热力学模块教学中能力模型KomM研究

Suanne Staude,Julia Gerber

(1.西鲁尔应用科学大学, 德国 波特洛普 46236； 2.科隆应用科学大学，德国 科隆 50678)

0 引 言

新生入学时，他们也把各自不同的文化背景、社会化方式、学习经验等带到大学。此外，不同学生也有着自己不同的(学习)动机和人生计划，大学学习只是属于他们人生计划中的一部分。这些因素都造成学习群体(或各个年级和班级)在思考、意见形成和行动方面体现出异质性。这种异质性特别是在入学阶段表现得十分明显，[1]给教师同时带来极大的挑战。另外，大学的许多模块挂科率很高，特别是工程学的一些基础课，比如热力学就被广泛认为是一个“让人恐惧的专业”。

基于对学生群体复杂多样性的理解，科隆应用科学大学开发了一个能力模型 KomM，旨在为成功的教学和学习——特别是在工程学较难的一些科目中——制定教学方法策略。本文探讨了该模型在西鲁尔应用科学大学一个热力学模块教学中的实际应用。

1 能力模型KomM

KomM的目的是把大学学习作为学生必须完成的任务从四个层级展示出来。[2]

位于最上面的第一个层级(见图 1)是专业知识。专业知识可以通过考试和其他问题性的任务进行检验。该层级涉及的是学生获得的或应该获得的知识，学生的认知表现在此是关键。在这个层级，教师主要扮演教练的角色，给学生发出指示。[3]在实际教学实践中，专业知识的传授作为教学活动的重要组成部分占主导地位。除了以专业内容为导向的学习、考试规章以及模块描述这么要求以外，可能也是由于教师觉得自己作为专业领域的“行家”，很愿意并相对来说也能较容易地扮演传输知识的中介角色。但是，这个层级与其他层级之间的相关性不得被忽视。

图1 能力模型 (从塔尖到塔基：知识、工作方法、自我认识、心理/身体上的承压能力)

第二个层级下面是适合该学科的工作方法。学生借助适当的工作方法可以获取知识并实施他们的学习策略。教师在课堂上要么期待学生已掌握了一定的工作方法，要么就要给他们提供不同的方法。例如，教师在上课时，一方面期望学生集中注意力听讲，另一方面也期待他们积极过滤听到的信息并记录重要内容。为了做到这一点，学生需要一个方法，根据这个方法，他们可以在“重要”和“不重要”的信息之间做出决定。在这个层级可以提出一些关键问题来促进学习过程、知识的获取并牢固专业知识。这些问题列举如下：“我怎么学习？”“是否还可以更好，如果可以，怎么实现？”“我应该在什么背景下实施什么学习策略？”“团队/小组学习怎么进行，我在其中起什么作用？”

第三个层级是自我认识。这个层面更加难以识别、难以对其施加影响。一般来说，它涉及的是学生的价值观、规范、态度和动机：学生如何评价自己和学习、他们追求的目标和原因。在此特别关乎的是促使学生或多或少地去上课、为通过考试(或其他目的)而学习以及成功完成学业的动机。教师通常不会认为自己有责任跟学生探讨他们对学生所扮演角色的自我认识。但是，教师希望学生在处理学习内容时有认同感，因为将来在职业中正是要求他们掌握了这些内容和与之适当的工作方法。并且，学生正是在反思的过程中，在把自我认识和自己的目标做比较时往往会对专业内容产生认同感。

第四个层级是心理上和身体上的承压能力。这个层级位于KomM 模型的最底层，在教学活动中往往被边缘化或被完全忽视。因为这个层级就像第三层级一样不被视为或被拒绝视为老师的责任。[3]学生在学习之外面临哪些困难？在来到大学之前，学生都走了哪些路、克服了哪些障碍？哪些个人问题会影响学生的认知力？这些和其他尚未提及的问题对教师来说是不容易识别和处理的；然而，它们对于学生取得学业成功很重要。影响学习的另一个重要因素是压力。压力一方面由时间压力、过度要求、冲突或缺钱等外部因素引发，另一方面，由个人内在因素引起的压力无处不在，这些都属于第四个层级：对局势的主观判断和自己对行动方案的制定，包括对自身能力的判断，都受到其影响。例如，当学生自己无法对自我以及自身的学习过程做出客观评价，并产生对失败的恐惧感时，就会出现考试焦虑。如果学生意识到对学业的成功可以作出积极影响，而不是必须 “听天由命”，就会积极地认为，他们能够通过一定的努力来克服某些情况下的困难并处理好问题。[4]所以这个层面的主要问题是：“作为一名学生，我都拥有什么资源可以让我能够很好地处理日常的学习生活？”

以上四个层级都直接相关并相互影响。通常来说，学生需要不断地在所有四个层级上实现一种平衡，从而形成全面的“学习能力”。

KomM模型的观点是，首先，教师能够并且也应当在教学中，以及通过教学帮助学生形成学习能力，因为只有这样，来自不同教育背景和生活环境的学生构成的多样性才会成为学生成功完成学业的一个机遇。以下将通过示例来分析如何在教学中应用该模型以及这对学生和教师产生什么影响。

2 KomM的实际应用的报告

作为一名教授以及KomM的应用者，笔者首先面临的一个巨大挑战是如何具体地把模型的理念融入到模块教学中。即：如何在我的课程中兼顾学生不同的承压能力？怎么样在有90名学生上课的课堂上兼顾每个人的自我认识？

本文在下面将逐步说明如何把KomM模型的理念应用于具体的模块教学。在此以“热力学”模块为例进行详细描述，该案例是本文作者Staude与科隆应用科学大学教学发展中心[注]Julia Gerber, Susanne Gotzen, Birgit Szczyrba 博士。以及波鸿新教应用科学大学的心理学教授Alexandra Lehmann合作开发的。

2.1 背景介绍

热力学模块是西鲁尔应用科学大学(Bottrop)本科专业“经济工程—能源系统”第二学期的一个模块。当时约有90名学生参加该模块的学习。该模块的教学活动包括每周2个课时的大课、2课时的练习课以及2次实验。 实验由每5名学生组成一组进行，并由科学助理指导。

只有少数学生喜欢学“热力学”。大多数学生觉得这个学科很难理解，因为热力学中涉及的许多概念非常抽象也很难想象。

但同时，热力学尤其是在能源技术领域里是重要的基础学科之一。因此，学生应该真正理解热力学的核心思想——而不是“仅仅”能够正确应用相关公式。

2.2 把职业中的典型任务作为学习情境

为了在一个模块中确定KomM模型的不同层级， 首先必须重新考虑哪些是学生的学习目标。 到目前为止，只为该模块在第一层级(知识)和第二层级(工作方法)确定了学习目标。因此需要补充其他两个层级的目标(自我认识和心理/身体上的承压能力)。

我们发现，描述“职业中的典型任务”在此能够起非常大的帮助作用。“职业中的典型任务”是指在一个典型的职业情境下产生的问题或任务，而学生正是要为此做好准备。从这样的任务中就可以推导出学生应具备的、借此来战胜挑战或成功完成任务所需的能力。

以此为入手点，同时对KomM模型的解释也可以得到扩展。各个层级涉及的不再仅仅是学习的不同维度，而是从一开始就被理解为今后职业工作的各个维度。通过在大学学习中考虑并涉及这些不同的层级，也就同时使学生在各个层级都能为将来的职业工作做好准备。

如果涉及的不是一个模块，而是整个专业，那么可以描述三到四个完全不同的职业中的典型任务，从中就可以推导出这个专业应设定的各个学习目标。 然后可以对这些学习目标进一步细化，下分适配至不同模块。

这种通过职业中的典型任务来构建专业的方式同时也使对专业进行以能力为导向的设计成为可能。

在专业层面描述职业中的典型任务对教学从两个方面来说十分有价值：一方面，基于非常具体(可以从第一学期开始适用)的任务，可以更容易地体现出基础科目(例如数学、物理等)的重要性。另一方面，通过精准描述职业中的典型任务，并从中展示完成任务所需的能力，教师可以帮助学生直观地理解独立存在的各个模块之间的相互联系。

2.3 学习目标的定义

如前所述，描述一个职业中的典型任务，最初的目的是为了定义“热力学”模块的学习目标以及要培养的能力。因此，笔者首先尝试描述了一个与“热力学”模块的内容有紧密相关性的任务，具体如下：

客户带着以下问题来找您：“我们必须不断地把我们废弃的采矿坑中的水抽空。 抽出来的矿井水呈现出约为45°C恒温的特征。可以用这些水来发电吗？”

接下来，笔者思考了学生应具备哪些能力才能解答这个问题，然后把这些能力归纳到KomM模型的四个层级(见表 1)。

表1 KomM 模型4个层级上的学习目标

在制定这些目标时，笔者很快就发现，在采用跨学科系统性工作方法、自我认识和承压能力层级的目标实际上并不新鲜。我们一直都对学生提出在时间压力下工作、能够充分论述所提观点的要求(例如参考文献)，或者是要求他们学会如何系统性地解决问题。但到目前为止，还没有在任何模块说明中提及这些目标！因此，这些目标一方面对学生来说是不透明的，另一方面，这些教学目标在教学中经常容易被忽视，因为学校根本没有有意识地想过学生应该如何达到这些学习目标。换句话说，如果不告诉学生他们要学什么，也不给他们指引怎么去学，那么就不能期望他们会学到我们想让他们学的东西。

在 “思考” 的学习目标中，笔者特别清楚地看到了对学生的期望缺乏透明度。至少在大学，本人不是唯一一个抱怨学生似乎不会思考的教师，这特别体现于：在实习报告中记录明显不现实的测量值，同时不做任何注解；从互联网上照抄相关内容；做练习题或考试题得出无法令人置信的结果。然而，在任何模块中也都没有把“思考”作为学习目标确定下来，甚至也没有像“学生质疑自己的结果并检验其是否成立”这样的表述。因此，首先要明确定义一个学习目标，即“学生思考他们的结果并会注意到不切实际的地方”，接下来，便可以开始思考如何帮助学生实现这一学习目标。在这一点上应该注意，学习目标的透明化并不意味着在模块教学期间或结束时会直接考核所有列出的目标的达标情况，因为在考试时只会考核那些在不同层级间接包含或提到的专业上的学习成果 (Learning Outcome)。但是，所有学习目标都会在进行教学设计时被充分考虑，并在教学活动中与学生一起涉及并进行反思。

2.4 对实施方法所做的思考

就在教学中的具体实施而言，笔者做了如下思考：可以采用哪些方法来支持学生达到在KomM模型各个层级上的新学习目标？如何在这样一个大课上实施？在对表 1进行了扩展的基础上添加了有关实施的一列，这样就可以确保在教学中涉及了每一个学习目标。具体如表 2展示：

表2 学习目标和可以实施的措施

在做这些思考时，笔者意识到，用已经使用过的方法就会取得很多成就，但通常缺少的是与学生交流对他们的期望。

除了已经使用过的方法外，笔者还引入了新的元素。一方面，设计了一些强化思考训练的练习和考试题。这些题目的目的并不在于为相当难的问题找到答案，也不在于解很多的方程式。相反，这些题目涉及更多的是对热力学基础知识的归纳和应用。

比如：

(1)我可以在夏天把冰箱门打开来冷却办公室吗？

(2)使用45°C的温水发电是否可行且是否有意义？

在热力学模块中涉及到一章关于“稳定传热导论”教学内容。 笔者把这一部分设计为学生自主学习的内容，从多本教科书中选出了相关章节并复印给学生。这些教科书以不同的方式对同样的专业知识(第1层级)进行了不同的讲解。因此没有在大课上讲授这个主题，但给学生布置了一些相关的练习题，并在练习课上讨论了这些题。通过这种方式，学生能够学习到如何从教科书中获取专业知识。通过给学生复印具体部分的内容，可以确保他们学到了正确的东西(也就是我期望他们学习的东西)。特别是对那些尚未有丰富自学经验的学生来说，他们往往很难从广泛的教科书中过滤出相关信息，所以很快就会被淹没在大量信息中，进而失去探索的勇气并最终放弃。

笔者之所以把“不怕不熟悉的技术” 也列入学习目标，是因为观察到许多学生在做一个新实验，或者是需要用一项不熟悉的技术来完成一个任务时，往往做出“我们上课还没学过”的反应。学生在此产生一种条件反射式的防卫，主要是因为对新事物产生不确定性。 为了减少这种不确定性，我发现，给学生以正面的反馈和鼓励非常有效：例如学生在做练习时使用了正确的方法就明确指出并给与肯定；在检查学生的实验报告时给他们以书面形式的积极反馈，要强调哪些地方做得好，而不是仅仅给出一个分数；在上课讨论时对即使是不是十分恰当的发言也指出其中有正确的思路或者有趣的想法并给与好评，另外还要感谢所有发言人的参与。

2.5 反 思

学期结束时，笔者在表2中又扩加了一列，即下学期的改进措施。通过学期结束时的练习、实验报告和学生的考试，笔者意识到，有一些学习目标只有很少一部分学生达标了。此外，在上课的过程中还发现了其他一些新的学习目标。 因此，反思是把KomM模型应用于具体模块的一个非常重要的步骤。

笔者所描述的任务不能涵盖之前作为模块教学内容定义的所有专业知识。因此现在可以在此描述一个更为全面的实际工作中会遇到的任务，或者也可以描述跟该模块教学内容相关几个小任务。

关于模型的最底层，即承压能力，笔者为下一学期确定了一个新目标：即使在很困难也十分具有挑战性的情况下，学生仍应该保持他们的学习能力。有很多对自我效能没有信心的学生，我们观察到他们在上一个学期的态度发生了变化。特别是有些学习比较弱的学生，后来就不再参加练习课，也不申请考试。就热力学而言，由于这些学生感觉无法理解专业内容或感到学不下去，就失去了“学习能力”。

在实验报告中，学生们首先表现出了一系列的能力缺陷：读不懂状态图、不会自主学习、难以提出理由充分的观点并进行权衡和思考、难以在时间压力下工作、不知道如何毫无恐惧地面对新技术。当然不能指望所有学生在第一次做实验时就马上能够达到这些目标。与此同时，许多学生也不确定老师对实验报告的要求是什么——尽管教师认为已经清楚地传达了这一点。

因此，在下一学期，笔者考虑了以下策略。首先，将以学生能够理解的语言为他们制作一份有关实验报告评价标准的材料，然后给学生们发两到三份实验报告，让他们根据评估标准先自己评价这几份报告。必须注意的是，在此所列出的每个评价标准至少在一份报告中都可以被评为“非常好”，这样就可以为每个标准提供一个正面例子。

通过这种方法要达到几个目标：首先，实验报告的总体水平应该提高，更符合老师的期望。此外，学生们要学会自己评价实验报告，从而学会批判性地反思以及如何提出理由充分的观点。

关于其它学习目标，笔者在反思的过程中还注意到哪些没有能够清楚地向学生传达的期望。另外要考虑的是，学生 (至少对第二学期的学生来说) 通常只会认真对待那些会被考核的学习目标。

为了帮助学生保持学习能力，让他们定期取得小的成就感很有必要。在这一点上，可以想象，将来设计一些小型的(在线)测试或问答题，希望通过这种小规模、低门槛和非传统的措施能够鼓励那些容易受挫的学生，激起他们对热力学的学习兴趣并获得成就感。

3 结 论

就许多学习目标而言，笔者意识到，还没有足够地调整教学方式方法以实现这些学习目标。常规的“热力学”讲授课不太会促使学生反思或质疑；对大多数学生来说，光是理解授课内容就足够他们忙了。因此，在下一学期，笔者会更多地向学生提出那些挑战学生思考、质疑和评价的问题。

与此同时，笔者也清楚地意识到，学生不可能全部学生都可以达到老师在模型最下面一层制定的学习目标。如果学生还没有质疑过他们 (在某个地方) 读到过的书，或者以前也从没有自主学习过知识，那么通过一个模块 (对应6 个欧洲学分) 是不足以实现这些目标的。由此得出了两个基本认识：

(1)尽管老师已经为自己的模块在各个层面定义了学习目标，但也不能指望所有学生都能100%达到所有目标。但是，100%中的一部分能达到就比以前好多了。

(2)如果学习目标，特别是较低层级的学习目标也被专业里的其他教师所采用，那么KomM模型的应用就会产生很大效果。