理解性學(xué)習(xí)對應(yīng)用型工科專業(yè)課教學(xué)的啟示

管天

理解是各層次教育中的共同追求，是實現(xiàn)知識經(jīng)濟時代教育目標(biāo)的重要途徑。在傳統(tǒng)的授受主義教學(xué)模式下，知識是靜態(tài)的、完整的，教學(xué)著重強調(diào)記憶和接受。這樣就會把學(xué)生們培養(yǎng)成消費知識而不是應(yīng)用和創(chuàng)新知識的角色。然而在今天的知識經(jīng)濟社會中，應(yīng)用與創(chuàng)新已成為時代的主旋律，學(xué)校的一個關(guān)鍵功能就是培養(yǎng)具有應(yīng)用與創(chuàng)造能力的人才。正如《劍橋?qū)W習(xí)科學(xué)手冊》主編索耶所言：“知識經(jīng)濟時代，僅僅記憶事實性知識和程序性知識遠遠不夠，重要的是能對復(fù)雜概念形成深刻的概念性理解并能基于這些理解生成新的觀點、新的理論、新的產(chǎn)品和新的知識。”所以，知識經(jīng)濟時代的教育離不開理解性學(xué)習(xí)。

應(yīng)用型本科專業(yè)課是使學(xué)生掌握必要的專業(yè)基本理論、知識和技能，了解本專業(yè)的前沿科學(xué)技術(shù)和發(fā)展趨勢，培養(yǎng)分析解決本專業(yè)范圍內(nèi)一般實際問題的能力的主干課程。專業(yè)課教學(xué)一般是由課堂教學(xué)、實驗教學(xué)以及課程設(shè)計、認(rèn)識實習(xí)等專業(yè)實踐過程所組成的一種教學(xué)活動。通過這些教學(xué)環(huán)節(jié)的實施，教師有目的、有計劃、有組織、理論聯(lián)系實際向?qū)W生傳授專業(yè)知識，訓(xùn)練其專業(yè)技能，培養(yǎng)其分析、解決工程實際問題的能力。可見，本科專業(yè)課教學(xué)一個突出的特點是“學(xué)以致用”，而“用”的根本在于“學(xué)”，只有做到對專業(yè)知識理解性的學(xué)習(xí)，融會貫通，才能達到在實際工作中靈活運用，進一步有所創(chuàng)新的目的。通俗地講，就是“心明”才能“眼亮”，“眼明”方能“手快”。因此，理解性學(xué)習(xí)在本科專業(yè)課教學(xué)中顯得尤為重要。

一、理解性學(xué)習(xí)及其關(guān)鍵原則

理解性學(xué)習(xí)是指學(xué)生通過學(xué)習(xí)對知識獲得深刻的理解，并能正確地運用所學(xué)知識，和通常所說的機械性學(xué)習(xí)，死記硬背、囫圇吞棗的學(xué)習(xí)相對立。在學(xué)生運用先前的知識積累對新知識加以消化吸收的過程中，其理解能力得到發(fā)展與提高。但是，這并不意味著學(xué)生達到了深度的理解。根據(jù)哈佛大學(xué)教授帕金斯等人的觀點，真正的理解是學(xué)生能夠?qū)W(xué)到的知識運用到解決實際問題和創(chuàng)造性思考，即創(chuàng)新中去。這種運用和創(chuàng)新既能展示學(xué)生的理解，又能進一步加深其理解。

2002年，美國國家科學(xué)基金會和美國教育部指定國家研究理事會下屬的一個委員會對美國高中數(shù)學(xué)和科學(xué)先修學(xué)習(xí)項目進行了為期兩年的調(diào)研，寫成了調(diào)查報告《 學(xué)習(xí)與理解——改進美國高中的數(shù)學(xué)和科學(xué)先修學(xué)習(xí)》。報告中提出了“理解性學(xué)習(xí)”這個概念來貫穿全書，并基于最新的認(rèn)知和學(xué)習(xí)研究成果總結(jié)了實現(xiàn)理解性學(xué)習(xí)的七項關(guān)鍵原則，即（1） 原理性概念知識——當(dāng)知識與某領(lǐng)域內(nèi)的主要概念和原理相關(guān)并圍繞它們組織的時候，能促進理解性學(xué)習(xí)；（2） 先前知識——學(xué)習(xí)者運用他們的前有知識去建構(gòu)新的理解；（3） 元認(rèn)知——運用元認(rèn)知策略來識別、監(jiān)控和調(diào)節(jié)認(rèn)知過程，會促進學(xué)習(xí)；（4）學(xué)習(xí)者差異——學(xué)習(xí)者有不同的策略、方法、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格；（5） 動機——學(xué)習(xí)者對自己學(xué)習(xí)能力的信念會影響學(xué)習(xí)成功；（6） 情境學(xué)習(xí)——人們學(xué)習(xí)時所進行的實踐和活動會影響他們所學(xué)的內(nèi)容；（7） 學(xué)習(xí)共同體——相互支持的互動會強化一個人理解性學(xué)習(xí)的能力。這些原則作為設(shè)計有效課程、教學(xué)、評價和教師專業(yè)發(fā)展的框架。

二、專業(yè)課課程教學(xué)中的實踐與探索

筆者基于理解性學(xué)習(xí)的原則，在能源與動力工程專業(yè)（制冷與空調(diào)方向）兩門主要的專業(yè)課（《制冷原理與設(shè)備》和《制冷壓縮機》）的教學(xué)中采取相應(yīng)的課程教學(xué)設(shè)計和教學(xué)方法，以期促進學(xué)生的理解性學(xué)習(xí)。

（一）以課程的主要概念和原理為中心形成知識體系

課程內(nèi)容按概念理解的方式安排，組織構(gòu)成課程知識的基本概念，各概念間的聯(lián)系和由概念間的有機聯(lián)系所形成的課程內(nèi)容，即專業(yè)知識，從而使學(xué)生所學(xué)得的知識形成由清晰的概念聯(lián)系起來的整體，形成知識體系，而不僅僅是知識的片段或孤立的概念，從而加深對知識的理解與掌握。例如在講授單級蒸汽壓縮式制冷原理這一部分內(nèi)容時，按理想循環(huán)（逆卡諾循環(huán)）、理論循環(huán)、實際循環(huán)的主要概念構(gòu)成課程的主要內(nèi)容。在明確主要概念的基礎(chǔ)上，建立概念之間的聯(lián)系，即理想循環(huán)的改進形成理論循環(huán)，理論循環(huán)的改善進一步分化出過冷循環(huán)、過熱循環(huán)和回?zé)嵫h(huán)。而當(dāng)考慮到壓力損失和熱交換時，又構(gòu)成了實際循環(huán)。這樣易于使學(xué)生在學(xué)習(xí)這一重要的知識點時，形成明晰的概念和知識體系，促進其理解和知識的建構(gòu)。

（二） 運用先前知識的遷移建構(gòu)新的理解

現(xiàn)代學(xué)習(xí)觀認(rèn)為人們是基于先前知識去建構(gòu)新知識和對新知識的理解的。這些先前知識包括已有知識、技能、觀念、概念和錯誤概念等，理解性學(xué)習(xí)不僅僅指把新的概念和過程增加到現(xiàn)有知識中，還指概念的轉(zhuǎn)變和豐富、整合和知識結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。所以，在教學(xué)中要幫助學(xué)生明白當(dāng)前學(xué)習(xí)的知識與以前學(xué)習(xí)的知識的聯(lián)系，建立公共基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課之間的有機聯(lián)系，使學(xué)生在前期課程學(xué)習(xí)中得到的知識有效地遷移到新知識的學(xué)習(xí)與理解中來。比如在理想循環(huán)這部分內(nèi)容的授課過程中，利用《工程熱力學(xué)》中熱力學(xué)第一定律和第二定律中關(guān)于能量轉(zhuǎn)換規(guī)律的知識，推導(dǎo)出理想循環(huán)的性能系數(shù)，并利用《高等數(shù)學(xué)》二元微分的知識，求證并比較高溫?zé)嵩礈囟群偷蜏責(zé)嵩礈囟葘π阅芟禂?shù)的影響。

（三）運用元認(rèn)知促進學(xué)習(xí)

元認(rèn)知，就是對認(rèn)知的認(rèn)知。具體而言，元認(rèn)知是關(guān)于個人自己認(rèn)知過程的認(rèn)識和調(diào)節(jié)這些過程的能力，即對思維和學(xué)習(xí)活動的認(rèn)識和控制。教育心理學(xué)所謂學(xué)習(xí)如何學(xué)習(xí)即為元認(rèn)知。在運用元認(rèn)知促進學(xué)生專業(yè)課學(xué)習(xí)的教學(xué)過程中，注重引導(dǎo)學(xué)生回顧、評價和反思他們所學(xué)的內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法，使學(xué)生有意識地去規(guī)劃、監(jiān)控和調(diào)節(jié)自己的學(xué)習(xí)過程。例如在學(xué)習(xí)《制冷壓縮機》渦旋式壓縮機的噴氣增焓技術(shù)和螺桿式壓縮機經(jīng)濟器技術(shù)兩部分內(nèi)容時，引導(dǎo)學(xué)生回顧《制冷原理與設(shè)備》中兩級壓縮部分的內(nèi)容，讓學(xué)生認(rèn)識到三者本質(zhì)上的相同。如果對這些新知識的學(xué)習(xí)感覺有難度，說明前期知識掌握不牢固，應(yīng)及時復(fù)習(xí)，調(diào)節(jié)自己的學(xué)習(xí)過程。同時，啟發(fā)學(xué)生充分認(rèn)識到噴氣增焓技術(shù)和經(jīng)濟器技術(shù)的創(chuàng)新點，實質(zhì)上就是兩級壓縮原理在渦旋式壓縮機和螺桿式壓縮機上的應(yīng)用，從而提供有效的元認(rèn)知教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。

（四）兼顧不同學(xué)習(xí)能力的學(xué)生

學(xué)習(xí)者的遺傳特征和先前經(jīng)驗交互作用，決定了學(xué)習(xí)者有不同的策略、方法、能力模式和學(xué)習(xí)風(fēng)格。為了促進理解性學(xué)習(xí)，在教學(xué)中應(yīng)組織符合學(xué)習(xí)者不同發(fā)展能力、知識基礎(chǔ)、愛好和認(rèn)知風(fēng)格的課程材料。基于這一原則，在《制冷原理與設(shè)備》熱泵的節(jié)能原理這一內(nèi)容的教學(xué)中，組織符合學(xué)生不同知識基礎(chǔ)的教學(xué)內(nèi)容，對于熱力學(xué)基礎(chǔ)較好的學(xué)生，在利用熱力學(xué)第一定律分析熱泵節(jié)能在能量的量上的體現(xiàn)之后（熱泵的性能系數(shù)恒大于1），進一步利用熱力學(xué)第二定律中有關(guān)熱量火用熱量火無的概念分析熱泵節(jié)能在能量的質(zhì)上的體現(xiàn)，并指出后者為熱泵節(jié)能的實質(zhì)，使這一部分學(xué)生對熱泵的節(jié)能原理理解得更為透徹與深刻。

（五）激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與動機

理解經(jīng)常需要學(xué)生對當(dāng)前學(xué)習(xí)主題的積極的心智參與。為了促進學(xué)生的理解，在課程中應(yīng)包含有趣的、對個人有意義的、難度恰當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)任務(wù)，創(chuàng)造機會讓學(xué)生經(jīng)歷成功，從而發(fā)展對自己學(xué)習(xí)能力的信心。例如，在《制冷原理與設(shè)備》回?zé)嵫h(huán)部分學(xué)習(xí)之后，給出“家用分體式空調(diào)安裝時，工人常常將兩根銅管捆扎在一起”這一學(xué)生在日常生活中常見的現(xiàn)象，引導(dǎo)他們應(yīng)用學(xué)到的相關(guān)知識解釋這種做法的理論依據(jù)。由于問題本身難度恰當(dāng)且生動有趣，學(xué)生在積極思考并得出答案后，便會有學(xué)有所得的“成就感”，樹立學(xué)好這門課程的信心。

（六）在真實或模擬情境中學(xué)習(xí)

情境學(xué)習(xí)強調(diào)將學(xué)習(xí)任務(wù)鑲嵌在有意義的真實情境和活動中，從而使學(xué)生能將所學(xué)知識遷移到真實情境中去解決真實問題。因此，為促進學(xué)生的理解性學(xué)習(xí)，采用真實或模擬的問題組織學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生在源于個人經(jīng)驗或真實應(yīng)用的工程環(huán)境中進行問題的解決或探究，使學(xué)生對概念及其怎樣運用產(chǎn)生深度理解，并能遷移；讓學(xué)生有機會將所學(xué)知識用于真實的情境；幫助學(xué)生把學(xué)校學(xué)習(xí)和實際生活中的問題和經(jīng)驗聯(lián)系起來。因此，在《制冷原理與設(shè)備》蒸汽壓縮式制冷循環(huán)講授之后，提出“有人欲開發(fā)一個-50℃的制冷系統(tǒng)，請給出可行的方案并加以分析比較”；在《制冷壓縮機》課程內(nèi)容結(jié)束之后，給出兩棟建筑物的空調(diào)負荷條形圖，要求學(xué)生根據(jù)兩棟建筑物各自的負荷特點，為空調(diào)系統(tǒng)選擇合適的制冷壓縮機。通過這些模擬的工程實際問題，讓學(xué)生利用所學(xué)專業(yè)知識對問題進行探究，在深入分析問題的過程中，加深對所學(xué)理論知識的深度理解并應(yīng)用到實際的工程環(huán)境中。

（七）組織互動與協(xié)作的學(xué)習(xí)共同體

學(xué)習(xí)共同體理念強調(diào)具有不同專長水平的學(xué)生和教師結(jié)成共同體， 圍繞著學(xué)習(xí)任務(wù)進行互動和協(xié)作，學(xué)習(xí)者清晰表達出自己的思維，教師則提供相應(yīng)的指導(dǎo)，學(xué)習(xí)者之間互相幫助，從而支撐學(xué)習(xí)者個人知識的發(fā)展。這種互動和協(xié)作能促進學(xué)習(xí)者的概念轉(zhuǎn)變，同時促進學(xué)習(xí)者的專長和元認(rèn)知技能的發(fā)展。由此，在教學(xué)中以討論課的形式提供機會使學(xué)生與教師就學(xué)科內(nèi)容進行拓展性的對話交流，挑戰(zhàn)彼此觀點，重建思維，加深對專業(yè)知識的理解和應(yīng)用。筆者由此得到啟發(fā)，在《制冷原理與設(shè)備》課程內(nèi)容溴化鋰吸收式制冷部分結(jié)束之后，以“某地有天然氣作為能源，現(xiàn)要開發(fā)一個空調(diào)系統(tǒng)，請給出可行的方案，并分析比較”作為討論課的主題，采用學(xué)生在班級中自由組合成學(xué)習(xí)小組的形式，對這一問題進行探究，各小組均以PPT的形式匯報交流自己的成果，教師和學(xué)生在此過程中運用專業(yè)知識進行積極的探討，分析溴化鋰吸收式制冷在冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中關(guān)鍵地位，從而加深了對能源的綜合、高效、合理利用這一重要問題的認(rèn)識和理解。

綜上所述，大學(xué)本科專業(yè)課教學(xué)應(yīng)依據(jù)教學(xué)內(nèi)容采用不同的教學(xué)方法來促進學(xué)生的理解性學(xué)習(xí)，對專業(yè)知識要在理解基礎(chǔ)上融會貫通，牢固掌握，靈活運用和創(chuàng)造創(chuàng)新。但是，當(dāng)前仍然有許多教育工作者秉承學(xué)習(xí)的陳舊觀念，教育實踐中仍存在很多違背理解性學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，過于注重對事實性知識的講授，對深刻的理解和理解性運用與創(chuàng)新能力則重視不夠。因此，在本科專業(yè)課教學(xué)中應(yīng)把促進學(xué)生的理解作為教學(xué)的追求，不斷加強理解性學(xué)習(xí)的理論研究和教學(xué)實踐。

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