基于多層次強化理論的混合式教學方法研究
——以程序設計為例

楊吉斌，李 陽，趙 斐

（陸軍工程大學 指揮控制工程學院，江蘇 南京 210007）

0 引 言

隨著網絡技術和教育技術的飛速發展，網絡教學資源越來越豐富。利用網絡教學資源輔助教學逐漸成為常態。在這種情況下，如何在高校更好地開展課堂教學，成為一個重要課題。經過大量探索實踐，結合課堂和網絡兩者優勢的混合教學方法越來越多地出現在高校中，顯示出巨大的發展潛力和前景[1]。2003 年一項調查數據顯示，美國大約80%的高校提供了混合式課程[2]，國內推廣采用混合式教學的院校也逐年增多[3]。

混合式教學并沒有一定之規，很多學校和研究人員都探索了其具體形式，出現了翻轉課堂、云課堂等多種實施方式[4-7]。然而，研究表明，在很多情況下，翻轉課堂等混合式方法提升教學效果的程度并不能達到預期[8]。例如，當課程采用大班教學時，教師由于精力有限，無法在翻轉課堂教學中顧及每位學生，指導作用相對變弱；加之原先知識講授的教學時間變短，網絡學習不能保證及時反饋，教學效果受到一定程度的影響。同時，混合式教學要求學生在課前預習環節上有較高的參與度，需要學生有較好的自主學習能力。然而，很多剛入學的高校新生，尚不適應高校課程教學時間短、內容多的特點，學習過度依賴教師講解，學習效果較差。另外，混合式教學也可能存在翻轉形式化、課堂碎片化、網絡學習走過場等問題。

引入網絡因素實現混合式教學的初衷是提高教學活動中學生的主動參與程度，解決教師“滿堂灌”問題。因此，要優化混合式教學效果，最重要的是正確運用各種課堂教學和網絡教學手段，充分發揮學生的學習主體作用。

1 學習行為的強化理論

人類的學習需要體現在具體的學習行為上。從行為學的角度出發，金布爾等人指出：學習是由強化練習引起的有關行為潛能的持久性變化[9]。他們認為，人類習得新行為的基本前提就是強化。人或動物為了達到某種目的，會采取一定的行為作用于環境。當這種行為的結果有利時，今后這種行為就會重復出現；不利時，這種行為就減弱或消失。通過這種重復強化，人或動物可以實現對新行為的學習。

從這個現象出發，斯金納等人提出了有關學習的強化理論[10]。該理論指出可以按照人的心理過程和行為規律，強化對行為后果的反饋作用，實現對行為的導向、規范作用。由于人具有主觀能動性，可以主動適應環境刺激，利用練習不斷調整自己的行為，實現學習與環境的正向反饋，強化自己的學習效果。雖然強化理論最初是關于學習行為的一個研究成果，但它通過解釋人在學習過程中的行為機制及人和環境的交互作用，為改進教學、學習方法提供了一種新的視角。

2 多層次強化理論

人類的學習具有多個層次，本杰明·布魯姆認為學習包含了6 個層次，即記憶、理解、應用、分析、評價、創新[11]。這6 個層次由淺到深對應學習的不同階段。

大學生在校期間的學習，不僅需要完成本專業知識的系統學習，還要實現學習方法的轉變、學習習慣的養成，完成從知識到能力的準備。專業知識的學習，又包含了解專業術語、概念，理解基本方法原理，學習規范的實踐應用技能，培養初步的創新能力等諸多內容。因此，大學學習具有鮮明的多層次性，這種特點要求大學的課程教學具有層次性。教學的層次性不僅體現在課程體系中，也體現在每門課程的教學活動中。

大學階段的基礎課程，側重于學生基礎能力的培養和訓練，也即分層模型中的基礎層次，因此表1 采用了簡化的分層模型，從4 個方面，即對客觀世界的認知學習、對抽象理論的知識學習、對實際應用的技能學習和高層次綜合能力學習等列出了不同層次的學習內容、目標。

表1 大學基礎課程學習的簡化分層模型

學習的層次模型表明，只有實現多層次的深度學習，才能真正達到提升學習能力的效果，實現能力的培養。如何實現深度學習呢？強化理論給出了一種可行的回答，即利用學習和反饋的交互作用，通過強化促進學生高效學習。由于在每個學習層次上，學習的內容不同，目標也各不相同，因此在強化學習過程中，學習和反饋的方式也存在差別。教學雙方在課堂教學活動中，需要區分不同層次的目標：教師要為學生在不同層次上的強化學習構建合適的學習目標和學習環境，學生要利用學習環境，實現多層次強化，以實現個人在各個層次上的全面學習和進步，實現專業能力的培養和終生學習的行為訓練。

3 基于多層次強化理論的混合式教學

在混合式教學過程中，課堂、網絡共同構成了一個更加開放的交互式學習環境，為學生的強化學習提供了更有力的支撐。此時，不論是課堂教學還是網絡教學，教師都要緊緊圍繞為學生提供強化環境展開活動。

強化可以區分為積極強化和消極強化，其中積極強化作為一種積極的刺激跟隨行為之后出現，對期望行為的形成作用要顯著大于消極強化（負強化）的作用。當學習者經過正向強化，在心理上形成一種成就感后，就會更深入地完成后續學習，達到深度上的提升。常規的課程學習中，如果學生沒有形成學習興趣，教師通常會通過考試制度進行鞭策，但通常考試反饋并不及時，成績評定也多以是否及格為準則。這實際是一種負向懲罰機制，起不到正向激勵效果，對學生主動學習、能力提升作用有限。而在混合式教學中，網絡教學環境的引入，可以更加靈活地設計各種學習、測試手段，通過線上獎勵、積分等形式實現實時正向激勵，有助于學生更好地通過強化實現深度學習。

在混合式教學中，可以從學習總目標、課程教學子目標以及教學內容設計等多方面優化設計，促進學生正向強化。

1）學習總目標的設計。

為了提升學生的自我激勵，教師必須讓學生清楚認識到學習的價值，提高他們對學習效果的期望。教師需要清晰地設計課程學習目標，直觀、形象地說明課程在整個專業學習體系中的地位及對學生能力提升的作用，并通過線上活動（專業/課程宣傳網頁等）、線下活動（專業宣介/教學聯系等），闡述課程學習目標、課程學習價值。

2）循序漸進的階段目標設計。

為達成課程學習總目標，強化學習理論的核心思想就是每次課的教學都達成一個階段目標，并與課程總目標緊密掛鉤：每次課解決一個子問題，所有課程內容通過分解后的子問題有機銜接，逐步加深，構成循環遞進的結構，見圖1。學生通過子目標的循環學習，實現不同學習層次的循環反饋。在這個反饋下，學生的學習始終具有明確目標，學生更加清楚每次課學什么、練什么，從而和教師的教學活動構成整體。

圖1 循序漸進的階段目標設計

3）分層次的內容強化設計。

（1）認知層次的強化設計。每門課程都會引入相對完整的概念體系，介紹一些基本常識和基礎數據、資料，這些內容一般都屬于認知層次，在學生首次接觸時以了解為主，因此教學時可以以網絡形式為主，在課堂教學中只講解核心概念、重要常識。同時，通過隨堂測試、網絡客觀測試等手段及時檢查這些以記憶為主的內容，達到強化目的。

（2）知識層次的強化設計。深度學習要求學生必須深入理解概念體系中的邏輯關系和基礎原理，通常這些內容都是人類理性發展的成果結晶。學生要在短時間內學習理解，必須投入足夠的時間和精力去專注思考。因此在認知層次的基礎上，教師需要通過例證、理論分析、歸納演繹等多種手段進行講解。此時可以通過課堂教學和網絡教學的緊密配合，有效解決學生學習中的問題。教師可以綜合采用問題引導式、研討式、翻轉課堂等形式，通過啟發學生思考、解答學生疑惑來達成教學目的。學生通過成功解答一系列循環遞進的“為什么”問題而達到強化學習效果。

（3）應用層次的強化設計。知識的應用需要建立在一定的實踐技能基礎之上，應用層次的教學需要區分不同類型的學科和教學方式。在專業技能教學過程中，線上的教學視頻等資源可以為學生提前學習相關技能奠定基礎，課堂教學集中解決進一步熟練的問題；網絡模擬實驗（虛擬現實）的技術引入也可以讓學生多次重復操作、強化能力；而針對學習技能的應用練習，教師可以通過專題練習的方式指導學生掌握信息資源的渠道、信息資源的使用方法等，讓應用學習與知識學習互相驗證、得到強化。

（4）能力層次的強化設計。能力提升是教學的根本目標，因此課堂教學需要引入一些開放性問題和設計性實踐，調動學生對已學內容的綜合運用。通過對其他層次學習成果的反復運用，學生可以學會理論分析、客觀評價和實踐創新。線上的教學系統、即時通信工具也可以成為教師、學生交流討論這些問題的平臺。每個問題的解決，都是對能力的提升，也是一種有效的強化。

4）積極強化的方式選擇。

基于強化學習的原理，在教學中需要通過技術手段、學習管理制度等建設，始終為學生提供一個循序漸進的多次決策場景，更好地激勵學生學習。為了更好地發揮激勵效果，可以更多地利用積極強化機制，當學生做出積極反饋后，利用網絡平臺及時強化，以避免學習效果的消退。

因此，在具體實施過程中，可以采用課堂討論、打卡練習、隨堂測試、課程競賽、實踐項目等多種線上、線下的方式讓學生多次練習，通過口頭表揚、積分累計、平時成績加權、競賽獎勵、論文發表、專利申請等各種成績增加學生的成就感，促進學生實現深度學習。

4 教學實踐案例

作為一門面向全校學生的計算機公共基礎課，程序設計課開設面大、學生人數多，采用傳統教學方法難以充分調動學生的主動學習。近年來，課程組實踐了多種混合式教學方法，借鑒多層次強化理論，通過明確程序設計課程教學目標，積極構建多層次的課程資源，利用網絡環境引入便于自主使用的多種測試手段，著力建設以師生共同解決問題的研討課為主要形式的課堂教學，以自主學習和交互評測為主要形式的網絡教學。

1）基于問題導向的內容梳理。

程序設計課程采用C 語言作為教學語言。作為一種經典的計算機編程語言，C 語言語法雖然簡單，但異常靈活，語言自身的知識點較多。在原先的教學實踐中，由于以C 語言的邏輯結構組織內容，課堂教學為了覆蓋大量的語法組合方式，內容過于瑣碎復雜，學習效果也難以保證。即使使用了網絡微課資源，學生也無法在短時間內完全掌握所學內容。

程序設計課程的根本目標是培養學生基本的編程能力，能用C 語言將初步的算法、思路予以實現。圍繞著這個根本目標，我們將整個教學實施過程轉變為不斷強化編程實踐的過程，將課程教學內容按照編程中的子問題進行分解，設計了“如何讓計算機運行程序”“如何實現循環”“如何表示批量數據”等專題。在這些專題中，分解出依次遞進的子目標，課堂教學重點也從語法知識轉變為如何運用語法規則編寫程序。通過課程內容的層層深入，學生能夠由淺入深學習程序設計方法，更加符合學習的認知規律。

2）基于多層次目標的資源建設。

為支撐課程多層次的強化教學，課程組一方面梳理C 語言的知識點，繪制知識樹圖，為每個知識點攝制相應的微課資源，滿足學生認知層次上的基本學習需要；另一方面，梳理建設了涵蓋所有內容的習題資源，配合網絡教學和課堂教學使用。建設的習題資源根據層次角度而不是傳統的難易程度來區分習題屬性，每個題目均配有詳細的答案講解。這樣教師可以方便地通過練習設置評測環境，學生也可以通過高頻度的組合練習，體會到知識逐步積累的成就感。即使是困難問題，學生也可以通過語法常識題的反復鞏固、語法解析題的精講練習、編程設計題的綜合實踐等針對性練習，更加準確地判斷自己對知識的掌握程度，更主動尋找解決途徑。

3）支撐強化學習的網絡教學系統設計。

程序設計是一門實踐性很強的課程，需要大量編程實踐支撐。傳統教學過程主要依賴課堂實驗教學和課后自主練習完成實踐訓練。但學生在學習中，特別是剛開始學習時，會遇到很多問題，這些問題會極大地損傷他們的學習熱情。在課堂上教師無法一對一進行講解答疑。因此在教學中采用在線評測（Online Judge）系統，提升教師評閱的效率，快速了解學生學習情況；進一步將習題庫集成到在線評測系統，為學生復習鞏固、備考等級考試、競賽訓練各層次學習提供統一的測試環境。同時，利用微信小程序等功能，設計打卡練習環境，為學生提供定制的練習服務，促使學生利用零碎時間完成練習，保持學習熱情。

通過借鑒多層次強化理論，我們綜合運用上述手段，有效地促進了課程教學質量，學生學習的興趣也穩步得到提升。

5 結 語

從學習的行為理論分析出發，利用多層次強化理論對實施混合式教學提出了一些可行的建議，并在實際的程序設計教學過程中進行了實踐，取得了一定的改善效果。下一步，筆者還將進一步研究多層次強化理論在混合式教學實踐過程中，課堂和網絡不同教學組合方式強化作用的發揮、強化環節設計、強化效果評估等問題。