一、问题的提出
翻转课堂将传统教学过程中课上知识讲授与课后作业的顺序进行了颠倒，转变为学生课前在数字资源的辅助下自学，课堂上教师组织学生开展讨论、作业等活动。这种创新的教学形式自产生以来备受瞩目。在我国基础教育领域，教学一线的教师已经开始翻转课堂的探索与尝试，如2011年重庆市江津聚奎中学和广州市海珠区第五中学相继开始了翻转课堂的教学实验[1]。那么，怎样进行“翻转课堂”？怎样才能有效地实现教与学的“翻转”？为了回答这些问题，更好地指引教学实践，学术领域围绕翻转课堂的关键因素、学习心理机制、教学模式和策略等开展了一系列研究。
从心理学角度分析翻转课堂中学生学习心理机制的研究目前为数不多，有的从认知负荷理论的角度进行研究，认为翻转课堂本质上是降低了认知负荷，使学习者的认知资源得到更合理的分配[2]；有的从顿巴（Dunbar）博士神经科学实验结论进行推导，认为翻转课堂的全过程实质上完成了两次知识内化，第一次在观看视频环节，第二次在课堂教学环节，第一次知识内化十分关键，其结果是第二次知识内化的前概念[3]。
更多的人对翻转课堂的实施策略进行了研究，拉姆齐•穆萨拉姆（Ramsey Musallam）提出了探索一翻转一应用（Explore-Flip-Apply）模式[4]；杰姬•格斯丁（Jackie Gerstein）提出了基于体验式的学习周期（Experiential Learning Cycles）和麦克卡锡的4MAT教学模式（Bernice McCarthy’s 4MAT Cycle of Instruction）[5]美国富兰克林学院的罗伯特•托尔波特（Robert Talbert）在多年实践研究的基础上，总结了翻转课堂的结构模型[6]；国内的研究者们则在国外研究以及有关实践的基础上，总结了各自的翻转课堂教学模式。尽管这些模式在活动设计的细节上各具特点，但翻转课堂的大致流程基本一致，即：学生课前通过观看视频和练习进行自主学习，教师课上根据学生的学习情况开展有针对性的课堂学习活动。大多数研究认为，课前与课中活动的协调配合是确保翻转课堂有效性的关键，这与有关翻转课堂学生学习心理机制的研究结论一致；此外，有研究者采用准实验的研究方法，在一所高校一门专业课程的教学中进行了课堂“翻转”，之后得出结论：仅仅做到形似而非神似，翻转课堂并不能显著提升教学效果[7]。
综合现有研究，翻转课堂的实现依赖于两个环境，其一是学生课下的学习环境；其二是课堂学习环境。要实现有效的课堂翻转，课下的学习环境非常重要。首先，教师通过该环境推荐学习视频与其他学习材料，学生在该环境中观看学习视频并完成练习；其次，为更好地协调课下学生的自主学习与课上学习活动，使得课上的活动有效地帮助学生实现知识的二次内化，教师还需要通过该环境管理学生的学习行为，并了解学生掌握有关知识的情况，进而才能在此基础上设计针对性的课堂活动。因此，课下在线学习环境对实现成功的课堂翻转至关重要。
目前，国内已经涌现出大量的微视频资源网站，但满足翻转课堂实际需求的在线学习环境较少。在学术领域，已经有少数人开始了这一方面的研究：有人从化学实验教学的实际需求出发，在分析梳理翻转课堂教学结构的基础上设计了化学实验翻转课堂支撑系统[8]，也有人从“网络空间人人通”的政策要求出发，探索了基于翻转课堂模式的网络学习空间的设计[9]，还有人构建了支持翻转课堂教学的网络教学系统模型[10]等。但现有研究还不够系统，对于翻转课堂在线支持环境应该如何设计，它们需要具有哪些功能和特点这些问题没有给出令人满意的答案。
可汗学院（Khan Academy）是孟加拉裔美国人萨尔曼•可汗（Salman Khan）于2008年创立的一家教育性非营利组织，其愿景是通过向全球提供免费的一流教育来改变世界[11]。从最初单一的教学视频开发，到现在集微视频资源，学习与教学的组织、支持、管理和服务的整套系统，可汗学院在全球开放教育资源发展的历程中无疑是最具影响力的产品之一。在美国，现已有几十所公立学校的教师和学生开始使用可汗学院学习平台，可汗学院平台的设计理念、功能实现等受到了广泛的赞誉。比尔•盖茨（Bill Gates）称其为“未来教育的发展方向”[12]。
目前，国内大多数人熟悉的是可汗学院的课程学习微视频，少有人就可汗学院在线平台对翻转课堂的支持功能展开深入的研究。本研究主要聚焦可汗学院在线平台的功能与特点，主要探索以下三个问题：（1）可汗学院的在线平台具有哪些功能？（2）这些功能如何支持翻转课堂的学生自学，如何支持课下活动与课上活动的有效衔接？（3）可汗学院在线平台的设计对国内翻转课堂的资源建设有怎样的启发？
二、研究过程和研究结果
我们登陆可汗学院（网址：http://www.khanacademy.org），根据网站提示注册了3个账号，设置其中一个为辅导教师（coach）账号，另外两个作为学习者账号（可汗学院注册时默认为学生账号，教师账号也能进行课程学习，只是在学生账号功能的基础上增加了班级管理和辅导学生的功能）；之后使用注册账号登陆可汗学院平台进行学习，教师账号学习“概率与统计”课程，两个学生账号分别学习“早期数学（early math）”和“八年级数学（math of 8rd grade）”两门课程；学生在学习过程中，教师使用平台功能对学生的学习进行管理和辅导。
（一）基本概况
可汗学院目前提供数学、科学、经济与金融、艺术与人文、计算机、考试准备（如SAT、GMAT等）、合作课程（与大英博物馆、亚洲艺术博物馆、美国航空和宇宙航行局等机构合作开发的有关人文科学和自然科学的科普课程）和高校入学申请培训八大门类共计71门课程。在线平台页面的语种除英语之外，还有志愿者翻译的葡萄牙语、西班牙语、中文等其他语言。作为一个非营利性组织，可汗学院的所有课程及其学习平台的所有功能都是免费的，用户只需要简单注册即可使用。盖茨基金会、美国银行、谷歌、甲骨文等机构都是其赞助者。著名搜索引擎谷歌（Google）的前任首席执行官埃里克•史密斯（Eric E.Schmidt）于2012年5月加盟，成为可汗学院董事会成员[13]。
（二）在线平台功能
可汗学院在线平台有两大核心功能：支持学生在线自主学习和支持教师管理学生学习行为并提供辅导。学生在线学习的内容主要为观看知识点微视频与完成练习和测试，并可以查看系统自动生成的学生学习进展报告。教师的活动主要是查看学生的在线学习行为，了解学生知识技能的掌握情况，并通过推荐视频材料和练习题，以及解答学生疑问以提供学习辅导。可汗在线平台以课程知识地图为基础组织课程内容，并以知识和技能分级为基础组织练习与测评。
1.知识地图（Knowledge Map）
可汗学院知识地图描绘了各类课程中的各知识点及其相互关系。知识地图是可汗学院课程内容组织的基本架构。地图中单个知识点是微视频内容的基本单位，也是学生学习的最小单位。知识点之间的关系（如上位技能或概念与下位技能或概念的关系，多个简单技能与一个复杂技能的关系），决定了平台中各知识点微视频的排列顺序与组合方式。无论是学生学习还是教师教学，知识地图都决定了一种基本的学习序列。
以K-12数学课程知识地图为例（如图1所示），它的制定以美国数学课程通用核心标准（Common Core Math Standard）为依据，并综合参考了可汗学院自己聘请的学科课程内容专家的意见。数学知识地图既有根据知识内容划分的，如：算术、初等代数、代数I、代数II、几何、三角几何、微积分、概率与统计等；还有根据年级来划分的。学生既可以从知识内容维度选择相应内容来学习，也可以从年级维度进行选择。
2.学习（Learn）
可汗学院的注册账号默认是学生身份，学习者账号可根据自己需要，选择相关内容进行学习（教师账号也能进行学习）。
可汗学院在线平台将学生对知识技能的掌握程度划分为6个等级：学习困难（struggling）、需要练习（need practice）、完成练习（practiced）、第一级（levelI）、第二级（levelII）和掌握级（mastery）。学习的终极目标是达到最高等级一掌握级。因此，只要知识技能的掌握程度还处于最高等级以下，平台将不断提示学生进行挑战测试和继续学习。
（1）前测。使用注册账号登陆后，平台首先要求学生选择自己感兴趣的课程，之后便根据学生的选择，自动出现与课程相关内容的前测题，同时给出提示：“不会做没关系，这里没有惩罚，只需要选择‘还没学过’即可”。完成前测后，平台根据学生完成测试的情况给出学生分析报告，内容包括：第一，评估学生对测试题所考察的知识技能的掌握程度；第二，分析测试题中涉及到的其他相关知识与技能，估计学生掌握有关知识技能的程度；第三，根据评估结果，针对性地推荐相关的知识技能学习，推荐内容会自动出现在学习者的个性化导航面板（Dashboard）。
（2）个性化导航。完成前测后，学生每次登陆平台将默认进入个性化导航面板（如图2所示）。个性化导航面板展示的主要内容包括：学生目前学习的课程；平台根据前测结果推荐的学习材料与技能测试题；学生通过平台学习获得的奖章（Badges）和能量点数（energy point，学生登陆平台在线时长）。可以说，个性化导航面板为学生开展平台学习提供了有效的指引和激励。
（3）知识点学习。可汗学院在线平台的知识点学习分两个步骤，其一是观看视频；其二是完成配套的练习题与技能测试。
首先，基于不同课程的知识地图，可汗学院提供了系统的知识点微视频，视频材料按照知识点间的关系进行组织，学生学习的第一步便是观看这些视频材料。除了视频材料，平台还提供了关于该教学微视频的多项用户互动功能，例如：课程内容讨论——学生可提出对该知识点学习的疑问，并解答其他人提出的问题；用户反馈——学生对该知识点视频的质量以及课程内容讨论的质量向平台进行反馈。
其次，视频观看后，学生需要完成配套的知识技能练习题和测试题，以评估所学知识技能的掌握情况。练习与测试的题型主要为选择题和填空题（应用题由于无法检测解题过程，一般作为填空题处理）。一般情况下，每个知识点配套习题至少有5道，如果前5道题目全部作对，则只需完成这5道题，平台自动将学生对该技能的掌握级别提高一个级别；否则，如果前5道习题有做错的，将出现更多的题目，直到正确率为60%即可晋级，否则就算没有通过，评定为学习困难，建议重新学习。
成功完成练习题后，学生可进入下一个知识点的学习，也可以参加该知识点的挑战测试。平台将根据学生完成测试的情况对其掌握该知识的级别进行重新评估。
可汗学院在线平台的练习功能有以下几个特点：第一，提供解题提示。依据解题步骤，平台为每道练习题均设置了至少2个提示，每点击1次“我要提示”，平台将自动出现1个提示。对于完全不会做的题目，可多次点击“我要提示”，直至解题步骤一步步演示完毕出现答案。第二，为同一知识点的练习题配套1个例题解析视频，视频中详细讲解一道例题的解题步骤。第三，提供数学小工具，包括计算器、代数式输入器等，便于数学符号的输入。
（4）学习进步报告。为帮助学生掌握自己的学习进度，平台自动统计学生在线学习的情况，生成知识与技能、视频观看、参与活动和学生关注点（focus）共计四份学习进步统计报告。学生可设定时间段，查阅自己学习情况的报告。
第一，知识与技能统计报告。主要内容为：其一，学习者掌握与学习目标相关的基础知识（先前知识和技能的情况，包括是否进行了有关技能的测试，达到的掌握程度；其二，学习者掌握目标技能的情况，包括目标技能中每一项子技能的掌握程度以及完成的练习题数；其三，学习者完成目标技能测试的过程，即学生解答每一道练习题的过程，包括解答是否正确，学习者是否查看了题目的提示，查看到第几步提示，多长时间内写出答案，作答一共尝试了几次，每次填写的是什么答案。
第二，视频观看统计报告。主要统计并展示学生观看视频的数量、累计时间，以及每个视频的标题。
第三，参与活动统计报告。主要以柱状图的形式展示学习者在一定的学习周期内，每天观看视频的时长、进行技能测试的时间和内容、获得的奖章，并计算出学习者每一天登陆平台在线学习的时长。
第四，学生关注点统计报告。以扇形图的形式对比统计了学习者观看视频与完成测试和练习的情况。扇形图有两个圆环，内部圆环展示学习者观看的视频的名称和时长；外部圆环展示学习者掌握目标技能的情况，包括做了几道题，正确率多少，多少题目是在没有提示的情况下作对的。
除统计报告外，可汗学院在线平台还通过授以奖章的形式激励学生的在线学习。可汗学院的奖章按照等级划分包含流星级、月亮级、地球级、太阳级、黑洞级以及挑战破解级，每一级奖章下都有相应的特别奖章，例如：流星级下有前测冠军、优秀的听众等。奖章与学习者登陆和学习的时间、质量相关联，作为一种标识，体现了学习者在网站的学习行为与质量，能起到较好的激励作用。
（5）学习社区。学习社区为学习者之间、学习者与教师之间自由沟通交流提供了空间。可汗学院学习社区主要包含讨论区域、编程项目与辅导三个功能。首先，讨论区域展示并统计学生提问、对别人问题的回复、对可汗学院的建议和表达的致谢，以及学生参与学习社区行为的次数。其次，编程项目是计算机编程课程的一个开放项目。学习者可以申请加入该项目，通过编写代码，生成动画，参与社区中编程项目的评比。没有项目的学生可以浏览当前其他人完成的编程，包括源代码和效果动画。其中也包含计算机编程课程相关内容的链接。最后，通过输入班级代码或者教师ID，学生可以将自己添加到某个班级或者成为某个教师辅导的对象。之后，辅导教师便可以获取学生在可汗学院所有学习行为的有关数据。
3.辅导（Coach）
可汗学院用户的角色除了学生，还有辅导教师。辅导教师的职责是为学生学习提供引导，并管理学生学习行为。在可汗学院，辅导教师可以是任何人，包括教师、家长，甚至同学。教师或学生可以使用发送辅导邀请或要求将某人加为自己的辅导教师和加入某班级的方式与他人建立辅导的关系。确定辅导关系后，学生的学习数据便自动同步到辅导教师的账号。
教师账号辅导功能个性化导航页面中列出了教师所辅导的班级名称、所学课程名称、学生用户名等信息（如图5所示）。辅导教师账号可以开展的活动包括：实时浏览每一个学生学习进度的详尽数据，诊断学习中存在的问题，推荐相关的学习材料，回答学生的疑问等，具体如下：
（1）账号管理。辅导教师根据课程内容创建班级，并将学生添加人相应的班级。可汗学院允许家长给自己的孩子创建账号，管理孩子账号的密码，成为孩子永远的辅导教师，并控制自己的孩子是否添加其他辅导教师。
（2）统计学生进步数据。可汗学院在线平台从多种维度统计学生进步情况的实时数据，并自动生成多种图表。统计图表的内容覆盖全班学生的总体情况与个别学生的具体情况。学生进步情况统计数据主要包括以下三种：
第一，全班学生总体学习进度统计图（如图6所示）。选择班级名称与需要查看的目标技能（课程名称或单元知识），平台自动生成全班学生掌握该目标技能情况的柱状图。图中纵轴为学生人数，横轴为目标技能下的子技能数，或者学习进度百分比。该图表示掌握特定技能数的学生人数，或者进度为特定百分比（从进度最小的学生开始计算，直到100%，完成任务）的学生人数。通过该柱状图，辅导教师可以一目了然地看到班级学习进度的总体情况。
第二，全班学生目标技能掌握程度统计图（如图7所示）。选择班级与目标技能，平台自动生成全班学生掌握目标技能及其每一个分支技能情况的统计图。根据可汗学院对技能掌握级别的划分，图中显示针对每一个目标子技能，在“学习困难”到“掌握”六个层次水平中，达到每一种层次要求的学生人数与姓名。通过该图，辅导教师可快速了解全班学生对不同技能的掌握程度，也方便教师依据学生的学习水平进行分组。此外，图中也展示了每一项子技能的经典测试题。
第三，个别学生学习情况统计图。除班级总体情况平台还提供展示个别学生学习情况的统计图。选择学生姓名，平台首先呈现该学生正在努力学习的技能数，已经达到掌握水平的技能数，观看过的视频数与名称，参与了哪些讨论，提出了哪些问题，对别人的提问做出了什么回答；还以二维表的形式展示学生学习的技能名称，每项技能的掌握程度，练习的次数；最后以柱状图的形式展示学生在一定时间内开展的学习活动的类型（例如，观看视频、参与测试、参与讨论等）与持续时间。
此外，辅导教师还可直接链接进入学生的学习页面，查看学生学习进步报告中的知识与技能统计报告。根据上文介绍，知识与技能统计报告中记录了学生的测试过程，包括测试题题干，多长时间作答，是否使用了提示，输入了几次结果，每次输入的内容是什么等，这些内容反映了学生的思维过程和解题思路，特别有助于辅导教师对学生的学习困难做出针对性的分析，诊断他们学习困难的原因。
（3）推荐学习视频与练习材料。在获取学生学习情况，并对学习问题做出诊断的基础上，辅导教师可以有针对性地推荐学习视频与练习材料。辅导教师不仅可以为个别学生进行推荐，也可以根据“全班学生目标技能掌握程度统计图”对知识与技能掌握处于同一水平的一组学生进行推荐；此外，教师还可以规定视频观看与练习材料的完成期限。推荐的学习视频与练习材料将出现在学生的个性化导航面板中，作为学生的学习任务安排。
除上述功能，辅导教师还可以通过平台与学生进行互动，查看学生在讨论社区中参与的讨论，对学生提出的问题做出回答，对学生在平台学习中取得的进步做出表扬。
三、结论与思考
（一）可汗学院在线平台能为翻转课堂的实施提供有力支撑
可汗学院在线平台不是集合数量众多的教学微视频的资源网站，而是智能的、自适应的、能为翻转课堂的实施提供有力支撑的在线学习环境。正如创始人可汗所言：“教师不用再将大量的时间耗费在讲课、准备考卷和改卷上面，而可以更多地与学生互动。老师不用再强制学生被动地坐着听课，而是指导和激励学生自己掌握学习……最好的经验将是利用在线工具解放物理时间，使它不再被动，而是更加的人性化[14]。”
1.平台功能适应翻转课堂课前学习环节学生和教师活动的需求
根据前文分析，我们将翻转课堂课前学习环节教师与学生的活动需求和可汗学院在线平台功能进行了对应分析，：
从上表可以看到，针对翻转课堂课前学习环节中学生与教师的活动内容，可汗在线平台均提供了相应的功能予以支撑。对学生而言，他们通过这个平台观看成体系的系列微视频，完成练习与测试，获得自己对知识与技能掌握程度的评估，还可以针对自己的疑问提出问题，获得其他人的回答。对教师而言，他们通过这个平台了解学生课下是否观看了学习视频和完成测试练习的情况。更重要的是，他们获得了学生掌握知识与技能程度的统计数据，即学生第一次知识内化的情况。进而为教师设计能与课下学习相衔接的课堂学习活动做好充分的准备工作。
2.在线平台具有强大的学习分析统计功能
在线平台强大的学习分析统计功能提供了学生使用平台开展学习的详实的数据，这些数据为平台根据学生的特点更好地做出个性化适应提供了基础，也为教师把握学生的学习情况，进而设计下一步的课堂活动策略提供了有力的依据。可汗学院在线平台的学习分析统计功能主要包括：学习起点分析、学习问题诊断，以及学习活动分析统计。
学习起点分析主要通过前测来实现。平台根据目标知识与技能，自动抽取有关测试题，再根据学习者完成测试题的情况，评定学习者掌握相关知识与技能的程度，进而判定学习起点。学习问题诊断主要由平台记录学生完成练习和测试的全过程，再由教师和学生根据记录的数据进行分析。平台记录学生练习和测试的过程性数据包括：题目题干、答对题数与答错题数、作答时间、是否使用了提示、每次填入的答案内容等。通过记录和回放学生的作答过程，追踪学生的解题思路与思考过程，学生和教师将能有效分析错题原因，进而找出学生学习的困难所在。学习活动分析和统计通过对学习者学习活动类型（观看视频、练习、参与讨论等）、序列与时间的实时分类分析，教师可以有效掌握学生的学习行为。
值得一提的是，本研究在对可汗学院工作团队进行分析时发现：团队中包含正式员工、实习生和专家三类人群。专家团队主要为学科课程专家，除此之外，在正式员工和实习生总共102名员工中，负责平台软件开发的共63人，占到一半还多[15]。可见，正是强大的开发团队为可汗学院平台的功能提供了有力的人员与技术保障。
3.知识地图和知识与技能掌握水平分级是在线平台功能架构的基础
可汗学院在线平台功能的实现以知识地图，以及知识与技能掌握水平分级为基础。一方面，知识地图作为课程知识体系的基本构架，不仅决定了微视频的内容与序列关系，也是学习起点分析和知识掌握水平评估的依据。另一方面，可汗学院在线平台是目标导向的。学生的终极目标是通过课程中所有知识点掌握级别的测试，任何未达到掌握级别的知识点都需要继续学习、练习和测试。这些目标存在于后台管理系统，对学习者而言相对隐性，主要通过要求他们完成测试题并评估相应的掌握级别来体现。技能掌握水平的划分为平台评估学生知识技能掌握情况提供了一把“尺子”，这把作为标准的“尺子”不仅帮助衡量个体学生掌握知识的情况，也为教师把握学生总体的知识掌握程度提供了根据。因此，平台中无论是对学生学习的支持功能，还是教师管理学生学习行为，把握学生学习情况的功能，都以知识地图和知识与技能分级的底层架构作为基础。
（二）对国内有关资源建设的启发与思考
翻转课堂的有效实施离不开相关资源的支持，特别是学生课下自主学习环节，知识点微视频、在线学习支持环境等资源有待进一步开发和探索。目前，我国教育各领域都掀起了开发教学微视频的热潮，涌现出了一批微视频资源网站。例如：浙江省教育技术中心的“微课网”覆盖基础教育和高等教育多种课程内容；国家开放大学资源中心开发了“五分钟课程网”；凤凰卫视与华南师范大学开发了带有移动客户端的“凤凰微课网”，涵盖高等教育、基础教育和职业教育。
要建设真正能满足翻转课堂教学实际的资源，我们不仅要继续加强关于翻转课堂学生学习心理、教学模式与策略等的研究，还要从国内教育教学的实际情况出发，并从国内外已有的实践中充分吸取经验，获得有益的借鉴。
1.注重知识点教学微视频资源的整体性和系统性
知识点教学微视频时间短、容量小，虽有诸多优点，但若不注重资源的整体性和系统性，便成为散乱的碎片资源，难以满足一线教学的实际需要。因此，配合翻转课堂使用的教学微视频资源需要从课程内容建设的高度出发，注重其内容的整体性和系统性。一方面，可通过描绘知识点概念图或者知识地图作为基础，再据此规划并设计微视频资源的建设；另一方面，考虑到教师日常教学工作较为繁重，建议由企业或相关事业单位来设计、制作成体系的微视频资源，而不由教师承担。针对成系统的微视频资源，教师可以根据班级教学的实际情况做出调整，并补充制作少量的视频，但他们在翻转课堂学生课下自主学习环节的主要任务是管理学生的学习行为，分析学生的学习情况，为设计有效衔接课下学习的课堂活动做好充分准备。
2.注重支持翻转课堂在线学习平台功能的设计和开发
支持翻转课堂的在线学习平台不是展示教学微视频的资源网站。要真正满足翻转课堂课下学习环节教师和学生的活动需求，需要从课程设计或者教学设计的角度，在确定学习目标，分析学习发生的路径和过程，在充分把握学生和教师活动内容的基础上，结合翻转课堂教学形式的特点，设计并开发在线学习环境的各种功能，为翻转课堂的有效实施提供充沛的条件。
2015年