交叉学科类课程教学中的心智模型养成研究

2021-10-25董元方

长春理工大学学报(社会科学版) 2021年5期

董元方

（长春理工大学经济管理学院，吉林长春，130022）

一、前言

由于深化交叉学科建设的内生动力不足［1］，我国高等教育界在交叉学科领域的研究成果多集中在宏观或中观层面，如跨学科教育的国际比较和个案分析，真正具体到微观层面（如人才培养、教学改革、课程建设、实践探索）的研究却鲜见，尤其是作为高等学校人才培养质量的核心元素和基础性工程的课程，在很大程度上决定了一所大学的发展潜力和可能高度［2］。

交叉学科背景下，项目式教学固然是很好的解决办法，但实践过程中也存在目标性不强、形式散漫的问题，需要学生有强大的自制力和自学能力，这对多数学生来讲是困难的，在缺乏教师指引的情况下很容易陷入困境。因此需要探讨把项目式教学的核心内容引入日常专业课教学的方法，这与把创新创业教育融入专业教育的目标是一致的。也就是说，交叉学科类课程教学应体现项目教学的特点，又不失课程教学的规范。

把心智模型引入交叉学科的专业课教学符合这个要求。建立更复杂心智模型的方法是有章可循的。比如检索练习、有间隔的练习、演练、规则学习以及结构构建，都有助于建立更复杂的心智模型，从而提高学习与记忆水平。同时，心智模型也可以被调整，以适应复杂多变的环境。

在课程教学中，心智模型至少可应用在以下几个方面：（1）学生学习主动性的有效提升。多学科交叉融合不是学科专业的机械堆砌与简单叠加，也不是增设几门新型课程或前沿课程，而是强调学科专业之间的交叉与融合。［2］这种交叉和融合，落实在教学中，并不是可以由教师直接讲授的，或者说，必须经由学生的主动思考和主动实践才能获得。（2）应用引领的类项目式教学情境搭建。从学科情境转向应用情境和适应情境，坚持问题导向和需求导向。（3）教师的角色转换。教师依照心智模型的构建原理，从宏观上引导和指导学生，发挥学生主动性，在交流和切磋中帮助学生完成心智模型的建立和完善。

本文讨论交叉学科背景下，将心理学和认识论的心智模型引入课程教学的方法。通过探究心智模型的概念、类型、养成机理，借鉴心智模型建立的过程、优化的条件、激发的方法，应用于专业课程教学实践，总结出有借鉴意义的交叉学科类课程的一般教学方法。

二、交叉学科和心智模型的概念与研究现状

（一）交叉学科和心智模型的概念

交叉学科是自然科学、哲学社会科学各大学科门类以及本门类诸多学科、专业之间交叉融合而形成的知识体系。现代科学技术革命的一个特点是，自然科学与社会科学相互影响、相互渗透的倾向日益增强，人类全部知识综合为统一科学的趋势日益明显。［3］交叉学科是推动、催生重大原创性成果的主要驱动力。［1］

“心智模型”这个名词由苏格兰心理学家Kenneth Craik在1943年出版的《The Nature of Ex⁃planation》一书中提到。1989年，Johnson-Laird确定了心智模型的三个不同来源：学习者从来自于有关世界的知识的一组基本成分或来自于学习者拥有的类比模型中，以归纳的方式建构模型的能力；对外部世界的日常观察；其他人的解释。

邱美虹［4］认为，心智模型是长时记忆中的元素与外界环境或刺激物交互作用所产生的内在表征，它会随外在人、事、物等异动而改变，因此具有动态变化特质。吕晓俊［5］则认为，心智模型是一个相对持久的动力系统，是在对社会事件进行描述、归因和预测活动中体现出来的有关社会事件的知识和信念，以此作为后发式的行为决策的基础，决定了人们看待世界的方式。

（二）交叉学科类课程特点

交叉学科类课程的特点是“广而新”。“广”体现在融合了不同学科或专业的主干知识，且需要广博的知识体系把课程整合起来。“新”体现在前沿课程新且变化快。这些特点使知识更新不能完全依赖教师讲授，使项目式教学获得了普遍认可。［6］项目式教学把“学习什么”转化为“如何解决问题”，以实践项目为目标，并不提出问题，而是由学生在项目中去发现问题，然后用所学知识去解决问题，在知识受限的情况下，又去扩展知识。［7］但是项目教学的过程控制和评价标准难以把握，其目标也很难放在一门课程中贯彻。

（三）心智模型理论的发展

把握新旧知识的关联和构建认知框架，才是真正的学习。美国前国防部长唐纳德·拉姆斯菲尔德在2002年的一次新闻发布会上说：“有些事是已知的已知——有的事情我们知道自己知道；有些是已知的未知，意思是我们知道有的事情是自己不知道的。但是还有未知的未知——那些我们不知道自己不知道的事情。”发现未知，把未知变成已知，是学习的过程。然而，学生往往只能片面地或者孤立地进行宏观表征、微观表征和符号表征，并不能将三者有机结合并进行自由转换。根据建构主义观点，真正的学习应满足三个条件：首先，学生的已有经验中必须具备可以固定新知识的旧知识；其次，学生必须意识到新旧知识之间的关联性；最后，学生必须有意识地用一些普遍的方法将新旧知识联系起来。在这个过程中，学习者必须分清并解决那些存在于他们已有的认知框架与新的认知框架中的不统一与不和谐，这才是真正的学习。

构建心智模型就是构建这样的心理框架。［8］在接触新资料时，提取核心观点，并从中构建出一套完整的心理框架，就是结构构建。这些框架有时被称作心智模型或心智图。下足功夫练习，就会使彼此相关的复杂理论或是连续的运动技能整合为一个有意义的整体，这就是心智模型。结构解释了元素彼此间是如何联系的，心智模型就是被牢牢记住并熟练应用的技能或知识结构。有效的学习能建立更复杂的心智模型，更深刻地理解概念或机理间的关系。

（四）心智模型养成与创新融入

Stephens等［9］认为，学生利用模型来解释实验结果时就是在进行基于模型的推理，建模能力与基于模型的推理能力有密切的联系。基于现象、基于关系的推理，认为模型是现实的简单复制；基于模型的低层次关系推理，意识到模型建构过程中的目的性；基于模型的高层次关系推理，认为建模是为了检测并发展思想而非复制。因而，提高建模能力，就是提高学生的认识水平，而认识水平的提高是创新之源。

同时，不同学生在不同时期及不同场景下，可能经历不同的建模过程。［10］建模过程可能成功，也可能失败。这种把旧有知识与新知识关联，并构建心智模型的过程，需要教师的引导和参与。

三、交叉学科类课程教学中的心智模型养成方法

课程教学的目标是帮助学生掌握一门课程的知识体系和基本原则，但实践过程中缺少学生的主动参与和创新热情。项目式教学的核心理念是“以项目为主线、教师为引导、学生为主体”，创造“学生主动参与、自主协作、探索创新”的学习环境。但实践过程中对学生自主性要求较高，教师的指引作用依赖于学生能力、教师能力和师生配合，这为项目成果注入了很多不确定性。可见，课程教学与项目式教学的理念虽不相背离，但方法各有千秋。

项目式教学中的明确目标可以带来强大的激励作用，主动学习自然弥合了知识跨度，师生互动引领认知产生创新驱动，这些都是交叉学科类课程中强烈需要的。利用应用场景粘合相关专业课程，有针对性地扩展理论和实践知识，建立旧知识和新知识的有效联结，有助于形成综合性、创新性的复杂思维，促进专业课学习，真正实现创新内涵及培养复合型人才的目标。同时，应用场景使交叉类课程内涵外现，“广而不杂，创新点突出”，提高课程教学效果和效率，进而激发学生主动学习的兴趣和热情，引导创新行为。

本文提出的心智模型养成方法（如图1所示），首先构建恰当场景，把项目式教学的要素引入课程教学，在课程教学中以问题引导创新，使学生创新平台与专业课教学相互促进、交相辉映，有利于心智模型的养成和专业素质的提升。

交叉学科背景下的课程教学，可以用心智模型的养成过程来描述。心智模型的形成机理告诉我们，在学习过程中进行有效检索、试错和比较，有助于提炼关键概念、纠正错误并总结经验，经由反思进行结构构建，进而生成心智模型。这个过程中，学生在认知机理作用下，经过对知识的分析处理，构建认识世界和分析决策的方法和模式。

四、心智模型养成方法中的教师模型和学生模型

教师和学生在心智模型培育过程中相互促进，既提升教师作用，也激发学生共鸣，共同促进心智模型的养成，并不断优化完善。师生的相互作用就是教与学的相互作用。教师在引导与启发的同时注意提炼和解决关键问题，学生在实践和学习的同时不忘反思和思维构建，才能最终达成课程教学中学生心智模型的成熟。

（一）课程教学中的教师模型

教师的指引和指导在课程教学中非常重要。但是，要触发学生自主参与，引导学生主动建立、扩展和完善心智模型，不仅需要丰富的教学经验，还需要充分利用心智模型的触发和构建机制。比如：提供相关场景，让学生主动参与以产生持久记忆；制造合意困难，给学生留出苦思难题的空间，犯错误并改正错误，其实是在搭建通往高层次学习的桥梁；提供多种方法和工具，指导学生比对和选择；提供答疑和必要的指引，使心智模型构建过程顺利完成。本文对这样的一般教师模型进行了总结，如图2所示。

图2 心智模型养成过程中的教师模式

（二）课程教学中的学生模型

学生要构建完善而成熟的心智模型，需要演练和反思。通过在专长领域进行的数千小时的练习，可以积累大量类似的心智模型，从而保证在特定环境下做出正确分析，挑选出正确的应对方案并加以执行。心智模型的结构构建，需要从新知识中提取关键概念，并把这些概念和已知联系起来，在不断调整中构建分析模式，从而掌握复杂知识。在这个过程中，反思有助于分离出关键概念，巩固并构建已经学到的知识；比较有助于发现问题背后的相似性，发现不相关问题的普遍解决方案，提高总结基本规则的能力。融入这些模式，需要对课程教学进行恰当设计。本文对这样的一般学生模型进行了总结，如图3所示。