基于协同学习的互换性与测量技术教学模式

巴鹏++张秀珩++任金玉

摘 要：本文基于协同学习和知识建构理论，对协同学习的教学模式进行了调研，并研究了在计算机网络支持下的学习环境中，如何设计教学模式，以协同知识建构的方式促进学生学习并提供相关的教学模式和技术支持。最后在互换性与测量技术课程的教学中加以实践，这对于虚拟环境及教学实际中的专业人士及教育工作者具有重要帮助和实践价值。

关键词：知识建构 协同研究 学习环境 小组合作

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0191-02

情境学习的重要性在社会的互动活动与合作中已得到证明。发生在一个人头脑中的学习过程不再被视为一个认知的过程，而是一个社会活动过程。它往往是通过人与人之间的对话以及相关的讨论协同进行知识建构的。知识建构已成为教育界越来越强调以积极了解现有的获得知识和创新想法的能力。综合性的教学策略和协同学习相结合的方法常常被用于学生共同完成协同任务，一般可达到更好的学习效果和满意度。

1 引言

协同知识建构是一种鼓励学生进行洽谈和共享信息，通过小组互动和讨论进行知识建构的方法。在本文中，基于协同知识建构的研究背景，对如何支持协同知识建构、边学边做的教学环境及教学模式进行了讨论和分析，解决了学生以小组合作的学习方法来解决复杂环境和不良结构的现实问题。经实践证明其是一种有效进行协同知识建构的教学方式。

近来对教学中协同学习的研究更多集中在教学模式上。汤普森认为，社会共享的认知提供了关于人们如何创建，讨论等的见解，并在小组讨论中使用共享知识[1]。约翰逊·莱尔德发现思考模式往往通过分享想法来帮助成员协调任务和提高小组的综合表现[2]。有学者认为，小组成员需要共享个人想法的模式来获得对任务的共同理解和处理合作中的困难和适应不断变化的环境[3]。当新成员进入一个群体，他们必须学会共享的思考模式，以跟团队有效地开展工作。

2 协同教学模式

为促进协同知识建构，在教育领域中推行了四种行之有效的方法[4]。可以概括为边学边设计，以项目为基础的课题，基于问题的学习和知识建构。边学边设计，使学生树立目标，学生需要设想他们的设计原型，收集相关性能数据，并对设计进行优化。以项目为基础的课题定位于在基本项目的科学调查，同时学生需要通过创造真正的作品来解决具有挑战性的问题。基于问题的学习可以训练学生学习批判性思维和推理能力来解决复杂问题。知识建构使学生基于现有的知识通过求解和开发新知识的问题使所学知识系统化。以上四种策略让学生在不同的学习阶段都处于自主的学习过程中，学生需要协同合作共同创建一个项目，形式可以是方案，产品或报告，并通过对其想法不断地讨论与共享来扩展他们的知识，使现有知识之间的互相联系，并找到改进和整合方案的方法。

用于评估学生互换性与技术测量课程学习情况的标准之一是精度设计的能力。学生需要根据学习过程中对基本概念的理解，学会在设计过程中运用公差和标准。一些学者认为，这一方法成功与否，关键在于如何将基本概念融入设计，实现精度设计的准确性[5]。另一种看法则针对广义的协同教学模式的研究，采取教师用传统方法授课，学生的学习采取与他人协同互动，教师协助参与的教学策略[6]。这些课程评价策略在互换性与技术测量课程中对学生对概念的理解和实际解决问题能力的评估起到关键作用。为客观评价协同学习在互换性课程教学应用的影响效果，定义了影响评估的Hake影响因子[7]：

（1）

式中：g为测试的实际得分与最大可能得分的比值；

为采用协同教学模式前测试结果的百分比；

为采用协同教学模式后测试结果的百分比。

另一个课程改革热门方向是，互换性课程理论教学与实验实践的整合。在以往的课程评价中，实验室通常会收到比过程的任何其他部门更多的诟病。学生们常常质疑理论教学和实验教学之间的协调不力。尽管我们在不断的改革实验教学内容，改善实验条件，但在大多数情况下，实验教学的目的旨在加强和验证理论教学的知识点，并在实验报告中详细给出实验步骤和实验数据，这些实验和数据让学生很困惑，他们通常不明白这样做的意义何在。

为此，根据以上描述，我们采取“按需减少理论教学，只以少量的学时引导学生，扩大实验规模至项目水平，同时缩减观摩性实验，通过具体项目（包括实验项目）加强理论与实验之间的关系，包括协同小组合作学习经验，在课程进行过程中整合而不是叠加知识点。

3 协同模式的教学经验

在互换性与技术测量课程的教学研究中，通过以学生为中心，结合自主学习和协同学习理论，改进互换性与技术测量的教学计划。目标是使学生通过不断的参与项目实践、体验设计学会公差的核心理念。

3.1 简洁的理论讲解

互换性与技术测量课程历来采用30学时的理论教学和10学时的实验教学的教学模式。传统的教学通常会带来以下问题。学生们常常认为公差是通过课本学习并通过实验验证的概念。但在实际应用中，学生则不知该如何将符号标注在图纸上。而另一方面，学生单独的学习比协同学习则浪费了更多的学习时间。为了解决以上问题，在查阅了有关教学方法的大量文献后，我们设计了一些展新的教学计划。这些教学方法离不开计算机的帮助。通常情况下，一个课程的开始，由教师分配相关项目任务前，学生应对相关内容进行预习。学生们在被分配了项目任务后，则专注于解决实际工程的细节。计算机则作为一种工具被用来解决问题，运行仿真，模拟分析或采集实验数据。

3.2 快速的实验反馈

实验课题直接整合到课程中是确保实验与理论的阶段一致性，使实验教学更具相关性。在实验期间，教师在整个实验过程巡视实验室，监控学生的学习进度并在需要时提供帮助。大多数实验都借助计算机完成。仪器测量尺寸，位置，形状等的误差会直接被快速、精确地采集到计算机上，并进行数据的处理和分析。此外，数字化仪器让学生轻松地直接测量感兴趣的量。例如：对复杂零件的误差测量时，三坐标测量机可以轻松地同时测量体块的尺寸和其上的孔的位置。endprint

3.3 体验式学习

体验式学习的过程是比任何其他学习方法都要重要得多。学生经过专业课程的学习后，要进行精度设计的学习。如同实际设计一样，体验式学习通常需要经过调查，反思，研究，开发，教学，实践，口头和书面沟通的程序。学生都力求实现针对自己的项目进行学术专题汇报的机会。在教学上，教师也鼓励他们参加地区，国家和国际研究会议，并尽可能参与大型项目或与国际合作的机会，使其成为本科毕业设计课题的一部分。以各种不同的方式使学生分享他们的设计专长的同时，获得接触到当地的公司的机会，这样，大多数学生都有机会做独立的设计工作。

3.4 协同学习小组

学生建立的协同小组以3人或5人一组为佳，这样有利于群体的讨论和互动。教师在这些小组活动时加以引导。学生在课堂上进行积极讨论和解决问题，获得测量数据或分析结论，而将课余时间花在练习和设计上。当学生和他们的老师都积极参与课题时，课堂环境应是愉快和嘈杂的。无论是在课堂上还是在课外，都可以采用一套用于指导和促进合作的工具，使学生之间或学生与教师之间既可以面对面的沟通又可以实现远程通讯，讨论问题，提出解决策略，并协调合作。该工具还应提供以下功能，包括背景资料和教学视频，可以获取信息的电子白板等。

4 结论

基于协同学习理论的互换性与技术测量教学模式的提出，改变了学生由被动到自主的学习态度，使学生的实践和设计能力得到锻炼的同时，其基础理论和知识得到了系统建构。通过学生在协同学习过程中的表现、作业、实验和项目完成情况来看，课程评估结果表明，该教学模式行之有效，评估策略结果与教学实践期望的目标相一致。

参考文献

[1] McDermott L C，Redish E F.Resource letter：PER-1：Physics education research [J]. American journal of physics， 1999，67（9）：755-767.

[2] P.J.Williams，D.Retson，S.Symons， "The Effectiveness ofComputer-Based Studio Teaching of Physics"，Physics inCanada，2003，59（4）：201-204.

[3] Suthers D，Connelly J，Lesgold A，et al.Representational and advisory guidance for students learning scientific inquiry[J].Smart machines in education： The coming revolution in educational technology，2001：7-35.

[4] Suthers D D，Vatrapu R，Medina R，et al. Beyond threaded discussion：Representational guidance in asynchronous collaborative learning environments[J]. Computers & Education， 2008，50（4）： 1103-1127.

[5] Hmelo-Silver C E，Barrows H S.Goals and strategies of a problem-based learning facilitator[J].Interdisciplinary Journal of Problem-based Learning，2006，1（1）：4.

[6] Manogue，C.A.，Krane，K.S.，"Paradigms in physics：Restructuring the upper level"，Physics Today，2003，56（9）：53-58endprint

3.3 体验式学习

体验式学习的过程是比任何其他学习方法都要重要得多。学生经过专业课程的学习后，要进行精度设计的学习。如同实际设计一样，体验式学习通常需要经过调查，反思，研究，开发，教学，实践，口头和书面沟通的程序。学生都力求实现针对自己的项目进行学术专题汇报的机会。在教学上，教师也鼓励他们参加地区，国家和国际研究会议，并尽可能参与大型项目或与国际合作的机会，使其成为本科毕业设计课题的一部分。以各种不同的方式使学生分享他们的设计专长的同时，获得接触到当地的公司的机会，这样，大多数学生都有机会做独立的设计工作。

3.4 协同学习小组

学生建立的协同小组以3人或5人一组为佳，这样有利于群体的讨论和互动。教师在这些小组活动时加以引导。学生在课堂上进行积极讨论和解决问题，获得测量数据或分析结论，而将课余时间花在练习和设计上。当学生和他们的老师都积极参与课题时，课堂环境应是愉快和嘈杂的。无论是在课堂上还是在课外，都可以采用一套用于指导和促进合作的工具，使学生之间或学生与教师之间既可以面对面的沟通又可以实现远程通讯，讨论问题，提出解决策略，并协调合作。该工具还应提供以下功能，包括背景资料和教学视频，可以获取信息的电子白板等。

4 结论

基于协同学习理论的互换性与技术测量教学模式的提出，改变了学生由被动到自主的学习态度，使学生的实践和设计能力得到锻炼的同时，其基础理论和知识得到了系统建构。通过学生在协同学习过程中的表现、作业、实验和项目完成情况来看，课程评估结果表明，该教学模式行之有效，评估策略结果与教学实践期望的目标相一致。

参考文献

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[3] Suthers D，Connelly J，Lesgold A，et al.Representational and advisory guidance for students learning scientific inquiry[J].Smart machines in education： The coming revolution in educational technology，2001：7-35.

[4] Suthers D D，Vatrapu R，Medina R，et al. Beyond threaded discussion：Representational guidance in asynchronous collaborative learning environments[J]. Computers & Education， 2008，50（4）： 1103-1127.

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[6] Manogue，C.A.，Krane，K.S.，"Paradigms in physics：Restructuring the upper level"，Physics Today，2003，56（9）：53-58endprint

3.3 体验式学习

体验式学习的过程是比任何其他学习方法都要重要得多。学生经过专业课程的学习后，要进行精度设计的学习。如同实际设计一样，体验式学习通常需要经过调查，反思，研究，开发，教学，实践，口头和书面沟通的程序。学生都力求实现针对自己的项目进行学术专题汇报的机会。在教学上，教师也鼓励他们参加地区，国家和国际研究会议，并尽可能参与大型项目或与国际合作的机会，使其成为本科毕业设计课题的一部分。以各种不同的方式使学生分享他们的设计专长的同时，获得接触到当地的公司的机会，这样，大多数学生都有机会做独立的设计工作。

3.4 协同学习小组

学生建立的协同小组以3人或5人一组为佳，这样有利于群体的讨论和互动。教师在这些小组活动时加以引导。学生在课堂上进行积极讨论和解决问题，获得测量数据或分析结论，而将课余时间花在练习和设计上。当学生和他们的老师都积极参与课题时，课堂环境应是愉快和嘈杂的。无论是在课堂上还是在课外，都可以采用一套用于指导和促进合作的工具，使学生之间或学生与教师之间既可以面对面的沟通又可以实现远程通讯，讨论问题，提出解决策略，并协调合作。该工具还应提供以下功能，包括背景资料和教学视频，可以获取信息的电子白板等。

4 结论

基于协同学习理论的互换性与技术测量教学模式的提出，改变了学生由被动到自主的学习态度，使学生的实践和设计能力得到锻炼的同时，其基础理论和知识得到了系统建构。通过学生在协同学习过程中的表现、作业、实验和项目完成情况来看，课程评估结果表明，该教学模式行之有效，评估策略结果与教学实践期望的目标相一致。

参考文献

[1] McDermott L C，Redish E F.Resource letter：PER-1：Physics education research [J]. American journal of physics， 1999，67（9）：755-767.

[2] P.J.Williams，D.Retson，S.Symons， "The Effectiveness ofComputer-Based Studio Teaching of Physics"，Physics inCanada，2003，59（4）：201-204.

[3] Suthers D，Connelly J，Lesgold A，et al.Representational and advisory guidance for students learning scientific inquiry[J].Smart machines in education： The coming revolution in educational technology，2001：7-35.

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[5] Hmelo-Silver C E，Barrows H S.Goals and strategies of a problem-based learning facilitator[J].Interdisciplinary Journal of Problem-based Learning，2006，1（1）：4.

[6] Manogue，C.A.，Krane，K.S.，"Paradigms in physics：Restructuring the upper level"，Physics Today，2003，56（9）：53-58endprint