基于现代认知理论的消防工程学课堂教学改革浅析

雷柏伟 吴兵

[摘 要]针对消防工程学课程知识特点，项目组分析了该课程的教学现状与改革需求。并基于学习金字塔、遗忘曲线两项认知原理，从教学方式角度提出由信息认知、情景体验、启发思考三部分构成的教学方案，从教学效率角度调整了知识型、实践型两类课程的授课结构，并在消防工程学课堂教学中进行了积极探索。

[关键词]教学改革;消防工程学;认知理论

[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437（2019）06-0044-04

消防工程在实践应用与生产活动紧密相关，并日益受到众多研究学者的重视与关注。消防工程学课程作为消防工程学科的宏观、启蒙性专业课程，为学生认识消防工程提供扎实的基础知识与理论积淀。学生对消防知识的认识如果不全面、不系统，未来从事消防工程工作就会面临一定的困难。

课堂教学是教师传授知识和技能最主要的方式，对消防工程教学来说有不可替代的作用。随着新一代信息技术、网络技术的迅速发展，虽然传统的课堂教学相较之下逐渐凸显出了形式主义、手段单一等问题，但课堂教学却依然具有应用普遍、引導作用强、便于学生互动等优势。因此，当前课堂教学需要努力寻求变革方法，克服传统课堂教学的问题，挖掘、发挥课堂教学的独特作用[1]，以便提高课堂教学质量。

本文对在消防工程专业教学课程中存在的问题与解决方式进行了初步探讨，基于现代教育理论的学习金字塔、记忆曲线原理，分析消防工程学课堂教学的教学方式、教学效率，并制定相应的课堂教学方案。

一、课堂教学的现状与问题

消防工程学具有知识点多、法律法规内容抽象等特点。现代教育学研究已普遍认同一个观点：教育应当充分发挥认知者（学生）的认知特点，并将其作为一切教育研究、活动的基本出发点。学习者的学习过程是基于自身的认知结构和认知特性，而不是作为信息与知识被机械灌输的对象，也不是外部刺激的被动接受者。与之相应，在课堂教学中，教师也应当积极帮助学生探求、建立自主知识构建方法，让学生在课堂学习过程中充当具备主动性的参与者、推动者。因此，消防工程学课堂教学传统模式的不足日益显著。

（一）传统课堂模式下，师教关系较为单一，难以调动学生的主观能动性

传统课堂教学的基本模式是以教师为中心的，学生活动及参与较少，学生容易形成被动接受信息的习惯，缺乏知识的灵活运营能力，也降低了探索问题的积极性。同时教师容易受到教材制约，依据教学计划“照本宣科”教授知识，学生很难形成对该课程的总体认识，学习过程难以达到预期的效果。

（二）传统课堂教学模式不够形象、生动

相比传统课堂教学中的板书、多媒体等方式，现代课堂应用信息技术后通常包括各类网络资源、图像辅助软件等，更加形象和生动，能够更好地吸引学生的注意力。此外，对于复杂机械结构，或者涉及研究对象形态改变与实践变化等内容，感性认知往往比理性讲解的认知效率高很多，学生需要直观的观察、获取直观感受。如果传统课堂教学不借助一些辅助教学手段，难以满足学生该方面的要求[2]。

（三）传统教学无法根据学生特点满足其要求

学生作为高校教育的受众呈现出了新变化趋势，个体的认知特征与学习模式都各有特点，此外，高校学生彰显个性的需求也日益明显。传统教学将教程大纲规定的内容作为所有学生的教学标准，没有考虑不同学习基础、认知习惯学生群体的实际要求。现代教育理论提出的探索式教学、启发式教学、互动式教学（如“翻转课堂”）等模式[3]，都是注意了这类缺陷而推行的新式教学方法，利用这些手段可以补充传统课堂教学的不足。

（四）传统教学中教师占主导地位

传统教学十分注重教师的主导作用，教学质量极大地受到教师个人的表达能力、学术水平、情绪变化等影响，因此对教师个人能力提出了很高要求。然而，现代教育学普遍认同在教学活动中，教师与学生都可以成为教学主体，可以互相学习、互相成长，达到教学相长的效果。

综上，消防工程学课堂教学容易出现形式化、低效化的问题。近年来为解决该问题，学者们开展了形式多样的教学改革研究，已经取得了丰富的研究成果，但仍然需要根据具体授课内容的特殊性、需求，选取恰当的教学理论、方法。课堂教学的本质是不断开展信息认知的过程，该过程可以包括认知方式、认知效率两方面考虑因素，即通过选择恰当的认知方式，最大限度地提升认知效率。本文针对消防工程学教学需求，基于学习金字塔、遗忘曲线认知原理，从教学方式、教学效率两方面设计了该课程的课堂教学活动。

二、课堂教学认知理论的基本内容 —— 教学方式的选择与课堂设计

（一）教学方式选择的原理内容

科学合理的教学方式是教学过程的前提。学习金字塔原理是现代学习方式理论的基础理论，辅助教师选择恰当知识认知方式的有效方法。学习金字塔（Cone of Learning）是美国缅因州国家训练实验室的研究成果，它用数字形式形象显示了采用不同的学习方式，学习者平均学习保持率（在初次两周以后还能记住内容）的高度水平。具体如下图所示：

从图1中可知，人们通过阅读学习能够记住内容的10%，通过听讲学习能够记住内容的20%，通过图片学习能够记住内容的30%，通过影像、展览、示范、现场观摩来学习能够记住50%，参与讨论、提问、发言来学习能够记住70%，做报告、教学、模拟体验、实际操作能够记住90%。

消防工程学涉及面广，具有知识内容丰富多样、知识点细致等特点。因此，为了提高教学效果，需要结合学习金字塔模型理论，在教学过程中除了课堂以教师为主的授课外，更需要通过调动学生自主学习的动力，如讨论、演讲、报告等形式，化被动为主动，将零散知识点串联、内化为学生自己的知识结构、记忆图谱。此外，通过课堂模拟操作、情境体验的方式，将知识与工程应用结合起来，也是一种非常重要的提升学习效率的方式。

（二）教学方式的课堂设计方案

结合学习金字塔原理对消防工程学课程进行分析，为了让学生掌握安全基础知识，并与实践紧密结合，将原本单一授课为主的课堂教学转变为包含丰富教学方式的学习过程。因此，将消防工程学满堂教学中采取的教学方式分为三部分：信息认知（知识讲解）、情景体验（示例操作）、启发思考。每种教学方式主要包括以下内容：

1.信息认知

教师采用传统的课堂授课方式，向学生讲解课程知识，包括对当次课程新知识的讲解、前期知识进行回顾，在此部分中，学生属于被动学习的过程，主要从听讲、阅读、视听的认知途径来获取信息。这种教学方式能够在较短时间内向学习者系统地介绍大量的知识，适合学生在学习初期需要全面的了解知识点、建立知识框架。但是该类教学方式的学习保留率很低，因此需要其他方式加以巩固。

2.情景体验

教师在课堂中模拟消防工程课程中的典型示例、实践场景，并能够使学生有效参与到情景体验过程中，在模拟情景中引导、教授学生应用安全知识。常见的情景体验形式包括案例讨论、演讲报告、模拟场景操作等。在这种教学方式中，学习者属于被动学习、主动学习相互融合的学习过程，通过情景操作能够充分发挥学生个体的主动性、创造性，促进学生主动思考的能力。此外，能够与授课知识相互呼应，巩固被动学习的知识内容，有效提升学习效率[4]。

3.启发思考

教師在课堂教学结束前，可以结合本次、下一次课程的教学内容，布置一些能启发学生思考的问题，下次课堂再进行提问、考查。这种启发式教学的基本方法，能够有效调动学生积极性，主动去阅读、查阅资料，并促使学生自动为下一次课堂知识做好铺垫，相当于将学生主动带入下次课堂教学的“信息认知”环节。启发思考的具体方法也是多种多样的，如布置课后作业、课后思考题，或进行课堂随学随练，培养学生形成良好的学习、复习、巩固的认知习惯。

针对不同课程部分的知识结构，具体分配三种认知方式在满堂教学中的比例，如对于概括介绍、理论性强的课程内容部分，应当以信息认知为主，情景体验、启发思考为辅助;对于与实践操作结合紧密、情景感强的授课内容，以情境体验、启发思考为主，信息认知为辅。因此，在课堂教学中以充分发挥教师主导作用为基础，改变单一的教学方式，积极培养学生的主体意识，营造学生为主体的课堂氛围，诱发学生主动地认知行为，能够激活学生已有的学习和社会经验，有效开展知识学习，达到课堂教学的知识技能与工程实践的结合。

三、基于认知理论的课堂教学设计/教学内容

（一）教学效率考查的原理内容

教学效率是教学过程最主要的考查内容。遗忘曲线描述了记忆效率随着时间变化的基本规律。遗忘曲线由德国心理学家艾宾浩斯（H.Ebbinghaus）研究发现，描述了人类大脑对新事物遗忘的规律。人体大脑对新事物遗忘的循序渐进的直观描述，人们可以从遗忘曲线中掌握遗忘规律并加以利用。具体如表1所示。

由表1可知，认知结束之后就是遗忘的开始，但是遗忘的速度并不是均匀的。最初遗忘速度很快，之后逐渐变慢。随着时间的推移，遗忘的速度减慢，遗忘的数量也就减少。学习结束后如不抓紧复习，不足6天将会只剩下原来获取认知信息的25%。当前艾宾浩斯遗忘曲线主要用来记忆英语单词，但其功能远不止这些。陈和恩等[5]经过实践认为通过重新调整课堂内容和习题安排，实现将遗忘曲线理论与图学教学计划相结合，发现学生知识点掌握得比较牢固。因此，对课堂教学的时间节奏、课堂之间的连续性也可按照艾宾浩斯遗忘曲线来进行改革设计。

（二）教学效率的课堂设计方案

结合遗忘曲线原理对消防工程学课程进行分析，为了让学习者更牢固地掌握基础知识，可以结合学习者记忆规律对授课内容时间占比、进行顺序进行合理分布。因此，项目组对传统课堂教学的授课结构进行如下改革尝试：

1.传统课堂教学

在传统课堂教学中，满堂教学时长为45分钟，课堂教学结构为：通常开课大约3～5分钟用来回顾上一次课的教学内容并引出新课，课末大约3～5分钟用来总结本次新授课程的内容，其余大约35分钟为本次授课部分。这样多个课堂之间关联较小，学生知识点琐碎而繁多，如果做不到及时复习，学生就很难深刻掌握知识点，不符合消防工程学课程的实际特征。

改革后的课堂教学按照授课内容不同，主要分为知识性、操作性教学两类，其课堂授课结构的对比情况如表2所示。

2.知识传授为主的课堂教学

对于知识学习为主的课程内容，在课程开始时，大约用2分钟来回顾第（n-2）次课的授课内容，大约用3分钟时间来回顾第（n-1）次课的授课内容。本次课程授课实践的35分钟分为两部分，30分钟左右为教授本次课程内容，另用5分钟进行课堂讨论。最后5分钟用于总结本次新授课内容与重点，并布置启发思考题，或预习任务。

3.实践操作为主的课堂教学

对于以实践操作为主的学习内容，在课程开始时同样安排5分钟左右复习前几次课程要点内容。本次课程授课实践的35分钟分为两部分，5分钟左右用于总结、梳理本次课程的核心知识点，另用30分钟进行模拟情景体验的教学活动。最后5分钟用于总结本次新授课内容与重点，并布置启发思考题，或预习任务。

与传统教学模式相比，通过调整开课回顾、课尾总结的少量时间，增加了学生在短时间内的记忆重现、认知恢复的过程，使得学生在头脑中不断加深已学知识的烙印，基础扎实后期才能运用自如。同时，课堂讨论与启发思考提高了学生主动学习的积极度、参与度，也提升了其对知识的理解深度。

教师利用遗忘曲线原理，在消防工程学课堂教学中充分利用有限时间不间断、系统性地再现知识点，既能巩固学生对已学知识的掌握程度，又有助于学生后半段课程的学习。最终，通过启发式思考、测试练习等，促进学生知识的内化。因此，通过合理安排消防工程学不同的教学方式、教学内容结构，能提升学生学习的主动性，推动课堂教学“渐入佳境”、螺旋式推进、由表及里的深化过程[6]。

四、结论

消防工程学课程是相关安全工程专业的基础课程，该课堂教学包含了燃烧学基本知识、建筑消防被动防护设计、建筑消防主动防护设计等方面内容，知识点多且零散。本文结合学习金字塔、遗忘曲线两项认知原理，对该课程的授课结构以及教学方式进行了积极探索。

[ 参 考 文 献 ]

[1] 刘双跃，刘天琪，吴情.“翻转课堂”教学模式在安全工程专业课程中的应用探究[J].教育教学论坛，2017（11）：209-212.

[2] 马海国，马文倩.传统教学模式分析及改革探讨[J].产业与科技论坛，2011（6）：129-130.

[3] 叶继红，郭健，石一民，等.首要教学原理在安全工程专业课堂教学中的应用与实践[J].管理观察，2015（29）：157-159.

[4] 王雪峰.引导发挥学生主动性 增强安全科学与工程导论课程教学效果[J].中国教育技术装备， 2015（7）：90-91.

[5] 季桂起.探索培养高素质应用型人才的有效途径[J].中国大学教学，2009（3）：62-64+56.

[6] 崔运静，吴宝贵，石永军，等.基于Ebbinghaus遗忘曲线的“持续学习”课堂教学模式[J].实验技术与管理，2016（9）：166-168.

[责任编辑：刘凤华]