基于多層次強(qiáng)化理論的混合式教學(xué)方法研究
——以程序設(shè)計(jì)為例

楊吉斌，李 陽，趙 斐

（陸軍工程大學(xué) 指揮控制工程學(xué)院，江蘇 南京 210007）

0 引 言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和教育技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源越來越豐富。利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源輔助教學(xué)逐漸成為常態(tài)。在這種情況下，如何在高校更好地開展課堂教學(xué)，成為一個(gè)重要課題。經(jīng)過大量探索實(shí)踐，結(jié)合課堂和網(wǎng)絡(luò)兩者優(yōu)勢的混合教學(xué)方法越來越多地出現(xiàn)在高校中，顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿颓熬癧1]。2003 年一項(xiàng)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，美國大約80%的高校提供了混合式課程[2]，國內(nèi)推廣采用混合式教學(xué)的院校也逐年增多[3]。

混合式教學(xué)并沒有一定之規(guī)，很多學(xué)校和研究人員都探索了其具體形式，出現(xiàn)了翻轉(zhuǎn)課堂、云課堂等多種實(shí)施方式[4-7]。然而，研究表明，在很多情況下，翻轉(zhuǎn)課堂等混合式方法提升教學(xué)效果的程度并不能達(dá)到預(yù)期[8]。例如，當(dāng)課程采用大班教學(xué)時(shí)，教師由于精力有限，無法在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中顧及每位學(xué)生，指導(dǎo)作用相對變?nèi)?；加之原先知識講授的教學(xué)時(shí)間變短，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)不能保證及時(shí)反饋，教學(xué)效果受到一定程度的影響。同時(shí)，混合式教學(xué)要求學(xué)生在課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)上有較高的參與度，需要學(xué)生有較好的自主學(xué)習(xí)能力。然而，很多剛?cè)雽W(xué)的高校新生，尚不適應(yīng)高校課程教學(xué)時(shí)間短、內(nèi)容多的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)過度依賴教師講解，學(xué)習(xí)效果較差。另外，混合式教學(xué)也可能存在翻轉(zhuǎn)形式化、課堂碎片化、網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)走過場等問題。

引入網(wǎng)絡(luò)因素實(shí)現(xiàn)混合式教學(xué)的初衷是提高教學(xué)活動中學(xué)生的主動參與程度，解決教師“滿堂灌”問題。因此，要優(yōu)化混合式教學(xué)效果，最重要的是正確運(yùn)用各種課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)手段，充分發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體作用。

1 學(xué)習(xí)行為的強(qiáng)化理論

人類的學(xué)習(xí)需要體現(xiàn)在具體的學(xué)習(xí)行為上。從行為學(xué)的角度出發(fā)，金布爾等人指出：學(xué)習(xí)是由強(qiáng)化練習(xí)引起的有關(guān)行為潛能的持久性變化[9]。他們認(rèn)為，人類習(xí)得新行為的基本前提就是強(qiáng)化。人或動物為了達(dá)到某種目的，會采取一定的行為作用于環(huán)境。當(dāng)這種行為的結(jié)果有利時(shí)，今后這種行為就會重復(fù)出現(xiàn)；不利時(shí)，這種行為就減弱或消失。通過這種重復(fù)強(qiáng)化，人或動物可以實(shí)現(xiàn)對新行為的學(xué)習(xí)。

從這個(gè)現(xiàn)象出發(fā)，斯金納等人提出了有關(guān)學(xué)習(xí)的強(qiáng)化理論[10]。該理論指出可以按照人的心理過程和行為規(guī)律，強(qiáng)化對行為后果的反饋?zhàn)饔?，?shí)現(xiàn)對行為的導(dǎo)向、規(guī)范作用。由于人具有主觀能動性，可以主動適應(yīng)環(huán)境刺激，利用練習(xí)不斷調(diào)整自己的行為，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)與環(huán)境的正向反饋，強(qiáng)化自己的學(xué)習(xí)效果。雖然強(qiáng)化理論最初是關(guān)于學(xué)習(xí)行為的一個(gè)研究成果，但它通過解釋人在學(xué)習(xí)過程中的行為機(jī)制及人和環(huán)境的交互作用，為改進(jìn)教學(xué)、學(xué)習(xí)方法提供了一種新的視角。

2 多層次強(qiáng)化理論

人類的學(xué)習(xí)具有多個(gè)層次，本杰明·布魯姆認(rèn)為學(xué)習(xí)包含了6 個(gè)層次，即記憶、理解、應(yīng)用、分析、評價(jià)、創(chuàng)新[11]。這6 個(gè)層次由淺到深對應(yīng)學(xué)習(xí)的不同階段。

大學(xué)生在校期間的學(xué)習(xí)，不僅需要完成本專業(yè)知識的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，還要實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方法的轉(zhuǎn)變、學(xué)習(xí)習(xí)慣的養(yǎng)成，完成從知識到能力的準(zhǔn)備。專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，又包含了解專業(yè)術(shù)語、概念，理解基本方法原理，學(xué)習(xí)規(guī)范的實(shí)踐應(yīng)用技能，培養(yǎng)初步的創(chuàng)新能力等諸多內(nèi)容。因此，大學(xué)學(xué)習(xí)具有鮮明的多層次性，這種特點(diǎn)要求大學(xué)的課程教學(xué)具有層次性。教學(xué)的層次性不僅體現(xiàn)在課程體系中，也體現(xiàn)在每門課程的教學(xué)活動中。

大學(xué)階段的基礎(chǔ)課程，側(cè)重于學(xué)生基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，也即分層模型中的基礎(chǔ)層次，因此表1 采用了簡化的分層模型，從4 個(gè)方面，即對客觀世界的認(rèn)知學(xué)習(xí)、對抽象理論的知識學(xué)習(xí)、對實(shí)際應(yīng)用的技能學(xué)習(xí)和高層次綜合能力學(xué)習(xí)等列出了不同層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容、目標(biāo)。

表1 大學(xué)基礎(chǔ)課程學(xué)習(xí)的簡化分層模型

學(xué)習(xí)的層次模型表明，只有實(shí)現(xiàn)多層次的深度學(xué)習(xí)，才能真正達(dá)到提升學(xué)習(xí)能力的效果，實(shí)現(xiàn)能力的培養(yǎng)。如何實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)呢？強(qiáng)化理論給出了一種可行的回答，即利用學(xué)習(xí)和反饋的交互作用，通過強(qiáng)化促進(jìn)學(xué)生高效學(xué)習(xí)。由于在每個(gè)學(xué)習(xí)層次上，學(xué)習(xí)的內(nèi)容不同，目標(biāo)也各不相同，因此在強(qiáng)化學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)和反饋的方式也存在差別。教學(xué)雙方在課堂教學(xué)活動中，需要區(qū)分不同層次的目標(biāo)：教師要為學(xué)生在不同層次上的強(qiáng)化學(xué)習(xí)構(gòu)建合適的學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生要利用學(xué)習(xí)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多層次強(qiáng)化，以實(shí)現(xiàn)個(gè)人在各個(gè)層次上的全面學(xué)習(xí)和進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)專業(yè)能力的培養(yǎng)和終生學(xué)習(xí)的行為訓(xùn)練。

3 基于多層次強(qiáng)化理論的混合式教學(xué)

在混合式教學(xué)過程中，課堂、網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成了一個(gè)更加開放的交互式學(xué)習(xí)環(huán)境，為學(xué)生的強(qiáng)化學(xué)習(xí)提供了更有力的支撐。此時(shí)，不論是課堂教學(xué)還是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)，教師都要緊緊圍繞為學(xué)生提供強(qiáng)化環(huán)境展開活動。

強(qiáng)化可以區(qū)分為積極強(qiáng)化和消極強(qiáng)化，其中積極強(qiáng)化作為一種積極的刺激跟隨行為之后出現(xiàn)，對期望行為的形成作用要顯著大于消極強(qiáng)化（負(fù)強(qiáng)化）的作用。當(dāng)學(xué)習(xí)者經(jīng)過正向強(qiáng)化，在心理上形成一種成就感后，就會更深入地完成后續(xù)學(xué)習(xí)，達(dá)到深度上的提升。常規(guī)的課程學(xué)習(xí)中，如果學(xué)生沒有形成學(xué)習(xí)興趣，教師通常會通過考試制度進(jìn)行鞭策，但通常考試反饋并不及時(shí)，成績評定也多以是否及格為準(zhǔn)則。這實(shí)際是一種負(fù)向懲罰機(jī)制，起不到正向激勵效果，對學(xué)生主動學(xué)習(xí)、能力提升作用有限。而在混合式教學(xué)中，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境的引入，可以更加靈活地設(shè)計(jì)各種學(xué)習(xí)、測試手段，通過線上獎勵、積分等形式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)正向激勵，有助于學(xué)生更好地通過強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

在混合式教學(xué)中，可以從學(xué)習(xí)總目標(biāo)、課程教學(xué)子目標(biāo)以及教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)等多方面優(yōu)化設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生正向強(qiáng)化。

1）學(xué)習(xí)總目標(biāo)的設(shè)計(jì)。

為了提升學(xué)生的自我激勵，教師必須讓學(xué)生清楚認(rèn)識到學(xué)習(xí)的價(jià)值，提高他們對學(xué)習(xí)效果的期望。教師需要清晰地設(shè)計(jì)課程學(xué)習(xí)目標(biāo)，直觀、形象地說明課程在整個(gè)專業(yè)學(xué)習(xí)體系中的地位及對學(xué)生能力提升的作用，并通過線上活動（專業(yè)/課程宣傳網(wǎng)頁等）、線下活動（專業(yè)宣介/教學(xué)聯(lián)系等），闡述課程學(xué)習(xí)目標(biāo)、課程學(xué)習(xí)價(jià)值。

2）循序漸進(jìn)的階段目標(biāo)設(shè)計(jì)。

為達(dá)成課程學(xué)習(xí)總目標(biāo)，強(qiáng)化學(xué)習(xí)理論的核心思想就是每次課的教學(xué)都達(dá)成一個(gè)階段目標(biāo)，并與課程總目標(biāo)緊密掛鉤：每次課解決一個(gè)子問題，所有課程內(nèi)容通過分解后的子問題有機(jī)銜接，逐步加深，構(gòu)成循環(huán)遞進(jìn)的結(jié)構(gòu)，見圖1。學(xué)生通過子目標(biāo)的循環(huán)學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)不同學(xué)習(xí)層次的循環(huán)反饋。在這個(gè)反饋下，學(xué)生的學(xué)習(xí)始終具有明確目標(biāo)，學(xué)生更加清楚每次課學(xué)什么、練什么，從而和教師的教學(xué)活動構(gòu)成整體。

圖1 循序漸進(jìn)的階段目標(biāo)設(shè)計(jì)

3）分層次的內(nèi)容強(qiáng)化設(shè)計(jì)。

（1）認(rèn)知層次的強(qiáng)化設(shè)計(jì)。每門課程都會引入相對完整的概念體系，介紹一些基本常識和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、資料，這些內(nèi)容一般都屬于認(rèn)知層次，在學(xué)生首次接觸時(shí)以了解為主，因此教學(xué)時(shí)可以以網(wǎng)絡(luò)形式為主，在課堂教學(xué)中只講解核心概念、重要常識。同時(shí)，通過隨堂測試、網(wǎng)絡(luò)客觀測試等手段及時(shí)檢查這些以記憶為主的內(nèi)容，達(dá)到強(qiáng)化目的。

（2）知識層次的強(qiáng)化設(shè)計(jì)。深度學(xué)習(xí)要求學(xué)生必須深入理解概念體系中的邏輯關(guān)系和基礎(chǔ)原理，通常這些內(nèi)容都是人類理性發(fā)展的成果結(jié)晶。學(xué)生要在短時(shí)間內(nèi)學(xué)習(xí)理解，必須投入足夠的時(shí)間和精力去專注思考。因此在認(rèn)知層次的基礎(chǔ)上，教師需要通過例證、理論分析、歸納演繹等多種手段進(jìn)行講解。此時(shí)可以通過課堂教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的緊密配合，有效解決學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題。教師可以綜合采用問題引導(dǎo)式、研討式、翻轉(zhuǎn)課堂等形式，通過啟發(fā)學(xué)生思考、解答學(xué)生疑惑來達(dá)成教學(xué)目的。學(xué)生通過成功解答一系列循環(huán)遞進(jìn)的“為什么”問題而達(dá)到強(qiáng)化學(xué)習(xí)效果。

（3）應(yīng)用層次的強(qiáng)化設(shè)計(jì)。知識的應(yīng)用需要建立在一定的實(shí)踐技能基礎(chǔ)之上，應(yīng)用層次的教學(xué)需要區(qū)分不同類型的學(xué)科和教學(xué)方式。在專業(yè)技能教學(xué)過程中，線上的教學(xué)視頻等資源可以為學(xué)生提前學(xué)習(xí)相關(guān)技能奠定基礎(chǔ)，課堂教學(xué)集中解決進(jìn)一步熟練的問題；網(wǎng)絡(luò)模擬實(shí)驗(yàn)（虛擬現(xiàn)實(shí)）的技術(shù)引入也可以讓學(xué)生多次重復(fù)操作、強(qiáng)化能力；而針對學(xué)習(xí)技能的應(yīng)用練習(xí)，教師可以通過專題練習(xí)的方式指導(dǎo)學(xué)生掌握信息資源的渠道、信息資源的使用方法等，讓應(yīng)用學(xué)習(xí)與知識學(xué)習(xí)互相驗(yàn)證、得到強(qiáng)化。

（4）能力層次的強(qiáng)化設(shè)計(jì)。能力提升是教學(xué)的根本目標(biāo)，因此課堂教學(xué)需要引入一些開放性問題和設(shè)計(jì)性實(shí)踐，調(diào)動學(xué)生對已學(xué)內(nèi)容的綜合運(yùn)用。通過對其他層次學(xué)習(xí)成果的反復(fù)運(yùn)用，學(xué)生可以學(xué)會理論分析、客觀評價(jià)和實(shí)踐創(chuàng)新。線上的教學(xué)系統(tǒng)、即時(shí)通信工具也可以成為教師、學(xué)生交流討論這些問題的平臺。每個(gè)問題的解決，都是對能力的提升，也是一種有效的強(qiáng)化。

4）積極強(qiáng)化的方式選擇。

基于強(qiáng)化學(xué)習(xí)的原理，在教學(xué)中需要通過技術(shù)手段、學(xué)習(xí)管理制度等建設(shè)，始終為學(xué)生提供一個(gè)循序漸進(jìn)的多次決策場景，更好地激勵學(xué)生學(xué)習(xí)。為了更好地發(fā)揮激勵效果，可以更多地利用積極強(qiáng)化機(jī)制，當(dāng)學(xué)生做出積極反饋后，利用網(wǎng)絡(luò)平臺及時(shí)強(qiáng)化，以避免學(xué)習(xí)效果的消退。

因此，在具體實(shí)施過程中，可以采用課堂討論、打卡練習(xí)、隨堂測試、課程競賽、實(shí)踐項(xiàng)目等多種線上、線下的方式讓學(xué)生多次練習(xí)，通過口頭表揚(yáng)、積分累計(jì)、平時(shí)成績加權(quán)、競賽獎勵、論文發(fā)表、專利申請等各種成績增加學(xué)生的成就感，促進(jìn)學(xué)生實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

4 教學(xué)實(shí)踐案例

作為一門面向全校學(xué)生的計(jì)算機(jī)公共基礎(chǔ)課，程序設(shè)計(jì)課開設(shè)面大、學(xué)生人數(shù)多，采用傳統(tǒng)教學(xué)方法難以充分調(diào)動學(xué)生的主動學(xué)習(xí)。近年來，課程組實(shí)踐了多種混合式教學(xué)方法，借鑒多層次強(qiáng)化理論，通過明確程序設(shè)計(jì)課程教學(xué)目標(biāo)，積極構(gòu)建多層次的課程資源，利用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境引入便于自主使用的多種測試手段，著力建設(shè)以師生共同解決問題的研討課為主要形式的課堂教學(xué)，以自主學(xué)習(xí)和交互評測為主要形式的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。

1）基于問題導(dǎo)向的內(nèi)容梳理。

程序設(shè)計(jì)課程采用C 語言作為教學(xué)語言。作為一種經(jīng)典的計(jì)算機(jī)編程語言，C 語言語法雖然簡單，但異常靈活，語言自身的知識點(diǎn)較多。在原先的教學(xué)實(shí)踐中，由于以C 語言的邏輯結(jié)構(gòu)組織內(nèi)容，課堂教學(xué)為了覆蓋大量的語法組合方式，內(nèi)容過于瑣碎復(fù)雜，學(xué)習(xí)效果也難以保證。即使使用了網(wǎng)絡(luò)微課資源，學(xué)生也無法在短時(shí)間內(nèi)完全掌握所學(xué)內(nèi)容。

程序設(shè)計(jì)課程的根本目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生基本的編程能力，能用C 語言將初步的算法、思路予以實(shí)現(xiàn)。圍繞著這個(gè)根本目標(biāo)，我們將整個(gè)教學(xué)實(shí)施過程轉(zhuǎn)變?yōu)椴粩鄰?qiáng)化編程實(shí)踐的過程，將課程教學(xué)內(nèi)容按照編程中的子問題進(jìn)行分解，設(shè)計(jì)了“如何讓計(jì)算機(jī)運(yùn)行程序”“如何實(shí)現(xiàn)循環(huán)”“如何表示批量數(shù)據(jù)”等專題。在這些專題中，分解出依次遞進(jìn)的子目標(biāo)，課堂教學(xué)重點(diǎn)也從語法知識轉(zhuǎn)變?yōu)槿绾芜\(yùn)用語法規(guī)則編寫程序。通過課程內(nèi)容的層層深入，學(xué)生能夠由淺入深學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)方法，更加符合學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律。

2）基于多層次目標(biāo)的資源建設(shè)。

為支撐課程多層次的強(qiáng)化教學(xué)，課程組一方面梳理C 語言的知識點(diǎn)，繪制知識樹圖，為每個(gè)知識點(diǎn)攝制相應(yīng)的微課資源，滿足學(xué)生認(rèn)知層次上的基本學(xué)習(xí)需要；另一方面，梳理建設(shè)了涵蓋所有內(nèi)容的習(xí)題資源，配合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)和課堂教學(xué)使用。建設(shè)的習(xí)題資源根據(jù)層次角度而不是傳統(tǒng)的難易程度來區(qū)分習(xí)題屬性，每個(gè)題目均配有詳細(xì)的答案講解。這樣教師可以方便地通過練習(xí)設(shè)置評測環(huán)境，學(xué)生也可以通過高頻度的組合練習(xí)，體會到知識逐步積累的成就感。即使是困難問題，學(xué)生也可以通過語法常識題的反復(fù)鞏固、語法解析題的精講練習(xí)、編程設(shè)計(jì)題的綜合實(shí)踐等針對性練習(xí)，更加準(zhǔn)確地判斷自己對知識的掌握程度，更主動尋找解決途徑。

3）支撐強(qiáng)化學(xué)習(xí)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

程序設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要大量編程實(shí)踐支撐。傳統(tǒng)教學(xué)過程主要依賴課堂實(shí)驗(yàn)教學(xué)和課后自主練習(xí)完成實(shí)踐訓(xùn)練。但學(xué)生在學(xué)習(xí)中，特別是剛開始學(xué)習(xí)時(shí)，會遇到很多問題，這些問題會極大地?fù)p傷他們的學(xué)習(xí)熱情。在課堂上教師無法一對一進(jìn)行講解答疑。因此在教學(xué)中采用在線評測（Online Judge）系統(tǒng)，提升教師評閱的效率，快速了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況；進(jìn)一步將習(xí)題庫集成到在線評測系統(tǒng)，為學(xué)生復(fù)習(xí)鞏固、備考等級考試、競賽訓(xùn)練各層次學(xué)習(xí)提供統(tǒng)一的測試環(huán)境。同時(shí)，利用微信小程序等功能，設(shè)計(jì)打卡練習(xí)環(huán)境，為學(xué)生提供定制的練習(xí)服務(wù)，促使學(xué)生利用零碎時(shí)間完成練習(xí)，保持學(xué)習(xí)熱情。

通過借鑒多層次強(qiáng)化理論，我們綜合運(yùn)用上述手段，有效地促進(jìn)了課程教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣也穩(wěn)步得到提升。

5 結(jié) 語

從學(xué)習(xí)的行為理論分析出發(fā)，利用多層次強(qiáng)化理論對實(shí)施混合式教學(xué)提出了一些可行的建議，并在實(shí)際的程序設(shè)計(jì)教學(xué)過程中進(jìn)行了實(shí)踐，取得了一定的改善效果。下一步，筆者還將進(jìn)一步研究多層次強(qiáng)化理論在混合式教學(xué)實(shí)踐過程中，課堂和網(wǎng)絡(luò)不同教學(xué)組合方式強(qiáng)化作用的發(fā)揮、強(qiáng)化環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)、強(qiáng)化效果評估等問題。