新工科背景下生成性學(xué)習(xí)資源驅(qū)動(dòng)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)遷移研究

陳 磊

（徐州工程學(xué)院，江蘇 徐州 221008）

新工科給應(yīng)用型本科高校的教學(xué)資源建設(shè)提出了更高的要求。教學(xué)內(nèi)容不但需要承前啟后，循序漸進(jìn)，邏輯性強(qiáng)，還需要符合學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知水平與知識(shí)結(jié)構(gòu)，支撐學(xué)生的知識(shí)重構(gòu)過(guò)程，尤其強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)能力的培養(yǎng)。圍繞這一需求組織的教學(xué)資源必須能夠反映或者聯(lián)系學(xué)科的新理論、新思想、新概念和新成果，與時(shí)俱進(jìn)，充分地反映時(shí)代發(fā)展對(duì)人才素質(zhì)的新要求[1]。

一、生成性學(xué)習(xí)資源在新工科教學(xué)中的作用

在新工科的教學(xué)中，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，是強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和促進(jìn)教學(xué)活動(dòng)順利進(jìn)展的重要措施，并在一定程度上極大地影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和對(duì)學(xué)習(xí)的積極性。教師要促進(jìn)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)遷移，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)需要[2]。在教學(xué)過(guò)程中，需要運(yùn)用各種手段去提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生能更加積極主動(dòng)地去學(xué)習(xí)[3]。教師需要用豐富新穎的教學(xué)內(nèi)容，良好的師生互動(dòng)和先進(jìn)的教育技術(shù)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。因此，本文認(rèn)為教師和學(xué)生應(yīng)該共同建設(shè)課堂，共同組織學(xué)習(xí)資源。在共同協(xié)作的過(guò)程中，不但更新和優(yōu)化了教學(xué)資源，而且有助于強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的產(chǎn)生依賴于學(xué)習(xí)需求和誘因兩大因素。在教育教學(xué)過(guò)程中，我們可以巧借外力，從這兩大因素入手，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促使學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)[4]。本文提出在新工科教學(xué)中規(guī)模化的使用生成性學(xué)習(xí)資源，目的在于拉近教學(xué)案例和學(xué)生的距離，通過(guò)學(xué)長(zhǎng)自制的案例和工具，讓學(xué)生感覺(jué)到自身和學(xué)長(zhǎng)之間的差距，產(chǎn)生一種不平衡卻力求滿足的內(nèi)部狀態(tài)。且由于這些資源是學(xué)長(zhǎng)生成的，所以可以增強(qiáng)學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)達(dá)成滿足的信心，有利于把考試、評(píng)獎(jiǎng)等外在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)向內(nèi)遷移。

本文分析了在教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的教學(xué)案例。在生成性學(xué)習(xí)資源的制作和使用兩個(gè)階段中，重點(diǎn)研究學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的變化情況。從成功實(shí)施的案例中，本文總結(jié)出了生成性學(xué)習(xí)資源制作和使用的基本流程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

二、生成性學(xué)習(xí)資源的使用原則和效果

根據(jù)學(xué)者拉金的觀點(diǎn)[5]，教師在教學(xué)中的主要作用是打造一個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)活動(dòng)運(yùn)行機(jī)制。而學(xué)生則在教師引導(dǎo)下，自我定義各種學(xué)習(xí)要素。包括學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)形式等。所學(xué)知識(shí)由學(xué)生自我再發(fā)現(xiàn)獲得，所培養(yǎng)的能力由學(xué)生在“做中學(xué)”的過(guò)程中鍛煉。對(duì)于學(xué)習(xí)對(duì)象，教師給出多元化的指導(dǎo)意見(jiàn)，學(xué)生在一定范圍內(nèi)有自主判斷和選擇的權(quán)利。

具體到學(xué)習(xí)資源的組織和教學(xué)模式的設(shè)計(jì)，袁翔[6]認(rèn)為可以打造基于生成性學(xué)習(xí)資源的教學(xué)框架，在該框架下實(shí)現(xiàn)教學(xué)的“生成”模式。把該框架應(yīng)用于新工科教學(xué)，本文認(rèn)為教學(xué)框架的三個(gè)主要方面是：（1）學(xué)習(xí)形式上，強(qiáng)化自主實(shí)踐探索，通過(guò)探索創(chuàng)建復(fù)雜的知識(shí)關(guān)聯(lián)，完成知識(shí)重構(gòu)。（2）學(xué)習(xí)對(duì)象上，推動(dòng)學(xué)生之間的學(xué)習(xí)交流，利用學(xué)生之間知識(shí)結(jié)構(gòu)的相似性打破知識(shí)的詛咒。（3）學(xué)習(xí)內(nèi)容上，利用生成性學(xué)習(xí)資源不斷地調(diào)整、優(yōu)化和完善教學(xué)案例、實(shí)踐工具和參考資料。目前已有越來(lái)越多的教學(xué)實(shí)踐表明，生成性學(xué)習(xí)資源在計(jì)算機(jī)技術(shù)教學(xué)方面具有積極作用[7]。但是還缺少其對(duì)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)影響的具體分析。本文通過(guò)四個(gè)生成性教學(xué)案例驗(yàn)證了生成性教學(xué)資源在驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)遷移方面的作用。四個(gè)生成性學(xué)習(xí)資源教學(xué)案例分別來(lái)自面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理兩門(mén)課程，包含了實(shí)踐技能和原理知識(shí)，具有一定的代表性。

第一個(gè)案例是面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)中的文件讀寫(xiě)案例，由教師和學(xué)生共同討論主題，學(xué)生運(yùn)用課堂學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)獨(dú)立查閱資料完成。在該案例中，課堂基本知識(shí)包括文件讀寫(xiě)和基本形狀繪制。學(xué)生提出若干備選主題之后和教師一起討論確定最終主題，查閱了中國(guó)邊境線坐標(biāo)文件和重點(diǎn)高校坐標(biāo)文件。引用JAVA 工具包，用短線繪制了邊境線，用方塊繪制了985 和211 高校分布。最終學(xué)生不但完成了文件讀寫(xiě)，并且將文字資料翻譯成了直觀的圖形信息。負(fù)責(zé)制作該案例的學(xué)生在實(shí)施期間，自主查找了GIS 系統(tǒng)資料，查找了多個(gè)版本的中國(guó)國(guó)境坐標(biāo)文本，了解了相關(guān)地理信息發(fā)布機(jī)構(gòu)，并了解了985 和211 高校信息及其專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)，完成了一定量的編碼和糾錯(cuò)工作，對(duì)文件讀寫(xiě)和繪圖的工作機(jī)制有了深度的理解，專(zhuān)業(yè)技能獲得提升。當(dāng)該案例在全班使用時(shí)，該案例的視覺(jué)效果對(duì)其他同學(xué)造成一定的心理刺激，看到同班同學(xué)完成的案例，產(chǎn)生了一定的不滿足感，自覺(jué)學(xué)習(xí)并完成該案例。在整個(gè)過(guò)程中，教師僅主要參與選題工作，教師并不掌握案例實(shí)施所需的資料，不確定案例可以成功，學(xué)生在面臨一定失敗風(fēng)險(xiǎn)的情況下，獨(dú)立完成了案例。案例引入課堂后，也是由學(xué)生制作教學(xué)材料并以翻轉(zhuǎn)課堂的形式進(jìn)行講解和討論。

第二個(gè)案例如圖1 所示，是呈現(xiàn)遞歸算法的分形特征。在學(xué)習(xí)遞歸過(guò)程中，由學(xué)生自主提出該主題。利用課堂的遞歸算法模板和基本的繪圖知識(shí)，學(xué)生完成了分形樹(shù)的繪制。教學(xué)效果顯示，分形樹(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的斐波那契數(shù)列等案例對(duì)遞歸的體現(xiàn)更為直觀，把抽象問(wèn)題具象化，學(xué)生制作的這一案例在遞歸算法的講解中起到了較好的教學(xué)效果。學(xué)生制作的案例有時(shí)更加貼近學(xué)生的需求，更加易于理解，比教師提供的案例更能引起學(xué)生之間的共鳴。

圖1 遞歸分形樹(shù)案例

第三個(gè)教學(xué)案例如圖2 所示，是一個(gè)策略對(duì)抗游戲，用于泛型和集合的編程教學(xué)。該游戲是在學(xué)生學(xué)習(xí)了斯坦福相關(guān)課程案例后，從一個(gè)魚(yú)群捕食動(dòng)畫(huà)修改而成的。學(xué)生制作者向每個(gè)參賽組提供所有魚(yú)和食物的坐標(biāo)集合，參賽者根據(jù)這些坐標(biāo)，設(shè)置自己的魚(yú)的游動(dòng)策略，捕食最多者獲勝。每次比賽分為一次驗(yàn)證賽和一次正式比賽，兩年來(lái)，驗(yàn)證賽和正式賽之間總會(huì)發(fā)生較大的排名翻轉(zhuǎn)，證明學(xué)生參賽者都認(rèn)真分析了他人的策略并進(jìn)行了針對(duì)性的策略修改。從排名翻轉(zhuǎn)的情況可以看出學(xué)生對(duì)這個(gè)生成性教學(xué)案例的參與度極高，產(chǎn)生了濃厚的興趣。

圖2 魚(yú)群捕食競(jìng)賽案例

生成性學(xué)習(xí)資源不但適用于實(shí)踐課程教學(xué)，也適用于原理性課程的教學(xué)。如圖3 所示，案例四是一個(gè)路由器制作案例。學(xué)生為了展示路由器的工作原理，從一臺(tái)電腦的USB 接口擴(kuò)展出三個(gè)RJ-45 接口，并分別連接了另外三臺(tái)電腦的網(wǎng)卡，形成一個(gè)小型網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)設(shè)置了路由表，并編程路由程序，使其可以根據(jù)路由表替換鏈路層報(bào)文首部字段，實(shí)現(xiàn)了路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。該學(xué)生制作的案例不但為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理的講解提供了良好的實(shí)驗(yàn)工具，同時(shí)也擴(kuò)寬了教師的教學(xué)思路，真正做到了教學(xué)相長(zhǎng)。

圖3 軟路由制作教學(xué)案例

三、生成性教學(xué)資源的制作與使用

從本文列舉的案例可以看出，生成性教學(xué)資源的使用可以有效驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的向內(nèi)遷移。但對(duì)其制作和使用的過(guò)程研究尚不充分。本文根據(jù)近年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)提出了經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。有研究認(rèn)為，在“生成”模式中，技能的熟練程度處于相對(duì)次要的地位，“驗(yàn)證”處于主要地位[6]。根據(jù)新工科的要求，立足于應(yīng)用型本科的實(shí)際情況，本文認(rèn)為需要在生成過(guò)程中強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新的地位。教學(xué)案例一和教學(xué)案例二表明，學(xué)生的自制教學(xué)資源完全可以超越教師和課本的教學(xué)案例，通過(guò)更為復(fù)雜的設(shè)計(jì)和更加直觀的展現(xiàn)方式，對(duì)所學(xué)知識(shí)和技能的本質(zhì)進(jìn)行更加深入的探索。教學(xué)案例三表明，學(xué)生也可以對(duì)原有教學(xué)資源進(jìn)行再創(chuàng)新，擴(kuò)展原有資源的使用范圍，強(qiáng)化其效果。教學(xué)案例四表明，學(xué)生甚至可以開(kāi)發(fā)全新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工具，提高課程的教學(xué)深度。

在教學(xué)案例的制作過(guò)程中，一個(gè)有效的經(jīng)驗(yàn)做法是舊案例激發(fā)學(xué)生創(chuàng)作新案例的靈感和信心。并對(duì)較高價(jià)值的生成性教學(xué)案例進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)，形成不同級(jí)學(xué)生之間的傳承。最終摸索出了選擇—使用—生產(chǎn)—再選擇—再使用的流程。

首先是從學(xué)生自制作品篩選教學(xué)資源。從經(jīng)驗(yàn)角度，本文總結(jié)的兩個(gè)原則是，既能有益于課程目標(biāo)的達(dá)成又能在學(xué)生中引起共鳴。因此，被選中的案例必須盡可能滿足培養(yǎng)目標(biāo)的要求，并且以學(xué)生喜聞樂(lè)見(jiàn)的形式呈現(xiàn)。例如教學(xué)案例三涵蓋了面向?qū)ο缶幊讨械募?、泛型和?duì)象的概念，鍛煉了化簡(jiǎn)復(fù)雜問(wèn)題的能力。該案例以對(duì)抗性游戲的方式呈現(xiàn)，具有較好的趣味性。將選中的學(xué)生自制作品加以完善形成生成性教學(xué)資源。

其次是將生成性教學(xué)資源引入教學(xué)過(guò)程中。該環(huán)節(jié)的關(guān)鍵是形成學(xué)生之間的交流討論。因?yàn)樯尚越虒W(xué)資源來(lái)源于學(xué)生自制作品，以學(xué)生為主對(duì)技術(shù)細(xì)節(jié)進(jìn)行講解，盡可能使用非專(zhuān)業(yè)話的語(yǔ)句，可以幫助其他學(xué)生打破知識(shí)詛咒，盡快進(jìn)行知識(shí)重構(gòu)。同時(shí)減少教師的直接干預(yù)還有助于打破教師的定勢(shì)思維，激活創(chuàng)新意識(shí)。案例四的實(shí)施過(guò)程中，制作該工具的學(xué)生起到了主要作用，通過(guò)交流，各組通過(guò)代碼實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)包分析，比較順利地理解了路由器的工作原理。

最后是生成性教學(xué)資源的持續(xù)生產(chǎn)。在使用現(xiàn)有生成性教學(xué)資源的過(guò)程中，必須鼓勵(lì)學(xué)生形成新的自制作品，不斷更新和優(yōu)化教學(xué)資源庫(kù)。需要設(shè)置開(kāi)放性的大作業(yè)和實(shí)驗(yàn)，教師應(yīng)以開(kāi)放的態(tài)度和學(xué)生進(jìn)行討論。在學(xué)生查找資料動(dòng)手實(shí)踐的過(guò)程中，教師要包容失敗，允許反復(fù)試錯(cuò)，當(dāng)學(xué)生面臨問(wèn)題時(shí)要耐心引導(dǎo)其尋找解決方案，教師不要急于親自下場(chǎng)幫忙。以教學(xué)案例一為例，學(xué)生在設(shè)計(jì)初期計(jì)劃通過(guò)大量數(shù)據(jù)的可視化自然形成中國(guó)地圖輪廓，但是由于中國(guó)東西部的差異，西部地區(qū)數(shù)據(jù)密度一般較低，難以看出地圖輪廓。因此學(xué)生提出查找國(guó)家地圖GIS 數(shù)據(jù)，用短線連成邊界。最終把邊界數(shù)據(jù)和高校數(shù)據(jù)同時(shí)顯示，提高了教學(xué)案例在鍛煉學(xué)生實(shí)踐能力方面的作用。

在上述過(guò)程中，新工科背景下生成性學(xué)習(xí)資源使用的核心要素是“非預(yù)設(shè)”性?！胺穷A(yù)設(shè)”性體現(xiàn)在三個(gè)方面。第一個(gè)方面，生成性學(xué)習(xí)資源自制過(guò)程中可能遇到的具體問(wèn)題是非預(yù)設(shè)的。生成性學(xué)習(xí)資源的初始問(wèn)題情景應(yīng)該是真實(shí)的，而非人為設(shè)定的。教學(xué)經(jīng)驗(yàn)表明過(guò)多的人為設(shè)定痕跡往往會(huì)破壞真實(shí)情景中的天然邏輯性，從而阻礙學(xué)生分析問(wèn)題能力的發(fā)展。第二個(gè)方面，解決問(wèn)題的技術(shù)路線應(yīng)該是非預(yù)設(shè)的。解決問(wèn)題過(guò)程中的知識(shí)和工具不應(yīng)該是教師提前準(zhǔn)備好的，學(xué)生需要根據(jù)問(wèn)題去檢索所需知識(shí)和工具，并依據(jù)獲得知識(shí)和工具給出自己的可行方案。第三個(gè)方面，結(jié)果應(yīng)該具有不確定性。由于技術(shù)路線的不確定，能夠把問(wèn)題解決到什么程度也是不確定的，甚至有可能失敗。在結(jié)果不可預(yù)知的情況下進(jìn)行解題探索對(duì)訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新能力是至關(guān)重要的。案例二中，學(xué)生的原始意圖是用JAVA 編程展示L 系統(tǒng)三維分形樹(shù)的生長(zhǎng)過(guò)程，但最終沒(méi)有達(dá)成預(yù)期效果改用二維平面圖。教師需要容忍這種失敗的發(fā)生，并幫助學(xué)生尋找原因。近年來(lái)，有研究擔(dān)心“非預(yù)設(shè)”給學(xué)生的自由度過(guò)大，會(huì)影響生成性學(xué)習(xí)資源的質(zhì)量[8]。其擔(dān)心的問(wèn)題是“教師會(huì)被學(xué)生牽著鼻子走”。這種情況下，由于學(xué)生有限的認(rèn)知能力和已有經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生只能探求到知識(shí)的某個(gè)側(cè)面，難以系統(tǒng)全面地掌握知識(shí)，因此需要強(qiáng)調(diào)生成教學(xué)指導(dǎo)。而本文認(rèn)為工科的天然特性恰恰抵消了這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。在工科教學(xué)中，由于其內(nèi)在技術(shù)邏輯的約束，不會(huì)使得學(xué)生獲得所謂的過(guò)大自由度。如果學(xué)生非理性的重構(gòu)知識(shí)必然很快因?yàn)檫`反底層工程邏輯而遭到失敗，最終學(xué)生會(huì)在探索中完成自我修正。同時(shí)這種非預(yù)設(shè)性反而會(huì)幫助學(xué)生擺脫教師的個(gè)人偏見(jiàn)束縛。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文分析了學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)遷移在新工科教學(xué)中的重要作用，提出采用生成性教學(xué)資源促進(jìn)在新工科教學(xué)中的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)強(qiáng)化。通過(guò)案例分析驗(yàn)證了生成性教學(xué)資源在促進(jìn)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)向內(nèi)遷移過(guò)程中具有良好作用。最后，本文對(duì)生成性教學(xué)資源的使用方式進(jìn)行了經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，提出了迭代更新和使用的流程。

本研究主要采用對(duì)教學(xué)實(shí)驗(yàn)案例進(jìn)行主觀觀察和師生訪談的方法。該方法定性地分析了學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性的變化。分析是基于教學(xué)實(shí)驗(yàn)中的具體案例做出的。相對(duì)于定量的客觀觀測(cè)，本文使用的方法有助于發(fā)現(xiàn)生成性學(xué)習(xí)資源在教學(xué)中的作用方式，對(duì)學(xué)生個(gè)體的觀察更為準(zhǔn)確，也有利于梳理出一套生成性學(xué)習(xí)資源的使用流程。而該方法的不足在于，分析的樣本量較小，不能對(duì)生成性學(xué)習(xí)資源使用過(guò)程中的各個(gè)關(guān)鍵因素進(jìn)行權(quán)重分析，難以將研究結(jié)果應(yīng)用到其他工科專(zhuān)業(yè)的教學(xué)設(shè)計(jì)中去。在后續(xù)研究中，課題組將擴(kuò)大生成性學(xué)習(xí)資源的使用范圍，采用客觀觀測(cè)的方法進(jìn)行定量分析，獲得生成性學(xué)習(xí)資源質(zhì)量評(píng)價(jià)的關(guān)鍵指標(biāo)，為該方法的推廣使用提供理論指導(dǎo)。