“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)場域下工程知識的有效建構(gòu)

陶 平，侯 宇

(武漢科技大學(xué) 機(jī)械學(xué)院，湖北 武漢 430081)

工程教育的主要目的就是培養(yǎng)學(xué)生能夠深入運(yùn)用工程知識，分析和解決復(fù)雜工程問題的能力，因此工程知識的學(xué)習(xí)是工科學(xué)生的主要任務(wù)。教育部高等學(xué)校機(jī)械類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會關(guān)于落實《中國制造2025》行動倡議中提出，促進(jìn)機(jī)械工程教育與信息技術(shù)深度融合是教育改革發(fā)展的必然趨勢。

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式層出不窮，知識的獲取方式發(fā)生了巨大變化。宋艷玲、趙興龍[1-2]從認(rèn)知負(fù)荷視角，探究翻轉(zhuǎn)課堂中知識內(nèi)化的過程和機(jī)理，對翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式進(jìn)行了設(shè)計；張務(wù)農(nóng)[3]采用關(guān)聯(lián)主義理論，對混合式學(xué)習(xí)認(rèn)知工具進(jìn)行了研究，認(rèn)為該認(rèn)知工具是一種建構(gòu)的、混合的、復(fù)雜的認(rèn)知工具，其功能是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)；張苗[4]探討了“互聯(lián)網(wǎng)+”場域下大學(xué)生學(xué)習(xí)適應(yīng)能力提升路徑；王竹立[5]認(rèn)為關(guān)聯(lián)主義和新建構(gòu)主義都是網(wǎng)絡(luò)時代的學(xué)習(xí)理論，提出了將兩者互相融合、共同指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)時代學(xué)習(xí)的基本思想；黃建鋒[6]探討了互聯(lián)網(wǎng)時代的碎片化學(xué)習(xí)內(nèi)涵及應(yīng)對措施，目前大家研究的熱點(diǎn)主要集中在網(wǎng)絡(luò)課堂的建設(shè)、混合式教學(xué)模式及教學(xué)方法方面。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，工程教育的內(nèi)容、手段、方法等都發(fā)生巨大的變化，人們將更多地借助網(wǎng)絡(luò)資源獲取工程知識，因此，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的學(xué)習(xí)環(huán)境下，如何引導(dǎo)學(xué)生有效構(gòu)建自我個體的工程知識體系，探索工程知識建構(gòu)及工程能力培養(yǎng)的途徑，對促進(jìn)工程教育的發(fā)展，具有重要的意義。

一、互聯(lián)網(wǎng)時代學(xué)習(xí)的特點(diǎn)

“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)環(huán)境下，教師和教科書不再是知識的唯一來源，工程知識的獲取途徑更加廣泛，學(xué)習(xí)資源豐富多樣。除了教材課本、課堂教學(xué)外，還有豐富的網(wǎng)上教學(xué)如“愛課程網(wǎng)”、 慕課(MOOC )平臺等，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為知識的重要來源；教學(xué)模式也從單一的課堂教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上線下相結(jié)合的混合式學(xué)習(xí)模式，翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC在線課程、在線虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)等互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式為學(xué)習(xí)帶來顛覆式的革命；“互聯(lián)網(wǎng)+”場域下大學(xué)學(xué)習(xí)生態(tài)的嬗變表現(xiàn)為學(xué)習(xí)時空的自由無界、學(xué)習(xí)資源的優(yōu)化配整、學(xué)習(xí)模式的私人定制[4]。

互聯(lián)網(wǎng)時代，學(xué)生在工程知識的學(xué)習(xí)和建構(gòu)方面也面臨著新的問題，主要表現(xiàn)在：學(xué)習(xí)呈現(xiàn)很強(qiáng)的碎片化學(xué)習(xí)特點(diǎn)，如何突破知識碎片化，建構(gòu)完整、系統(tǒng)的工程知識體系；面對豐富的教學(xué)資源和網(wǎng)上海量的信息，如何優(yōu)化資源，提高學(xué)習(xí)效果；學(xué)習(xí)時空的自由無界，學(xué)生主動構(gòu)建工程知識體系的能力有待提高。教師的主要作用不再是如何傳授知識，而是如何有效幫助學(xué)生去主動獲取、處理、重構(gòu)知識，幫助學(xué)生有效建構(gòu)個體的工程知識體系。

二、突破知識的碎片化，實現(xiàn)工程知識的整合與重構(gòu)

工程知識是人們經(jīng)過長期的工程實踐而總結(jié)出來的關(guān)于工程原理與規(guī)律、技能和能力等方面的知識[7]。在傳統(tǒng)工程教育中，學(xué)生主要通過課堂教學(xué)和教材系統(tǒng)學(xué)習(xí)工程知識?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”時代，學(xué)生隨時、隨地都可以通過慕課、微課程等網(wǎng)絡(luò)課堂進(jìn)行學(xué)習(xí)，突破了時間和空間的限制，是一種碎片化的學(xué)習(xí)過程，“互聯(lián)網(wǎng)+”環(huán)境下的學(xué)習(xí)呈現(xiàn)很強(qiáng)的碎片化學(xué)習(xí)特點(diǎn)，這種碎片化學(xué)習(xí)導(dǎo)致了嚴(yán)重的知識碎片化；知識的碎片化嚴(yán)重影響著學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，阻礙了學(xué)生對知識的有效建構(gòu)。新建構(gòu)主義理論[8]認(rèn)為，面對知識碎片化，應(yīng)采取“零存整取”式學(xué)習(xí)策略，對知識碎片進(jìn)行加工處理，實現(xiàn)意義建構(gòu)。在這個知識建構(gòu)過程中，教師的主要職能將由傳統(tǒng)的知識傳授者轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者，即引導(dǎo)學(xué)生對這些知識碎片進(jìn)行整合與重構(gòu)，幫助學(xué)生構(gòu)建個性化的工程知識體系，實現(xiàn)意義建構(gòu)。

要突破知識碎片化，必須進(jìn)行知識重構(gòu)，通過翻轉(zhuǎn)課堂和翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)等教學(xué)形式幫助學(xué)生進(jìn)行知識內(nèi)化和重構(gòu)，將這些零散的工程知識復(fù)原到原有的知識體系，形成系統(tǒng)化的認(rèn)知，完成工程知識的內(nèi)化和重構(gòu)。在翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)中，首先要求學(xué)生以工程問題為導(dǎo)向，采用網(wǎng)上教學(xué)視頻進(jìn)行課前自學(xué)，學(xué)習(xí)有關(guān)的工程知識，根據(jù)問題尋找答案；課堂教學(xué)中，以工程案例分析為主線，進(jìn)行討論、交流、合作、答疑，通過對工程問題的解決來評價學(xué)生對工程知識的掌握情況；并且課后不斷強(qiáng)化工程項目訓(xùn)練，促使工程知識的整合和意義建構(gòu)。通過“問題引導(dǎo)-自主學(xué)習(xí)-相互交流-問題解決-應(yīng)用提高”的流程幫助學(xué)生多次內(nèi)化知識，形成不斷完善的知識概念和體系，將割裂的碎片化知識按其在學(xué)科知識體系上的位置進(jìn)行復(fù)原，復(fù)原到知識被碎片化之前的原有知識圖譜中。

如圖1所示，“互聯(lián)網(wǎng)+”場域下學(xué)生通過各種智能移動終端，突破時空約束，采取自主探究與合作學(xué)習(xí)相結(jié)合，充分利用豐富的網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源來學(xué)習(xí)工程知識。這種學(xué)習(xí)是一種典型的非正式學(xué)習(xí)方式，呈現(xiàn)很強(qiáng)的知識碎片化特點(diǎn)，教師要通過翻轉(zhuǎn)課堂和翻轉(zhuǎn)學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生對知識進(jìn)行匯集、過濾、歸納、反饋，最終內(nèi)化知識，逐步構(gòu)建工程知識體系。

圖1 知識的整合與重構(gòu)

三、以工程問題為導(dǎo)引，優(yōu)化整合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，促進(jìn)工程知識建構(gòu)

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代，知識的建構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。關(guān)聯(lián)主義學(xué)習(xí)理論[9]認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)時代的學(xué)習(xí)是一種將不同專業(yè)節(jié)點(diǎn)或信息源連接起來的過程，這種關(guān)聯(lián)不僅指不同領(lǐng)域、理念和概念之間的聯(lián)系，也指不同節(jié)點(diǎn)和信息源之間的連接。要促進(jìn)知識的建構(gòu)，必須優(yōu)化教學(xué)流程，整合教學(xué)資源，圍繞學(xué)生的學(xué)習(xí)活動創(chuàng)設(shè)有利于知識建構(gòu)和探究問題的資源環(huán)境與運(yùn)行機(jī)制，引導(dǎo)學(xué)生有效利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行知識建構(gòu)。

互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)環(huán)境下，學(xué)生可以借助各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)工具和互聯(lián)網(wǎng)上豐富的學(xué)習(xí)資源來學(xué)習(xí)工程知識。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺層出不窮，“學(xué)堂在線”“中國大學(xué)慕課”“好大學(xué)在線”“網(wǎng)易公開課”等各類慕課平臺相繼產(chǎn)生，慕課(MOOC)以短視頻的課程形態(tài)，采用化整為零的方式，將整個課程分解為多個微課程，通過視頻資料、動畫、PPT 等媒體手段對多個相對獨(dú)立的知識點(diǎn)進(jìn)行介紹。慕課創(chuàng)新了一種互聯(lián)互通的教學(xué)服務(wù)模式，將學(xué)習(xí)變成與同伴、與知識網(wǎng)絡(luò)的相互聯(lián)結(jié)，通過同伴互助學(xué)習(xí)模式完成學(xué)習(xí)過程[10-11]?！八讲フn”(SPOC)即小規(guī)模限制性在線課程將慕課與傳統(tǒng)課堂有機(jī)結(jié)合，繼承了慕課網(wǎng)絡(luò)在線學(xué)習(xí)的創(chuàng)新特征，又在學(xué)習(xí)方法上引入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，對教學(xué)流程進(jìn)行了再造和重構(gòu)。要促使學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源來學(xué)習(xí)工程知識，就必須以工程問題為導(dǎo)引，課前給學(xué)生拋出一些工程問題，驅(qū)動學(xué)生去思考，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，引導(dǎo)學(xué)生在課前積極主動去網(wǎng)上課堂進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，同時在SPOC中發(fā)布課程學(xué)習(xí)基本要求及考核評價標(biāo)準(zhǔn)，為學(xué)生提供合適的微課資源、優(yōu)質(zhì)的慕課資源、工程設(shè)計案例、工程機(jī)械動畫資源庫等，學(xué)生通過SPOC進(jìn)入線上學(xué)習(xí)平臺，進(jìn)行線上學(xué)習(xí)和討論，完成作業(yè)和考核。在整個學(xué)習(xí)過程中，教師要實時監(jiān)督學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，及時網(wǎng)上答疑解惑，評測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果；針對共性問題采用線下翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，對重點(diǎn)和難點(diǎn)問題進(jìn)行深度解析，促進(jìn)工程知識的內(nèi)化，通過工程案例教學(xué)、項目教學(xué)、基于工程問題的教學(xué)來促進(jìn)工程知識建構(gòu)。

工程知識本身具有學(xué)科綜合、專業(yè)綜合、科學(xué)與技術(shù)綜合的特點(diǎn)以及與工程背景緊密關(guān)聯(lián)的屬性，它屬于非良性領(lǐng)域的復(fù)雜知識。工程知識的學(xué)習(xí)目的是為了解決工程問題，要實現(xiàn)工程知識的有效建構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生工程能力，就要在學(xué)習(xí)中不斷關(guān)聯(lián)工程背景和工程問題，基于工程問題的需求來學(xué)習(xí)相關(guān)的知識。利用計算機(jī)技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，建立工程問題庫，通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)將這些工程問題切入網(wǎng)上課堂教學(xué)中，由工程問題驅(qū)使學(xué)生去學(xué)習(xí)有關(guān)的工程知識。例如在機(jī)械設(shè)計知識學(xué)習(xí)中，涉及大量機(jī)械工程專業(yè)的工程知識，如各類機(jī)械零部件的設(shè)計準(zhǔn)則、設(shè)計規(guī)范、設(shè)計方法等。如果僅僅就這些知識點(diǎn)的字面意思來學(xué)習(xí)，是一種陌生、枯燥、抽象的感覺，可以將知識的學(xué)習(xí)用相關(guān)的工程問題引入，例：散裝物料(如糖、鹽等)如何包裝成袋、包裝機(jī)械如何運(yùn)動和工作、洗衣機(jī)的工作原理、由哪些機(jī)構(gòu)組成、各機(jī)構(gòu)由哪些構(gòu)件組成、各構(gòu)件之間如何連接、有哪些運(yùn)動副、洗衣機(jī)中有哪些機(jī)械零部件、各零部件的作用、如何保證洗衣機(jī)的工作能力等，通過問題引出有關(guān)的工程知識點(diǎn)，學(xué)生從問題出發(fā)，通過網(wǎng)上教學(xué)資源，觀看各種機(jī)械的工作視頻，促進(jìn)學(xué)生對知識點(diǎn)的理解和內(nèi)化。

SPOC的學(xué)習(xí)呈現(xiàn)為線上與線下有機(jī)結(jié)合的混合式學(xué)習(xí)模式，混合式學(xué)習(xí)認(rèn)知工具研究[3]認(rèn)為混合式學(xué)習(xí)的目是促進(jìn)深度學(xué)習(xí)而非作為信息通道，其認(rèn)知過程是一種建構(gòu)的、混合的、復(fù)雜的認(rèn)知過程?；旌鲜綄W(xué)習(xí)不僅要關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上各學(xué)科知識，更重要是借助于網(wǎng)上豐富的教學(xué)資源對這些知識進(jìn)行深加工。工程教育中，學(xué)生對工程知識的學(xué)習(xí)就是一個對各專業(yè)知識點(diǎn)和工程背景不斷關(guān)聯(lián)和建構(gòu)的過程。要實現(xiàn)工程知識的深度建構(gòu)，必須將自身認(rèn)知工具與外部智能輔助認(rèn)知設(shè)備充分利用，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和智能設(shè)備，創(chuàng)設(shè)豐富多樣的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)體驗。如利用網(wǎng)上大量的工程案例和工程項目視頻，可幫助學(xué)生了解工程知識的應(yīng)用，“我愛發(fā)明”“創(chuàng)客“等網(wǎng)絡(luò)節(jié)目，激發(fā)工程創(chuàng)意和學(xué)習(xí)熱情，工程仿真平臺、VR工程體驗、混合工程現(xiàn)實體驗平臺等虛擬現(xiàn)實教學(xué)實現(xiàn)交互式和浸入式學(xué)習(xí)和工程體驗，網(wǎng)絡(luò)、仿真系統(tǒng)、未來的智能系統(tǒng)都給以學(xué)生提供很好的非正式學(xué)習(xí)手段。通過線上與線下學(xué)習(xí)資源的優(yōu)化配整，促進(jìn)工程知識的深度建構(gòu)，如圖2所示。

圖2 基于“互聯(lián)網(wǎng)+”工程知識建構(gòu)

四、工程問題驅(qū)動下的探究式學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)能力

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)時代，由于學(xué)習(xí)時空的自由無界，失去了傳統(tǒng)課堂和教師管束的有力約束，自控能力弱的學(xué)生往往學(xué)習(xí)能力下降。要提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和學(xué)習(xí)興趣，采取基于信息化環(huán)境的、強(qiáng)調(diào)以工程問題為中心的探究式學(xué)習(xí)。

探究式學(xué)習(xí)是基于問題、案例和項目的一類學(xué)習(xí)方式，其學(xué)習(xí)的核心理念是：注重從問題開始，使學(xué)生在學(xué)習(xí)學(xué)科知識、專業(yè)原理和在思考、分析和探究問題的過程中獲取、應(yīng)用和更新知識，在探究問題的過程中培養(yǎng)和訓(xùn)練發(fā)現(xiàn)、研究和解決問題的能力[12]。工程問題意識是工程知識學(xué)習(xí)的動力，工科學(xué)生在專業(yè)學(xué)習(xí)中應(yīng)置于工程問題空間，以解決工程問題為導(dǎo)向，不斷去學(xué)習(xí)和關(guān)聯(lián)各學(xué)科工程知識，通過培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，在解決問題的過程中，逐步構(gòu)建工程知識體系，培養(yǎng)工程能力。

“互聯(lián)網(wǎng)+”學(xué)習(xí)環(huán)境下，工程知識的獲取途徑更加廣泛，學(xué)習(xí)資源除了教材課本、課堂教學(xué)外，還有豐富的網(wǎng)上教學(xué)資源，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境(小組討論、課程群、工程設(shè)計群、校企結(jié)合的虛擬社區(qū))成為學(xué)習(xí)工程知識及解決工程問題的主要平臺。

在工程問題設(shè)計時，工程問題類型和復(fù)雜難易程度必須與教學(xué)目標(biāo)相匹配，以真實的工程案例及工程背景，激發(fā)學(xué)生的關(guān)注度和探究熱情；現(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為工程問題的情景模擬提供了技術(shù)手段，將工程問題模擬成物理情境、仿真模型、視頻情境、多媒體演示等多種情景，形成工程問題庫，以網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的形式切入網(wǎng)上教學(xué)課堂中，通過網(wǎng)上教學(xué)平臺來進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)。

探究式學(xué)習(xí)通過自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)的有機(jī)結(jié)合來完成主要學(xué)習(xí)內(nèi)容，互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境和條件為學(xué)生的自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)提供了形式多樣的教學(xué)活動。教學(xué)活動方面主要包括有學(xué)生網(wǎng)上自學(xué)、教師課上課下指導(dǎo)、小組討論、學(xué)生展示、課外實踐等活動，可積極采取各種互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式來開展學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生易化知識難點(diǎn)，進(jìn)行知識之間的連通與重構(gòu)，實現(xiàn)知識內(nèi)化，在建構(gòu)工程知識過程中培養(yǎng)分析解決工程實際問題的能力。合作學(xué)習(xí)是解決工程問題不可缺的學(xué)習(xí)方式，學(xué)生通過線下和線上討論與交流相結(jié)合，不僅僅限于小組討論和課堂交流等傳統(tǒng)合作學(xué)習(xí)形式，還能充分利用網(wǎng)上的課程群、學(xué)科群、工程設(shè)計群，網(wǎng)上虛擬社區(qū)等交流平臺，充分利用社會資源，采取多方之間合作學(xué)習(xí)，將知識學(xué)習(xí)與研究問題相結(jié)合，促使學(xué)生主動建構(gòu)知識，在思考、分析和探究工程問題的過程中逐步獲取、應(yīng)用工程知識，從而促進(jìn)自身工程知識體系的建構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境打破了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)在時空上的局限性，提供了自由、開放的學(xué)習(xí)空間和豐富的學(xué)習(xí)資源，學(xué)習(xí)交流更加直接、便利和快捷，學(xué)習(xí)資源的使用效率得到提高。在網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生借助于各種搜索工具，可以檢索到各工程專業(yè)信息資源，如課程課件、視頻、文獻(xiàn)及相關(guān)的慕課課程、專業(yè)工具書、工程設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品設(shè)計方案等。教師要積極引導(dǎo)學(xué)生如何去搜索合適的信息資源，有助于學(xué)生從這些資源中獲益。

“互聯(lián)網(wǎng)+” 時代信息技術(shù)的發(fā)展，推動著工程教育不斷改革和創(chuàng)新，教學(xué)的手段、教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)模式都會發(fā)生極大的變化?；ヂ?lián)網(wǎng)將學(xué)習(xí)的領(lǐng)域進(jìn)行了無限延伸，教學(xué)內(nèi)容呈現(xiàn)出不確定性，對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和教師的教學(xué)水平提出了更高要求。面對網(wǎng)絡(luò)上豐富的教學(xué)資源，教師要幫助學(xué)生合理有效利用網(wǎng)絡(luò)資源，引導(dǎo)學(xué)生去積極主動獲取、處理、重構(gòu)知識，建構(gòu)起學(xué)生個體的工程知識體系。逐步培養(yǎng)工程分析與設(shè)計能力。