理解性学习对应用型工科专业课教学的启示

管天

理解是各层次教育中的共同追求，是实现知识经济时代教育目标的重要途径。在传统的授受主义教学模式下，知识是静态的、完整的，教学着重强调记忆和接受。这样就会把学生们培养成消费知识而不是应用和创新知识的角色。然而在今天的知识经济社会中，应用与创新已成为时代的主旋律，学校的一个关键功能就是培养具有应用与创造能力的人才。正如《剑桥学习科学手册》主编索耶所言：“知识经济时代，仅仅记忆事实性知识和程序性知识远远不够，重要的是能对复杂概念形成深刻的概念性理解并能基于这些理解生成新的观点、新的理论、新的产品和新的知识。”所以，知识经济时代的教育离不开理解性学习。

应用型本科专业课是使学生掌握必要的专业基本理论、知识和技能，了解本专业的前沿科学技术和发展趋势，培养分析解决本专业范围内一般实际问题的能力的主干课程。专业课教学一般是由课堂教学、实验教学以及课程设计、认识实习等专业实践过程所组成的一种教学活动。通过这些教学环节的实施，教师有目的、有计划、有组织、理论联系实际向学生传授专业知识，训练其专业技能，培养其分析、解决工程实际问题的能力。可见，本科专业课教学一个突出的特点是“学以致用”，而“用”的根本在于“学”，只有做到对专业知识理解性的学习，融会贯通，才能达到在实际工作中灵活运用，进一步有所创新的目的。通俗地讲，就是“心明”才能“眼亮”，“眼明”方能“手快”。因此，理解性学习在本科专业课教学中显得尤为重要。

一、理解性学习及其关键原则

理解性学习是指学生通过学习对知识获得深刻的理解，并能正确地运用所学知识，和通常所说的机械性学习，死记硬背、囫囵吞枣的学习相对立。在学生运用先前的知识积累对新知识加以消化吸收的过程中，其理解能力得到发展与提高。但是，这并不意味着学生达到了深度的理解。根据哈佛大学教授帕金斯等人的观点，真正的理解是学生能够将学到的知识运用到解决实际问题和创造性思考，即创新中去。这种运用和创新既能展示学生的理解，又能进一步加深其理解。

2002年，美国国家科学基金会和美国教育部指定国家研究理事会下属的一个委员会对美国高中数学和科学先修学习项目进行了为期两年的调研，写成了调查报告《 学习与理解——改进美国高中的数学和科学先修学习》。报告中提出了“理解性学习”这个概念来贯穿全书，并基于最新的认知和学习研究成果总结了实现理解性学习的七项关键原則，即（1） 原理性概念知识——当知识与某领域内的主要概念和原理相关并围绕它们组织的时候，能促进理解性学习；（2） 先前知识——学习者运用他们的前有知识去建构新的理解；（3） 元认知——运用元认知策略来识别、监控和调节认知过程，会促进学习；（4）学习者差异——学习者有不同的策略、方法、能力和学习风格；（5） 动机——学习者对自己学习能力的信念会影响学习成功；（6） 情境学习——人们学习时所进行的实践和活动会影响他们所学的内容；（7） 学习共同体——相互支持的互动会强化一个人理解性学习的能力。这些原则作为设计有效课程、教学、评价和教师专业发展的框架。

二、专业课课程教学中的实践与探索

笔者基于理解性学习的原则，在能源与动力工程专业（制冷与空调方向）两门主要的专业课（《制冷原理与设备》和《制冷压缩机》）的教学中采取相应的课程教学设计和教学方法，以期促进学生的理解性学习。

（一）以课程的主要概念和原理为中心形成知识体系

课程内容按概念理解的方式安排，组织构成课程知识的基本概念，各概念间的联系和由概念间的有机联系所形成的课程内容，即专业知识，从而使学生所学得的知识形成由清晰的概念联系起来的整体，形成知识体系，而不仅仅是知识的片段或孤立的概念，从而加深对知识的理解与掌握。例如在讲授单级蒸汽压缩式制冷原理这一部分内容时，按理想循环（逆卡诺循环）、理论循环、实际循环的主要概念构成课程的主要内容。在明确主要概念的基础上，建立概念之间的联系，即理想循环的改进形成理论循环，理论循环的改善进一步分化出过冷循环、过热循环和回热循环。而当考虑到压力损失和热交换时，又构成了实际循环。这样易于使学生在学习这一重要的知识点时，形成明晰的概念和知识体系，促进其理解和知识的建构。

（二） 运用先前知识的迁移建构新的理解

现代学习观认为人们是基于先前知识去建构新知识和对新知识的理解的。这些先前知识包括已有知识、技能、观念、概念和错误概念等，理解性学习不仅仅指把新的概念和过程增加到现有知识中，还指概念的转变和丰富、整合和知识结构的创新。所以，在教学中要帮助学生明白当前学习的知识与以前学习的知识的联系，建立公共基础课、专业基础课、专业课之间的有机联系，使学生在前期课程学习中得到的知识有效地迁移到新知识的学习与理解中来。比如在理想循环这部分内容的授课过程中，利用《工程热力学》中热力学第一定律和第二定律中关于能量转换规律的知识，推导出理想循环的性能系数，并利用《高等数学》二元微分的知识，求证并比较高温热源温度和低温热源温度对性能系数的影响。

（三）运用元认知促进学习

元认知，就是对认知的认知。具体而言，元认知是关于个人自己认知过程的认识和调节这些过程的能力，即对思维和学习活动的认识和控制。教育心理学所谓学习如何学习即为元认知。在运用元认知促进学生专业课学习的教学过程中，注重引导学生回顾、评价和反思他们所学的内容和学习方法，使学生有意识地去规划、监控和调节自己的学习过程。例如在学习《制冷压缩机》涡旋式压缩机的喷气增焓技术和螺杆式压缩机经济器技术两部分内容时，引导学生回顾《制冷原理与设备》中两级压缩部分的内容，让学生认识到三者本质上的相同。如果对这些新知识的学习感觉有难度，说明前期知识掌握不牢固，应及时复习，调节自己的学习过程。同时，启发学生充分认识到喷气增焓技术和经济器技术的创新点，实质上就是两级压缩原理在涡旋式压缩机和螺杆式压缩机上的应用，从而提供有效的元认知教学，培养学生的创新思维、创新意识和创新能力。

（四）兼顾不同学习能力的学生

学习者的遗传特征和先前经验交互作用，决定了学习者有不同的策略、方法、能力模式和学习风格。为了促进理解性学习，在教学中应组织符合学习者不同发展能力、知识基础、爱好和认知风格的课程材料。基于这一原则，在《制冷原理与设备》热泵的节能原理这一内容的教学中，组织符合学生不同知识基础的教学内容，对于热力学基础较好的学生，在利用热力学第一定律分析热泵节能在能量的量上的体现之后（热泵的性能系数恒大于1），进一步利用热力学第二定律中有关热量火用热量火无的概念分析热泵节能在能量的质上的体现，并指出后者为热泵节能的实质，使这一部分学生对热泵的节能原理理解得更为透彻与深刻。

（五）激发学生的学习兴趣与动机

理解经常需要学生对当前学习主题的积极的心智参与。为了促进学生的理解，在课程中应包含有趣的、对个人有意义的、难度恰当的学习任务，创造机会让学生经历成功，从而发展对自己学习能力的信心。例如，在《制冷原理与设备》回热循环部分学习之后，给出“家用分体式空调安装时，工人常常将两根铜管捆扎在一起”这一学生在日常生活中常见的现象，引导他们应用学到的相关知识解释这种做法的理论依据。由于问题本身难度恰当且生动有趣，学生在积极思考并得出答案后，便会有学有所得的“成就感”，树立学好这门课程的信心。

（六）在真实或模拟情境中学习

情境学习强调将学习任务镶嵌在有意义的真实情境和活动中，从而使学生能将所学知识迁移到真实情境中去解决真实问题。因此，为促进学生的理解性学习，采用真实或模拟的问题组织学习活动，让学生在源于个人经验或真实应用的工程环境中进行问题的解决或探究，使学生对概念及其怎样运用产生深度理解，并能迁移；让学生有机会将所學知识用于真实的情境；帮助学生把学校学习和实际生活中的问题和经验联系起来。因此，在《制冷原理与设备》蒸汽压缩式制冷循环讲授之后，提出“有人欲开发一个-50℃的制冷系统，请给出可行的方案并加以分析比较”；在《制冷压缩机》课程内容结束之后，给出两栋建筑物的空调负荷条形图，要求学生根据两栋建筑物各自的负荷特点，为空调系统选择合适的制冷压缩机。通过这些模拟的工程实际问题，让学生利用所学专业知识对问题进行探究，在深入分析问题的过程中，加深对所学理论知识的深度理解并应用到实际的工程环境中。

（七）组织互动与协作的学习共同体

学习共同体理念强调具有不同专长水平的学生和教师结成共同体， 围绕着学习任务进行互动和协作，学习者清晰表达出自己的思维，教师则提供相应的指导，学习者之间互相帮助，从而支撑学习者个人知识的发展。这种互动和协作能促进学习者的概念转变，同时促进学习者的专长和元认知技能的发展。由此，在教学中以讨论课的形式提供机会使学生与教师就学科内容进行拓展性的对话交流，挑战彼此观点，重建思维，加深对专业知识的理解和应用。笔者由此得到启发，在《制冷原理与设备》课程内容溴化锂吸收式制冷部分结束之后，以“某地有天然气作为能源，现要开发一个空调系统，请给出可行的方案，并分析比较”作为讨论课的主题，采用学生在班级中自由组合成学习小组的形式，对这一问题进行探究，各小组均以PPT的形式汇报交流自己的成果，教师和学生在此过程中运用专业知识进行积极的探讨，分析溴化锂吸收式制冷在冷热电联产系统中关键地位，从而加深了对能源的综合、高效、合理利用这一重要问题的认识和理解。

综上所述，大学本科专业课教学应依据教学内容采用不同的教学方法来促进学生的理解性学习，对专业知识要在理解基础上融会贯通，牢固掌握，灵活运用和创造创新。但是，当前仍然有许多教育工作者秉承学习的陈旧观念，教育实践中仍存在很多违背理解性学习的现象，过于注重对事实性知识的讲授，对深刻的理解和理解性运用与创新能力则重视不够。因此，在本科专业课教学中应把促进学生的理解作为教学的追求，不断加强理解性学习的理论研究和教学实践。

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