud May-Li Khoe Andy Matuschak 发布时间:

摘要:当代学习标准要求学生比以往更早地发展这些技能

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原文:Building complex reasoning skills online through open-ended activities. 来源:可汗学院. 作者:Nick Barr, Scott Farrar, Brian Johnsrud, May-Li Khoe, Andy Matuschak. 编译:尔瑞. 图源:unsplash.

摘要

在可汗学院和其它在线学习平台,学生们通过能提供即时反馈的交互练习,学习相关技能。虽然这些练习活动可以给学生提供陈述性知识和过程性知识,但他们同样需要复杂的逻辑推理技能,这些技能包括:文学赏析、科学探究、批判性思维、数学建模等等。为了培养这些技能,学生们需要对他们的想法进行阐释和辨证思考。与此同时,他们也需要获得考试成绩之外的反馈,细节的、可对他们的学习行为进行操作性指导的反馈。

而我们的挑战是:

如何为在线平台设计开放式活动,在提供迅速反馈的同时,也能帮助学生发展复杂的推理技能。

可汗学院的产品开发团队从2017年就开始研究这个问题。他们和全国的老师合作,在多个课堂进行试点实验,不断迭代他们的课程。

1. 丰富的活动需要多样的反馈

“为什么这张图上的数据会有一个巨大的峰值?”

“结构性不平等最主要的致因是什么?”

“水质是如何影响鱼类数量的?”

最具挑战性和最有意义的问题都是没有直接答案的。他们并不遵循用一套固有套路就能得到解决方案的模式。这些开放式问题的定义并不明确,要回答这些问题,需要以复杂的推理技能为基础:建立在拓展性探究、创造力和批判性思维之上的技能。

而培养诸如此类的技能,其实蕴含在每门核心课程的教学目标中。但是大量的考试结果证明,学生并未具备这样复杂的推理技能。

· 学理科的学生必须“对表面现象建立深层次理解”,但在2018年的大学先修物理考试(Advanced Placement Physics 1 test)中,有58%的学生在此类型题目中得零分(满分7分)。

· 通过社科学习,学生必须能够“辨析原作者的言论、逻辑和写作论据”,但在2017年的美国先修历史考试中,49%的学生不及格,这项技能因此被认作是美国学生普遍缺失的一项知识能力。

为了成功塑造这些复杂的推理技能,学生需要进行大量的、足够的、有反馈的练习。

当谈到要塑造复杂的推理技能时,诸如多项选择的简单任务、只有“对”与“错” 的反馈已不足够。它们要突出的,只是最后唯一的正确答案,而不是生成答案过程中细致入微的思考。这就意味着这些类型的练习,并不能为学生的思考过程提供细节上的反馈:从一开始,他们的思考过程就未被记录在案。

此时就需要开放式活动,要求学生解释和辨证自己的想法。这些活动必须提供迅速的反馈,要求学生详尽描述、验证,并最终修正自己的想法,让整个活动有意义。

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不幸的是在今天,推动这些活动颇具挑战。

2. 开放式活动及其实施挑战

为了打开开放式活动的黑匣子,我们对既在教室,又在线上实施过开放式活动的教师、学生进行了访谈。

所带班级规模较小的、有经验的教师会组织学生进行小组讨论,以培养复杂的推理技能。类似情景如下:

老师展开课堂讨论:“导致结构性不平等的最主要因素有哪些?”学生在纸上简要写下自己的想法,教师在一旁鞭策:“从你的头脑数据库中,引用证据来支持你的观点”。然后教师让每个人与邻近的同学交流,并让他们注意:“你的同桌援引了哪些论据?他们是如何从中建立自己的结论的?”老师邀请多对同学分享他们的想法,轻微引导他们进行证明和反证。然后在黑板上总结讨论,强调关键概念,并将它们联系到更大的问题范畴中。

在与老师相处的过程中,我们认识到成功地组织这些活动是多么具有挑战性。教师必须投入相当大的精力来维持讨论规范和促进会话。这些对话大多一次只涉及一个发言者;其他学生可能会走神。虽然学生在配对环节中会单独分享,但大多数学生的想法不会在整个课堂上分享或讨论。由于每个学生都参与了同样的讨论,所以要创造出足够的差异化,来适应学生各自不同的能力,可能是一项挑战。

一些教师试图通过在线论坛软件来缓解这些挑战带来的压力。这种时空不同步的环境有某些优点:每个学生都有机会发言;学生可以探索和参与讨论更多的想法;学生在发言前有时间阐述自己的想法。但不幸的是,由于论坛没有从教学上形成讨论的结构,它往往不能帮助学生更深入地思考。甚至当老师偶尔插嘴回应学生时,思考的氛围也被打破了。

另一种培养学生复杂推理能力的方法是写作。老师收集学生的作业(一篇论文、一个项目、一张海报),然后将反馈给到学生。通过这种方式,教师可以将不同任务分配给不同能力的学生,每个学生都会得到针对他们工作的直接反馈。不幸的是,老师在这个过程会耗费无数时间,所以他们不能经常对这些繁重的开放式回答给出个性化的反馈。更糟糕的是:学生可能要等上几个星期才能收到反馈,到那时他们已经开始着手下一个项目了。因此,教师的关注点在于学生成绩,而不是考虑如何给出那迟到的反馈。

同伴评分可以更快地传递反馈。同侪评分要求学生评价彼此的工作,通常一支红笔进行批注就足够。然后学生根据同侪评价给每个学生打分。像PeerStudio这样的系统已经建立了确保学生生成的分数相当准确的方法。这些评价可以帮助学生评估他们的进步,一个好的同侪反馈可以帮助学生理解活动的学习目标。

但是同伴评分仅限于评估技能。正如专家教师所知,“评估一项技能”不等同于“发展一项技能”。

为了理解这一区别,请看SAT对于“分析”能力的作文评分标准:

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假设你被告知得了2分,但你想提高自己的分析能力,下次争取得到3分。你能怎么实现?这条规则只是评估技能,未提供如何发展技能,所以如何改进还不清楚。

一些同学评分系统确实要求学生在有足够时间的情况下,向同学发送明确的反馈或建议,就像老师经常自己做的那样。外部研究和我们自己的教师访谈表明,这种方法有时会很有效——但并非始终如一。

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在我们所调查的解决方案中,没有一种方案能够快速、可靠地帮助学生发展复杂的推理能力

写作活动对于学生和老师来说都很沉重;一个更好的解决方案应该是轻松的,就像一场流畅的对话一样。

课堂讨论往往不能表达所有人的意见,而练习往往让人觉得是一次性的;一个更好的解决方案应该是向每个学生展示,他们的想法是有意义的。

实践活动和评估可能被视为孤立或疏远的一部分;一个更好的解决方案应该是要带来更多的社交活力和课堂讨论多样性的。

3. 我们的解决方案

我们开发了一个在线平台的原型,通过搭建学生之间的互动、各自的想法、专家编写的模型和轻量级教师引导,为学生提供快速反馈。后来这个平台方案也运用到实地试点中。

在整个过程中,我们采访了50多位专注于社会研究、英语语言艺术、数学和科学领域的教育工作者。我们在全国范围内与600多名学生合作,重点放在公立中学和高中。我们以定量调查数据、试点教师和学生的定性反馈为基础,通过阅读学生的体验日志,保持迭代进度,追踪学生在活动中的思维演变。我们将这些数据作为迭代设计过程的非正式输入;但研究结果超出了我们的调查预期。

我们将首先了解学生的开放式学习经历:作答,相互作用,回顾。再讨论方案帮助学生发展复杂推理技能的核心功能。

A:作答:对开放式问题的回应

学生们先花几分钟时间起草一份对一个开放式问题的回答。在这个场景中,问题没有唯一的最佳答案——这正是它有趣的原因。丰富的回答揭示了学生思想的细微差别。通过让更多的想法变得可见,我们让同伴间、老师、甚至学生自己做出反应并拓展想法。

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现在,我们只要求学生写出初稿。我们鼓励学生快速捕捉他们的粗略思维;以后他们会进一步修正、精细化。

在我们的试点项目中,学生的作答环境迥异:一些教师在课堂上进行活动;一些教师把它作为家庭作业。有时学生使用学校提供的笔记本电脑;有时则在个人智能手机上使用移动界面。在所有情况下,学习体验的核心是相同的。

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B:相互作用:参与到他人的想法中

一旦学生写出了自己的答案,我们就会根据同学和专家的观点,进行结构化互动,帮助他们发展思维。这些同龄人可能是他们熟悉的同学,也可能是不同学校的学生;他们可能同时处理活动,也可能在几天内异步参与。

教学原则是,学生通过努力了解他人对该技能的使用,来建立对该技能的理解。引用试点项目中一名中学生的话就是:

看到别人的工作结果,我意识到他们的操作有那么多的瑕疵——然后我意识到我和他们做了同样的事!然后我回去改进我的工作。

就像在一个优质的课堂讨论中,学生不会被动地倾听同伴的想法:他们会回应、阐述、综合他们的想法。我们点燃学生之间的对话,强调联系和澄清概念。就如Mary Kay Stein老师和她的同伴所描述的那样:

有时两个学生会发现他们的意见一致。他们的推理方式可能不同,但都是正确的。这为我们提供了一个机会,让学生发现两条不同的道路,是如何通向相同的理解或解决方案的。另一方面,学生发现他们的推理不同于其他学生,他们不同意某个基本的想法或某个问题的解决方案时,需要找出谁的推理是正确的。这些情景都为学生提供了增进理解的机会。

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C:回顾:对想法进行修正提炼,评估技能发展

一旦学生与几个特定的同伴交流想法,就会开启一种更广泛的体验,专注于反思和回顾。学生可以浏览整个班级的作业,阅读他们从同龄人那里得到的回复,并根据所学修改他们原来的答案。

回顾环节为学生提供了一个机会,回顾和整合他们从活动中获得的新见解。此外,学生可以随时修改他们的作业。教师和学生共同决定活动的持续时间,并决定何时继续;修订是提交另一份草案,而不是“最终”草案。

虽然在这个阶段学生确实会收到来自同龄人的回复,但是我们的模型并不完全依赖于同龄人的反馈来帮助学生学习。事实上,我们的观察和采访表明,对别人的工作作出努力的回复,比从别人那里得到反馈更有帮助。当然,同伴的反馈有时是有帮助的,但即使没有帮助,这些反馈对学生的参与仍然非常重要。学生们告诉我们,他们更认真地对待这项活动,因为他们知道同学们会阅读他们的作品。

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4. 核心功能

提出有效的开放式问题

“从前有观众的地方,现在要有参与者。”——杰罗姆·布鲁纳

对于我们正在问的这样开放式的问题,学生会同时面对许多不同概念,所以我们需要提供一些结构化的框架指导他们的互动。

有专家建议我们通过问一些详尽的问题来帮助学生,比如“为什么X很重要?”,或“X如何影响Y?”这些类型的问题。“这会引起解释性的反应和高层次的思维细化,从而有效地促进不同年龄段学习者的知识构建。”

在早期的迭代中,我们问学生关于他们同伴工作的具体问题,比如“如果你把同伴的论点应用于朝鲜战争而不是第一次世界大战,会发生什么?” “这样的问题可以获得特别集中的观点,但我们感到问题的特殊性和适用性之间的紧张关系。”如果我们的问题太过具体,便自然不适用于许多同龄人的回答;如果我们使它们具有普遍性,就不能支持推理技能的发展。

我们通过给学生一些提示,并让他们选择,来解决这个问题。学生从3-5个句子中选择一个句子前缀,如“支持这个论点的另一个地理细节可能是…”,然后完成句子。

下面我们将举例说明如何创建句子开头:

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我们可以尝试“稀缺性”的概念——一个句子开头用了一次就不再用了;或偶尔出现特别奇怪的句子开头。我们也可以根据学生的熟练程度来改变题目的分发方式,在适当的时候要求更多的细微差别或精确性。

正如前面提到的,我们强调的是“努力回复别人的工作,所得到的学习机会”,而不是“学生阅读同伴回复,所获得的学习机会”。这意味着,我们把设定句子开头作为一种挑战,目的是让学生写出明确的答案。我们提供句子开头词,希望这些问题能帮学生为他人提供有见地的回复,但我们的模型并不依赖于学生得到的同行反馈。

联结同伴,有效使用示例

当我们向试点学生展示他们同学的想法和专家策划的模型时,我们看到了学生一步步修正自己答案的可能性。

模型工作使学生的学习更为可控。例如,我们可以确保学生从一个专家那里看到最棒的作品——甚至可以指出哪个地方是特别出彩的:

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我们还可以使用模型工作来构建特定的任务,比如修复一个精心设计的弱点:

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相比之下,观看同龄人的作品有点像刮彩票。学生可能会看到一些有趣的想法,也有可能会看到一些无意义的东西。但是同伴互动是活的:它将思想的交流置于为整个活动创造意义的社会环境中。与同伴工作的互动也为学生从同伴那里获得有趣的个人反馈创造了可能

当我们通过各种方式改变界面,使同学们社交互动的存在感更为明显时,我们看到学生们更深入地参与到活动中来,我们会听到他们在互动的社交方面做出评论。我们也看到了一个重要的反馈回路的出现:社会压力创造了更多的学生参与,更好的作品得以产生,反过来又创造了更多有趣的社会互动。

无论是同伴工作还是模型工作,与他人的想法合作都能让学生扩展自己的思维。维果斯基(Lev Vygotsky)说得最好,他说:“一个孩子今天在合作中能够做的事情,明天他将能够独立完成。”

动态匹配

早些时候我们发现,只要我们让学生们等待,他们很快就会松懈下来。课堂中有许多时刻需要等待:整个班级在活动的“步骤”之间过渡(例如,从“写”到“反应”),需要学生等待;如果我们有一对学生交换作业,其中一个会等待另一个。最后,我们意识到可以使用上述提到的示例应用,来填补学生的等待时间。现在,“作答”和“反应”阶段之间从来没有了衔接空白。

在过渡到“修改”阶段时,我们遇到了这样的问题:一些学生还没有收到任何同学的反馈!但正如我们之前指出的,我们相信大部分的教学价值来自于给同龄人写回信,而不是接收回信。更重要的是,一旦学生给出了反馈,他们就能看到并参与到课堂上其他的反馈中去。因此,提前到达“回顾”步骤的学生可以有效地把时间花在与他人的工作上,并根据到目前为止所学的知识,回顾自己的工作。我们现场向学生展示各自收到的回复;他们总是可以根据接收到的新反馈,再写一份修订本。

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在一些实验中,我们将学生与符合特定标准的同龄人进行配对。例如,我们要求学生在一个问题上表明立场,然后促使他们与不同意他们观点的同学交流(具体来说,也是为自己的论点提供反证)。这种额外的过滤使得配对系统变得复杂。因为学生的分布从来就不是均匀的,所以在这个例子中,学生在一个问题上站定立场,一些观点会特别受欢迎,很少有学生可以提出不同意见。我们通过动态地要求一些学生与其他同学交流,并在小组变得过于不平衡时放松这些“一定要求观点对立”的特殊约束,解决了这类问题。

社交互动

虽然学生之间的社会交往确实鼓励学生更深入地参与,但社会环境也可能对学生产生深远的负面影响。欺凌或虐待会破坏这种体验;与冷漠的同伴的相遇会抑制自己的兴奋。在我们的试点项目中,我们依靠教师来建立社会规范和适度的互动,但我们需要开发系统来更认真地解决这些问题,尤其是当我们向教室外的学习者敞开大门时。

除了更深层次的句子开头的互动,我们还给学生一些简单的反馈,比如“五角星”(同伴间投票奖励优秀的作品)和“大拇指向下”(表示老师需要注意这份提交内容)。在未来,我们很高兴能探索出更丰富的方式让学生们互动:贴纸可以被放在同伴的作品中;内联注释,可能每种颜色都有特殊的含义。

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这里有一个重要的问题:学生是否应该保持匿名?我们从老师和学生那里听到了相互矛盾的答案。现实可能是多变的,而且与环境有关。学生告诉我们,当他们知道自己是匿名的时候,会更愿意写批评意见(并接受批评意见!)许多老师告诉我们,匿名可以帮助避免辱骂或搞破坏的情况。而另一方面,一些教师注意到,有时去匿名化可以灌输一种有益的责任感。我们的试点项目使用早餐食品作为假名;在未来,我们很可能会让老师选择是否显示学生名字。

一旦活动结束,社会环境就会继续存在。如果学生愿意,我们会邀请他们无限期地继续对话——我们把这一阶段看作是一个聚合。我们看到我们的一些试点学生接受了这个提议,在他们的课程结束很久之后,他们还会相互交流彼此的想法。

我们希望,随着我们在这些活动中不断改进话语结构,我们将在帮助学生培养话题推理能力的同时,培养重要的元认知技能:给予和接受反馈,理解他人的想法,反复修改工作

对教师进行实时反馈

除了直接支持学生的理解发展,我们的活动元素也为教师提供了关于学生思维的洞察。老师们可能会在一对一教学、小组教学或班级教学中使用这些信息。

这些活动生成了大量的数据,但我们不希望老师通读所有内容。我们把可能最重要的信息呈现出来,同时也让他们做好把控,对感兴趣的特定学生作品进行深入阅读。

于是我们开发了一个实时界面,显示学生的想法,并突出重要信息。

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该界面有几个关键特点:

突出的修订标识,使学生的思想高度可见和易于参与。对于很多老师来说,学生从最开始做活动,到完成活动之间的理解变化是他们首先想看到的。浏览报告,他们可以快速发现学生在哪些地方做了重大的改变(以及其他学生可能在哪些地方做了敷衍了事的改变)。

总的来说,社交互动让老师们注意到那些更值得关注的作业。“五角星”可能会突出那些优质作品,以便与全班同学分享;而“大拇指向下”的机制,可能会迅速让那些可能从一对一支持中受益的学生浮出水面。

“信心值”是指学生在提交草稿和每次修改后选择一个表情符号,私下向老师报告。“信心值”帮助老师跟踪可能会遇到挑战的学生,这些挑战可能无法从他们的作业中直接看到。教师界面中,学生的信心评分显示在他们名字旁边。

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我们发现教师在多种情境下使用界面。他们在课堂上使用它来监控学生的参与程度。他们在课后快速浏览,以确保学生完成活动,抽查特定学生提交的内容。然而试点老师告诉我们,他们并没有兴趣深入阅读每一个学生这样轻量级的作业:他们只是想要确保这类活动会帮到学生,而且学生都能完成这项活动。他们也需要一些高亮提示,引导他们接下来的教学行为。

界面能进一步协助教师教学:将需要干预、或特别有内容的讨论进行分类;教师能够“顺道”听取回应,提供自己的反馈;轻量级文本分析,以发现课堂写作或问题作业的趋势。在所有情况下,我们力求让界面促进活动、推动活动进展,而不是为参与者提供个别分数。

扩大活动规模

阻碍课堂开展更多开放式活动的一个原因是,教师几乎不可能向所有学生提供快速反馈。我们已经展示了我们的平台如何通过同伴互动和教师界面帮助解决这个问题。

另一个挑战是创作活动的困难。一项好的活动是经过精心设计的,围绕着一个给定的刺激物(如历史资料、图表或实验)使用一项特定的技能。许多老师依赖于标准化考试的问题,但通常很少能有某个单独问题进行总结性考试和小测验。

我们框架中的活动比典型的考试问题包含更多的内容。但是由于这些活动集中在相当少的复杂推理技能上,因此可以根据要培养的技能,大规模创建活动。

首先,单个刺激可以“引申”来创建多个活动,每个活动都专注于特定的技能。看看美联社美国历史上的这个例子:

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这样我们就可以基于同一个历史文献,同时建立四个活动。

丰富多样的表达方式

虽然我们的许多试点项目要求学生在文本框中作答,但我们也尝试了许多其他输入方法。拓展学生的问题表达类型;学生也会在其中捕捉到更多思考上的细微差别。

在数学活动中,我们在提供的数字题上分层放置一个交互式的便笺簿,以便学生在上下文的空档中展示他们的思维。

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对于徒手书写工具,我们会记录下学生的全部时间动作,日后向他人展示整个过程。当我们在界面上向学生展示别人的作品时,我们把它描绘成一个动画——一个思想过程的更动态的表现。我们注意到,当作品以这种方式被展示时,学生会更专注于他人的想法。

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5. 课中,课后,在家:充分利用碎片化时间

我们采访了一些老师,以了解他们是如何在学年里抽出时间进行开放式活动的。在很大程度上,因为繁重的教学任务,他们经常填鸭式地在接近学年末时准备考试。在这种情况下,开放式活动通常变成模拟考试中的自由回答部分。它们可能是定时,并且单独进行的。

如果开放式活动更轻松、更社会化、更容易进行,这种情况会发生怎样的变化?当我们向老师展示我们的原型时,他们对如何使用充满了想法。他们可以着手预习一个新话题;让学生练习小块的文章写作。这些不同的案例集合启发我们设计一个灵活的系统,可以课堂中时空同步运行,也可以在家里异步运行。耗时短,几分钟或一个小时就可完成,也没有太多限制。

老师们和我们一样,都对利用网络活动让学生接触课堂、社区甚至国家之外的声音和想法感兴趣。许多教师都有一个共同的目标,那就是把学生培养成能够参与公民对话的全球公民。

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6. 每天进行开放式问询

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我们渴望学生成为批判性的思考者和有能力的实践者,准备好应对学科和社会中复杂多变的挑战。幸运的是,他们不会独自解决这些未来的问题作为实践者,学生将与学科中的其他人流畅地交流思想,包括那些可能挑战他们自己观点和策略的人。

学生不应该等到成年后才去追求开放性问题的答案,通过与他人的交流来提高自己的想法。事实上,正如我们所讨论的,当代学习标准要求学生比以往更早地发展这些技能

和数学家一样,学数学的学生也会注意,并交流系统底层和连接系统的模式。和科学家一样,理科生也会形成猜想并创建模型。和历史学家一样,历史系的学生也会分析原始文献,来解释文明的进程。

我们相信在线学习平台可以支持教师和学生进行开放式探究。到目前为止,我们很高兴已经用实验说明了一些可能的路径。我们期待在未来的项目中能进一步发展这些想法。

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