新工科視角下的信息化教學(xué)模式探索

張 霖， 楊樹臣， 于德壯

（1.長(zhǎng)春師范大學(xué)工程學(xué)院，長(zhǎng)春130032；2.中車大連機(jī)車車輛有限公司技術(shù)中心，遼寧大連116028）

0 引 言

隨著多媒體、網(wǎng)絡(luò)通信、虛擬現(xiàn)實(shí)等科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，教育教學(xué)的變革步伐得以加快，信息化教學(xué)也被更為廣泛采用［1-3］。信息化教學(xué)的根本目的是借助信息技術(shù)開展更有效的教學(xué)活動(dòng)［4］。信息化教學(xué)的理論基礎(chǔ)為建構(gòu)主義理論，強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教師預(yù)創(chuàng)的情景中，主動(dòng)完成知識(shí)體系的建構(gòu)［5］。以學(xué)生為中心的建構(gòu)主義理論，對(duì)預(yù)創(chuàng)的情景具有較高的要求，信息技術(shù)的進(jìn)步為該理論的實(shí)現(xiàn)提供了支持［6-8］。在信息化教學(xué)中，要求理念、模式和環(huán)境等一系列因素都要變化，如何構(gòu)建信息化教學(xué)模式是時(shí)代賦予一線教師的新使命和責(zé)任。

1 信息化教學(xué)模式探索

現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)將知識(shí)分為陳述性知識(shí)、程序性知識(shí)和策略性知識(shí)，對(duì)于課程知識(shí)體系而言，單一的教學(xué)手段無法更好傳遞3種類型知識(shí)。傳遞媒介的錯(cuò)誤運(yùn)用，勢(shì)必導(dǎo)致教師和學(xué)生之間信息傳遞不暢，這違背了信息化教學(xué)模式的建構(gòu)主義理論，最終學(xué)生失去該門課程的學(xué)習(xí)興趣［9］。教學(xué)手段作為教學(xué)雙主體教師和學(xué)生之間傳遞信息的媒介，圖1所示是按照科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的歷程對(duì)教學(xué)手段的劃分。

圖1 教學(xué)手段分類圖

按照建構(gòu)主義的理論，劃分課程教學(xué)內(nèi)容的知識(shí)類型是對(duì)知識(shí)體系的解構(gòu)過程，綜合運(yùn)用教學(xué)手段創(chuàng)建情景是對(duì)知識(shí)體系的重構(gòu)過程［10］。圍繞教學(xué)目標(biāo)開展解構(gòu)過程有利于課程知識(shí)體系的重構(gòu)，對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容解構(gòu)得到的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分類，根據(jù)知識(shí)類型選擇教學(xué)情景是重構(gòu)過程的重要環(huán)節(jié)［11］。教學(xué)模型對(duì)于教師進(jìn)行課程解構(gòu)與重構(gòu)的過程具有重要指導(dǎo)意義，DPS 教學(xué)模型（Declarative——Procedural——Strategic）是一種適用于信息化教學(xué)的模型（見圖2）。

圖2 DPS教學(xué)模型圖

DPS教學(xué)模型將課程知識(shí)按照現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)分類，指出3種類型知識(shí)應(yīng)當(dāng)分別對(duì)應(yīng)3種教學(xué)情景，進(jìn)而采用多種教學(xué)手段和評(píng)價(jià)方式進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。

（1）陳述性知識(shí)（Declarative Knowledge）。在師生間的傳遞過程是在教師預(yù)創(chuàng)的游覽式情景中完成的，評(píng)價(jià)方式則采用結(jié)果性評(píng)價(jià)，與之對(duì)應(yīng)的教學(xué)手段包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、書籍、音頻等。該游覽式情景的核心是其藝術(shù)性，學(xué)生以游覽的方式進(jìn)入情景中，欣賞教學(xué)本身的藝術(shù)性，從而激發(fā)學(xué)生主動(dòng)觀察、探索和獲取知識(shí)的意愿。

（2）程序性知識(shí)（Procedural Knowledge）。在師生間的傳遞過程是在教師預(yù)創(chuàng)的交互式情景中完成，評(píng)價(jià)方式則采用過程性評(píng)價(jià)，與之對(duì)應(yīng)的教學(xué)手段包括虛擬現(xiàn)實(shí)、交互媒體等。該交互式情景的核心特質(zhì)是其真實(shí)性，學(xué)生沉浸在可交互的虛擬情景中，通過操控虛擬研究對(duì)象完成與真實(shí)情景中一致的學(xué)習(xí)過程。

（3）策略性知識(shí)（Strategic Knowledge）。屬于較為特殊的程序性知識(shí)，更多的是方法應(yīng)用。既注重方法和技巧的可操作性，又兼顧方法和技巧本身的陳述性知識(shí)，因而此類知識(shí)可以采用混合式情景進(jìn)行信息傳遞?；旌鲜角榫耙暯虒W(xué)內(nèi)容的側(cè)重而有選擇性地采用交互式和瀏覽式情景，與之對(duì)應(yīng)的教學(xué)手段也更為綜合，評(píng)價(jià)方式也更加注重全環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)。

通過將課程知識(shí)體系分解，有針對(duì)性的采用不同手段和情景可以幫助師生有效傳遞信息，最終達(dá)成學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)起課程知識(shí)體系的目的。綜合評(píng)價(jià)的結(jié)果可以反映出學(xué)生對(duì)于課程知識(shí)體系的建構(gòu)程度，結(jié)果性評(píng)價(jià)、過程性評(píng)價(jià)和全環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)可以針對(duì)性地給出學(xué)生對(duì)于知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。

2 課程方案設(shè)計(jì)

以車輛工程專業(yè)軌道方向課程動(dòng)車組概論為例，培養(yǎng)學(xué)生具有從事動(dòng)車組相關(guān)工作的基本素質(zhì)是課程的任務(wù)，與之對(duì)應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)之一是高速轉(zhuǎn)向架車輪維修教學(xué)［12-13］?，F(xiàn)有的教學(xué)設(shè)計(jì)是按照轉(zhuǎn)向架認(rèn)知、二級(jí)維修和線路運(yùn)行3個(gè)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行編排的，筆者根據(jù)教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)的層級(jí)關(guān)系，所劃分的知識(shí)類型如圖3所示［14-16］。

圖3 知識(shí)類型劃分圖

按照所劃分的知識(shí)類型圖，對(duì)于圖中陳述性知識(shí)（D），運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Graphics，CG）模型構(gòu)建如圖4所示游覽式情景。學(xué)生在該情景中可以通過游覽的方式觀察結(jié)構(gòu)特征和零部件裝配關(guān)系，并能利用教師預(yù)設(shè)的剖切功能學(xué)習(xí)復(fù)雜零件的內(nèi)部特征。

對(duì)于圖中程序性知識(shí)（P），運(yùn)用U3D技術(shù)構(gòu)建如圖5所示的交互式情景。學(xué)生可以按照二級(jí)維修程序，依次判斷、選取輪徑尺、第4種檢查器和內(nèi)測(cè)距尺等工具，在維修臺(tái)處完成二級(jí)修程中的規(guī)定內(nèi)容。在教師預(yù)設(shè)的邏輯判斷功能下，學(xué)生可以獲得操作錯(cuò)誤提示，以更好掌握維修工具和修程。

圖4 瀏覽式情景圖

圖5 交互式情景圖

對(duì)于圖中策略性知識(shí)（S），運(yùn)用動(dòng)畫技術(shù)構(gòu)建如圖6所示的混合式情景。學(xué)生可以從3個(gè)同步窗口中，分別獲取輪對(duì)中心點(diǎn)與線路中心線的位置變化關(guān)系、輪緣與鋼軌的相互作用規(guī)律和鋼輪鋼軌接觸點(diǎn)的位置變化關(guān)系，從而更好地掌握控制蛇形運(yùn)動(dòng)軌跡的方法和鋼輪踏面損傷的機(jī)理。

圖6 混合式情景圖

3 結(jié) 語(yǔ)

教學(xué)手段對(duì)于師生間信息的有效傳遞至關(guān)重要，信息化教學(xué)模式應(yīng)當(dāng)以電子計(jì)算機(jī)教具為基礎(chǔ)教學(xué)手段來建立教學(xué)模型。DPS教學(xué)模型是根據(jù)課程知識(shí)類型，選擇多種教學(xué)手段構(gòu)建教學(xué)情景，并采取綜合評(píng)價(jià)手段對(duì)學(xué)情分析的一種教學(xué)模型。

通過對(duì)動(dòng)車組概論課程中高速轉(zhuǎn)向架車輪維修這一教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行內(nèi)容分析、知識(shí)歸類和手段選取，所創(chuàng)建的高速轉(zhuǎn)向架車輪瀏覽式情景、二級(jí)修交互式情景和線路運(yùn)行混合式情景激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)探索學(xué)習(xí)的興趣，幫助學(xué)生建構(gòu)了課程知識(shí)體系。

針對(duì)3種情景所預(yù)創(chuàng)的結(jié)果性評(píng)價(jià)、過程性評(píng)價(jià)和全環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)方式，動(dòng)態(tài)地記錄了學(xué)生的學(xué)習(xí)全過程，并對(duì)課程知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行信息反饋。通過3種評(píng)價(jià)方式可以綜合評(píng)價(jià)學(xué)生課程知識(shí)體系建構(gòu)的程度，有助于學(xué)生及時(shí)獲得答疑，有助于教師利用大數(shù)據(jù)分析學(xué)生的知識(shí)盲點(diǎn)和教學(xué)情景的不足之處。