新工科视角下的信息化教学模式探索

张 霖， 杨树臣， 于德壮

（1.长春师范大学工程学院，长春130032；2.中车大连机车车辆有限公司技术中心，辽宁大连116028）

0 引 言

随着多媒体、网络通信、虚拟现实等科学技术的进步，教育教学的变革步伐得以加快，信息化教学也被更为广泛采用［1-3］。信息化教学的根本目的是借助信息技术开展更有效的教学活动［4］。信息化教学的理论基础为建构主义理论，强调学生在教师预创的情景中，主动完成知识体系的建构［5］。以学生为中心的建构主义理论，对预创的情景具有较高的要求，信息技术的进步为该理论的实现提供了支持［6-8］。在信息化教学中，要求理念、模式和环境等一系列因素都要变化，如何构建信息化教学模式是时代赋予一线教师的新使命和责任。

1 信息化教学模式探索

现代认知心理学将知识分为陈述性知识、程序性知识和策略性知识，对于课程知识体系而言，单一的教学手段无法更好传递3种类型知识。传递媒介的错误运用，势必导致教师和学生之间信息传递不畅，这违背了信息化教学模式的建构主义理论，最终学生失去该门课程的学习兴趣［9］。教学手段作为教学双主体教师和学生之间传递信息的媒介，图1所示是按照科学技术进步的历程对教学手段的划分。

图1 教学手段分类图

按照建构主义的理论，划分课程教学内容的知识类型是对知识体系的解构过程，综合运用教学手段创建情景是对知识体系的重构过程［10］。围绕教学目标开展解构过程有利于课程知识体系的重构，对课程教学内容解构得到的知识点进行分类，根据知识类型选择教学情景是重构过程的重要环节［11］。教学模型对于教师进行课程解构与重构的过程具有重要指导意义，DPS 教学模型（Declarative——Procedural——Strategic）是一种适用于信息化教学的模型（见图2）。

图2 DPS教学模型图

DPS教学模型将课程知识按照现代认知心理学分类，指出3种类型知识应当分别对应3种教学情景，进而采用多种教学手段和评价方式进行教学活动。

（1）陈述性知识（Declarative Knowledge）。在师生间的传递过程是在教师预创的游览式情景中完成的，评价方式则采用结果性评价，与之对应的教学手段包括增强现实、书籍、音频等。该游览式情景的核心是其艺术性，学生以游览的方式进入情景中，欣赏教学本身的艺术性，从而激发学生主动观察、探索和获取知识的意愿。

（2）程序性知识（Procedural Knowledge）。在师生间的传递过程是在教师预创的交互式情景中完成，评价方式则采用过程性评价，与之对应的教学手段包括虚拟现实、交互媒体等。该交互式情景的核心特质是其真实性，学生沉浸在可交互的虚拟情景中，通过操控虚拟研究对象完成与真实情景中一致的学习过程。

（3）策略性知识（Strategic Knowledge）。属于较为特殊的程序性知识，更多的是方法应用。既注重方法和技巧的可操作性，又兼顾方法和技巧本身的陈述性知识，因而此类知识可以采用混合式情景进行信息传递。混合式情景视教学内容的侧重而有选择性地采用交互式和浏览式情景，与之对应的教学手段也更为综合，评价方式也更加注重全环节评价。

通过将课程知识体系分解，有针对性的采用不同手段和情景可以帮助师生有效传递信息，最终达成学生主动建构起课程知识体系的目的。综合评价的结果可以反映出学生对于课程知识体系的建构程度，结果性评价、过程性评价和全环节评价可以针对性地给出学生对于知识点的掌握程度。

2 课程方案设计

以车辆工程专业轨道方向课程动车组概论为例，培养学生具有从事动车组相关工作的基本素质是课程的任务，与之对应的教学目标之一是高速转向架车轮维修教学［12-13］。现有的教学设计是按照转向架认知、二级维修和线路运行3个教学内容进行编排的，笔者根据教学目标、教学内容和知识点的层级关系，所划分的知识类型如图3所示［14-16］。

图3 知识类型划分图

按照所划分的知识类型图，对于图中陈述性知识（D），运用计算机图形学（Computer Graphics，CG）模型构建如图4所示游览式情景。学生在该情景中可以通过游览的方式观察结构特征和零部件装配关系，并能利用教师预设的剖切功能学习复杂零件的内部特征。

对于图中程序性知识（P），运用U3D技术构建如图5所示的交互式情景。学生可以按照二级维修程序，依次判断、选取轮径尺、第4种检查器和内测距尺等工具，在维修台处完成二级修程中的规定内容。在教师预设的逻辑判断功能下，学生可以获得操作错误提示，以更好掌握维修工具和修程。

图4 浏览式情景图

图5 交互式情景图

对于图中策略性知识（S），运用动画技术构建如图6所示的混合式情景。学生可以从3个同步窗口中，分别获取轮对中心点与线路中心线的位置变化关系、轮缘与钢轨的相互作用规律和钢轮钢轨接触点的位置变化关系，从而更好地掌握控制蛇形运动轨迹的方法和钢轮踏面损伤的机理。

图6 混合式情景图

3 结 语

教学手段对于师生间信息的有效传递至关重要，信息化教学模式应当以电子计算机教具为基础教学手段来建立教学模型。DPS教学模型是根据课程知识类型，选择多种教学手段构建教学情景，并采取综合评价手段对学情分析的一种教学模型。

通过对动车组概论课程中高速转向架车轮维修这一教学目标进行内容分析、知识归类和手段选取，所创建的高速转向架车轮浏览式情景、二级修交互式情景和线路运行混合式情景激发了学生主动探索学习的兴趣，帮助学生建构了课程知识体系。

针对3种情景所预创的结果性评价、过程性评价和全环节评价方式，动态地记录了学生的学习全过程，并对课程知识点进行信息反馈。通过3种评价方式可以综合评价学生课程知识体系建构的程度，有助于学生及时获得答疑，有助于教师利用大数据分析学生的知识盲点和教学情景的不足之处。