大境中学IMMEX：让思维可视化
本刊记者 徐晶晶
谈到教育质量，总绕不开评价。就当下而言，学校、教师要研究和掌握科学的评价手段，也应加强对评价工具和评价测量的研究，从日常教学过程中的评价上进行改革，使教育评价回归到教育教学过程之中，利用评价结果改进课程设计、建设和实施，从而提高课程教学的针对性和实效性，促进学生综合素质的发展。现代信息技术为教学模式和评价方式的改革提供了前所未有的技术支持，试想当学生在课堂中的需求与态度，经由大数据的处理，变得可视，这将是一件多么令教育工作者激动的事情。在上海外国语大学附属大境中学，IMMEX(Interactive Multimedia Exercises，多媒体互动测训平台)从引进试点到探索创新，正在构建一个学生自主、探究、开放的学习环境，以评价的改变促进数字化环境下教与学方式的变革。
为了跟踪学生思维足迹的尝试
回顾大境中学IMMEX探索的三年旅程，那是缘于校长姚晓红2009年底在参加“上海一加州影子校长”培训时，与IMMEX的一次邂逅。原来，IMMEX就是通过创立一个激励学习的环境，借助于先进的教育技术手段，将学生隐含在脑海中解决问题的思维过程，通过直观的手段展现出来，并通过数学模型进行有效的量化来评估。听起来似乎不可思议，但经过详细、全面的考察之后，IMMEX以其客观、真实而又量化、精确的特点引起了姚晓红的关注。从那一刻起，一个问题开始萦绕在姚晓红心中，能否将IMMEX与学校现有的课程建设、课堂教学、学习评价等有机结合，又是否有其应用价值和实施的可能?
诚然，任何国外的先进工具和技术，都不应也不能只是直接拿来、简单应用。反思学校多年来探索的课改之路，姚晓红认为学校具备合适的土壤，作为上海市二期课改基地学校，大境中学坚持深入开展“以培养学生‘学习素养’为核心的学校课程建设；同时，积极探索“学能”评价，即着重反映学生在教育教学活动的每一个环节中学习能力的提升和变化，体现为对学科知识应用能力的评价和综合素质表现的评价。
而更令姚晓红振奋的是，虽然大家都明白思维能力是学生学习的重要能力，也是学生终身发展所必备的能力之一。但是，我们对学生头脑中思维的过程了解甚少，怎样才能跟踪学生思维过程和思维策略的变化?怎样更科学、更有效地培养学生的思维方法?这些，都是传统教育方式难以涉足和改变的问题。
于是，为了更进一步加强学生思维能力的培养，深化学校“学养”课程和“学能”评价研究。从2010年起，学校依托国内高校研发平台，正式引进IMMEX项目，并提出了“基于IMMEX--C优化学生思维的教学与评价研究”的课题。毫无疑问，姚晓红是学校研究团队的领军人物，不仅要组织运行、全面负责，还承担着化学教学研究与试题开发的部分工作。1月，大境中学的全体教师参加了IMMEX的体验式培训活动，对其操作过程和评价模式有了直观的感受。之后，学校又多次开展相关教师的培训。
在姚晓红看来，学校课程领导力更多的应该是一种团队能力，学校中层、教师都是学校课程领导力主体的组成部分。因此，IMMEX研究团队主要成员还有7位，有资深教师，也有青年教师，但都是在数学、物理、化学等学科有教学专长的教师，不仅如此，其他分管副校长、管理人员和数理化任课教师，也都积极参与课题研宄。
校本化IMMEX构建思维课程
项目启动，摆在学校面前的一项重要工作就是，结合IMMEX美国原题和学校研发问题集，创设IMMEX思维课程，深入开展IMMtEX校本化课程探索，开展课程教学与评价实践研究。
通过研究发现，IMMEX美国原题具备这样的特点，一是测试题通过设置特定的生活化情景，考验学生综合应用各学科知识解决问题的能力。二是解题路径呈现多元开放，题目中往往会提供一长串材料，也包含了部分干扰信息，另有图书馆资料库链接供查阅。需要学生从众多信息中选择对问题解决有用的信息、提炼关键信息，培养学生对信息的分析、选择、推理能力。
更为奥妙的是，IMMEX通过学生对问题解决过程中选择信息的记录，能够利用图形化形式描绘出学生在题目信息项之间“游走”的过程，学生每点击一次按钮、点击的先后顺序、花费的时间长短等，系统都将毫无偏差地加以记载，形成思维回路图，从而最大程度地真实反映学生脑海中不为人知的解决问题的思维过程。这些对于刚刚接触IMMEX的教师和学生来说，都足以令人兴奋。
在外行看来觉得眼花缭乱的思维回路图，显示的正是不同学生在思维方式和思维过程上的不同。学校针对思维回路图中两个关键变量“步长”和“回路”的数据，就思维过程的四种状态进行了评价设计：步长长、回路多的称为思维混沌状态，显示出思路不清，对信息项选择很多且盲目；步长长、回路少的称为思维谨慎状态，信息选项选择较多，生怕遗漏，基本按序选择，但信息筛选不足；步长短、回路多的称为思维跳跃状态，选项来回波动较大，关键信息容易遗漏；步长短、回路少的称为思维敏捷状态，选项较少，花费时间一般较短，大多数选择有针对性，但个别存在缺少思维过程现象。
举例来说，如果要计算运动员在整个跳水过程中空中停留的时间，传统的方式是：先告知学生已知条件，让学生根据所学公式，在答题纸上解出答案。可是，在大境中学，IMMEX将答题的全过程从纸上移植到了电脑中，一道题目只告知学生最基本的信息，但大量的其他信息却要学生通过操作平台自行选择。学生可以点击运动图像来观看跳水的全过程，但运动图像中却给出了“忽略空气阻力”和“考虑空气阻力”两张图，要求学生自行选择。而每当学生点开各类信息，IMMEX都会在后台进行全方位的记录，时间过长、点开干扰信息等，都会扣相应的分数。在这个基础上，即使最终答案正确，但每个学生的分数也会完全不同。而在“遗传咨询”问题中，教师把家族中父母、兄弟姐妹、外祖父母、祖父母以及子女的家族系谱图隐含在网络交互平台的大量信息中，通过计算机监测学生选择发现、筛选辨别不同基因型关键信息的思维路径，推测患病个体的遗传病类型和概率，并通过“效率—效果”四象限图分析学生思维发展。这就给教师们提供了一种截然不同的评价指标和视角。
特别引发教师们反思的是，在学生解决问题的过程中，教师发现学生的思维起点是相同的，所提供的思维信息也都是相同的，甚至有很多学生的思维终点最终也都是解答“正确”的，但是，他们却展现着截然不同的思维加工过程。“有些平时成绩优异的学生，在IMMEX测试中却反映出解题思路混乱、效率低下的问题，这说明他们好成绩的取得，多是以过大的时间和精力成本为代价的。因为I咖Ex问题集是以一个问题为基本，衍生出多达几十个变式，考查的是综合应用各学科知识解决问题的能力，跟大量重复枯燥的题海战术完全是两回事。”化学备课组长国艳萍深有感触地说。
而学生思维过程的不同是因为选择了不同的思维策略，IMMEX还能够在形成思维回路图的基础上，识别学生问题解决的信息，通过策略表现图(Strategic Performance Map)以及基于人工智能神经网络等技术，对学生解决问题的思维过程进行具体分析或聚类分析，分析评价学生解决问题的思维策略。数学教师高虹向记者介绍，策略表现图是针对学生解决问题的策略方法进行的评价图表，它以时间为横坐标，以信息选项为纵坐标，宽窄度就是表示学生在此选项停留的时间。图表可以清晰地分析学生在解决问题过程中的时间分配和策略表现情况，其中颜色区分可以看出学生在“问题理解”“解决过程”和“解决结果”上的不同表现情况。而针对学生的聚类分析，学校又对学生问题解决思维策略的四种状态进行了评价设计，即策略缺失状态、策略依赖状态、策略复杂状态、策略可行状态，而问题解决策略选择可行与否直接影响问题解决的成败。思维策略评价也是建立在思维过程基础上，具体识别学生在解决问题过程中的规则构建和实施表现。
为了更好地推进IMMEX校本化，经过一段时间的运用，教师们又在美国原题“有害物质”“劫后余生”“元素周期律”“飞跃火车”“交通事故”“法医破案”“紧急救援”的基础上，自主研发了2个化学问题集“有机燃料”“废物变宝”、1个物理问题集“跳水运动”、1个数学问题集“行船经商”、1个生物问题集“遗传咨询”以及1个地理问题集“楼房设计”等，目前已拥有共 31个集数、理、化、生、地等多学科的IMMEX问题集，完成了跨学科的IMMEX思维课程构建。现在，高一和高二各有一个班作为实验班，每周有固定课时开展IMMEX学习：其他班级也会结合学科复习教学有IMMEX案例微课程学习，深化全体学生数理化等学科学习和科学思维方式的培养。教导主任李文斌告诉记者，该课程的教学内容着眼广泛，采用源自自然、社会和生活的真实内容，具有跨学科、综合性强的特色。
基于IMMEX评价的教学范式
学校曾对参与“有机燃料”测评的79名学生的思维过程作了总体统计分析，发现分别有12．7％、13．9％、12．7％的学生都能从思维馄沌状态发展为思维跳跃状态、思维敏捷状态和思维谨慎状态，当然，也有近13．9％的学生思维过程发展不好，最终还是处于思维混沌状态，需要及时干预和个性化辅导。
可是，正如世界上没有绝对完美的事物存在一样，在推进IMMEX系统的过程中，学校发现系统没有对评价信息反馈以后教师的进一步行为提供支持，教师在面对问题时缺少系统的分析和干预方法。于是，教师们从学生表现所反映出的问题开始分析，发现有的是问题理解的欠缺，有的是认知结构的局限，有的是隐含条件的遗漏，等等。
通过学生思维问题的暴露，以往基于经验判断的教学也呈现出不足，用姚晓红的话来说，就是IMMEX思维课程教学以看得见的思维改变了传统中“差不多”的课堂。现在，学校已形成了以“发现—优化—干预—稳定—深化”为特征的基于IMMEX评价的教学范式。
这一教学范式落实到课堂上，具体又是怎样的呢?物理教师魏慧军告诉记者，一般在IMMEX课程教学中，教师会先给学生一个相同变式，且难度以较低为适宜，教师此时不能给予任何提示和指导。但教师可通过评价图表，分析学生存在的主要问题，也让学生自己查看报告后进行自我分析。在自我查阅基础上，绝大多数学生会回顾最初解题的得失所在，并尝试给予修订和优化。在优化这一环节，教师可以分派1-2个变式，促进学生思维的深刻性，尽量避免教师和其他同学的思维干扰。在干预环节，则采取异质分组和自由组合的方式，选取在前几个变式中思维清晰、解答正确的学生为组长，分小组让学生进行讨论、交流，特别是对于思维混沌、知识障碍或方法偏差等不同群体或个体，教师要制订集体教学计划或个别干预计划，开展针对性、个性化教学和辅导。而在稳定环节，需要通过3-5个变式的深入，判断学生对这类问题解决的掌握情况。实践证明，不少学生都能逐渐克服学习中的困难，寻求到一条科学、可行的思维策略。因此，在最后的深化环节，教师可以根据学生的学习深入分配不同难度的变式，鼓励学生向更有挑战的问题发起探究。“在这个过程中，引导学生转换思考角度、寻求多种方法，是教师必须要做的。作为IMMEX实验班的班主任，我还发现，可以考虑在安排学生座位的时候，将不同思维特征的学生放在一起，有的时候也会起到比较好的互补作用。很多同事反映，实验班的学生更活跃，更善于提问。”物理教师董罕婵如是说。
的确，对于教师们来说，没有什么比学生的进步更值得欣喜了。学校的一项调查显示，74．3％的学生喜欢IMMEX的上课形式，79．5％的学生认为IMMEX平台操作简单，82．1％的学生认为IMMEX能帮助优化思维策略，69．2％的学生认为通过 IMMEX能提高解决问题能力，61．5％的学生认为通过IMMEX能提高信息筛选能力。
（文见《上海教育》2013年第7期）