新工科視角下的信息化教學模式探索

張 霖， 楊樹臣， 于德壯

（1.長春師范大學工程學院，長春130032；2.中車大連機車車輛有限公司技術中心，遼寧大連116028）

0 引 言

隨著多媒體、網絡通信、虛擬現實等科學技術的進步，教育教學的變革步伐得以加快，信息化教學也被更為廣泛采用［1-3］。信息化教學的根本目的是借助信息技術開展更有效的教學活動［4］。信息化教學的理論基礎為建構主義理論，強調學生在教師預創的情景中，主動完成知識體系的建構［5］。以學生為中心的建構主義理論，對預創的情景具有較高的要求，信息技術的進步為該理論的實現提供了支持［6-8］。在信息化教學中，要求理念、模式和環境等一系列因素都要變化，如何構建信息化教學模式是時代賦予一線教師的新使命和責任。

1 信息化教學模式探索

現代認知心理學將知識分為陳述性知識、程序性知識和策略性知識，對于課程知識體系而言，單一的教學手段無法更好傳遞3種類型知識。傳遞媒介的錯誤運用，勢必導致教師和學生之間信息傳遞不暢，這違背了信息化教學模式的建構主義理論，最終學生失去該門課程的學習興趣［9］。教學手段作為教學雙主體教師和學生之間傳遞信息的媒介，圖1所示是按照科學技術進步的歷程對教學手段的劃分。

圖1 教學手段分類圖

按照建構主義的理論，劃分課程教學內容的知識類型是對知識體系的解構過程，綜合運用教學手段創建情景是對知識體系的重構過程［10］。圍繞教學目標開展解構過程有利于課程知識體系的重構，對課程教學內容解構得到的知識點進行分類，根據知識類型選擇教學情景是重構過程的重要環節［11］。教學模型對于教師進行課程解構與重構的過程具有重要指導意義，DPS 教學模型（Declarative——Procedural——Strategic）是一種適用于信息化教學的模型（見圖2）。

圖2 DPS教學模型圖

DPS教學模型將課程知識按照現代認知心理學分類，指出3種類型知識應當分別對應3種教學情景，進而采用多種教學手段和評價方式進行教學活動。

（1）陳述性知識（Declarative Knowledge）。在師生間的傳遞過程是在教師預創的游覽式情景中完成的，評價方式則采用結果性評價，與之對應的教學手段包括增強現實、書籍、音頻等。該游覽式情景的核心是其藝術性，學生以游覽的方式進入情景中，欣賞教學本身的藝術性，從而激發學生主動觀察、探索和獲取知識的意愿。

（2）程序性知識（Procedural Knowledge）。在師生間的傳遞過程是在教師預創的交互式情景中完成，評價方式則采用過程性評價，與之對應的教學手段包括虛擬現實、交互媒體等。該交互式情景的核心特質是其真實性，學生沉浸在可交互的虛擬情景中，通過操控虛擬研究對象完成與真實情景中一致的學習過程。

（3）策略性知識（Strategic Knowledge）。屬于較為特殊的程序性知識，更多的是方法應用。既注重方法和技巧的可操作性，又兼顧方法和技巧本身的陳述性知識，因而此類知識可以采用混合式情景進行信息傳遞。混合式情景視教學內容的側重而有選擇性地采用交互式和瀏覽式情景，與之對應的教學手段也更為綜合，評價方式也更加注重全環節評價。

通過將課程知識體系分解，有針對性的采用不同手段和情景可以幫助師生有效傳遞信息，最終達成學生主動建構起課程知識體系的目的。綜合評價的結果可以反映出學生對于課程知識體系的建構程度，結果性評價、過程性評價和全環節評價可以針對性地給出學生對于知識點的掌握程度。

2 課程方案設計

以車輛工程專業軌道方向課程動車組概論為例，培養學生具有從事動車組相關工作的基本素質是課程的任務，與之對應的教學目標之一是高速轉向架車輪維修教學［12-13］。現有的教學設計是按照轉向架認知、二級維修和線路運行3個教學內容進行編排的，筆者根據教學目標、教學內容和知識點的層級關系，所劃分的知識類型如圖3所示［14-16］。

圖3 知識類型劃分圖

按照所劃分的知識類型圖，對于圖中陳述性知識（D），運用計算機圖形學（Computer Graphics，CG）模型構建如圖4所示游覽式情景。學生在該情景中可以通過游覽的方式觀察結構特征和零部件裝配關系，并能利用教師預設的剖切功能學習復雜零件的內部特征。

對于圖中程序性知識（P），運用U3D技術構建如圖5所示的交互式情景。學生可以按照二級維修程序，依次判斷、選取輪徑尺、第4種檢查器和內測距尺等工具，在維修臺處完成二級修程中的規定內容。在教師預設的邏輯判斷功能下，學生可以獲得操作錯誤提示，以更好掌握維修工具和修程。

圖4 瀏覽式情景圖

圖5 交互式情景圖

對于圖中策略性知識（S），運用動畫技術構建如圖6所示的混合式情景。學生可以從3個同步窗口中，分別獲取輪對中心點與線路中心線的位置變化關系、輪緣與鋼軌的相互作用規律和鋼輪鋼軌接觸點的位置變化關系，從而更好地掌握控制蛇形運動軌跡的方法和鋼輪踏面損傷的機理。

圖6 混合式情景圖

3 結 語

教學手段對于師生間信息的有效傳遞至關重要，信息化教學模式應當以電子計算機教具為基礎教學手段來建立教學模型。DPS教學模型是根據課程知識類型，選擇多種教學手段構建教學情景，并采取綜合評價手段對學情分析的一種教學模型。

通過對動車組概論課程中高速轉向架車輪維修這一教學目標進行內容分析、知識歸類和手段選取，所創建的高速轉向架車輪瀏覽式情景、二級修交互式情景和線路運行混合式情景激發了學生主動探索學習的興趣，幫助學生建構了課程知識體系。

針對3種情景所預創的結果性評價、過程性評價和全環節評價方式，動態地記錄了學生的學習全過程，并對課程知識點進行信息反饋。通過3種評價方式可以綜合評價學生課程知識體系建構的程度，有助于學生及時獲得答疑，有助于教師利用大數據分析學生的知識盲點和教學情景的不足之處。