考慮行為主義實踐元素的新工科實踐教學方案研究

李志勇，萬輝

（中南大學 自動化學院，長沙 410083）

行為主義學派即刺激-反應理論主張：（1）心理學本質上是行為科學，研究目的是尋求預測與控制行為的途徑。（2）研究對象是人的行為，即“客觀觀察所能獲得的并對所有人都清楚的東西”。行為主義特色鮮明地強調實驗操作的客觀性，把所處環境看成刺激，把有機體相關行為看作反應，認為所有行為都是習得的。斯金納在行為主義學習理論的發展中進一步指出：刺激和反應之間的聯結叫做強化，把強化的組合按所需行為的方向逐次改變，可通過塑造過程的一些連續階段得到極復雜的行為。

行為主義學習理論已被廣泛運用于教育實踐，提倡為學生創造恰當的學習環境，在教學模式上追求最大程度地強化學生的合適行為，消除不合適行為，即教師要在教學中盡可能提供充足的正強化物并減少負強化物。行為主義學習理論旺盛的生命力使其延續不竭，在諸多教育教學領域產生過重大的影響，通過設置刺激（提問）—反應（回答）—強化（確認）等教學環節，在英語單詞記憶、古詩詞學習等方面均已取得了良好的教學效果。

針對未來新興產業和新經濟對新工科人才的培養需求，必須強化實踐教學的改革與創新，才能通過對各種專業實踐認知，改善學生對理論知識的理解深度，提高學生的動手能力和創新能力，提升投身社會發展、國家建設創造價值的學以致用的綜合素質。為了達成知識-能力-素質三位一體的培養目標，扭轉傳統實踐教學重建設、輕教育的局面，應以學生為中心，讓大學生在實踐教學中自覺地“習得”知識、能力和素質，使國家、社會和學校等投入大量資金所建設的實踐基地發揮最大的作用。本文借鑒行為主義學習理論及其實踐元素，對新工科高校的實踐教學提出一個簡單易行、可考量的實踐教學解決方案。

一、行為主義學習理論及其實踐元素的思考

行為主義秉承了實證主義的哲學觀點。首先描述一切可能觀察到的事實，然后根據事實發生的頻度和概率，演繹出反映事實中刺激-反應因果關系的規則，最終用于達到預測和控制自然的目的。可見，行為主義對學生學習行為有較好的合理性闡釋，在一定條件下對教育實踐改革有積極的指導作用。

在教學實踐中，不能簡單地對行為主義學習理論進行教條應用。行為主義理論本身也是一個不斷發展的過程，如斯金納所提的操作條件性刺激就是對簡單的應答性行為的發展，使之更加適合復雜的教學過程。斯金納還認為，學習是一門科學，學習過程是循序漸進的過程；教學則是一門藝術，是把學生與教學大綱結合起來的藝術，是安排可能強化的事件來促進學習，教師起著監督者或中間人的作用。在新工科背景形勢下，須大力提升對大學生創新創業能力和科學家精神的培養。大學生的實踐教學學習行為不是單純的刺激與反應的簡單聯結、也不是一種被動的知識接受過程、更不是重復性實踐操作行為的強化。

本文重點考慮以下三個行為主義實踐元素——教學對象分析、教學內容設計和實驗性測試，如圖1 所示，使其在“教”與“學”中相向而行碰撞產生“創造力”，實現1+1 大于2 的突破。教學對象分析就是對當今時代背景下新工科大學生在學習上的特點的調研與分析，如學習方法、學習習慣和興趣動機等；教學內容的組合設計就是按既定的知識-能力-素質培養目標和方向，將實踐教學內容劃分為符合合理順序的連續階段，經過大學生人腦的加工，對實踐感知內容予以條理化和概括化，形成對客觀世界本質的認識，落實到極復雜的新工科知識技能的習得行為；實驗性測試是在最大程度上強化大學生在實踐教學中的合適行為，消除不合適行為，也就要求教師因地制宜及時提供充足的正強化物。

圖1 行為主義實踐元素之間的關聯關系

（一）教學對象分析

在從大二升大三、從大三升大四的節點上，新工科大學生必須完成認知實習、生產實習和專業工程訓練等實踐環節。從新工科高校培養方案的布局上來看，大二主要開展相關工科專業基礎課的學習，而大三則全面開展各門專業課的學習，到了大四，在補充深化特色專業課的同時，還要開展畢業設計的研究工作。從大學生學習內容知識的角度來看，一方面前、后知識之間具有較強的遞階關聯性，另一方面不同階段的知識類型也存在著較大差異。從能力和素質要求角度來看，大三大四階段是運用所掌握的專業知識，鍛煉創新創業、學科競賽等動手、創新能力的關鍵時期。

隨著知識和能力培養目標的不斷深化和提高，學生的學習方法、習慣和主觀能動性等需要做適應性改變，以往傳統的背公式、刷習題等死記硬背學習方法，根本無法達到預期的學習效果。尤其是在實踐學習和創新能力培養方面，本來就沒有什么“金科玉律”一般的既定范本，如何激發學生實踐學習的興趣、引領學生主動建立良好的學習方法和習慣，行為主義關于學習的一般規律值得挖掘和借鑒，其將學習劃分為四個階段即習得—條件強化—泛化作用—消退作用。

如果一個操作發生后，接著給予一個刺激，那么其強度會增強。在強化某一反應時，帶有相同因素的其他反應也會加強。也就是說，通過實踐教學構造合適的場景，能夠對前面所學的專業知識進行強化，使對專業基礎課程的認知水平得到提升，進而在泛化作用下，提高對后續專業課程的學習效果，也為其創造性思維打下良好的基礎。反之，當某種操作性行為形成后，如果沒有開展行之有效的實踐教學，也就是錯失連續強化，那么這種操作性行為就會發生消退，學生的學習效果會陷入眼高手低的怪圈。

依據上述新工科大學生知識能力培養需求的特點，高校實踐教學應強調對專業基礎課和專業課的具象性與可觀察性，除了加強緊扣專業知識的實踐儀器、設備和環境等硬件資源條件建設外，更需要依據行為主義的“操作性學習”理論，將實踐基地資源變為大學生鞏固專業知識激發創造力的強化環境。

（二）教學內容設計

行為主義學習理論提出學習的本質是刺激與反應的聯結、條件與動作的聯結。對于新工科大學生的學習而言，實踐教學是上述的聯結刺激和條件。隨著行為主義理論不斷發展，研究指出復雜技能的知識或知識結構能夠分解為簡單聯結的組合，也就是說實踐教學必須強調將復雜行為分解成較簡單成分的任務，細化分析和組織大學生的學習行為目標順序。

新工科是一種卓越工程師教育培養計劃，不是死記硬背的專業領域。基于行為主義的學習觀，新工科大學生培養過程包括從術語概念認知、公式定理推導、工程問題解決到創新創業素質培養的全鏈條，實踐教學過程可視為其中一段不斷試誤和探索的培養環節。例如，在高新企業的生產實習中，通過大量、重復的練習，會形成符合前沿技術生產要求的行為習慣，幫助學生減少散亂、無序的反應，逐步形成有組織、確定的反應。再如，學生普遍反映通過實訓作業，專業認知效果明顯，這就是試誤學習律的較好體現。

由于實踐教學對學生掌握知識和運用知識起到了必要的串聯作用，也就意味著實踐教學的內容設計首先要符合課程群的培養目標要求，也就是說是一系列知識點的繼承和升華；其次，新工科大學生還十分重視計算、仿真和作圖等技能的形成和發展，須在實踐教學中，以一定數量的反復訓練為基礎，設置一定的強化要素，使刺激（代表工程問題的數據信息）與反應（故障診斷與狀態評估）之間不斷建立穩固的聯結；在知識-能力培養的基礎上，通過引進時代背景、科技前瞻前沿和實際工程案例，在實踐中開設主題研討互動式教學環節，幫助學生在實踐環節中激發創新性思維、萌生創新性好點子、孕育科教興國的夢想和追求。

（三）實驗性測試

實驗性測試可以對學生行為產生一個客觀的、可觀測的反饋結果，行為主義的操作性條件反射概念正是通過實驗性測試總結出的學習規律——行為結果能增強操作行為發生概率的情況叫做強化；反之，行為結果使操作行為傾向減弱的情況叫做懲罰和消退。推而廣之，大多數人的行為、條件作用或學習都是操作性強化的結果，通過直接控制強化物的適時出現，就能夠較為有效地控制人的行為。

從教學的視角看，實驗性測試（強化）辯證地反映了行為結果對習慣習得的影響，行為結果直接影響到學生今后行為的加強或減弱，改變學生重復某種行為的頻度、概率和反應速度，從而決定了學生行為習慣的形成。結合對教學對象的分析，實踐教學中實驗性測試（強化）應盡量滿足以下四點要求：（1）對正確答案的強化總是即時的。（2）應有足夠多的強化，實現對相關知識技能的全方位全程覆蓋。（3）圍繞一個復雜的目標，把強化環節部署到一系列小步子中，由易到難，循序漸進。（4）對出現的新問題，如緊急故障、安全問題等，應及時提供必要的強化補充。

二、考慮行為主義的教學運用及其效果

本文的實踐教學教改的理論研究成果，用于指導和設計某大學電氣專業的實踐教學工作。該電氣專業獲批“雙萬計劃”國家級一流本科專業，每屆約180 名本科大學生，培養方案倡導知識-能力-素質三位一體綜合型人才培養。大學的實踐教學基地建設充分融合電力系統、電氣化鐵道和有色冶金等行業特色，現已拓展建設十余個校內外工程實踐基地（國網**電力公司、**動環監測公司、**電廠、**煉鋼集團和本校能源中心等），其中能夠支撐成班建制開展工程實踐現場場景授課的資源有本校能源中心下轄的8 座配電間、17 個高壓環網柜、31 個變電間、115 臺變壓器、220 余個配電間，以及電磁實驗中心的電磁干擾（EMI）、電磁敏感度（EMS）實驗場所等。硬件條件已滿足支撐全員、全過程和全方位的育人要求。另外，在管理體制上，以課程群為鏈條，制定了覆蓋教學全程的課堂考核、實驗考核、實踐考核和考試考核等評價標準；且已建立課內學生、團隊內部、同行和院校督導等多環節評價與反饋機制。

經過上述財力、物力和人力資源的投入，可以說實踐教學萬事俱備，只剩下“教”與“學”最直接的面對大學生的兩個教學環節。通過學情調研、統計和分析發現，本電氣專業的學生有半數以上有參加創新創業、學科競賽和創客空間等的強烈意愿或親身經歷，對實踐教學的重要性和必要性有充分認同。與之對應，大學生在電力電子、電磁技術和智慧電力等方面的專業意愿均已有對口的實踐教學平臺資源，學生普遍反映有序組織現場授課，能夠直感認知專業知識，比單純課堂講授好，如圖2 所示。

圖2 課程群實踐教學平臺現場授課

實踐教學中，根據不同知識點的特點和培養目標進行拆分，分別融入互動討論、案例分析、3D 展示、VR仿真和視頻實操演示等方式進行實踐教學，將知識性、趣味性與實踐性融合，培養學生“樂、勤、好”的學習品質，建立理論實踐相結合求真務實的科研精神。

在課程群內安排多時間尺度上的實驗性測試，達到滾動強化實踐教學的效果。比如實踐教學課堂內的及時體驗反饋和課程群長時間線追憶式跟蹤反饋等方式。如圖3 所示，左圖是課內即時的觸電危害體感測試現場，用于強化學生電氣安全意識，突出安全操作規程的重要性和科學性；右圖是電磁場課程群跟蹤性的實驗性測試，即利用創客空間實踐平臺，指導學生開展的一個無人機無線充電系統的優化設計，已申報了發明專利并發表了高水平科技文章，該成果對參與學生本人及其周邊同學均有較好的正向強化作用，激發了更多年輕學生的創新激情。

圖3 課內即時的和課程群跟蹤的實驗性測試

三、結論

本文依據行為主義理論操作性行為的大方向，將強化的組合按所需行為的方向逐次改變，通過塑造過程中一些連續階段得到極復雜的行為，這一點有利于指導新工科高校實踐教學內容設計的合理化；考慮學習的一般規律即習得—條件強化—泛化作用—消退作用，指導教師在實踐教學中適時安排實驗性測試，向學生及時反饋其實踐行為的效果，及時充足正強化物有助于激勵學生的學習和創新激情；提前開展學情調研即教學對象分析，突破行為主義把研究對象作為“黑箱”處理的局限性，以學生為中心，充分利用其認知基礎和主觀能動性，使“教”與“學”相向而行碰撞形成“創造力”。

本文考慮行為主義學習理論及其實踐元素的實踐教學設計，在某新工科高校電氣專業實踐教學中的應用表明，能夠更加充分地發揮實踐教學基地的硬件資源，能夠與現有的實踐教學管理措施進行有機結合，并且以課程群為鏈接，教學團隊形成接力效應，有利于全員全程全方位培養人才，也因此帶來了優異的創新創業和學科競賽成果。