CDIO實踐中基于元認知理論的本科課堂管控

廖寧 陳怡然

摘 ?要：元認知（Metacognition）是指對于認知過程的認知，即對人類是如何學習的思考。CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）工程教育模式是以工程能力培養為目標的工程教育模式，是國際工程教育改革的最新成果。在CDIO教育模式中引入元認知理論，通過思考人類的認知和學習過程，以及把握認知過程中的關鍵階段，可以使得我們的課堂設計能更好地貼合學生的認知規律，幫助教師可操作性的綜合培養學生的工程實踐能力，從而提高課堂效率，更好的管控本科課堂。

關鍵詞：元認知 ?CDIO工程教育 ?課堂管控

CDIO（構思Conceive、設計Design、實現Implement、和運作Operate）工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果，它以工程設計為導向，以工程能力培養為目標，要求在課堂和課下綜合培養工程專業學生的工程基礎知識、個人能力、人際團隊能力和工程系統能力。CDIO教育模式下的課堂設計和管控與傳統的講授性課堂有著較大的區別和不同，更為強調學生的參與性和創造性。

課堂管理是指教師為了有效利用時間、創設良好的學習環境、減少不良行為而采取的各種活動和措施。在課堂教學中，教師除了“教”的任務外，還有一個“管”的任務，也就是協調、控制課堂中各種教學因素及其關系，使之形成一個有序的整體，以保證教學活動的順利進行。這一活動即為通常所說的課堂管理。

課堂管理的任務比較復雜。一般認為，課堂管理包括課堂人際關系管理、課堂環境管理、課堂紀律管理等方面。課堂人際關系的管理指的是對課堂中的師生關系、同伴關系的管理，包括建立良好的師生關系、確立群體規范、營造和諧的同伴關系等;課堂環境管理是指對課堂中的教學環境的管理，包括物理環境的安排、社會心理環境的營造等;課堂紀律管理指的是課堂行為規范、準則的制訂與實施，應對學生的問題行為等活動。而如何較好的促進課堂的管控，使學生的學習在課堂中能夠起到更好的效果，往往是老師們所面臨的難點。本文中從元認知理論出發，提出了一套合理有效的課堂管控方案。

一、元認知理論

元認知（Metacognition）一詞最早由斯坦福大學心理學系的兒童心理學專家弗拉維爾（John. H. Flavell）于十九世紀七十年代提出。元認知就是那些關于思維的思維、關于學習的學習、關于認知的認知。理解了人類對學習過程，就能更為有效地進行其他知識的學習。目前人工智能領域的很多算法，比如基于長短期記憶的循環神經網絡，以及深度學習中的注意力機制，都是對人類認知過程的模擬。經過40年的發展，元認知理論在各種認知學習領域都起到了重大的指導作用，同時也與其他理論交互作用，比如信息處理理論。

認知學中的信息處理理論認為學習是一個信息獲取和利用的過程。基于信息處理理論，知識的學習可以分為三個階段，首先是從有意義的數據中獲取信息的過程，然后通過與教師、同學以及信息本身的互動中提取出知識，最后將這些知識應用到創建新的知識的過程中，這就是學習，也是從信息到知識到智慧的過程。圖1展示了認知學中信息處理理論對于認知過程的理解：

圖1. 認知的過程

在這一過程中，信息是作為外界環境的刺激（視覺，聽覺，觸覺等）傳遞到學生，形成了感知記憶（Sensory Memory），這種記憶的特征是存在時間非常的短暫，只能持續1到數秒，然后就會衰退。也就是說教師演示的內容，說的話，將在數秒鐘內被學生遺忘！

那么學生怎么才能學到知識呢？就需要他主觀的注意力和感知力的介入，使得信息從感知記憶向工作記憶（Working Memory）轉化。這一過程中，注意力（Attention）是非常重要的，也就需要教師在課堂中使用各種教學手段充分喚起學生的注意力，沒有注意力的認知只能持續幾秒鐘。

但是工作記憶仍然只能持續十幾秒到半分鐘，同時大腦的工作區只能一次保存不多于10條信息。要想長期保存，就需要反復訓練（Rehearsal），將知識應用起來，找到信息中的規律，對其進行編碼（Encoding），才能變成長期記憶（Long Term Memory）。這個階段的學習就需要教師提供練習，讓學生與教師，學生與學生，學生與知識反復進行互動，才能抽象出其中的規律，讓信息進入長期記憶。

進入長期記憶的信息仍然會被遺忘，這就需要反復將信息提取三五”規劃項目“大數據視野下個性化教育模式研究”。

（Retrieval）到工作記憶中進行應用（Rehearsal）。這個階段的任務就有賴于教師給出復習和練習案例，幫助學生進行有目的性的練習，達到鞏固長期記憶的目的。

二、元認知理論在CDIO實踐中的作用

CDIO工程教育實踐中強調工程教育的實踐性、創新性和綜合性，這些特性必然要求學生的認知過程是個性化的，終身化的。在課堂教學中，教師抓住整個認知過程中的3個關鍵步驟，進行有目的性的設計教學過程，在課堂上輔助、促進學生的認知是和CDIO工程教育的理念合而為一的。在感知記憶向工作記憶的轉化過程中，教師要充分抓住學生的注意力，制造驚訝感和勾起好奇心都是常見的捕獲學生注意力的教學手段。而從工作記憶向長期記憶的轉化過程中，教師要創造大量的互動機會，讓學生有充分的時間進行與教師，與同學，與知識的互動，在互動的過程中才能有效地掌握知識中的規律，從而形成長期記憶。也就是說，純講授的課堂，學生的信息獲取和認知過程會停留在感知記憶和工作記憶中，認知的效率是相當低下的，而實踐性的CDIO工程教育是符合元認知理論的，能夠更為有效的培養綜合性的工程技術人才。同時，長期記憶的被遺忘可能也提醒教師要在工程教育中及時安排對過往知識和技能的復習和練習。

結語

綜上所述，元認知理論要求教師在教學活動中要精心設計教學環節，設置練習案例，鼓勵學生互動，按照認知規律來掌控課堂，推動學生的認知過程一步步的提升。這樣的課堂管控符合CDIO工程教育的客觀規律，能夠在實踐中加深學生對工程技術知識的認知。當學生沉浸在有效的認知過程中，課堂的秩序就不再是問題了，有效的課堂無須額外的管控，同時沒有額外管控的學習也必然處在一個高效的認知環境中，這樣的學習環境契合了CDIO工程教育模式對綜合性工程專業人才培養的理念。

參考文獻

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