移動互聯網環境下安全工程專業課程混合式教學模式探討

胡瑩瑩，張 帥，王海江，高 哲

(濱州學院，山東 濱州 256600)

1 腳手架理論

傳統的以理論講授為主的教學模式已不能完全滿足互聯網+時代的需求，為實現課程教學目標，必須通過以實踐為基礎的多元化模式來豐富課堂教學[1]，為學生分析設計能力的達成打好地基。同時考慮到學生完成學業之后進入工作崗位的職業發展潛能，要通過腳手架教學方法輔助學生獲得自我發展、自主探索的職業素養，真正做到“授人以漁”。

腳手架理論最早是由前蘇聯心理學家利維-維果茨基通過闡述最近發展區的概念所提出的，按照最近發展區理論，學習者的學習能力中存在潛在發展區域，即在外界支持和幫助下可以達到的潛能區域，潛在發展區域高于學習者的當前實際發展水平，是可以通過創造性思維所達成的潛在發展水平[2]。如若能將腳手架理論應用于課程教學中，可以實現不斷促進最近發展區的動態創造，加速學習者能力發展水平的提升，有利于學生自主知識建構的達成。

2 腳手架理論在混合式教學模式的應用策略

移動互聯網技術被廣泛應用于混合式教學模式中，據美國新媒體聯盟《地平線報告》報道，翻轉課堂(flipped classroom)已排名高等教育技術的重要發展首位[3]。翻轉課堂是移動互聯網技術中發展趨勢最為迅猛的教學模式，但目前也暴露出了一些亟待解決的問題，翻轉課堂的實施效果往往達不到預期目標，存在盲目的將線下教學搬到線上開展的現象[4]，簡單的將翻轉課堂分裂為課前看視頻和課中討論的方式，不考慮教學背景，一刀切似的套用所謂萬能模板和形式主義會嚴重違背翻轉課堂的個性化學習的初衷和思想。

為解決以翻轉課堂為基礎的混合式教學模式中存在的問題，應強調學生個體在混合式模式中的學習成果的自主探索。自主探索是學生進行自主知識建構和元認知能力建立的唯一途徑，只有在混合式教學中體現自主探索的核心地位，才能對最近發展區的動態變化形成良性刺激，為職業能力的發展和終身學習能力的提升打下良好的基礎。自主探索的實現需要一定的基礎作為支撐，在這個過程中可以運用腳手架理論進行基礎搭建和延伸拓展，教師搭建的腳手架在基礎夯實階段顯現，創造知識獲取的上升階梯，讓學生有明確的學習方向和堅實的知識技能支持，而在學生能力達成之后教師腳手架則需要逐步撤出，教師在教學過程中所發揮的作用也由腳手架的層級支持轉變為質量監控。

腳手架理論在混合式教學模式中的應用可與翻轉課堂進行融合，可分為地基夯實、腳手架搭建、復雜工程場景的創設、課堂多元互動、自主探索、內化反思這幾個階段。

在地基夯實階段，主要通過在線教學平臺來前置章節基礎知識，將新舊知識建立聯系的認知過程作為開展下一步學習的開始，在這一階段強調元認知能力的建立。根據美國心理學家J.H.弗拉維爾對元認知的研究，元認知是認知能力，即元認知是一種對認知的認知。元認知能力的建立，是幫助學習者獲得解決問題策略的源泉，是學習者靈活運用知識進行舉一反三必不可少的條件。只有學習者具備了元認知的能力，才能在解決復雜工程問題時有能力、有途徑來支配已經獲取的知識技能。元認知能力的建立可通過元認知知識、元認知體驗、元認知監控來實現。

元認知不但包括知識層面還包括體驗和監控層面，在翻轉課堂的課前在線學習中，就不能單純依靠基礎知識的理論講解，而應該強調元認知體驗對實踐的要求，在前置課前學習中加入實驗演示等教學資源，幫助學生從實踐中體驗認知過程。

3 基于腳手架理論的移動互聯網混合式教學模式的應用實例分析

在特種設備安全技術這門課程中加入實驗演示的課前前置，可幫助學生直觀的感知壓力容器等的形狀、結構、支承和附件裝設情況等。如圖1所示的內外壓力容器實驗裝置，可分別于在線教學平臺上前置內壓容器應力測定實驗、外壓容器失穩實驗和爆破片爆破實驗等的演示視頻，為學習者提供體驗型腳手架，幫助學習者獲得對壓力容器及其安全裝置的直觀認知，引發學習者對實驗現象的強烈興趣和疑問性求知欲，借助體驗型腳手架就可以幫助學生建立元認知，學習者在元認知動力作用下能夠透過現象去探究現象背后的本質，主動思考要“實現這種現象，我還欠缺哪些知識和技能？”。產生興趣是主動學習的持續性動力。

圖1 內外壓容器實驗裝置

在復雜工程場景的創設中，強調對學習成果的產出效果進行監控。為達成課程的學習目標，使學習者掌握事故發生發展的一般規律和事故后果的影響范圍，應為學習者搭建分析思維的腳手架，給出學習者明確的分析思維的階梯途徑，使學習過程的問題創設是螺旋式上升的。循序漸進式的難度提升，每一階梯都對學習者的成果進行及時的反饋和鼓勵，有利于增強學習者的信心和學習動力。

以某項目中20000 m3柴油罐的事故后果分析為例，說明腳手架的搭建如何輔助學習者的思維訓練。首先提供線索支持學習者根據工程問題進行模型選擇的元認知練習，該項目多數物料均為易燃、可燃液體或氣體，泄漏燃燒后易形成池火。因此對該工程問題進行池火災模型分析。接下來，引導學生逐步分析確定池火災影響范圍還需要分析哪些因素。要求學習者在網絡教學平臺上進行以下因子分析結果的分享和互評。

3.1 燃燒速度

查閱理化參數可得，柴油的燃燒速度約為0.0137 kg/(m2·s)。

3.2 火焰高度

依據事故案例，燃燒后液池一般為罐體所在圍堤內區域為液池，半徑以圍堤范圍內公稱半徑計算。

則r=63.7 m；ρ0=1.297 kg/m3；g=9.8 m/s2；

則火焰高度計算為：

h=84×63.7×[0.042/(1.297×(2×9.8×63.7)0.5)]0.6=82.98(m)

3.3 熱輻射通量

效率因子η=0.35,燃料油燃燒熱Hc=33×106J/kg

Q=(π×63.72+2π×63.7×82.98)×0.0137×0.35×33×106÷[72×0.01370.60+1]=1.12×109

在課堂多元互動環節中，由學習者之間、教師與學習者之間進行池火災所導致的輕傷、重傷、死亡當量半徑展示，并討論目標距離的合理取值范圍，即模型分析的第(4)步。

3.4 由目標入射熱輻射強度推算目標距離

X=(Qtc/4πI)0.5

A對人的傷害，1%死亡(10s)、100%死亡(1min)，熱輻射通量I取值37.5×103W/m2

X1=(1.12×109×1÷4π÷(37.5×103))0.5=48.75(m)

B對人的傷害，重大燒傷(10s)、100%死亡(1min)，熱輻射通量I取值25×103W/m2

X2=(1.12×109×1÷4π÷(25×103))0.5=59.70(m)

C對人的傷害，1度燒傷(10s)、1%死亡(15min)，熱輻射通量I取值12.5×103W/m2

X3=(1.12×109×1÷4π÷(12.5×103))0.5=84.44(m)

D對人的傷害，20s以上感覺疼痛，未必起泡，熱輻射通量I取值4×103W/m2

X4=(1.12×109×1÷4π÷(4×103))0.5=149.27(m)

E對人的傷害，長時間輻射無不舒服感，熱輻射通量I取值1.6×103W/m2

X5=(1.12×109×1÷4π÷(1.6×103))0.5=236.01(m)

在自主探索階段，腳手架的作用已經從顯性轉變為隱形，學習者在對目標距離帶來的影響產生興趣的基礎上，會繼續沿著熱輻射通量決定傷害程度的思路向上探索，以柴油儲罐泄漏發生火災為例，學習者在采用池火災后果模型分析后，會自主查閱技術標準和規范，列出如表1所示的事故導致的人員傷亡范圍。

表1 池火災后果模型情況表

4 結論

移動網絡環境下安全工程專業課程所采用的混合式教學模式，結合了腳手架理論來輔助學習者的元認知能力建立，有效的推動了學習者的自主知識建構和自主探索，強調了學習者在知識構建過程中不但要調用各種感官通道來完成對新知識的感知獲取，還要對自身的認知活動進行不斷的調整和思考，對學習策略進行體悟和提煉。通過腳手架搭建來輔助混合式教學模式，實現了以學習者為中心，以學習成果為導向的教學目標。