混合教学模式下基于高阶思维能力的“船舶辅机”教学支架设计

蒋德志 刘贵杰 谢迎春

摘  要：随着“互联网+”教育的不断普及，各种基于互联网的教学模式不断涌现。提升教学层次性，培养学生高级思维和解决复杂问题的能力成为当务之急，这对于推进我国从人口大国成为人才强国有着重要意义。本文首先介绍了高阶学习和支架式教学的理论基础以及基于高阶思维能力的教学支架;其次对轮机工程专业学习者的已有水平和潜在水平进行了分析;最后根据建构主义学习理论，在最近发展区设计了混合教学模式下的嵌入式教学支架模型，主要包括课前、课中、课后三个阶段。实践证明，通过该教学支架，实施混合式教学，提高了学生学习本课程的自主性和探究性，促进了学生高阶思维能力的发展，但是要想充分发挥教学支架的优势，还需要广大教育工作者不断总结经验，推陈出新。

关键词：混合教学模式;高阶思维能力;教学支架;船舶辅机

中图分类号：G642.0    文献标识码：A    文章编号：1673-7164（2021）15-0111-05

当代大学生处于“互联网+”的时代，他们的思维方式、认知和行为习惯都已经具备了数字化的社会生活和发散思维的特点 [1]。在学习风格上更倾向于探究性学习和非线性思考的协作学习 [2-3]。这样的学习属于深度学习，对于帮助学生抽象知识的构建以及提升高阶思维能力，具有积极作用 [4]。2019年，教育部提出，提升高阶性的基本原则之一就是培养学生的高级思维和解决复杂问题的能力 [5]。由此，教师角色应转变为学生的指导者和帮助者 [6]，而不再仅仅是知识的传递者。教学活动应挖掘学生更深层次的高级思维认知能力 [7]。

目前，教学活动很多时候仍在进行知识讲解、概念输入以及习题练习，没有给学生创造以学生为中心的高阶思维学习环境。混合式教学克服了单纯线上或单纯线下教学的局限性，将原来相互独立的线上、线下教学结合在一起，集中了线上学习与课堂教学各自的优势，充分发挥学生的主体地位，为学生的高阶思维学习提供了有力的支撑，为实现人才培养质量方面的“变轨超车”提供了高阶思维学习环境保障 [8]。

一、高阶学习和支架式教学的理论基础

（一）高阶学习

1. 高阶思维

修订后的布鲁姆分类法将记忆、理解和应用确定为较低的思维技能，分析、评估和创造是一种更高层次的思维技能 [9]。著名学者钟志贤认为，高阶思维是发生在较高认知水平层次上的心智活动或较高层次的认知能力，主要由问题求解、决策、批判性思维和创造性思维这些能力构成 [10]。

2. 高阶学习

钟志贤教授认为，高阶学习是指在学习过程中运用高阶思维进行建构的、主动的、合作的有意义学习 [10]。在教学过程中，教师运用探究、讨论、案例教学、小组学习、角色扮演、模拟决策和问题求解等方法，激发学习者动机，提供教学支架以促进学习者的元认知和非策略性知识的建构，有意识地培养学习者高阶思维能力。学习者应主动进行有意义的学习，关注思维过程，有意识地发展高阶思维能力。

（二）支架式教学的理论基础

支架式教学是一种以学习者为中心，以培养问题解决能力和自主学习能力为目标的教学模式，理论基础是最近发展区理论和建构主义学习理论。该教学模式为学生提供适当的支架，让学生通过这些支架逐渐发现和解决学习中的问题，提高问题解决能力，成长为一个独立的学习者。

1. 最近发展区理论

最近发展区理论认为学生有两种发展水平：一种是现有发展水平，指独立活动时所能达到解决问题的水平;另一种是潜在发展水平，指个体在成人或比他成熟个体的帮助下所能达到的水平。两者之间的区域就是最近发展区，如图1所示。

教学要围绕当前学习主题，根据要求在最近发展区建立教学支架（如图2所示）。教师设计教学支架时，应注意以下几点：①难度要恰当。难度不是越大越好，应做到恰当。学生必须经过努力才能达成学习目标;②支架要适量。教学支架的数量要适量，并非多多益善;③支架要动态。学习支架要不断变化，促进学习者不断向更高层次的思维转化;④支架引导性。支架的设计具有一定的引导性，学习者通过支架进行学习后，能逐渐达成目标。

2. 建构主义学习理论

建构主义理论的核心是以学生为中心，强调学生对知识的主动探索、主动发现和主动建构。教学不仅是知识的传递，而且是知识的处理和转换。教师和学生、学生与学生之间，要针对某些问题进行探索，并在探索的过程中相互交流和质疑 [11]。探究学习、支架式教学、情境教学、合作学习都是建构主义理论的具体应用。

二、基于高阶思维能力的教学支架

《教育传播与技术研究手册（第四版）》的作者将教学支架形态分为一对一支架、同伴支架以及基于计算机的支架。一对一支架对教师专业水平要求比较高。同伴支架强调通过交流讨论、协作学习实现促进和提高，要求学习者之间存在差异。基于计算机的支架常与一对一支架结合使用，两者融合后的教学支架分为与具体情境相关的嵌入式支架和不针对具体内容的通用支架。嵌入式支架是根据具体的课程内容定制的;通用支架则应用于不同学科的不同学习单元。

教育部提出要积极引导学生进行探究式学习与个性化学习 [12]，构建线上线下相结合的教学模式，推动形成“互联网+高等教育”新形态 [13]。这就对教师的信息化教学和教学模式提出了更高要求，结合教学支架各自的特点，对于一门具体课程来讲，嵌入式支架的设计最为恰当，并且嵌入式支架能够激发学习者创造能力、逻辑归纳能力、演绎推理能力、分析比较能力。因此，嵌入式支架有助于学习者高阶思维能力的发展 [14]。

三、混合教学模式下船舶辅机教学支架设计

根据最近发展区理论，首先对学习者现有发展区的已有水平（即已有的相关知识概念）进行分析，其次对学习者潜在发展区要达到的潜在水平（即要达到的学习目标）进行分析，最后在最近發展区建立嵌入式教学支架。在设计教学支架时，建立难度适中、数量恰当、形式多样并能体现动态和引导特征的嵌入式教学支架。

（一）学习者已有水平分析

在专业知识层面上，授课对象具有相近的专业知识起点。在学习本课程之前，授课对象已经学习过相关的专业基础知识，例如工程热力学、传热学、流体力学、机械原理、机械设计等知识，为船舶辅机课程的学习打下了良好基础。授课对象在此之前都未接受过船舶辅机课程的学习，在专业知识层面可以视为零起点，他们在本课程前后产生的知识变化在较大程度上视为本课程产生的影响。来自其他诸如身体、心理的成长及所处学习环境的改变对船舶辅机知识变化所产生的影响处于从属地位。

在专业技能层面上，授课对象具有相近的专业技能起点。所有授课对象经过两年的大学学习，已具有扎实的数学、物理和力学等自然科学基础，具备分析、逻辑推理和实验技能。授课对象在此之前都未接受过船舶辅机课程的学习，在辅机专业技能层面可以视为零起点。

在思维层面上，授课对象具有相近的思维能力起点。研究表明抽象思维能力的发展是影响学生高阶思维能力的重要因素。授课对象经过两年的大学学习，在分析问题、评价事物、创造力方面有了一定的基础，抽象逻辑能力也较强。

在行为层面上，授课对象的行为具有多样性。尽管授课对象的知识起点、技能起点都较为相近，并且思维能力的发展也可视为处于同一阶段，由于个体间的性格差异，每个教学对象的学习行为具有多样性。研究表明，授课对象的学习风格对其学习行为具有显著影响。

（二）学习者潜在水平分析

根据最近发展区理论，学习者的潜在水平就是要达到的学习目标。对于船舶辅机课程来讲，课程内容涉及机械、流体力学、工程热力学及传热学等。在学习本课程后，学习者要达到以下知识和能力：

1. 掌握船用泵、空气压缩机、甲板机械、船舶制冷、船舶空调、船舶辅锅炉、海水淡化装置等设备的结构、工作原理、性能参数等理论知识，能根据设备的工作程序和要求，了解其他学科的相关知识。

2. 运用已学知识解释、分析、解决船舶辅机常见故障，具有问题解决能力、实践创新能力。

3. 能够条理清晰地表述自己的观点，具有协作意识、决策能力与批判思维。

4. 具有自主学习与终身学习的意识与能力，具备全球化视野、社会责任感和使命感。

（三）混合教学模式下嵌入式教学支架设计

混合教学模式并不是一种全新的教学理论，它是对已有教学理论的应用，该模式的“教”和“学”都进行了扩展，不一定都要在同一的时间同一地点发生。教学过程也不再仅仅局限于课堂教学这一个地点和环节，而是围绕课前、课中和课后三个阶段进行，整个过程既要发挥教师引导、启发、监控的主导作用，又要充分体现学生作为学习过程主体的主动性，充分利用线上学习和课堂教学各自的优势来提高学习效果。

在借鉴翻转课堂教学模式 [15-16]的基础上，本文基于高阶思维能力，进行了混合教学模式下嵌入式教学支架设计，模型如图3所示。

1. 课前设计

船舶辅机BB平台学习资源包括课程基本信息、在线学习资源、讨论板、课后作业、拓展知识和电子教材等几部分。混合式教学模式中，教学支架课前部分的设计主要有学习任务、图片动画、课件视频和课前测试四部分。通过BB平台提供教学视频、PPT课件、图片、动画及文字材料等学习资源。这些资料能够激发学习者自主学习的积极性，在学习者的问题求解能力、决策力等方面起到了支架的作用。学习任务包括两部分：一是提供课程和教学的相关信息，如工作原理、典型结构的教学目标、重难点以及学习方法等;二是学习者利用BB平台上的相关资源开展自主学习，完成教师布置的课前测试，并将课前线上学习过程中遇到的问题反馈至BB学习平台，形成课前学习反馈。教师层面，根据教学目标和重难点，设计相应的课前测试并发布至BB平台。线上学习期间，教师则利用BB平台提供的讨论区或QQ群、微信群等网络交流工具，与学习者进行交流与反馈，跟踪学习者的自主学习状况，了解学生遇到的困惑，便于教师在课堂教学过程中进行有针对性的解答和指导 [17]。

2. 课中设计

教学支架课中部分的设计主要有确定难点、疑惑问题、故障案例和成果交流四部分。教师根据学生自主学习过程中存在的共性问题以及容易误解的概念，确定难点及疑惑问题，有针对性地讲解，总的思路是由结构到原理、由简单到复杂。在此基础之上，教师可设计故障案例让学生先独立探索，再以小组的形式进行讨论，培养学生独立思考、迁移应用、创新合作等高阶思维能力。对于讨论的最终成果，以小组的形式进行交流汇报，教师对学生的结论予以反馈和评价。

学习评价是课堂小组学习的重要一环。通过评价可以引导学生进行反思，促进学生的深度学习，有利于培养学生的知识认知能力和批判思维能力，促进学习者批判、评价、创造等高阶思维的形成和提高。课堂评价由自我评价、教师评价和同学互评实现。

在混合式教学中，课堂教学是很关键的环节。教师要不断优化更新网络学习资源，通过课堂教学巩固教学重点、难点和疑惑点，赋予学生个性化、有深度的学习讨论，帮助学生建立起完整的知识体系和认知结构 [18]。

3. 课后设计

教学支架课后部分的设计主要有拓展资料和课后作业两部分。拓展资料能够培养学习者自主学习与探究学习的意识与能力。课后作业是引导学生继续学习的一种手段，引导学生在没有教师监督的情况下，查漏补缺、拓展知识，开展研究性学习。教师根据教学内容和课堂学习情况布置课后作业，学生对学习内容的困惑之处可与老师、同学交流，教师也可对学生进行个别辅导，学生独立完成作业并提交至BB学习平台，教师将其作为学习评价的重要组成部分。

四、结论

培养学生的自主学习意识与能力，尤其是培养学生高级思维和解决复杂问题的能力，对于推进我国从人口大国成为人才强国有着重要意义。如何优化学习资源与学习方式促进高阶学习，是当前教育教学改革的重要研究课题。本文基于最近发展区理论和建构主义学习理论等支架式教学理论基础，进行了混合教学模式下船舶辅机教学支架的设计，设计围绕课前、课中和课后三个阶段进行，體现以学生为中心的理念，培养学生的自主学习、协作沟通以及解决工程领域的复杂工程问题的能力，改变传统教学中教师、教材、学生三点一线的格局。

参考文献：

[1] 刘钰碧，徐劲松. 适于“数字土著”的翻转课堂学习情境构建[J]. 教学实践研究，2016（17）：154-155.

[2] Brown，Seely J.. Growing Up： Digital： How the Web Changes Work，Education，and the Ways People Learn[J]. Change，2000，32（02）：11-20.

[3] Franco，Claudio de Paiva. Understanding Digital Natives’Learning Experiences[J]. Revista Brasileira De LinguíStica Aplicada，2013，13（02）：643-658.

[4] 马芸. 基于MOOC的混合式教学促进大学生高阶学习的研究[D]. 长春：东北师范大学，2019.

[5] 中华人民共和国教育部. 教育该如何应对未来社会对人才的需求—聚焦高阶思维 建设未来学校[EB/OL]. （2017-05-13）. http：//www.moe.gov.cn/s78/A16/s5886/s7986/201707/t20170704_308535.html.

[6] 赵永生，刘毳，赵春梅. 高阶思维能力与项目式教学[J]. 高等工程教育研究，2019（06）：145-148.

[7] 宁可为，陈援，王炜，等. 面向高阶思维能力培养的教学活动设计与实证分析[J]. 教学与管理，2019（15）：31-34.

[8] 罗映红. 高校混合式教学模式构建与实践探索[J]. 高教探索，2019（12）：48-55.

[9] Vidergor H.E.，Harris C.R.. Applied Practice for Educators of Gifted and Able Learners[M]. Rotterdam：Sense Publishers，2015：217-232.

[10] 钟志贤. 面向知识时代的教学设计框架——促进学习者发展[D]. 上海：华东师范大学，2004.

[11] 李方. 教育知识与能力[M]. 北京：高等教育出版社，2011.

[12] 中華人民共和国教育部. 教育部关于一流本科课程建设的实施意见[EB/OL]. （2019-10-30）[2019-10-31]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201910/t20191031_406269.html.

[13] 中华人民共和国教育部. 教育部关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见[EB/OL]. （2018-10-08）[2018-10-17]. http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A08/s7056/201810/t20181017_351887.html.

[14] 宋宪成. 翻转课堂模式下基于高阶思维能力的教学支架设计及应用研究[D]. 长春：东北师范大学，2019.

[15] 张金磊，王颖，张宝辉. 翻转课堂教学模式研究[J]. 远程教育杂志，2012（04）：46-51.

[16] 王红，赵蔚，孙立会，等. 翻转课堂教学模型的设计——基于国内外典型案例分析[J]. 现代教育技术，2013（08）：5-10.

[17] 李逢庆. 混合式教学的理论基础与教学设计[J]. 现代教育技术，2016（09）：18-24.

[18] 付传明. 基于SPOC的混合式教学实施要点分析[J]. 现代商贸工业，2019（22）：169-170.

（责任编辑：淳洁）