考慮行為主義實(shí)踐元素的新工科實(shí)踐教學(xué)方案研究

李志勇，萬輝

（中南大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院，長沙 410083）

行為主義學(xué)派即刺激-反應(yīng)理論主張：（1）心理學(xué)本質(zhì)上是行為科學(xué)，研究目的是尋求預(yù)測與控制行為的途徑。（2）研究對(duì)象是人的行為，即“客觀觀察所能獲得的并對(duì)所有人都清楚的東西”。行為主義特色鮮明地強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)操作的客觀性，把所處環(huán)境看成刺激，把有機(jī)體相關(guān)行為看作反應(yīng)，認(rèn)為所有行為都是習(xí)得的。斯金納在行為主義學(xué)習(xí)理論的發(fā)展中進(jìn)一步指出：刺激和反應(yīng)之間的聯(lián)結(jié)叫做強(qiáng)化，把強(qiáng)化的組合按所需行為的方向逐次改變，可通過塑造過程的一些連續(xù)階段得到極復(fù)雜的行為。

行為主義學(xué)習(xí)理論已被廣泛運(yùn)用于教育實(shí)踐，提倡為學(xué)生創(chuàng)造恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)環(huán)境，在教學(xué)模式上追求最大程度地強(qiáng)化學(xué)生的合適行為，消除不合適行為，即教師要在教學(xué)中盡可能提供充足的正強(qiáng)化物并減少負(fù)強(qiáng)化物。行為主義學(xué)習(xí)理論旺盛的生命力使其延續(xù)不竭，在諸多教育教學(xué)領(lǐng)域產(chǎn)生過重大的影響，通過設(shè)置刺激（提問）—反應(yīng)（回答）—強(qiáng)化（確認(rèn)）等教學(xué)環(huán)節(jié)，在英語單詞記憶、古詩詞學(xué)習(xí)等方面均已取得了良好的教學(xué)效果。

針對(duì)未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)對(duì)新工科人才的培養(yǎng)需求，必須強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的改革與創(chuàng)新，才能通過對(duì)各種專業(yè)實(shí)踐認(rèn)知，改善學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解深度，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力，提升投身社會(huì)發(fā)展、國家建設(shè)創(chuàng)造價(jià)值的學(xué)以致用的綜合素質(zhì)。為了達(dá)成知識(shí)-能力-素質(zhì)三位一體的培養(yǎng)目標(biāo)，扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)實(shí)踐教學(xué)重建設(shè)、輕教育的局面，應(yīng)以學(xué)生為中心，讓大學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中自覺地“習(xí)得”知識(shí)、能力和素質(zhì)，使國家、社會(huì)和學(xué)校等投入大量資金所建設(shè)的實(shí)踐基地發(fā)揮最大的作用。本文借鑒行為主義學(xué)習(xí)理論及其實(shí)踐元素，對(duì)新工科高校的實(shí)踐教學(xué)提出一個(gè)簡單易行、可考量的實(shí)踐教學(xué)解決方案。

一、行為主義學(xué)習(xí)理論及其實(shí)踐元素的思考

行為主義秉承了實(shí)證主義的哲學(xué)觀點(diǎn)。首先描述一切可能觀察到的事實(shí)，然后根據(jù)事實(shí)發(fā)生的頻度和概率，演繹出反映事實(shí)中刺激-反應(yīng)因果關(guān)系的規(guī)則，最終用于達(dá)到預(yù)測和控制自然的目的?？梢姡袨橹髁x對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)行為有較好的合理性闡釋，在一定條件下對(duì)教育實(shí)踐改革有積極的指導(dǎo)作用。

在教學(xué)實(shí)踐中，不能簡單地對(duì)行為主義學(xué)習(xí)理論進(jìn)行教條應(yīng)用。行為主義理論本身也是一個(gè)不斷發(fā)展的過程，如斯金納所提的操作條件性刺激就是對(duì)簡單的應(yīng)答性行為的發(fā)展，使之更加適合復(fù)雜的教學(xué)過程。斯金納還認(rèn)為，學(xué)習(xí)是一門科學(xué)，學(xué)習(xí)過程是循序漸進(jìn)的過程；教學(xué)則是一門藝術(shù)，是把學(xué)生與教學(xué)大綱結(jié)合起來的藝術(shù)，是安排可能強(qiáng)化的事件來促進(jìn)學(xué)習(xí)，教師起著監(jiān)督者或中間人的作用。在新工科背景形勢下，須大力提升對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和科學(xué)家精神的培養(yǎng)。大學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)學(xué)習(xí)行為不是單純的刺激與反應(yīng)的簡單聯(lián)結(jié)、也不是一種被動(dòng)的知識(shí)接受過程、更不是重復(fù)性實(shí)踐操作行為的強(qiáng)化。

本文重點(diǎn)考慮以下三個(gè)行為主義實(shí)踐元素——教學(xué)對(duì)象分析、教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)性測試，如圖1 所示，使其在“教”與“學(xué)”中相向而行碰撞產(chǎn)生“創(chuàng)造力”，實(shí)現(xiàn)1+1 大于2 的突破。教學(xué)對(duì)象分析就是對(duì)當(dāng)今時(shí)代背景下新工科大學(xué)生在學(xué)習(xí)上的特點(diǎn)的調(diào)研與分析，如學(xué)習(xí)方法、學(xué)習(xí)習(xí)慣和興趣動(dòng)機(jī)等；教學(xué)內(nèi)容的組合設(shè)計(jì)就是按既定的知識(shí)-能力-素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)和方向，將實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容劃分為符合合理順序的連續(xù)階段，經(jīng)過大學(xué)生人腦的加工，對(duì)實(shí)踐感知內(nèi)容予以條理化和概括化，形成對(duì)客觀世界本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，落實(shí)到極復(fù)雜的新工科知識(shí)技能的習(xí)得行為；實(shí)驗(yàn)性測試是在最大程度上強(qiáng)化大學(xué)生在實(shí)踐教學(xué)中的合適行為，消除不合適行為，也就要求教師因地制宜及時(shí)提供充足的正強(qiáng)化物。

圖1 行為主義實(shí)踐元素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系

（一）教學(xué)對(duì)象分析

在從大二升大三、從大三升大四的節(jié)點(diǎn)上，新工科大學(xué)生必須完成認(rèn)知實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)和專業(yè)工程訓(xùn)練等實(shí)踐環(huán)節(jié)。從新工科高校培養(yǎng)方案的布局上來看，大二主要開展相關(guān)工科專業(yè)基礎(chǔ)課的學(xué)習(xí)，而大三則全面開展各門專業(yè)課的學(xué)習(xí)，到了大四，在補(bǔ)充深化特色專業(yè)課的同時(shí)，還要開展畢業(yè)設(shè)計(jì)的研究工作。從大學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容知識(shí)的角度來看，一方面前、后知識(shí)之間具有較強(qiáng)的遞階關(guān)聯(lián)性，另一方面不同階段的知識(shí)類型也存在著較大差異。從能力和素質(zhì)要求角度來看，大三大四階段是運(yùn)用所掌握的專業(yè)知識(shí)，鍛煉創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學(xué)科競賽等動(dòng)手、創(chuàng)新能力的關(guān)鍵時(shí)期。

隨著知識(shí)和能力培養(yǎng)目標(biāo)的不斷深化和提高，學(xué)生的學(xué)習(xí)方法、習(xí)慣和主觀能動(dòng)性等需要做適應(yīng)性改變，以往傳統(tǒng)的背公式、刷習(xí)題等死記硬背學(xué)習(xí)方法，根本無法達(dá)到預(yù)期的學(xué)習(xí)效果。尤其是在實(shí)踐學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)方面，本來就沒有什么“金科玉律”一般的既定范本，如何激發(fā)學(xué)生實(shí)踐學(xué)習(xí)的興趣、引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)建立良好的學(xué)習(xí)方法和習(xí)慣，行為主義關(guān)于學(xué)習(xí)的一般規(guī)律值得挖掘和借鑒，其將學(xué)習(xí)劃分為四個(gè)階段即習(xí)得—條件強(qiáng)化—泛化作用—消退作用。

如果一個(gè)操作發(fā)生后，接著給予一個(gè)刺激，那么其強(qiáng)度會(huì)增強(qiáng)。在強(qiáng)化某一反應(yīng)時(shí)，帶有相同因素的其他反應(yīng)也會(huì)加強(qiáng)。也就是說，通過實(shí)踐教學(xué)構(gòu)造合適的場景，能夠?qū)η懊嫠鶎W(xué)的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行強(qiáng)化，使對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課程的認(rèn)知水平得到提升，進(jìn)而在泛化作用下，提高對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)效果，也為其創(chuàng)造性思維打下良好的基礎(chǔ)。反之，當(dāng)某種操作性行為形成后，如果沒有開展行之有效的實(shí)踐教學(xué)，也就是錯(cuò)失連續(xù)強(qiáng)化，那么這種操作性行為就會(huì)發(fā)生消退，學(xué)生的學(xué)習(xí)效果會(huì)陷入眼高手低的怪圈。

依據(jù)上述新工科大學(xué)生知識(shí)能力培養(yǎng)需求的特點(diǎn)，高校實(shí)踐教學(xué)應(yīng)強(qiáng)調(diào)對(duì)專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課的具象性與可觀察性，除了加強(qiáng)緊扣專業(yè)知識(shí)的實(shí)踐儀器、設(shè)備和環(huán)境等硬件資源條件建設(shè)外，更需要依據(jù)行為主義的“操作性學(xué)習(xí)”理論，將實(shí)踐基地資源變?yōu)榇髮W(xué)生鞏固專業(yè)知識(shí)激發(fā)創(chuàng)造力的強(qiáng)化環(huán)境。

（二）教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)

行為主義學(xué)習(xí)理論提出學(xué)習(xí)的本質(zhì)是刺激與反應(yīng)的聯(lián)結(jié)、條件與動(dòng)作的聯(lián)結(jié)。對(duì)于新工科大學(xué)生的學(xué)習(xí)而言，實(shí)踐教學(xué)是上述的聯(lián)結(jié)刺激和條件。隨著行為主義理論不斷發(fā)展，研究指出復(fù)雜技能的知識(shí)或知識(shí)結(jié)構(gòu)能夠分解為簡單聯(lián)結(jié)的組合，也就是說實(shí)踐教學(xué)必須強(qiáng)調(diào)將復(fù)雜行為分解成較簡單成分的任務(wù)，細(xì)化分析和組織大學(xué)生的學(xué)習(xí)行為目標(biāo)順序。

新工科是一種卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃，不是死記硬背的專業(yè)領(lǐng)域。基于行為主義的學(xué)習(xí)觀，新工科大學(xué)生培養(yǎng)過程包括從術(shù)語概念認(rèn)知、公式定理推導(dǎo)、工程問題解決到創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)素質(zhì)培養(yǎng)的全鏈條，實(shí)踐教學(xué)過程可視為其中一段不斷試誤和探索的培養(yǎng)環(huán)節(jié)。例如，在高新企業(yè)的生產(chǎn)實(shí)習(xí)中，通過大量、重復(fù)的練習(xí)，會(huì)形成符合前沿技術(shù)生產(chǎn)要求的行為習(xí)慣，幫助學(xué)生減少散亂、無序的反應(yīng)，逐步形成有組織、確定的反應(yīng)。再如，學(xué)生普遍反映通過實(shí)訓(xùn)作業(yè)，專業(yè)認(rèn)知效果明顯，這就是試誤學(xué)習(xí)律的較好體現(xiàn)。

由于實(shí)踐教學(xué)對(duì)學(xué)生掌握知識(shí)和運(yùn)用知識(shí)起到了必要的串聯(lián)作用，也就意味著實(shí)踐教學(xué)的內(nèi)容設(shè)計(jì)首先要符合課程群的培養(yǎng)目標(biāo)要求，也就是說是一系列知識(shí)點(diǎn)的繼承和升華；其次，新工科大學(xué)生還十分重視計(jì)算、仿真和作圖等技能的形成和發(fā)展，須在實(shí)踐教學(xué)中，以一定數(shù)量的反復(fù)訓(xùn)練為基礎(chǔ)，設(shè)置一定的強(qiáng)化要素，使刺激（代表工程問題的數(shù)據(jù)信息）與反應(yīng)（故障診斷與狀態(tài)評(píng)估）之間不斷建立穩(wěn)固的聯(lián)結(jié)；在知識(shí)-能力培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，通過引進(jìn)時(shí)代背景、科技前瞻前沿和實(shí)際工程案例，在實(shí)踐中開設(shè)主題研討互動(dòng)式教學(xué)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生在實(shí)踐環(huán)節(jié)中激發(fā)創(chuàng)新性思維、萌生創(chuàng)新性好點(diǎn)子、孕育科教興國的夢(mèng)想和追求。

（三）實(shí)驗(yàn)性測試

實(shí)驗(yàn)性測試可以對(duì)學(xué)生行為產(chǎn)生一個(gè)客觀的、可觀測的反饋結(jié)果，行為主義的操作性條件反射概念正是通過實(shí)驗(yàn)性測試總結(jié)出的學(xué)習(xí)規(guī)律——行為結(jié)果能增強(qiáng)操作行為發(fā)生概率的情況叫做強(qiáng)化；反之，行為結(jié)果使操作行為傾向減弱的情況叫做懲罰和消退。推而廣之，大多數(shù)人的行為、條件作用或?qū)W習(xí)都是操作性強(qiáng)化的結(jié)果，通過直接控制強(qiáng)化物的適時(shí)出現(xiàn)，就能夠較為有效地控制人的行為。

從教學(xué)的視角看，實(shí)驗(yàn)性測試（強(qiáng)化）辯證地反映了行為結(jié)果對(duì)習(xí)慣習(xí)得的影響，行為結(jié)果直接影響到學(xué)生今后行為的加強(qiáng)或減弱，改變學(xué)生重復(fù)某種行為的頻度、概率和反應(yīng)速度，從而決定了學(xué)生行為習(xí)慣的形成。結(jié)合對(duì)教學(xué)對(duì)象的分析，實(shí)踐教學(xué)中實(shí)驗(yàn)性測試（強(qiáng)化）應(yīng)盡量滿足以下四點(diǎn)要求：（1）對(duì)正確答案的強(qiáng)化總是即時(shí)的。（2）應(yīng)有足夠多的強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)知識(shí)技能的全方位全程覆蓋。（3）圍繞一個(gè)復(fù)雜的目標(biāo)，把強(qiáng)化環(huán)節(jié)部署到一系列小步子中，由易到難，循序漸進(jìn)。（4）對(duì)出現(xiàn)的新問題，如緊急故障、安全問題等，應(yīng)及時(shí)提供必要的強(qiáng)化補(bǔ)充。

二、考慮行為主義的教學(xué)運(yùn)用及其效果

本文的實(shí)踐教學(xué)教改的理論研究成果，用于指導(dǎo)和設(shè)計(jì)某大學(xué)電氣專業(yè)的實(shí)踐教學(xué)工作。該電氣專業(yè)獲批“雙萬計(jì)劃”國家級(jí)一流本科專業(yè)，每屆約180 名本科大學(xué)生，培養(yǎng)方案倡導(dǎo)知識(shí)-能力-素質(zhì)三位一體綜合型人才培養(yǎng)。大學(xué)的實(shí)踐教學(xué)基地建設(shè)充分融合電力系統(tǒng)、電氣化鐵道和有色冶金等行業(yè)特色，現(xiàn)已拓展建設(shè)十余個(gè)校內(nèi)外工程實(shí)踐基地（國網(wǎng)**電力公司、**動(dòng)環(huán)監(jiān)測公司、**電廠、**煉鋼集團(tuán)和本校能源中心等），其中能夠支撐成班建制開展工程實(shí)踐現(xiàn)場場景授課的資源有本校能源中心下轄的8 座配電間、17 個(gè)高壓環(huán)網(wǎng)柜、31 個(gè)變電間、115 臺(tái)變壓器、220 余個(gè)配電間，以及電磁實(shí)驗(yàn)中心的電磁干擾（EMI）、電磁敏感度（EMS）實(shí)驗(yàn)場所等。硬件條件已滿足支撐全員、全過程和全方位的育人要求。另外，在管理體制上，以課程群為鏈條，制定了覆蓋教學(xué)全程的課堂考核、實(shí)驗(yàn)考核、實(shí)踐考核和考試考核等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；且已建立課內(nèi)學(xué)生、團(tuán)隊(duì)內(nèi)部、同行和院校督導(dǎo)等多環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)與反饋機(jī)制。

經(jīng)過上述財(cái)力、物力和人力資源的投入，可以說實(shí)踐教學(xué)萬事俱備，只剩下“教”與“學(xué)”最直接的面對(duì)大學(xué)生的兩個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)。通過學(xué)情調(diào)研、統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)現(xiàn)，本電氣專業(yè)的學(xué)生有半數(shù)以上有參加創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、學(xué)科競賽和創(chuàng)客空間等的強(qiáng)烈意愿或親身經(jīng)歷，對(duì)實(shí)踐教學(xué)的重要性和必要性有充分認(rèn)同。與之對(duì)應(yīng)，大學(xué)生在電力電子、電磁技術(shù)和智慧電力等方面的專業(yè)意愿均已有對(duì)口的實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)資源，學(xué)生普遍反映有序組織現(xiàn)場授課，能夠直感認(rèn)知專業(yè)知識(shí)，比單純課堂講授好，如圖2 所示。

圖2 課程群實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)現(xiàn)場授課

實(shí)踐教學(xué)中，根據(jù)不同知識(shí)點(diǎn)的特點(diǎn)和培養(yǎng)目標(biāo)進(jìn)行拆分，分別融入互動(dòng)討論、案例分析、3D 展示、VR仿真和視頻實(shí)操演示等方式進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，將知識(shí)性、趣味性與實(shí)踐性融合，培養(yǎng)學(xué)生“樂、勤、好”的學(xué)習(xí)品質(zhì)，建立理論實(shí)踐相結(jié)合求真務(wù)實(shí)的科研精神。

在課程群內(nèi)安排多時(shí)間尺度上的實(shí)驗(yàn)性測試，達(dá)到滾動(dòng)強(qiáng)化實(shí)踐教學(xué)的效果。比如實(shí)踐教學(xué)課堂內(nèi)的及時(shí)體驗(yàn)反饋和課程群長時(shí)間線追憶式跟蹤反饋等方式。如圖3 所示，左圖是課內(nèi)即時(shí)的觸電危害體感測試現(xiàn)場，用于強(qiáng)化學(xué)生電氣安全意識(shí)，突出安全操作規(guī)程的重要性和科學(xué)性；右圖是電磁場課程群跟蹤性的實(shí)驗(yàn)性測試，即利用創(chuàng)客空間實(shí)踐平臺(tái)，指導(dǎo)學(xué)生開展的一個(gè)無人機(jī)無線充電系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，已申報(bào)了發(fā)明專利并發(fā)表了高水平科技文章，該成果對(duì)參與學(xué)生本人及其周邊同學(xué)均有較好的正向強(qiáng)化作用，激發(fā)了更多年輕學(xué)生的創(chuàng)新激情。

圖3 課內(nèi)即時(shí)的和課程群跟蹤的實(shí)驗(yàn)性測試

三、結(jié)論

本文依據(jù)行為主義理論操作性行為的大方向，將強(qiáng)化的組合按所需行為的方向逐次改變，通過塑造過程中一些連續(xù)階段得到極復(fù)雜的行為，這一點(diǎn)有利于指導(dǎo)新工科高校實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)的合理化；考慮學(xué)習(xí)的一般規(guī)律即習(xí)得—條件強(qiáng)化—泛化作用—消退作用，指導(dǎo)教師在實(shí)踐教學(xué)中適時(shí)安排實(shí)驗(yàn)性測試，向?qū)W生及時(shí)反饋其實(shí)踐行為的效果，及時(shí)充足正強(qiáng)化物有助于激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)新激情；提前開展學(xué)情調(diào)研即教學(xué)對(duì)象分析，突破行為主義把研究對(duì)象作為“黑箱”處理的局限性，以學(xué)生為中心，充分利用其認(rèn)知基礎(chǔ)和主觀能動(dòng)性，使“教”與“學(xué)”相向而行碰撞形成“創(chuàng)造力”。

本文考慮行為主義學(xué)習(xí)理論及其實(shí)踐元素的實(shí)踐教學(xué)設(shè)計(jì)，在某新工科高校電氣專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用表明，能夠更加充分地發(fā)揮實(shí)踐教學(xué)基地的硬件資源，能夠與現(xiàn)有的實(shí)踐教學(xué)管理措施進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，并且以課程群為鏈接，教學(xué)團(tuán)隊(duì)形成接力效應(yīng)，有利于全員全程全方位培養(yǎng)人才，也因此帶來了優(yōu)異的創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)和學(xué)科競賽成果。