建构主义学习理论的教学模式研究与实践——以通信电子电路课程为例

王艳芬， 王 刚， 陈世海， 李 松， 于洪珍

(中国矿业大学 信息与控制工程学院， 江苏 徐州 221116)

0 引 言

“通信电子电路”是我校电子信息工程专业一门重要的专业主干课程，主要学习通信系统中的单元电路的分析方法、工作原理及基本计算，因为涉及到高频电路，所以学生普遍感觉比较难学，为了提高课堂及实验教学效果，要改变传统“注入式”教学法，重视启发式教学和学生的探究式学习。按照建构主义学习理论，教师要根据教学目的和内容，设置教学情境，提出难度合适、逻辑合理的问题，激发学生自主探究的欲望，灵活采用“讨论式”“翻转式”“启发式”“案例式”等教学方法，实现教学方式的最优组合，这样有助于激发学生主动学习和主动探索的意识，培养学生创新思维和综合能力[1-4]。

1 建构主义与抛锚式教学模式

建构主义(Constructivism)是由瑞士学者让·皮亚杰(J.Piaget)最早提出来的。建构主义倡导在教师指导下的、以学习者为中心的学习，也就是说既要重视学生的主体作用，也不能忽视教师的指导作用。学生是信息加工的主体，是认知结构的主动建构者，教师是意义建构的帮助者、引导者与促进者。建构主义教育理论主要的教学模式为抛锚式教学(Anchored Instruction)模式[5-7]。

抛锚式教学模式也称为情境式教学模式。该教学模式的主要目的是使学生在一个完整、真实的问题背景中，产生学习的需要，并通过同学间的互动交流即合作学习，由自身学习体会出发来完成学习的目标。抛锚式教学主要有设计“锚”、学生的自主与合作学习、围绕“锚”组织教学、效果评价4个环节。

(1) 设计真实“宏观情境”的“锚”。“锚”不仅是学生应用已掌握知识的情境，更重要的是使用“锚”来帮助学生发现新学习的必要，激发探究的欲望，从而帮助学生在完整的真实情境中确认学习目标。同时要注意知识是探究的基础，为了帮助学生不断提高，教师应预先教授一些知识以提供必要的探究资源。

(2) 学生的自主学习与合作学习。抛锚式教学强调学生的主动学习，即通过积极主动地参与到活动中来提高学生理解问题、解决问题的能力。教学问题应该提供许多可能的答案，学生可以提出自己的解决办法，并与其他同学讨论以形成共享的更深一层的理解。此外，抛锚式教学鼓励合作学习。因为“锚”中描述的问题有时比较复杂，单个学生是无法完全解决的，因而合作学习是必要的。抛锚式教学的一个目标是创设有助于合作学习的环境。

(3) 围绕“锚”组织教学。抛锚式教学的目标是鼓励学生自我生成的学习。对教师来说，围绕“锚”组织教学比寻求所有的资源以完成任务要更易于掌握，对学生而言，围绕“锚”进行学习有助于他们作好完成任务的准备。此外，“锚”提供了一个共享的知识背景，有助于学习者和其他成员相互合作交流和积极参与，保证他们尽可能从教学中获得更多知识和理解。

(4) 效果评价。抛锚式教学不仅是为了让学生能够解决“锚”中的问题，而且要通过教学使学生能够自主地完成学习目标，提高与他人合作交流、相互评价、自我反思以及自主解决复杂问题的能力。通过效果评价，可以实现反馈，进一步提高学习效果。

2 建构主义理论指导下的教学设计

2.1 四步讨论式教学

抛锚式教学方法作为建构主义的一种教学模式，它是一种基于问题的教学，要求学生在教学过程中感受和体会问题，它将学与思、学与论相结合，是在教师指导下以学生为主的课堂教学方式。在“通信电子电路”第3章调谐功率放大器教学时，调谐功率放大器的工作状态分析因为涉及多个参数的变化，过程比较复杂，而且该内容又是第5章高电平调幅电路的理论基础，学不好直接影响后续内容的学习。所以为使学生比较好地掌握这一重点难点内容，设计和开展了4学时的专题讨论课。采用了四步讨论法：选题、准备、组织、总结，与建构主义理论的抛锚式教学模式的四个环节完全对应，如表1所示。

表1 与抛锚式教学模式对应的四步讨论法

(1) 选题——“锚”的设计。建构主义所强调的学习是用问题来驱动学习，是基于真实问题情景下的探索，学习的过程是解决实际问题的过程。因此从某种意义上说，选择出来的问题就是“锚”，如何选择讨论题实际上就是“锚”的设计，这需要教师认真推敲，着重基本概念和基本原理的理解，并结合实际来设计综合性较强的问题。在第3章调谐功率放大器的专题讨论课中，选择了4道题(每1～2年进行课题更新)。例如，其中一道题的一个问题是：某调谐功率放大器的负载是拉杆天线，装好后发现放大器的输出功率较小，发射距离不太远，请你分析由哪些原因造成这一结果，如何解决这一难题。该问题没有很明确的标准答案，可以有多种解决方案，主要考察学生如何在一个实际场景下运用所学知识探索解决问题的综合能力。

(2) 准备——自主与协作学习。专题讨论课的核心内容是调谐功率放大器的工作状态分析，在讲到该内容之前，将选定好的讨论题提前告诉学生，让同学们带着问题有针对性地去听课，然后本章结束后选择合适的时间进行专题讨论课。让学生有充分的时间查找资料自主学习，对课题中所涉及的知识点以及如何解决问题做好复习准备。同时告知讨论形式，以小组为单位，对每一道讨论题进行充分准备，每组主要选择其中一道题做重点发言。

建构主义学习理论强调协作的重要意义，要求学习环境能够支持协作学习，并使协作贯穿于整个学习活动过程中。专题讨论课是以小组为单位，需要相互协助完成对讨论题的准备，提出问题的解决方案。

(3) 组织——围绕“锚”组织教学。怎样围绕设计的“锚”组织好讨论课，这是四步讨论法中最关键的一个环节。这里，教师好比“导演”，学生充当“演员”，对师生双方都提出了更高的要求。教师对本次课研讨的问题要有明确的思路，然后引导学生去讨论、解决问题，即消解“锚”。

在讨论课上，首先给10 min左右的时间让各组同学将讨论意见进行汇总，然后组织学生按小组名单顺序分别对给定的讨论题进行集中讨论，每组自己选定一位同学上台做主要发言。其他组有不同意见可在老师的组织下进行问题的争辩。教师要注意引导学生不要被表面现象迷惑而是要善于利用所学知识进行思考和探究。例如有道题中的其中一个问题是“某调谐功放原工作在临界状态，在增大输出变压器次级线圈匝数N2后，为维持放大器仍工作在临界状态(此时Ec、Eb仍不变)，功放输入变压器副边匝数如何变化，为什么？”，看似功放输出、输入变压器匝数变化问题，那么如何考虑与状态有关？这时教师通过“抛锚”，即引导学生首先分析“匝数N2增加→等效负载增加还是减小？→状态变为欠压还是过压？”，然后“若要将状态再拉回到临界，需调节功放的什么参数呢？”显然除去“负载、Ec、Eb”三个参数外，就只能是输入信号振幅这个参数了，这样就容易与输入端匝数建立关系，问题的本质就弄明白了。

要注意的是，建构主义学习理论倡导的协作学习少不了“讨论会话”这个重要环节，在会话过程中，每个成员的思维、智慧为整个学习小组所共享,因此会话是达到意义建构的重要手段之一。而讨论课的组织就是要营造意义建构的环境，教师通过恰当适时的“抛锚”，为同学间的互动交流打造会话情境,使协作学习达到高潮，最终使学生自主完成学习目标。

(4) 总结——效果评价。总结包括课堂上的教师总结和课后的学生总结。教师在学生进行讨论时要注意观察并记录学生发言及对话的表现，在讨论完后有针对性地做出总结，肯定正确意见，表扬有创新的见解，澄清错误或模糊的论点，这样可以使学生的认识由浅层认知达到深层认知，在收获知识的同时又能使自己的思维方法有所突破。最后让学生在讨论课后以小组为单位写出书面总结，进一步巩固对所讨论知识点的深入理解。

2.2 四段翻转式教学

翻转课堂教学模式是指学生课外完成知识的学习，而课堂变成了老师学生之间和学生与学生之间互动的场所，包括答疑解惑、知识的运用等[8-10]。但翻转课堂模式并不是一成不变的，只要是能达到发挥学生学习的主动性、积极性，牢固掌握知识及提高综合素质，具体教学形式是可以灵活掌握的。翻转课堂强调学生的自主学习能力，使学生从传统的被动接受转变为主动学习，成为认知的主体，其教学理念契合了建构主义学习理论的特点[11-12]，因此基于建构主义理论设计翻转课堂的教学内容可以有效提高教学效果。

“通信电子电路”主要学习通信系统发射与接收机中的单元电路，章节内容多且难，考虑到第7章变频器和第8章锁相环是本课程难点相对较少但内容却很完整重要的两章，每章学时安排为4～5学时，便于开展翻转课堂教学模式。因此，基于建构主义学习理论，根据教学内容的特点提出并实践了四段翻转式教学，同样遵循抛锚式教学模式的四个环节，如图1所示。

(1) 教师资源准备。首先教师要事先把自己的教学内容按知识模块录制成视频，通过网络将课件和视频上传到学习空间。教师要对录制的视频精心准备，内容要科学正确，重点突出、难点明确，还要注意启发性和趣味性的结合。我校的“通信电子电路”课程按知识模块录制了课程的全部内容，每章都有思考题和习题作业，2014年8月在“爱课程”精品资源共享课网站上线，这为进行翻转课堂教学提供了便利条件。并且“爱课程”网站不仅有本课程的全部视频，还有其他

图1 四段翻转式教学

学校的相关课程的优秀视频，同学们都可以学习和借鉴。教师还要针对翻转课堂讲授的知识点内容事先设计学生预习讨论的问题，这也是“锚”的设计，例如在第7章第1讲中，设置“什么是变频器？通信系统中为什么要变频？怎样变频？”等问题，发布到共享课网站，供学生自学参考。此外，教师应对翻转课堂中出现的情况做好全面准备，即对如何把控课堂学习过程及讨论动向做好设计。比如，在学生讲授完知识点内容但提不出合适的问题该怎样进行？作为教师要做到心中有数，灵活机动设置问题，引导学生继续进行问题讨论。

(2) 学生自主与协作学习。学生在课前通过反复观看视频录像自主学习，同时记录学习收获和提出 2～3个问题，以训练学生发现问题、解决问题的能力，然后各小组成员按照布置的知识点协作完成讲课PPT方案，为节省时间老师可以给一些制作PPT的素材，由学生在此基础上根据自己的理解修改和完善，然后各小组选出代表做好扮演老师角色的准备。

在自主与协作学习阶段，学生可以在教师的引导下完成对知识的内化过程，但师生间的思维互动也很重要，应该鼓励教师、学生及同伴间的讨论或对话(例如在本课程的共享课网站或QQ空间发帖提问讨论)，多角度寻求解决问题的可能办法，提高学生相互合作及交流的能力。

(3) 课堂成果展示以及同伴互助、师生互动。让学生借助共享课网站自学掌握基本知识点，经过充分的准备后，在课堂上实际上就是学生学习成果的展示以及同伴互助、师生互动的一个过程。

首先每组由一位学生代表上讲台按照本组事先准备好的PPT讲稿阐述本组的学习内容(即展示本组的知识点学习结果)，然后各组由组长针对自己组的问题向其他小组或教师提问，学生和教师一起答疑解惑。这种具有真实学习情境的课堂能够让所有的学生参与进来，使学生在轻松愉快的氛围中完成学习任务。教师在课堂中除了答疑解惑还应该设置一定的问题指导学生讨论解决。通过交流合作，相互提供有效支持，在相互鼓励和敦促中共同完成既定的学习目标，深刻掌握所学知识点。

例如，信息2012级田伟同学代表本组同学在翻转课堂上展示了学习成果，他在讨论第7章“变频干扰”这一节内容时，不仅内化了视频和教材中的内容，而且还进行了扩展，在黑板上利用数学方法完整推导和分析了引起交调干扰的理论原因，并信心满满与同学积极互动，得到老师和同学们的喝彩，看的出他们小组在课前做了充分的认真准备。信息2013级李浩同学在第8章“锁相环应用”这一节的翻转课堂中也是表现突出，不仅代表本组很好讲述了锁相环调频及鉴频的基本原理，而且还实际设计和调试了基于Multisim的锁相环应用仿真电路，在课堂上给同学们做了精彩的展示，并且和本组同学配合解决了其他小组提出的问题，得到了各小组同学的一致好评。

(4) 学习检测与评价。为了检验学生翻转课堂的效果，在课堂上可以留出20 min时间进行小测验，采用小组讨论个人作答递交的方式进行，并在课外让学生及时进行总结，一周内各小组上交一篇章节总结。课堂讨论发言、讲授、小测验和课后总结，这些都作为考核平时成绩的依据。

田伟小组在课程总结中说道：“翻转课堂带给我们的好处是巨大的，不仅包括自身对知识的牢固掌握，也包括对本身综合素质的锻炼。在考试复习阶段，复习到本章节时相关内容自动浮现在脑海。”这种教师和学生角色互换、真正以“学生为本”的教学形式激发了学生学习的积极性、主动性，学习效果明显提升。

值得说明的是，翻转课堂需要学生在课余时间自主和协作学习，这必然会增加学生的学习时间。因此需要注意3个问题：① 在实施翻转课堂之前，要用几min时间告诉学生翻转课堂教学方式对他们自学、表达和思辨等诸多能力的培养作用，让学生在思想上不因投入较多时间而产生抵触情绪[13]。② 为了不过多增加学生的学习压力，可以将课外做作业的时间转移到规定课堂课时的1/3时间，即在课堂上将作业讨论解决。③ 翻转课堂也不宜在整个一门课程全部采用，教学方法需根据课程内容灵活多样，才能活跃课堂气氛，有效调动和激励学生学习的主动性和参与性。

2.3 创设情境的启发及案例式教学

(1) 启发式教学。教学方法是灵活多样的，除了上述的讨论、翻转模式外，启发式教学是课堂教学中最为常见、方便的一种形式，它可以根据教学内容贯穿整个教学过程。按照建构主义理论的思想，以问题情境为导向，持续实践了“十大启发式教学法”[14]，如图2所示，激发了学生的探究欲望和学习兴趣，使课堂教学充满活力，教学效果得到显著提高。

图2 十大启发式教学法

例如，思考性启发。如在第5章讲解普通调幅波产生电路时，不直接讲电路，而是先设置问题情境进行抛锚，即先让学生思考两个问题(并配合多媒体演示)：① 若在电阻R两端加入一个正弦波信号，此时用示波器观察R两端应该是一个什么波形？② 若在电阻R两端加入一个低频调制信号和一个高频载波电压，此时用示波器观察R两端又是什么波形呢？抛锚激发了学生的求知欲，顺势诱导学生弄清“在线性元件即电阻R两端加两个电压，只能得到叠加波，而叠加波≠调幅波，要得到调幅波(其特点是产生了新的频率成分)，必须通过非线性元件例如三极管来完成频率变换。”这样，同学们明白了调幅的本质问题，再学习具体电路就容易多了。

(2) 案例式教学。在教学过程中，要做到理论联系实际，可以采用创设情境的案例式教学。例如：讲到第3章调谐功率放大器的实用电路这一节时，采用课程组研制的工作频率可在30～36 MHz范围、输出功率为5W的高频功率放大器实例[15-16]进行案例式教学，该案例涉及前一章和本章内容的诸多知识点。首先教师要创设情境，介绍该案例的研制及实用背景，然后组织学生讨论以下几个问题：① 这三级电路的主要功能？② 输出匹配网络的组成、类型及作用是什么？③ 电路的工作原理？④ 该电路你认为还可以应用在哪些场合？

案例式教学同样遵循建构主义理论，要处理好“引出-指导-把控-总结”四个环节。引出(情境设置)——介绍案例背景，引出案例环境；指导(自主学习)——针对案例来设计合理的讨论题，留出时间指导学生自主学习；把控(师生互动)——当学生讨论出现困惑时，及时指明思考讨论的方向，协助学生理清思路，适时把握控制讨论场面；总结(学习评价)——案例讨论完毕，教师及时做好总结讲评。

3 结 语

教学方法的实施需要相应的措施加以保证。第一节课告知学生，为配合课程进行教学方法改革，首先建立学生讨论小组档案，每组3或4人，每位同学有一个成员编号，选出组长。设置“每课一问”环节，每位同学至少回答问题或讨论发言2次(包括前面介绍的专题讨论课、翻转课堂、案例讨论等)，小组档案得分情况作为期末考试的平时成绩。

多年来，基于建构主义学习理论持续不断地进行教学方法改革，根据教学内容适时灵活采用不同教学方法，采取小班授课、建立讨论小组档案、设置“每课一问”环节等措施来保证教学方法的实施。实践证明，讨论式、翻转式、启发及案例式等教学方法的灵活运用能激发学生的学习兴趣，提高学生的自主学习与探究能力以及团队协作能力，有效训练和培养学生的创新思维和创新能力。