大學(xué)生自主仿真學(xué)習(xí)模式研究

董紅生 李建民 張 總

蘭州工業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院 甘肅蘭州 730050

實(shí)驗(yàn)教學(xué)與課程建設(shè)

大學(xué)生自主仿真學(xué)習(xí)模式研究

董紅生 李建民 張 總

蘭州工業(yè)學(xué)院電氣工程學(xué)院 甘肅蘭州 730050

提高大學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力是現(xiàn)代教育研究的一項(xiàng)重要任務(wù)。在分析典型自主學(xué)習(xí)模型的基礎(chǔ)上，討論了仿真情景下自主學(xué)習(xí)的內(nèi)涵、優(yōu)勢以及影響因素，建立了大學(xué)生自主仿真學(xué)習(xí)模式。實(shí)踐表明，本學(xué)習(xí)模式能有效提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的效率，優(yōu)化學(xué)習(xí)成果。

大學(xué)生；自主學(xué)習(xí)；仿真學(xué)習(xí)模式

自主學(xué)習(xí)是以“自我導(dǎo)向，自我控制，自我反饋，自我評價”為主的學(xué)習(xí)活動。[1]在高校開展自主學(xué)習(xí)有助于大學(xué)生的個性化發(fā)展、才藝發(fā)揮以及綜合素質(zhì)的提高。目前，大學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和方法都存在較多不足。因此，對于大學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式的研究，是高等教育研究領(lǐng)域一個重要課題。

計算機(jī)仿真技術(shù)將理論與實(shí)踐緊密結(jié)合，能極大地激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自我探究的興趣，使學(xué)生的學(xué)習(xí)活動更主動、更有效。以電氣類專業(yè)為例，目前國內(nèi)高校應(yīng)用廣泛的仿真軟件主要有Multisim，PSPICE，PROTEL，Proteus，MATLAB，PSASP等，這些仿真軟件的功能強(qiáng)大，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，為大學(xué)生開展更廣闊、更深入的自主學(xué)習(xí)活動提供了良好的平臺。以下以自主學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，討論在大學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中引入計算機(jī)仿真的學(xué)習(xí)模式，目的是更好地促進(jìn)大學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動的開展，提高自主學(xué)習(xí)成效。

1 自主學(xué)習(xí)的理論模型

國內(nèi)外學(xué)者從不同角度提出了自主學(xué)習(xí)的觀點(diǎn)和理論模型。[2]比較有代表性的包括麥克庫姆斯自主學(xué)習(xí)模型、巴特勒和溫內(nèi)自主學(xué)習(xí)模型、齊莫曼自主學(xué)習(xí)模型等。[3]麥克庫姆斯的自主學(xué)習(xí)模型比較注重學(xué)習(xí)者的自我評價在自主學(xué)習(xí)過程中的作用，認(rèn)為自我評價將影響自主學(xué)習(xí)的整個過程；巴特勒和溫內(nèi)的自主學(xué)習(xí)模型強(qiáng)調(diào)了反饋信息在自主學(xué)習(xí)中的作用；齊莫曼的自主學(xué)習(xí)模型涉及自我、行為、環(huán)境三者之間的交互作用，并通過計劃階段、行為或意志控制及自我反思3個階段具體實(shí)現(xiàn)。認(rèn)為學(xué)習(xí)者不僅要對內(nèi)在學(xué)習(xí)過程進(jìn)行主動控制和調(diào)節(jié)，而且要能利用外部反饋對學(xué)習(xí)的外在表現(xiàn)和學(xué)習(xí)環(huán)境做出主動調(diào)節(jié)。[4]

自主學(xué)習(xí)是一個很復(fù)雜的過程，其影響因素眾多，要提高自主學(xué)習(xí)的效果，必須實(shí)時監(jiān)控自我的認(rèn)知和情感狀態(tài)，善于運(yùn)用各種策略調(diào)整自我學(xué)習(xí)行為，主動營造和利用學(xué)習(xí)環(huán)境中的物質(zhì)和社會資源。研究自主學(xué)習(xí)的理論模型有助于深入理解和剖析自主學(xué)習(xí)的成分、結(jié)構(gòu)、過程以及影響因素，也是進(jìn)一步探討自主學(xué)習(xí)指導(dǎo)模式的出發(fā)點(diǎn)和理論依據(jù)。

2 大學(xué)生自主仿真學(xué)習(xí)的內(nèi)涵及優(yōu)勢

隨著計算機(jī)仿真技術(shù)在高校教學(xué)中的推廣應(yīng)用，大學(xué)生的學(xué)習(xí)需求發(fā)生了深刻的變化，對于自主學(xué)習(xí)內(nèi)涵也有了新的理解。仿真情景下的大學(xué)生自主學(xué)習(xí)模式是指學(xué)生借助各類仿真軟件平臺，根據(jù)需要學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)，在教師的指導(dǎo)和監(jiān)督下，進(jìn)行自主探究性學(xué)習(xí)的過程。例如，在模擬電子技術(shù)中，反饋放大電路是重要的知識點(diǎn)，內(nèi)容比較抽象，學(xué)生不易理解，若能在思考的同時進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)習(xí)效果必定非常顯著。將Multisim電子仿真軟件引入課程的自主學(xué)習(xí)中，借助Multisim虛擬電子仿真實(shí)驗(yàn)室平臺，學(xué)生不但能完成各類反饋放大器的靜態(tài)、動態(tài)性能分析，設(shè)計性能最佳的反饋放大電路，而且通過形象、生動的仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可加深對理論的理解，自主解決課堂學(xué)習(xí)的困惑，為開展創(chuàng)新性學(xué)習(xí)活動奠定良好的基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)自主學(xué)習(xí)模式相比，自主仿真學(xué)習(xí)模式的主要優(yōu)勢有以下幾點(diǎn)。

2.1 自主仿真學(xué)習(xí)更自主 更有助于提高學(xué)習(xí)效率

在仿真情景下，學(xué)生克服了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式在時間、空間、資金以及一些客觀因素等方面的限制，可隨時隨地運(yùn)用各類仿真軟件進(jìn)行探究性自主學(xué)習(xí)。在仿真軟件平臺下，學(xué)生只需通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)行連接，便可快捷、直觀地獲得學(xué)習(xí)結(jié)果，而這其中包括許多過去無法實(shí)踐或需要較長時間才能完成的學(xué)習(xí)內(nèi)容。自主仿真學(xué)習(xí)更靈活、更高效，真正體現(xiàn)了學(xué)習(xí)的自主性，充分滿足了個性化學(xué)習(xí)的要求。

2.2 自主仿真學(xué)習(xí)讓學(xué)生更主動地參與學(xué)習(xí)過程 更有助于培養(yǎng)探究精神

在仿真情景下，學(xué)生可以基于仿真軟件平臺主動地參與到自主學(xué)習(xí)過程中，從學(xué)習(xí)者逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮髡吆驮O(shè)計者。自主仿真學(xué)習(xí)不僅為學(xué)生提供了一個自由發(fā)揮的空間，更重要的是為學(xué)生發(fā)現(xiàn)、探究問題創(chuàng)造了一定的條件，學(xué)生可以圍繞需要研究的問題充分發(fā)揮想象力，思考多種解決途徑，嘗試不同方法，從而極大地激發(fā)學(xué)生的求知欲，提升學(xué)生自主探究能力。

2.3 自主仿真學(xué)習(xí)更有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)特的學(xué)習(xí)風(fēng)格 提高學(xué)生的創(chuàng)新意識

在仿真情景下，學(xué)生的學(xué)習(xí)活動更加冷靜和理智，能更加主動地選擇適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)方式，培養(yǎng)自己獨(dú)特的學(xué)習(xí)風(fēng)格。自主仿真學(xué)習(xí)不是對學(xué)習(xí)內(nèi)容的簡單復(fù)制，而是學(xué)生根據(jù)自身學(xué)習(xí)需要，完成知識的再創(chuàng)造過程，獲得全新的學(xué)習(xí)成果，提高自我創(chuàng)新能力。

2.4 自主仿真學(xué)習(xí)讓學(xué)生更注重協(xié)作學(xué)習(xí) 團(tuán)隊意識和合作精神

在仿真情景下，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)常采用任務(wù)分解、多人協(xié)作，合作學(xué)習(xí)的模式。合作學(xué)習(xí)可為完成學(xué)習(xí)任務(wù)提供更多思路，也有助于學(xué)生尋找志趣相投的學(xué)習(xí)同伴，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊意識。

3 大學(xué)生自主仿真學(xué)習(xí)的影響因素分析

在仿真情境下，大學(xué)生自主仿真學(xué)習(xí)的主要影響因素包括自我因素、行為因素以及環(huán)境因素三方面，它們之間互為因果，相互影響。

自我因素主要表現(xiàn)在大學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)動機(jī)、情感因素等方面。學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)定為自主學(xué)習(xí)提供導(dǎo)航，監(jiān)控學(xué)習(xí)過程及為學(xué)習(xí)結(jié)果提供評價依據(jù)；學(xué)習(xí)動機(jī)是自主學(xué)習(xí)的內(nèi)在驅(qū)動力，學(xué)習(xí)自主性在很大程度上取決于學(xué)習(xí)動機(jī)水平的高低；緊張、焦慮、沮喪等消極情感狀態(tài)也會直接影響學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)效果及學(xué)習(xí)潛力的發(fā)揮。自我因素還表現(xiàn)在自主學(xué)習(xí)策略的運(yùn)用、學(xué)習(xí)習(xí)慣的培養(yǎng)及性格的塑造等方面。

行為因素主要表現(xiàn)為自我觀察、自我判斷、自我反應(yīng)3個連續(xù)過程。自我觀察是自主仿真學(xué)習(xí)活動的顯著特點(diǎn)，是學(xué)生對仿真學(xué)習(xí)過程進(jìn)行主動、自覺、系統(tǒng)的自我監(jiān)控行為。自我判斷是指學(xué)生將自己的學(xué)習(xí)結(jié)果與學(xué)習(xí)目標(biāo)比較后做出檢查和評價，受自我效能、目標(biāo)特征及自我觀察結(jié)果等因素的影響。自我反應(yīng)常表現(xiàn)為積極的自我反應(yīng)和消極的自我反應(yīng)兩方面。自我肯定、自我積極評價、良好的仿真學(xué)習(xí)環(huán)境、友好的仿真學(xué)習(xí)界面等都是積極的自我反應(yīng)，而自我的消極情緒、仿真學(xué)習(xí)的挫敗感以及仿真軟件使用的復(fù)雜化等都是消極的自我反應(yīng)。

環(huán)境因素主要表現(xiàn)為外界環(huán)境和仿真環(huán)境兩方面。外界環(huán)境因素是指學(xué)生與外界相互作用的因素，包括學(xué)校環(huán)境、教師和其他學(xué)生影響及網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)等方面。功能完備的校園建設(shè)、良好的學(xué)習(xí)風(fēng)氣、融洽的師生關(guān)系、合理的專業(yè)設(shè)置等都是影響學(xué)生完成學(xué)習(xí)目標(biāo)，順利實(shí)施自主學(xué)習(xí)的重要外界環(huán)境因素。教師的教學(xué)理念和方法、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源及同伴的學(xué)習(xí)成效等也會不同程度地影響學(xué)生自主仿真學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。仿真環(huán)境是指仿真軟件平臺下的各種情境對象，例如仿真軟件的安裝環(huán)境、仿真軟件的操作界面、仿真結(jié)果的表現(xiàn)形式、仿真操作流程等。仿真環(huán)境對學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情、學(xué)習(xí)效果有很大的促進(jìn)作用。

4 大學(xué)生自主仿真學(xué)習(xí)的模式

探討具有可操作性的自主學(xué)習(xí)模式是大學(xué)生自主學(xué)習(xí)理論研究面臨的重要課題。[5]仿真是以計算機(jī)為工具，通過建立仿真模型和實(shí)施仿真實(shí)驗(yàn)研究存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)本質(zhì)規(guī)律，是一種特別有效的系統(tǒng)研究手段。[6]在大學(xué)生自主學(xué)習(xí)過程中引入計算機(jī)仿真技術(shù)，采用自主仿真學(xué)習(xí)方法是培養(yǎng)大學(xué)生科學(xué)研究能力和工程實(shí)踐能力的重要途徑。

自主學(xué)習(xí)是一個“學(xué)習(xí)-調(diào)節(jié)-重新學(xué)習(xí)”的循環(huán)調(diào)節(jié)過程。從控制論的角度分析是一個閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因此，可借鑒反饋控制的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合仿真學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，構(gòu)建一種仿真環(huán)境下的自主學(xué)習(xí)模式(如圖1所示）。

圖1 自主仿真學(xué)習(xí)模式

該學(xué)習(xí)模式由學(xué)習(xí)內(nèi)容、仿真學(xué)習(xí)任務(wù)和進(jìn)度設(shè)置、學(xué)習(xí)目標(biāo)、仿真學(xué)習(xí)過程、學(xué)習(xí)成果以及學(xué)習(xí)評價機(jī)制組成，各組成環(huán)節(jié)之間互相聯(lián)系、相互影響。從學(xué)習(xí)模式的結(jié)構(gòu)圖可以看出，該學(xué)習(xí)系統(tǒng)具有自校正功能，類似于控制理論中的模型參考自適應(yīng)控制系統(tǒng)。其中學(xué)習(xí)內(nèi)容是輸入信號，學(xué)習(xí)成果是輸出信號，學(xué)習(xí)目標(biāo)作為檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果的參考模型，只有當(dāng)學(xué)習(xí)成果與學(xué)習(xí)目標(biāo)一致時，可認(rèn)為本次的學(xué)習(xí)活動是成功的。仿真學(xué)習(xí)過程是該學(xué)習(xí)模式的核心，是學(xué)習(xí)者利用不同的仿真軟件平臺，對學(xué)習(xí)內(nèi)容開展的實(shí)踐研究與學(xué)習(xí)過程。學(xué)習(xí)評價機(jī)制是自主仿真學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵，包括結(jié)果性評價規(guī)則(知識的掌握、技能的獲得等)、過程性評價規(guī)則(行為表現(xiàn)、探究水平及創(chuàng)新意識等)以及表現(xiàn)性評價規(guī)則(學(xué)習(xí)態(tài)度、情感投入等)。評價規(guī)則的制定綜合考慮了學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)及進(jìn)度、學(xué)習(xí)能力以及環(huán)境條件等影響因素，使學(xué)生重新學(xué)習(xí)時能充分吸取成功經(jīng)驗(yàn)，更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)過程的修正。

Proteus軟件是一個完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件仿真平臺，支持許多通用微控制器的電路仿真?，F(xiàn)以Proteus仿真在單片機(jī)原理及應(yīng)用課程自主學(xué)習(xí)中的應(yīng)用為例，說明自主仿真學(xué)習(xí)模式的工作過程。例如，需要學(xué)習(xí)內(nèi)容是LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示技術(shù)，學(xué)習(xí)目標(biāo)是掌握數(shù)碼管動態(tài)顯示原理及接口技術(shù)，仿真學(xué)習(xí)任務(wù)是理解數(shù)碼管輪流顯示的過程，掌握接口線路連接及程序編寫方法。仿真學(xué)習(xí)過程主要包括以下幾項(xiàng)。

(1)在Proteus軟件環(huán)境中搭接基于51單片機(jī)的數(shù)碼管動態(tài)顯示的仿真電路。

(2)利用匯編或C語言編寫接口仿真程序。

(3)完成系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試。

仿真學(xué)習(xí)成果包括LED數(shù)碼管動態(tài)顯示電路組建方法，接口程序的編寫及軟硬件調(diào)試技能等。學(xué)生在仿真學(xué)習(xí)后，對其學(xué)習(xí)偏差信息進(jìn)行評價，輸出相應(yīng)的調(diào)整策略，以便執(zhí)行更有針對性的重新學(xué)習(xí)，獲取關(guān)鍵知識信息，積累成功經(jīng)驗(yàn)，從而完成一次學(xué)習(xí)過程的正反饋調(diào)節(jié)。自主仿真學(xué)習(xí)模式借鑒了模型參考自適應(yīng)控制的思想，是一個動態(tài)迭代優(yōu)化的學(xué)習(xí)過程，具有自適應(yīng)特性和良好的穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)的自主學(xué)習(xí)模型相比，由于引入仿真環(huán)節(jié)，極大地提升了自主學(xué)習(xí)效率，激發(fā)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)興趣和取得成功的欲望，是讓他們從事課外自主學(xué)習(xí)的有效方法。

5 結(jié)束語

自主學(xué)習(xí)的能力是當(dāng)今社會對現(xiàn)代大學(xué)生的基本要求。計算機(jī)仿真技術(shù)為大學(xué)生開展創(chuàng)新性自主學(xué)習(xí)創(chuàng)造了很好的條件。借鑒控制理論的相關(guān)思想，建立了大學(xué)生自主仿真學(xué)習(xí)模式，經(jīng)我校自動化專業(yè)部分大學(xué)生的實(shí)踐表明，學(xué)生對理論知識的理解更為深刻，自主學(xué)習(xí)效率和分析、解決問題的能力都得到較大的提升，對大學(xué)生自主學(xué)習(xí)活動有很大的促進(jìn)作用。

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Study on Self-Regulated Simulation Learning Method of College Students

Dong Hongsheng， Li Jianmin， Zhang Zong
Lanzhou Institute of Technology， Lanzhou， 730050， China

To improve the ability of college student's self-regulated learning is an important task for modern education. Based on the analysis of the typical self-regulated learning model， this paper discusses the connotation， advantages and infuence factors of self-regulated learning in simulation circumstances， and builds the college student's self-regulated simulation learning method. The practice shows that the students can effectively improve the effciency of self-regulated learning， and optimize the learning outcomes in the learning method.

college student； self-regulated learning； simulation learning method

2014-10-08

董紅生，博士，教授。

蘭州工業(yè)學(xué)院教學(xué)改革項(xiàng)目“基于自主學(xué)習(xí)能力培養(yǎng)的仿真教學(xué)研究與實(shí)踐”項(xiàng)目資助。