交叉學科類課程教學中的心智模型養成研究

董元方

（長春理工大學經濟管理學院，吉林長春，130022）

一、前言

由于深化交叉學科建設的內生動力不足［1］，我國高等教育界在交叉學科領域的研究成果多集中在宏觀或中觀層面，如跨學科教育的國際比較和個案分析，真正具體到微觀層面（如人才培養、教學改革、課程建設、實踐探索）的研究卻鮮見，尤其是作為高等學校人才培養質量的核心元素和基礎性工程的課程，在很大程度上決定了一所大學的發展潛力和可能高度［2］。

交叉學科背景下，項目式教學固然是很好的解決辦法，但實踐過程中也存在目標性不強、形式散漫的問題，需要學生有強大的自制力和自學能力，這對多數學生來講是困難的，在缺乏教師指引的情況下很容易陷入困境。因此需要探討把項目式教學的核心內容引入日常專業課教學的方法，這與把創新創業教育融入專業教育的目標是一致的。也就是說，交叉學科類課程教學應體現項目教學的特點，又不失課程教學的規范。

把心智模型引入交叉學科的專業課教學符合這個要求。建立更復雜心智模型的方法是有章可循的。比如檢索練習、有間隔的練習、演練、規則學習以及結構構建，都有助于建立更復雜的心智模型，從而提高學習與記憶水平。同時，心智模型也可以被調整，以適應復雜多變的環境。

在課程教學中，心智模型至少可應用在以下幾個方面：（1）學生學習主動性的有效提升。多學科交叉融合不是學科專業的機械堆砌與簡單疊加，也不是增設幾門新型課程或前沿課程，而是強調學科專業之間的交叉與融合。［2］這種交叉和融合，落實在教學中，并不是可以由教師直接講授的，或者說，必須經由學生的主動思考和主動實踐才能獲得。（2）應用引領的類項目式教學情境搭建。從學科情境轉向應用情境和適應情境，堅持問題導向和需求導向。（3）教師的角色轉換。教師依照心智模型的構建原理，從宏觀上引導和指導學生，發揮學生主動性，在交流和切磋中幫助學生完成心智模型的建立和完善。

本文討論交叉學科背景下，將心理學和認識論的心智模型引入課程教學的方法。通過探究心智模型的概念、類型、養成機理，借鑒心智模型建立的過程、優化的條件、激發的方法，應用于專業課程教學實踐，總結出有借鑒意義的交叉學科類課程的一般教學方法。

二、交叉學科和心智模型的概念與研究現狀

（一）交叉學科和心智模型的概念

交叉學科是自然科學、哲學社會科學各大學科門類以及本門類諸多學科、專業之間交叉融合而形成的知識體系。現代科學技術革命的一個特點是，自然科學與社會科學相互影響、相互滲透的傾向日益增強，人類全部知識綜合為統一科學的趨勢日益明顯。［3］交叉學科是推動、催生重大原創性成果的主要驅動力。［1］

“心智模型”這個名詞由蘇格蘭心理學家Kenneth Craik在1943年出版的《The Nature of Ex?planation》一書中提到。1989年，Johnson-Laird確定了心智模型的三個不同來源：學習者從來自于有關世界的知識的一組基本成分或來自于學習者擁有的類比模型中，以歸納的方式建構模型的能力；對外部世界的日常觀察；其他人的解釋。

邱美虹［4］認為，心智模型是長時記憶中的元素與外界環境或刺激物交互作用所產生的內在表征，它會隨外在人、事、物等異動而改變，因此具有動態變化特質。呂曉俊［5］則認為，心智模型是一個相對持久的動力系統，是在對社會事件進行描述、歸因和預測活動中體現出來的有關社會事件的知識和信念，以此作為后發式的行為決策的基礎，決定了人們看待世界的方式。

（二）交叉學科類課程特點

交叉學科類課程的特點是“廣而新”。“廣”體現在融合了不同學科或專業的主干知識，且需要廣博的知識體系把課程整合起來。“新”體現在前沿課程新且變化快。這些特點使知識更新不能完全依賴教師講授，使項目式教學獲得了普遍認可。［6］項目式教學把“學習什么”轉化為“如何解決問題”，以實踐項目為目標，并不提出問題，而是由學生在項目中去發現問題，然后用所學知識去解決問題，在知識受限的情況下，又去擴展知識。［7］但是項目教學的過程控制和評價標準難以把握，其目標也很難放在一門課程中貫徹。

（三）心智模型理論的發展

把握新舊知識的關聯和構建認知框架，才是真正的學習。美國前國防部長唐納德·拉姆斯菲爾德在2002年的一次新聞發布會上說：“有些事是已知的已知——有的事情我們知道自己知道；有些是已知的未知，意思是我們知道有的事情是自己不知道的。但是還有未知的未知——那些我們不知道自己不知道的事情。”發現未知，把未知變成已知，是學習的過程。然而，學生往往只能片面地或者孤立地進行宏觀表征、微觀表征和符號表征，并不能將三者有機結合并進行自由轉換。根據建構主義觀點，真正的學習應滿足三個條件：首先，學生的已有經驗中必須具備可以固定新知識的舊知識；其次，學生必須意識到新舊知識之間的關聯性；最后，學生必須有意識地用一些普遍的方法將新舊知識聯系起來。在這個過程中，學習者必須分清并解決那些存在于他們已有的認知框架與新的認知框架中的不統一與不和諧，這才是真正的學習。

構建心智模型就是構建這樣的心理框架。［8］在接觸新資料時，提取核心觀點，并從中構建出一套完整的心理框架，就是結構構建。這些框架有時被稱作心智模型或心智圖。下足功夫練習，就會使彼此相關的復雜理論或是連續的運動技能整合為一個有意義的整體，這就是心智模型。結構解釋了元素彼此間是如何聯系的，心智模型就是被牢牢記住并熟練應用的技能或知識結構。有效的學習能建立更復雜的心智模型，更深刻地理解概念或機理間的關系。

（四）心智模型養成與創新融入

Stephens等［9］認為，學生利用模型來解釋實驗結果時就是在進行基于模型的推理，建模能力與基于模型的推理能力有密切的聯系。基于現象、基于關系的推理，認為模型是現實的簡單復制；基于模型的低層次關系推理，意識到模型建構過程中的目的性；基于模型的高層次關系推理，認為建模是為了檢測并發展思想而非復制。因而，提高建模能力，就是提高學生的認識水平，而認識水平的提高是創新之源。

同時，不同學生在不同時期及不同場景下，可能經歷不同的建模過程。［10］建模過程可能成功，也可能失敗。這種把舊有知識與新知識關聯，并構建心智模型的過程，需要教師的引導和參與。

三、交叉學科類課程教學中的心智模型養成方法

課程教學的目標是幫助學生掌握一門課程的知識體系和基本原則，但實踐過程中缺少學生的主動參與和創新熱情。項目式教學的核心理念是“以項目為主線、教師為引導、學生為主體”，創造“學生主動參與、自主協作、探索創新”的學習環境。但實踐過程中對學生自主性要求較高，教師的指引作用依賴于學生能力、教師能力和師生配合，這為項目成果注入了很多不確定性。可見，課程教學與項目式教學的理念雖不相背離，但方法各有千秋。

項目式教學中的明確目標可以帶來強大的激勵作用，主動學習自然彌合了知識跨度，師生互動引領認知產生創新驅動，這些都是交叉學科類課程中強烈需要的。利用應用場景粘合相關專業課程，有針對性地擴展理論和實踐知識，建立舊知識和新知識的有效聯結，有助于形成綜合性、創新性的復雜思維，促進專業課學習，真正實現創新內涵及培養復合型人才的目標。同時，應用場景使交叉類課程內涵外現，“廣而不雜，創新點突出”，提高課程教學效果和效率，進而激發學生主動學習的興趣和熱情，引導創新行為。

本文提出的心智模型養成方法（如圖1所示），首先構建恰當場景，把項目式教學的要素引入課程教學，在課程教學中以問題引導創新，使學生創新平臺與專業課教學相互促進、交相輝映，有利于心智模型的養成和專業素質的提升。

交叉學科背景下的課程教學，可以用心智模型的養成過程來描述。心智模型的形成機理告訴我們，在學習過程中進行有效檢索、試錯和比較，有助于提煉關鍵概念、糾正錯誤并總結經驗，經由反思進行結構構建，進而生成心智模型。這個過程中，學生在認知機理作用下，經過對知識的分析處理，構建認識世界和分析決策的方法和模式。

四、心智模型養成方法中的教師模型和學生模型

教師和學生在心智模型培育過程中相互促進，既提升教師作用，也激發學生共鳴，共同促進心智模型的養成，并不斷優化完善。師生的相互作用就是教與學的相互作用。教師在引導與啟發的同時注意提煉和解決關鍵問題，學生在實踐和學習的同時不忘反思和思維構建，才能最終達成課程教學中學生心智模型的成熟。

（一）課程教學中的教師模型

教師的指引和指導在課程教學中非常重要。但是，要觸發學生自主參與，引導學生主動建立、擴展和完善心智模型，不僅需要豐富的教學經驗，還需要充分利用心智模型的觸發和構建機制。比如：提供相關場景，讓學生主動參與以產生持久記憶；制造合意困難，給學生留出苦思難題的空間，犯錯誤并改正錯誤，其實是在搭建通往高層次學習的橋梁；提供多種方法和工具，指導學生比對和選擇；提供答疑和必要的指引，使心智模型構建過程順利完成。本文對這樣的一般教師模型進行了總結，如圖2所示。

圖2 心智模型養成過程中的教師模式

（二）課程教學中的學生模型

學生要構建完善而成熟的心智模型，需要演練和反思。通過在專長領域進行的數千小時的練習，可以積累大量類似的心智模型，從而保證在特定環境下做出正確分析，挑選出正確的應對方案并加以執行。心智模型的結構構建，需要從新知識中提取關鍵概念，并把這些概念和已知聯系起來，在不斷調整中構建分析模式，從而掌握復雜知識。在這個過程中，反思有助于分離出關鍵概念，鞏固并構建已經學到的知識；比較有助于發現問題背后的相似性，發現不相關問題的普遍解決方案，提高總結基本規則的能力。融入這些模式，需要對課程教學進行恰當設計。本文對這樣的一般學生模型進行了總結，如圖3所示。

圖3 心智模型養成過程中的學生模式

生成的心智模型，被用于解決應用場景的問題，并通過應用場景構建的聯結得知進一步的知識擴展，學習后調整心智模型，直到其成熟。成熟的心智模型可以靈活應對應用場景的挑戰。

五、總結與展望

本文在討論交叉學科和心智模型概念的基礎上，分析了交叉學科類課程教學中的心智模型養成方法，提出了心智模型養成的一般模型，適用于知識跨度廣、知識內容新且知識更新快的交叉學科專業的本科和碩士高年級專業課程。在進一步工作中，還將探討心智模型的評價和表現形式、心智模型的調整過程以及心智模型成熟的標志。