模式眼镜理论在教育教学中的应用研究

摘要：在日常教育教学中，教师发现每位同学都有对事物理解的独特方式，如果能够理解学生的模式眼镜，可以对学生更多的尊重和理解，设计更适合学生的学习路径。文章对基于模式眼镜理论进行初步探索，结合教学实践，总结出STERS五步骤：1.教师标准表述;2.学生试述试演;3.模式眼镜提取;4.知识重新组块;5.学生成果呈现。通过这五个主要环节开展教学活动，基于模式眼镜理论在教育教学中取得较好的教学效果。

关键词：模式眼镜理论;学习路径;教学模式;网络学习空间

在日常教育教学中，教师发现每位同学都有对事物理解的独特方式，這种对知识的独特探究方式并没有优劣之分，如果能够理解学生的独特学习模式，可以对学生更多的尊重和理解，设计更适合学生的学习路径。应用模式眼镜理论，教师可以更加清晰了解学生学习过程，极大的促进学生的发展。

一、模式眼镜理论

（一）模式眼镜定义

有这样一种学习现象，引起我们深深思考：有时学生学的非常认真，对老师提供的思路有一定疑问，认为老师讲的知识并不是最优化的知识，从他们的视角看来，明明存在更优化的学习路径。可以说，学生理解知识或事务有自己独特的视角，我们把学生从自己视角看待事物（知识）、理解事务（知识），形象地称为模式眼镜。

（二）模式眼镜理论构成

1.教师标准表述（Standard expression）

教师利用标准的知识表述方法，将此部分知识和技能进行表述或演示。教师平时上课或辅导的过程就是标准表述过程。教师对知识点按照学科标准进行设计，呈现给学生完整的知识体系。对于学生的水平，教师要依据之前该学生的表现进行估测，选用合适的学习方法进行教学设计。

2.学生试述试演（Trial）

学生根据自己的理解对知识进行初步尝试的表述或者演示，可能学生存在理解上的偏差或错误，也可能包含学生对知识创新的理解和发散思维。如果学生存在理解上的错误，仔细倾听或观看学生在哪个环节出现问题，出现了哪些问题，出现问题的原因是什么，以及尝试找到解决的办法。如果学生有创新思维，积极鼓励学生对新创意进行有益尝试，引导学生完成自己的创意。

3.模式眼镜提取（Extract）

有学者认为，学习者的知识掌握状态属于内隐变量，通常难以进行直接观测。因此，建立准确且易于理解的知识追踪模型，一直是人工智能与教育交叉领域的研究热点 [1] 。当前，知识追踪模型主要基于三类不同的技术方法（即马尔可夫过程、逻辑回归和深度学习）构建[2]。模式眼镜提取基于知识追踪模型的构建。

（1）提取

教师能够快速地考查学生记忆特点、理解知识的方式、动手实践能力对学生进行模式眼镜提取，提取出学生个性化的知识识别、编码方式等相关信息。

学习风格确认：学习风格可以分为视觉型、听觉型、动作性和缄默综合型。学生到底属于哪种学习风格，需要教师从哪些方面进行引导，都是教师在确认学生的模式眼镜很重要的部分。知识呈现方式确认：学生对何种呈现方式比较感兴趣？需要教师准确识别该知识呈现方式。学习路径确认：通过分析学生的模式眼镜，可以了解学生不同的学习路径。有的学生知识空间非常丰富，欲探究知识恰好落在学生的最近发展区中，学生很容易直接从已有知识推出欲探究知识，这时学习路径呈现“H”形状;另外有些知识较难，学生需要借助其它的探究工具和方法或者需要教师、同学的帮助，才能顺利到达欲探究知识，这时学习路径呈现“Z”形状。在提取学生模式眼镜时，可以借助网络学习空间进行。通过了解学生以往网络学习空间数据，可以很清晰的得知学生的学习风格，诸如喜好学习材料类型、答题方式偏好、答题时间偏好等参数。基于这些参数，可以清晰地了解学生的模式眼镜，并且尽量在不影响学生的情况下静默进行。

（2）试戴

以学生视角看待问题，我们形象地称之为“试戴”模式眼镜。从学生的视角出发看待问题，从而更有效的体会学习者已有知识储备同与欲探索问题之间的差距，促使更有效地解决问题。“试戴”有两种方式：一种是教师身临其境尝试，即为教师试戴。另一种方式为AI虚拟试戴。可以将学生的模式眼镜置于虚拟教学环境，由AI智能导学系统自动判定何种方法为最优学习路径。AI智能导学系统包括知识推理、虚拟教学情景模拟、人工智能自动决策、知识空间系统等多种学习系统。

（3）知识标准表述到模式眼镜视角转换

了解学生的模式眼镜并且试戴后，需要进行从标准知识表述到模式眼镜的转换，这样才有利于学生进一步学习。知识标准表述到模式眼镜视角转换策略有两种：一种是AI自动组合知识点，另一种是菜单式选择知识组块。所谓AI自动组合知识点，是指在运行AI智能导学系统时，可以进行自动组合知识点。输入学生的模式眼镜对应的学习风格，进行知识点的重新组合。而菜单式选择知识组块，是指教师利用系统提供的选择菜单，进行手动选择，进行组合。这种方法比较适合系统中存在尚未输入的学习风格组合策略，也适合对系统自动组合不满意的情况。

4.知识重新组块（Reorganization）

按照学生学习风格，对知识进行切分和知识点重新组合，组成新的知识组块，以便于学生更好地接受。在进行知识重新组块时，需要注意进行适切知识组块。何为适切知识组块？教师根据对学生模式眼镜的认知，将待学知识节点按照契合学生学习风格的方式，设计学习路径，即为适切知识组块。提供给学生“适切的学习资源” [3]，非常重要。

5.学生成果呈现（Show）

学生经过教师重新知识组块的个性化学习后，对学习成果进行展现，展示出新知识节点的内化和连接，形成了新的知识空间。根据认知精致理论，让学生记忆最为牢固的方法是，让学生讲出来或者动手做出来，可以极大地重构学生的学习路径，获得最高的学习效率。

二、模式眼镜理论在教育教学中的应用

（一）在个性化辅导中的应用

每位同学都有自己独特的视角，对知识独特的理解，如果能够了解学生的模式眼镜，就能更快的了解学生理解知识的方式方法，帮助他们纠正在理解中出现的问题和疏漏。我在教学中，认真地进行知识表述，在对学生的模式眼镜进行提取后，进行知识节点的重新设计，然后将新组合好的知识组块传递给学生，学生在进行适切知识组块学习后，将成果展示出来（认知精致理论），这样促成学生从低阶知识节点到高阶知识节点的跃升，从而促进最近发展区。

（二）在分层教学中的应用

根据不同学生拥有独特模式眼镜的实际情况，按照同质分组的方法，对学生进行分层教学，从而极大的提高学习效率。学生在学习过程中有自己独特的学习偏好和学习方法，把喜好相同或者接近的同学分在一起，通过相近学习路径学习后的互动交流，同學们发现很好沟通，学习效率非常高。

（三）在人工智能教学中的应用

在人工智能教学中，可以较好地应用模式眼镜理论。先给学生讲授编程用的控制板知识、传感器知识，学生在进行试述试演后，进行发散思维。同样的研究课题，学生可能得出非常多的创意。

三、实验过程

（一）实验班与参照班的选定

本研究依托北京市教育科学规划课题一般课题《基于网络学习空间混合式学习的应用研究》，对高一年级和初一年级进行检验。实验班3个，参照班3个，综合比较各个班的成绩、日常行为表现、学习风格等多个指标，选取指标接近的班级并划分为两组，即实验组和参照组。根据实验班选取原则可以知道，实验班和参照班学生成绩、学习习惯等日常行为表现都相差不多，符合实验初始条件，可以进行教学实验。

（二）实验方法

网络法、访谈法、问卷法和观察法。网络法主要依靠学校购买的managebac教学内容管理平台和classin在线直播平台两个混合式学习平台，对学生进行模式眼镜的识别、学习路径识别、学习过程记录和挖掘和学习成果呈现等。

（三）实验前测

实验对象为刚入学的高一学生和初一学生，对学生进行学习风格、学习方式方法等12个指标的学习测评，实验班得分76.3分，参照班得分76.4，可见在实验前，实验班和参照班水平相当，相差无几。

（四）模式眼镜理论教学实验中的应用

1.模式眼镜提取。对实验班学生采用网络学习空间等多种方法进行评测，有效提取学生的模式眼镜。

2.试戴。教师经过提取每位同学模式眼镜并试戴，按照同质分组的原则进行划分，尽量能够完成呈现学生的学习视角和学习风格。

3.知识标准表述到模式眼镜视角转换。教师按照模式眼镜分类，把知识的标准表述转换为适合学生模式眼镜的方式方法，给每位同学精心设计学习路径和学习方案，并将学习方案传送到managebac混合式学习平台。满足学生的个性化学习需要。

4.知识重新组块（Reorganization）。针对学习眼镜呈现出的差异，进行同质分组，分层教学和项目式教学，并且针对不同模式眼镜，制定适切性学习方案，经过一段时间后，进行方法预想效果和实际效果的对比，对有偏差的部分进行适度纠正，保障教师个性化学习方案匹配到每一位学生。

5.学生成果呈现（Show）。学生登录自己的managebac班级后，查收教学准备好的音视频、图片、文本素材等学习材料，上传自己的学习成果，并与其他同学进行分享。学习成果分享可以采用线上线下相结合的方式进行，让学生做到能够尽情展现自己学习成果。

（五）实验中测

经过一学期的学习后，对实验班和参照班进行中测，发现实验班得分为84.6，而参照班的得分仍在75.5左右徘徊。可见，经过应用模式眼镜教学后，实验班的有了初步的学习效果。

（六）实验后测

经过对实验班学生和参照班学生进行为期两年的学习追踪，综合评定他们在学习成果等多个方面的成就，发现实验班得分在94.2，参照班得分在80.1。对实验班进行效果检测，数据表明效果显著。

（七）实验结论

经过一学年的数据跟踪对比观察，通过运用模式眼镜理论进行教学，能够极大地促进学生发展。

（八）研究展望

在本研究中，只对高一和初一两个起始年级进行了研究，没有对其他年级进行很好的研究，再加之本课题研究团队理论基础有限以及平时教学任务繁忙，因此研究结论有可能在一定程度上偏颇。在后期研究中，加入对其他年级的全面研究，以及提升研究团队的理论水平，以期待能更大程度的促进学生的全面发展。

四、模式眼镜理论在教育教学中的重要意义

（一）通过模式眼镜可以更大程度的尊重学生

在教学实践中，经常会遇到学生和教师争论不休的场景，或者教师仅从自己的视角解决问题，忽略学生的视角，因此很容易造成师生的隔阂。如果站在学生的角度考虑问题 ，教师能够及时了解学生学习的过程方法，可以拉近师生关系，也可以极大程度上尊重学生。模式眼镜是学生的视角，用和学生一样的思路进行学习内容设计，契合学生的学习风格，可以极大地提高教学效率。

（二）通过模式眼镜对动态了解学生学习路径有重要意义

在没有模式眼镜理论前，教师要想很好了解学生的学习偏好以及学习路径，往往费时费力，或者对学生学习偏好和学习路径把握得不够准确。有了模式眼镜理论以后，通过运用模式眼镜理论深入挖掘，对学生的“H”型和“Z”形学习路径进行甄别，教师可以很方便地根据学生们不同学习路径，准备相应的知识脚手架，建构相应的学习情境，促进学生快速高效学习。

（三）通过模式眼镜对培养学生的创新思维有重要意义

创新思维是指能形成有创新性和价值性的思想观念与理论方法的一种高级的、复杂的认知能力[4]。不同学生拥有不同的模式眼镜，他们可以从不同的视角去观察事务（知识）和探究事务（知识）。大量的教学实践表明，某些特定的视角可以激发学生源源不断的创新思维。例如，研究者在讲解机器人各个组成部件功能和编程方法后，有学生创新地提出“利用人工智能自动侦测胎压轮胎防爆胎”的构想，并且在模拟实验中取得较好的效果;有的学生创新地提出“知晴雨自动伸缩晾衣竿”构想等。有了独特模式眼镜，学生的创新思维得到了极大的提高。

（四）通过模式眼镜对个性化教学有重要意义

通过利用模式眼镜理论，教师有了和学生同视角看待问题的方法，而进行的适切性教学设计，对学生帮助很大，学生可以很愉快、很轻松地进行高效学习。从而更加关注个体差异，进一步推进分层教学和差异化教学，深层次的落实新课程思想，自动融入教育教学大数据中。教育数据挖掘和学习分析技术，可以实现对大量细粒度教育大数据的采集、处理和分析，对个性化自适应学习提供技术支撑[5]。可见，模式眼镜理论，对个性化学习有很重要现实意义。

总之，通过模式眼镜理论，可以更好地动态了解学生的学习路径，满足学生个性化学习的需要，满足分层教学和差异化教学的需要，有效地促进学生的全面发展，极大的提升教学效果，深入践行新课程理念。

作者单位：徐启发    北京市第八中学怡海分校

参  考  文  献

[1]Gervet T， Koedinger K， Schneider J， et al. When is deep learning the best approach to knowledge tracing？[J]. Journal of Educational Data Mining， 2020，（3）：31-54.

[2]余胜泉，等. 智能导学系统中的知识追踪建模综述[J].现代教育技术，2021（11）：87-91.

[3]黄荣怀，等. 未来教育之教学新形态：弹性教学与主动学习[J]. 现代远程教育研究，2020（32）：3-14.

[4]黄荣怀，等. 设计教育的路径及策略探析：创新人才培养的新视角[J]. 电化教育研究，2021（3）：18-26.

[5]余胜泉，等. 教育大数据促进精准教学与实践研究[J].现代教育技术，2020（04）：12-17.