基于網絡結構的大學生合作學習模式研究

鄭巍 彭雨松 潘浩 劉成斌

摘 要：合作學習是通過群體合作的形式組織學生進行合作交互的一種教學策略。目前大多數的合作學習方式都強調學生組內合作互助，而組間的交流較少。優化合作學習小組合作的網絡結構，可以提升學生之間的知識傳播效率，提高學生的學習效果。實驗結果表明：具有分形性質的規則網絡結構能夠提升學生學習效果，提高學生學習成績，增強教學效果。

關鍵詞：合作學習；教學策略；網絡結構；知識傳播；分形

中圖分類號：G642 文獻標志碼：A 文章編號：2096-000X（2018）19-0091-03

Abstract： Cooperative learning is a teaching strategy that organizes students to collaborate and interact in the form of group cooperation. At present， most collaborative learning methods emphasize cooperation and mutual assistance within the student group， and there is less communication between groups. Optimizing the network structure of cooperative learning group cooperation can improve the efficiency of knowledge dissemination among students and improve the learning effect of students. The experimental results show that the rule network structure with fractal nature can improve students' learning effect， improve students' academic performance and enhance teaching effect.

Keywords： cooperative learning； teaching strategy； network structure； knowledge dissemination； fractal

一、概述

20世紀70年代合作學習興起于美國，很快引起了世界各國的關注并逐步運用與發展，是當代主流的教學理念與策略。

合作學習通過群體合作的形式組織學生進行學習的一種教學形式[1]，該學習模式能系統利用教學動態因素之間的互動，促進學生的學習，這一學習模式目前在高校大學生自主學習中廣泛應用[2-5]。合作學習的核心是學生之間的交互，它為學生之間的溝通、補充、合作提供了交互機會，有利于學生解決自己遇到的一些問題，并且增加了知識的流動性。相對于獨立學習而言，合作學習能夠在學生之間建立更積極的伙伴關系[2]。互聯網的發展使得合作學習突破了時間、空間的限制，更加突出了合作學習反饋及時、學習便捷和靈活等優勢，推動了現代教育的發展[3]。合作學習可以培養學生實踐能力，合作能力，是教學過程中的重要環節，是理論聯系實踐的橋梁。

合作學習經過多年的研究，取得了一些成果，學生合作學習模式的本質是加強學生之間的交流學習，提升學生之間的知識傳播，提高學生的自主學習能力，提升團結合作精神。所有的學生加上他們之間的合作交互關系就構成了一個交互網絡。合作學習的目的是鼓勵學生之間產生更多的交互，促進知識在學生之間進行傳播。目前，合作學習在組織結構設計和組織管理方面存在著以下問題：大多數的合作學習模式是以項目為驅動，采用劃分小組的形式，小組的劃分策略主要是“組內異質，組間同質”，再選擇相應比例的不同知識水平的學生在同一組中。目前國內合作學習中，不同學生小組之間沒有直接的溝通，這是一種局部交互網絡（即知識在網絡的局部進行傳播），從網絡的角度而言，這是不利于知識傳播的。對小組成員的挑選策略只是簡單考慮了知識水平，沒有考慮成員的學習特征，而學習特征差異較大的學生分在同一組內交互的效果并不好。組織學生進行合作學習大多是以項目為驅動的，在項目驅動的情況下，小組成員之間交互的動力較強，將合作交互關系擴展到日常的學習當中，可以提高學生的學習效果。

二、研究方法

（一）研究對象

本項目選取該校軟件學院學生進行教學實驗。為了驗證基于好友利他的大學生合作學習機制的效果，我們在2016-2017第一個學期在南昌航空大學軟件學院三個班級（162021、162022、162031）《程序設計基礎》課程的100名學生和2016-2017第二個學期三個班級（152021、152041、152042）《數據結構》課程的109名學生中進行對比實驗。

（二）建立好友交互網絡

真實世界中存在大量的復雜系統，在這些系統從拓撲結構的角度都可以抽象為復雜網絡。不同的網絡結構對知識傳播的影響不同，常見的復雜網絡有小世界網絡、規則網絡和無標度（Scale-free）網絡[6]。本文基于真實的社交關系，按照以下策略選擇好友：

好友選擇策略1.學生在班級中選擇好友，好友數量不超過三個。

好友選擇策略2.學生在班級中選擇好友，好友數量不受限制。

本項目要設計一個好友推薦模型以構建交互網絡，好友推薦模型的建立需要考慮交互網絡的結構特征。因此，本項目研究如何檢測網絡的分形結構特征和社區結構特征。

（三）網絡中分形結構檢測方法設計

這里db是盒子b的分形維數，？誺b是盒子b的尺寸，Nb（？誺b）是覆蓋盒子b的最小盒子數。

分形維度一般是通過盒子計數法來計算，但是盒子計數法計算分形維度存在一定的隨機性，無法得到準確的分形維度。本項目擬利用節點的網絡中心性特征來確定盒子的中心位置，提出一種新的分形維度計算方法，減少傳統方法隨機選取盒子中心位置帶來的不穩定性，得到更為準確的分形維度。

（四）基于模塊度的社區結構檢測方法設計

交互網絡中的合作學習需要學生付出時間代價，因此需要重新定義。

其中，M為整個網絡邊數，A=（aij）是網絡的鄰接矩陣，Ci和Cj分別表示節點i和節點j在網絡中所屬的社團，如果這兩個節點屬于同一社團，則δ=1，否則，δ=0，P'ij是零模型中節點i和節點j之間連邊數的期望值， P'ij=Ni Nj f（tij），其中，Ni是度量節點i的重要性，tij為節點i和節點j之間的時間間隔，f（tij）為障礙函數。

三、基于對比實驗的大學生合作學習實證分析

實驗結果：

在2016-2017第一個學期的課程教學中，對162022班采用好友策略1，對162031班采取好友策略2，162021班做為原始對照組。在2016-2017第二個學期的課程教學中，對152041班采用好友策略1，對152041班采取好友策略2，152021班做為原始對照組。本文統計了三個班的《程序設計基礎》課程成績和三個班《數據結構》課程成績作為實驗數據。考慮到班級平均初始知識水平的不同，圖1、圖2表明了每個班級的平均分與三個班級平均分的差值，驗證每個班班平均分在期中期末的變化。考慮到個體知識水平相對于初始知識水平的變化，圖3、圖4表明了每個學生的期中、期末的分數與上一次所有學生的平均分的差值。為了探究不同的網絡結構對于班級標準差的影響，圖5、圖6表明了每個班級學生的標準差與所有學生標準差的差值。

圖1表明了三個班級的平均分，162021班初始的知識水平較高，期中考試成績領先于其他兩個班。在期中考試后，162022班取得了較好的學習效果。1620231班相對于162021班取得了更好的學習效果。對于班級而言，規則網絡結構傳播知識效果較好，增長率提升最高。而Scale-free網絡結構中，學生的好友數量更多，在同一時間內不能與多名學生進行交流，知識傳播效率較低。

圖2表明了《數據結構》三個班級的平均分差，152041班在期中考試中取得了最好的學習效果，期末考試成績有所下滑，總的來看知識增長率最高；152042班相對于152021班取得了略好的學習效果。

圖3表明了《程序設計基礎》三個班級的個人平均進步分，162022班的學生取得了較好的成績，162022班學生個人知識水平的提高量相對于162031班和162021班更高。比較期中考試的進步分，規則網絡結構對于提高學生的知識水平有較強的促進作用。

在圖4表明了《數據結構》三個班級的個人平均進步分，152041班同學進步最快；152042班同學相對于152021班同學的個人知識水平提高更多。比較期中期末的進步分和增長率來看，規則網絡對于提高學生進步分更加穩定。

圖5表明了《程序設計基礎》三個班級的標準差，162022班和162031班標準差低，說明這兩個班級每個學生的成績差距較小，規則網絡結構相對于Scale-free網絡結構更加穩定。162021班每個同學的分數差距較大。學生在提高了自身的知識水平，也幫助了好友提高了成績。

在圖6表明了《數據結構》三個班級的標準差，152041班和152042班的標準差較低，說明這兩個班級每個學生的成績差距較小。162021班每個同學的分數差距較大。由于152041班初始的標準差較小，導致在變化率中不如Scale-free網絡結構的效果好。

六個班的結果表明，在好友選擇策略下，不同策略形成的不同網絡結構影響了知識傳播效率，產生了不同的學習效果，影響了學生的學習狀態。相對于原始對照組，好友網絡結構明顯提高了學生的學習成績與學生學習成績的標準差。優化網絡結構，提高了課堂的教學效果，提升了學生合作學習小組合作的學習效果。

四、結束語

本文從網絡結構角度出發，理論與實踐相結合，通過合作學習，促進學生之間的知識傳播，鞏固自己課堂學到的知識，同時鍛煉學生進行知識探討和解決問題的能力。

在實踐教學模式中，有利于發揮學生合作學習的知識探討，以及團隊合作精神。學生在完成自己任務的過程，合作構思任務的設計和解決方案。在完成任務后幫助其他同學，提升學生之間的團隊合作精神。

參考文獻：

[1]王坦.合作學習簡論[J].中國教育學刊，2002（01）：32-35.

[2]Roseth C J， Johnson D W， Johnson R T. Promoting early adolescents' achievement and peer relationships： the effects of cooperative， competitive， and individualistic goal structures.[J]. Psychological Bulletin，2008，134（2）：223-46.

[3]王曉玲.微信與QQ支持下基于任務驅動的協作學習之比較研究[J].電化教育研究，2013，34（11）：98-102.

[4]鄭蘭琴，楊開城，黃榮懷.基于信息流的面對面協作學習交互分析方法的實證研究[J].中國電化教育，2013（11）：30-35.

[5]王篤勤.小組合作學習行動研究[J].外語教學理論與實踐，2004（1）：14-19.

[6]劉濤，陳忠，陳曉榮.復雜網絡理論及其應用研究概述[J].系統工程，2005（06）：1-7.