基于學習科學的教學方法在計算機網絡教學中的應用

郭鸞孌

關鍵詞：計算機網絡教學；學習科學；知識建構

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）08-0125-03

1 計算機網絡教學現階段所面臨的環境

1.1 學考政策

2017年開始，福建省職業學校學生以學業水平考試和技能測試的綜合成績作為畢業和升學的依據。這改變了以往多數職業學校學生畢業直接就業的傳統，讓學生有更多的機會進入高一級學校繼續學習深造。實施辦法發布至今已經4年，不管是學校、家長，還是學生，對學業水平考試和技能測試的重視程度都逐年增加。

1.2 師資情況

學業水平考試和技能測試基本上涵蓋了學生專業發展的大部分課程，而參與考試的是99%的在校生，所以學業水平考試和技能測試的成績能側面反映出學校的教學水平。學校關注學考和技能考試的平均分、通過率、優秀率，任課教師們更是鉆研考綱，研究教法、充盈題庫，希望通過提高自己的教學質量，讓學生的成績更上一層樓。

1.3 課程設置

實施學業水平考試和技能測試之前，對于同一個專業，各所學校根據自己側重的發展方向和專長不同，在專業核心課程的設置、專業選修課程的多樣性、教學標準等方面各不相同。實施辦法頒布之后，每個專業有統一的考試大綱，需要考核的專業課程有明確的規定，各所學校需根據自己學生的情況不斷調整專業教學計劃，確保每門核心課程能保質保量地完成，以應對學業水平考試和技能考試的需要。現在的課程設置更能符合學業水平考試和技能測試的要求，也更符合學生理論和技能相輔相成的學習規律。

1.4 學生水平

相較于以往高職單招只面向小部分學生，大部分學生學習動力不足的情況，現在國家重視職業教育的發展，學生幾乎全員參與學業水平考試和技能測試，學生對專業知識的學習的目標更加明確。但由于學生普遍存在基礎薄弱，學習習慣需要改進等問題，所以很多學生無法全身心投入課堂學習，學習效率較低。學生存在的問題包括：

（1） 不主動學習。學生對教學內容提不起興趣，沒有動力接受反饋意見，更不用說設立新的學習目標。

（2） 知識容易遺忘。學生記不住學習內容，太健忘。課堂上能記住的知識點，課后就記不住了。或者周測中表現很好，但到了期末考試的時候就全忘了。

（3） 知識關聯性弱。面對復雜信息，學生無法組織思路或將想法結構化，無法把知識點串聯起來思考。

（4） 知識應用難。學生無法判斷什么情景適合運用所學的哪些知識，或者無法將學習到的新知識應用到新的情境中。

2 學習科學的引入

學生對知識的掌握出現了以上許多問題，學生應該如何有效的學習？教師應該如何高效地教學？20世紀以來，人類對學習的研究就從未停止過。20世紀90年代誕生了一個新的學科領域——“學習科學”，它主要研究教育學。學習科學的代表性觀點就是“學習是知識的建構”，高效教學的關鍵在于學習者的“主動建構”。

2.1 思維的信息加工模型引入

當代認知心理學認為人腦是一個信息加工系統（圖1） ，在這個系統中，人類進行高級認知活動的核心是工作記憶，但是工作記憶具有容量有限、存在時間短的缺點[1]。工作記憶需要經過一定的信息加工、編碼才能轉變成長時記憶。這個信息加工、編碼過程是相當不易的。在長時記憶中，對知識的存儲結構稱為“圖式”——即與某個知識相關的全部認知結構的總和。在思維的信息加工模型中，提取過程和信息加工過程同等重要。提取，是指學習者根據外部環境的線索，將長時記憶中相應內容回想出來并放到工作記憶的過程。2006年羅迪格和卡爾皮克的“單詞記憶實驗”可以證明：人們每提取一次知識，就會增加未來提取知識的成功率。提取重構了知識，我們需要努力的方向是讓信息能夠經過加工進入長時記憶，并能夠在遇到問題時，順利地提取長時記憶的內容返回工作記憶，也就是需要學習者主動建構知識。

2.2 學習金字塔的引入

美國緬因州國家訓練實驗室通過研究建立的“學習金字塔”模型[2]（圖2） ，該模型展示了采用不同方法學習兩周后的信息留存率。通過該模型，我們可以發現通過“聽講、閱讀、視聽、演示示范”這類輸入式學習方式得到的信息留存率要遠低于通過“討論、做中學、教給他人、馬上應用”這類輸出式學習方式得到的信息留存率。

以往教師們常用的講授法，對學生來說，恰恰是信息留存率最低的方法。這樣的輸入式教學，只能對學生的工作記憶產生影響。至于工作記憶如何才能有效地轉化為長時記憶，經常依賴于學生自己的學習能力，教師們并未著重加以引導。課后的練習多是知識的重復記憶，學習者不能有效地將工作記憶轉化為長時記憶，所以知識的提取練習更是無從談起。遇到考試，學生“依葫蘆畫瓢”，這也就解釋了為什么學生課堂上能記住知識，考試時容易忘；為什么學生只學習會了教師教的知識，而對于知識的運用卻總是難以準確實施；為什么學生對于試卷上單一知識點的反饋較好，而多個知識點相互關聯時卻無法及時反饋。

知道了原因，我們就需要改變以往傳統的教學模式，探索基于建構主義學習理論的教學模式[3]，尋求在計算機網絡中運用基于學習科學教學方法的具體實施辦法。

3 學習科學在計算機網絡教學中的應用

3.1 教師高效輸入

提取重構了知識，我們需要重視提取練習。然而有效輸出的前提是高效輸入。教師需要在前期教學中，讓學生產生關于新知識的初步“圖示”，然后才能通過“輸出”來強化這個“圖示”[4]近年來多媒體技術在教學上廣泛使用，信息化2.0蓬勃發展，這些本質上都是為了提高輸入的有效性。除了PPT、短視頻、微課、仿真軟件這些教學工具的運用，教師們需要真正理解學習者“主動建構”的認知過程，并致力于此。在傳統的教學模式中，教師經常做的事是細致、直接地向學生闡述概念、展示實驗成果。這種直奔主題、直接獲取最終結果的方式，并不能更好地幫助學生掌握相應的知識點。如何轉變學生被動獲取知識的狀態，如何創造條件讓學生自主動建構知識，多種科學學習方法的綜合應用是需要教師們嘗試并多加練習實踐的。

3.1.1 通過歸納類比發現事物的深層結構

多項研究證明，相比于列舉單一事例，歸納類比更容易讓學習者從兩個、或兩個以上、外表迥異的例子之間找到共同的規律[5]，促進學習者對事物中蘊含原理的理解，也更有可能讓學習者在新的問題情境中合理運用原理。

使用范例：展示電視圖像信號、聲音強度圖形、燈光亮度圖形等，讓學生從中找到共同的規律：圖形是連續變化的。這更有利于學生掌握模擬數據的概念：取連續值的數據稱為模擬數據。

3.1.2 通過對比組合找出細微差別

對比組合就是通過對比兩個或多個看似相同的例子，來找出其中的細微差別。對比組合可以幫助學習者注意到那些細小的、容易被忽視的、但卻極為關鍵的細節。這些細節反過來幫助學習者辨別事物，進一步提升了學習者在正確時間應用正確知識的概率。

使用范例：展示樹狀拓撲圖和網狀拓撲圖（圖3） ，讓學生找出其中的差別：樹狀拓撲中，節點只有一個雙親，而網狀拓撲的連接沒有一定規則。通過對比組合，學生對樹狀拓撲有更深入的理解。

3.1.3 通過可視化梳理復雜信息的空間結構

將信息的結構關系用視覺的方式表達出來，讓信息關系更加明確，更易于解釋。當復雜信息同時涌入時，學生感覺無力招架，可視化可以精簡信息。當學生對知識想法太過模糊，可視化可以讓其更加精確。網絡技術很多知識都是理論知識，學生對知識概念感覺不深，不甚理解，這時就特別適合用可視化方法。

使用范例：講授數據交換技術時，三種常見的交換技術的工作原理和優缺點經常成為學生學習的難點，學生對書本上大篇幅的理論描述非常頭疼，這里如果采用可視化圖形，來展示三種交換技術各自的工作方式，且用可視化圖形比較三者的不同，就更能讓學生領會復雜的信息，并且在特定的環境中能夠選擇正確的交換技術。

科學的學習方法還有很多，例如通過獎勵塑造學習行為、通過想象玩耍鍛煉認知控制等，每一種方法對學習有不同的幫助。學習是一個復雜的過程，單一的學習方法效果有限[6]，只有綜合的方法才能解決綜合的問題。如何根據不同的知識類別，使用不同的科學學習方法，這需要教師勇于嘗試，多加實踐。除此以外，引導學生建立歸屬感，幫助學生主動參與，讓學生更加投入也是教師需要悉心經營的。

3.2 引導學生高效輸出

教學不能停止于高效輸入，輸出才是建構知識的關鍵所在。教師需要引導學生進行輸出。

3.2.1 詳細闡釋促進學習

詳細闡釋的過程就是在新信息與已知事物之間建立明確的關系。學習科學的研究實驗證明：對于陳述型信息，借助于準確且相關的闡釋可以創造更好的調取記憶路徑。詳細闡釋的內容過了一段時間后也更容易被回憶起來。所以教師需要引導學生詳細闡釋目標內容，提高目標記憶被觸發的概率。

使用范例：引導學生對于“單工”“半雙工”“全雙工”的概念進行詳細闡釋。這里可以借助信息技術手段，讓學生自行錄制短視頻或微課，并在網絡上分享交流。有這樣一個輸出過程，即使學生詳細闡釋不盡如人意，還是依葫蘆畫瓢把老師的話復述一遍，也能達到顯著的效果。

3.2.2 思維導圖的構建

計算機網絡涉及的知識數量多，分類散，知識點呈碎片化。學生如果單純對碎片化知識進行記憶背誦，很難對知識有整體認識，會越學越難，形成認知負荷。教師可以借助思維導圖、流程圖、概念圖等可視化表征工具，把各級知識點的關系用相互隸屬與相關的層級圖表達出來，學生通過思維導圖將自己的思維過程和結果展示出來，更有利于學生自主建構知識。

使用范例：在學習“數據報交換”與“虛電路交換”技術時，對于兩種交換技術的工作流程，讓學生嘗試用流程圖表示。

3.2.3 精修勤練以提高

對于技能型知識，學習者需要進行專注而努力的練習，精修勤練將技巧和概念自動化，執行起來可以更快、更準、更穩定，花費更少的精力，讓學習者可以釋放出更多的資源和時間來嘗試更復雜的任務。

使用范例：在網絡設備調試課程中，對設備IP地址的配置，需要讓學生精修勤練。不同的設備使用的配置命令，要讓學生通過精修勤練配置得更快、更準，以便留出更多的時間來執行其他更復雜的命令。

以上科學學習方法在運用時，教師要注意設計出不同層次的目標，來滿足不同學習能力學生的需要，學生可以依據自己的水平盡量嘗試輸出，這樣才能讓不同水平的學生都能擁有施展的空間，充分調動所有人的積極性。學生成功輸出，看到并分享自己努力的成果，他人的建議和反饋能夠激勵學生進一步地學習改進，并繼續輸出。而不斷的提取輸出進一步鞏固了長久記憶中的“圖示”。

4 結束語

基于學習科學的教學方法在計算機網絡教學中的探索是一條辛苦且漫長的路，如何將多種科學學習方法有效的應用到教學中，在高效輸入的基礎上引導學生高效地輸出，解決學習上存在的問題，需要老師們勇于嘗試，多加實踐。