正交試驗(yàn)設(shè)計優(yōu)化加涅九步教學(xué)方案的應(yīng)用研究

宋曉燕,劉寶林,宋丹萍,盧　莎

(1.上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院,上海 200093; 2.上海理工大學(xué) 教務(wù)處,上海 200093;3.上海理工大學(xué) 科技處,上海 200093)

教學(xué)設(shè)計是根據(jù)教學(xué)大綱的要求和學(xué)生的特點(diǎn),將教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)方法、教學(xué)步驟以及教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)等有序的結(jié)合起來制定成可執(zhí)行的教學(xué)方案。教學(xué)方案的完整性很容易實(shí)現(xiàn),但是科學(xué)性卻很難把握,也很難評估,尤其是自我評估。創(chuàng)新是我國科技和教育發(fā)展的一個主旋律,因此,如何以人本教育為基本原則通過現(xiàn)代交互式教學(xué)培養(yǎng)高水平應(yīng)用性人才,是教育工作者需要深入思考的一個問題,也是必須要面對的一道難題。為此,我國各個大學(xué)的不同學(xué)科(例如英語、食品科學(xué)、化學(xué)等)相繼根據(jù)本學(xué)科的教學(xué)特點(diǎn)對教學(xué)方法進(jìn)行了優(yōu)化[1-3]。其中,正交試驗(yàn)設(shè)計分析法的效果較為明顯,然而,由于受到學(xué)科特點(diǎn)的局限性,目前還沒有一個通用的正交試驗(yàn)設(shè)計分析方法可以供大家借鑒。為了提高教師教學(xué)方案的設(shè)計能力,提高上海市整體本科教育教學(xué)質(zhì)量,2013年上海市教委對市屬高等學(xué)校提出了多種要求,也啟動了新教師專題培訓(xùn)項(xiàng)目,截至2016年12月29日已經(jīng)有7期。新教師入職培訓(xùn)基于新教師的職崗任務(wù)與勝任要求,設(shè)計了“宏觀視野”“技能精練”“素質(zhì)養(yǎng)成”三大學(xué)習(xí)模塊。通過系統(tǒng)全面的入職培訓(xùn),旨在幫助新入職教師具有崇高的職業(yè)理想、良好的職業(yè)道德、必備的學(xué)術(shù)規(guī)范與心理素養(yǎng),樹立先進(jìn)的教育理念,形成一定的教學(xué)教育技能,提升科研、人文等綜合職業(yè)素養(yǎng),為其今后的教師生涯發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)[4]。加涅九步教學(xué)法作為本項(xiàng)目的必修課之一,要求教師在培訓(xùn)后能夠靈活運(yùn)用,因?yàn)樗m用于任何學(xué)科。

加涅九步教學(xué)法由美國當(dāng)代著名的教育心理學(xué)家和杰出的教學(xué)設(shè)計理論家羅伯特·米爾斯·加涅(Robert Mills Gagne,1916—2002)設(shè)計,他的教學(xué)設(shè)計思想比較豐富,尤其是對教學(xué)事件和教學(xué)過程有獨(dú)特的見解。加涅九步教學(xué)法的具體教學(xué)事件和順序請見參考文獻(xiàn)[5]中的引文部分。然而,九大教學(xué)事件的順序、所需時間以及所采用的教學(xué)技術(shù)都并非一成不變,需要教師根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整[6-7]。靈活運(yùn)用加涅九步法要求教師能夠從學(xué)校硬件設(shè)施、專業(yè)、課程時間、心理學(xué)以及學(xué)生特點(diǎn)幾個角度綜合考慮。盡管該方法幾乎適用于所有學(xué)科,但是,要想找到最佳的教學(xué)方案卻絕非易事,需要通過多次教學(xué)試驗(yàn)的嘗試和總結(jié)。然而,這樣的工作幾乎不可能完成,例如,如果每個教學(xué)事件需要考慮5個因素,那么九步一共需要考慮45個因素,按照最簡單的排列組合,每門課程一共需要的教學(xué)重復(fù)次數(shù)最少為59=1 953 125。如果再考慮各個教學(xué)事件之間的先后順序以及主次順序,需要重復(fù)的次數(shù)會更多,將是更加繁重的任務(wù),也需要花費(fèi)大量的財力和人力。為了使此過程變得簡單易行,本文引入了正交試驗(yàn)評估法,幫助教師在短時間內(nèi)找出適合自己的最佳教學(xué)方案。

一、加涅九步法正交評估試驗(yàn)的設(shè)計

(一)明確教學(xué)方案評估指標(biāo)

教學(xué)過程質(zhì)量好壞的評價指標(biāo)有很多,可以是學(xué)生對知識點(diǎn)的記憶程度、學(xué)生對知識的運(yùn)用能力、學(xué)生與教師之間的互動情況以及教師預(yù)期的其他目的(如氣氛活躍、高出勤率和學(xué)生的認(rèn)可度等)。確定好了評估指標(biāo)之后,教師需要找到一個方法對考核指標(biāo)的好壞量化,常用的方法是打分。

(二)確定評估因素和因素的水平

對于加涅九步法而言,評估因素是確定的,分別是引起注意、告訴目標(biāo)、回憶先前學(xué)習(xí)、呈現(xiàn)刺激、提供學(xué)習(xí)指導(dǎo)、引發(fā)業(yè)績、提供反饋、評估業(yè)績、增強(qiáng)保持與遷移。因素的水平可以分別為言語信息、智力技能、認(rèn)知策略、態(tài)度、動作技能等。此時的評估因素數(shù)為9,水平數(shù)均為5。此外,因素的水平數(shù)可以根據(jù)具體情況做增加或減少,例如可以增加“多媒體技術(shù)使用”和“課堂環(huán)境”等。此時的評估因素數(shù)為9,水平數(shù)均為7。

(三)選正交表,設(shè)計表頭

新教師對加涅九步法的掌握也并非完全陌生,因此,沒有必要對所有的因素和水平都進(jìn)行評估,尤其是對大學(xué)物理和高等數(shù)學(xué)這類比較經(jīng)典的公共課[8]。所以,在選擇表頭的時候只需選擇自己最沒有把握的若干因素和水平即可。目前作者所在的學(xué)校每學(xué)期共有16～18個教學(xué)周。我們希望能有一半時間摸索,一半時間驗(yàn)證優(yōu)化。因此,課題組一般重點(diǎn)考慮其中的四個教學(xué)事件,因素水平選擇每個教學(xué)事件相關(guān)度最大的三個習(xí)得性能。這樣所選擇的正交表為L9(34),只需要9次課便可得出具有參考意義的結(jié)果,如表1所示。

表1　加涅九步法正交評估的表頭設(shè)計(舉例)Tab.1　Header of the orthogonal design for optimizing the Gagne’s Nine-step teaching approach(Model)

其中,A、B、C和D分別代表任意選擇的四個需要評估的教學(xué)事件,這里分別選取“引起注意”“告訴目標(biāo)”“回憶先前學(xué)習(xí)”和“呈現(xiàn)刺激”。

(四)評估試驗(yàn)方案的確定

任取四個評估因素并對每個評估因素任意選取三個水平之后,所需要開展的試驗(yàn)方案如表2所示。

表2　加涅九步法正交評估試驗(yàn)方案(舉例)Tab.2　Experimental scheme of the orthogonal designfor optimizing Gagne’s Nine-stepteaching approach(Model)

其中,A、B、C和D所在列的1、2和3分別代表所在列考察因素的不同水平,這里分別選取“智力技能”“認(rèn)知策略”和“態(tài)度”。為了最大可能性的反映學(xué)生的客觀情況,試驗(yàn)自始至終,一直以正常課堂為背景,不讓學(xué)生意識到他們是試驗(yàn)對象,否則學(xué)生會刻意的強(qiáng)化自己認(rèn)為非常重要的方面,這樣不利于得到有效的數(shù)據(jù)。例如,如果一位平時不愛發(fā)言的學(xué)生得知本學(xué)期的課程均屬于試驗(yàn)課堂,他們會說服自己多發(fā)言多討論。這樣會嚴(yán)重影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。分?jǐn)?shù)列的值為本組試驗(yàn)所得分?jǐn)?shù)。

二、加涅九步法正交評估試驗(yàn)的結(jié)果分析

(一)單因素的水平重要性分析

正交試驗(yàn)結(jié)果的讀取法在這里不做闡述,請參考李云雁和胡傳榮編著的《試驗(yàn)設(shè)計與數(shù)據(jù)處理》第二版第六章[9]。

表3　試驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果Tab.3　Experimental scheme and results

由表3、表4和表5(見下頁)可知,對于隨機(jī)選取的四個評估因素,影響預(yù)期教學(xué)效果的主次因素依次為“告訴目標(biāo)”“回憶先前學(xué)習(xí)”“呈現(xiàn)刺激”和“引起注意”,說明讓學(xué)生明白本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)最關(guān)鍵。換而言之,對于本課程而言,“教”與“學(xué)”誰起主導(dǎo)作用,“教什么”和“學(xué)什么”也必須先搞清楚。通常,很多人都認(rèn)為教師才是一堂課的主角,但忽視了教育學(xué)生才是最終目的。之所以兩者之間存在這么明顯的矛盾,是因?yàn)榇蠹伊?xí)慣性的以責(zé)任來評估一堂課,更喜歡以教學(xué)效果來評估責(zé)任該由誰來承擔(dān)。其實(shí),教授與學(xué)習(xí)究竟誰該處于主導(dǎo)地位取決于教學(xué)的目的。如果評估結(jié)果以授課和解惑為依據(jù),教授的作用應(yīng)該是主導(dǎo)的,因?yàn)榻處煴仨毘綄W(xué)生的思維境界。如果以創(chuàng)新為依據(jù),學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度應(yīng)該起主導(dǎo)作用,因?yàn)閯?chuàng)新要在教師傳授的基礎(chǔ)上自己加以發(fā)散和應(yīng)用。因此,“告訴目標(biāo)”應(yīng)該是教師在正式上課前必須完成的工作。

表4　試驗(yàn)結(jié)果分析ⅠTab.4　Analysis of the experimental results Ⅰ

表5　試驗(yàn)結(jié)果分析ⅡTab.5　Analysis of the experimental results Ⅱ

第二個重要的因素是“回憶先前學(xué)習(xí)”,也就是要求學(xué)生有一定的基礎(chǔ),換而言之,就是上節(jié)課接收了多少。接著要求教師能很好地刺激學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,尤其是對于概念性比較強(qiáng)的課程。最后是“引起注意”。當(dāng)然,本次結(jié)果并不能代表所有的學(xué)科,尤其是在學(xué)生差異性很大的條件下。此外,試驗(yàn)課程(“制藥化工原理”和“食品物性學(xué)”)屬于考查課還是考試課對結(jié)果也有一定的影響。但是,作為評估一種教學(xué)方法和理念的先進(jìn)性或者與目標(biāo)教學(xué)思想的接近程度上具有一定的借鑒意義。

本次正交實(shí)驗(yàn)得出這樣的結(jié)論與傳統(tǒng)的教學(xué)理念有非常大的關(guān)系。學(xué)生都是00后,他們從小就是優(yōu)秀的信號接收器。如果在上課的時候教師沒有給出明確的授課重點(diǎn)和難點(diǎn)列表,大部分學(xué)生都難以把握本節(jié)課的邏輯和節(jié)奏。例如,在“制藥化工原理”的課堂上,相對于工程熱物理學(xué)科的學(xué)生而言,食品專業(yè)的學(xué)生數(shù)學(xué)功底較差,很容易把難點(diǎn)理解為重點(diǎn),把難以理解的公式作為重點(diǎn)考試內(nèi)容看待,大部分精力耗費(fèi)在公式的推導(dǎo)過程中,卻把關(guān)鍵的操作單位設(shè)計方法忽略。再例如,為學(xué)生講授對流換熱章節(jié)時,學(xué)生面對雷諾數(shù)、努賽爾特準(zhǔn)數(shù)、普蘭特準(zhǔn)數(shù)等一大串一般準(zhǔn)數(shù)容易頭暈?zāi)X漲,如果告訴他們本節(jié)的目的是要求考試時會選擇公式即可,本堂課的氣氛和聽課效果會好很多。不僅如此,學(xué)生們輕松的心情加上豐富的創(chuàng)造力會讓教師收到意外的收獲。

然而,俗話說:巧婦難為無米之炊。因此,告知學(xué)生本門課的重點(diǎn)和目標(biāo)之后,需要一個很好的過渡才能順利進(jìn)入課堂。此時,教師可以通過引導(dǎo)學(xué)生回憶先前學(xué)習(xí)過的知識與本節(jié)課無縫銜接起來。不僅在“制藥化工原理”的課堂上,“食品物性學(xué)”也同樣需要學(xué)生不斷地通過回顧舊知識來正確理解新知識。例如,在講授微生物概念之前,會引導(dǎo)學(xué)生回顧“生物”的概念,然后通過米與納米等不同尺寸間的數(shù)量級差異讓學(xué)生受到一定的刺激,感受微生物世界的神奇,從而達(dá)到“引起注意”的目的。

(二)最佳試驗(yàn)方案組合的分析

由表3還可看出,對于本門課程,最佳的教學(xué)方案是在“引起注意”“告訴目標(biāo)”“回憶先前學(xué)習(xí)”和“呈現(xiàn)刺激”四個教學(xué)事件過程中分別著重考慮培養(yǎng)學(xué)生的“智力技能”和“認(rèn)知能力”。這樣的教學(xué)方案不僅要求教師能恰到好處地根據(jù)學(xué)生的智力水平制訂“引起注意”和“告訴目標(biāo)”的方案,還要求教師憑借豐富的經(jīng)驗(yàn)或者系統(tǒng)的設(shè)計讓學(xué)生打開腦洞?！爸扑幓ぴ怼笔且婚T理論性較強(qiáng)的學(xué)科,為了能快速激發(fā)學(xué)生回憶起先前學(xué)過的知識并對新知識產(chǎn)生興趣,特別準(zhǔn)備了豐富的生活案例。例如,在講授熱傳導(dǎo)、熱對流與熱輻射三者的區(qū)別時,通過“餃子怎么才能熟的快一點(diǎn)”為話題,讓學(xué)生踴躍參與討論和回答環(huán)節(jié),然后通過學(xué)生發(fā)言與教師引導(dǎo)剖析的適度穿插達(dá)到講授的目的。

此外,本部分需要特別說明的是對“最佳”兩個字的解釋。在本次試驗(yàn)中,顯然最佳方案組合是為了獲得最高的打分。然而,在得到分?jǐn)?shù)表的時候不妨以辯證的方法重新解讀下這個最佳方案。例如,可以提出“最佳方案一定是最好的,或者說是我們真正期望的嗎?”“最佳方案組合對某個因素而言一定是最佳的嗎?”“我們的評分標(biāo)準(zhǔn)是否本來就存在缺陷?”等問題。戴上這些“有色眼鏡”后,最佳方案的結(jié)果雖然最吻合于評判標(biāo)準(zhǔn),卻發(fā)現(xiàn)了其他問題,例如:1)這樣的方案恰恰表明學(xué)生的創(chuàng)新能力有待大幅度提升,我們的教學(xué)模式還在骨子里存在問題;2)學(xué)生之間的差異性是很大的,社會也希望學(xué)生的個體差異性繼續(xù)保持甚至更大一些,如果存在了最佳方案,學(xué)生的差異性誰來負(fù)責(zé)?3)也許根本不存在最佳方案,或許我們的教學(xué)理念和宗旨存在缺陷。

總之,目的決定了最佳方案的存在性與可接受程度。因此,在使用正交實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計教學(xué)模式之前,需要一個很明確的目的來評估或者約束打分標(biāo)準(zhǔn)。只有如此,才能保證無論實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是好是壞,取得的都是有用的數(shù)據(jù)。

三、結(jié)論

加涅九步教學(xué)法是美國著名心理學(xué)家羅伯特·米爾斯·加涅(Robert Mills Gagne,1916—2002)結(jié)合科學(xué)心理學(xué)和教育學(xué)設(shè)計的一套教學(xué)理論,此方法可行性強(qiáng)、適用面廣而且簡潔易懂。然而,要想達(dá)到非常好的教學(xué)效果,要求教師根據(jù)自身特點(diǎn)、課程特點(diǎn)、教學(xué)硬件條件和學(xué)生特點(diǎn),總結(jié)出一套最適用于自己的加涅九步法[10],此過程的工作量巨大,過程也很漫長。因此,本文提出了一種快速有效的正交試驗(yàn)評估法,幫助教師盡快找到指定課程的最佳教學(xué)方案,并舉例描述了此方法的基本原理和使用方法。同時,本文也闡明了利用辯證法看待正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計所得結(jié)果的客觀價值的意義,希望對相關(guān)教育工作者具有參考價值。受到篇幅限制和文章重心約束,本文沒有對加涅九步教學(xué)正交評估法做非常詳細(xì)的介紹,我們會在后敘文章中做更為深入的解讀和糾正。

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