“以学生为中心”教学范式改革经验分享（三） | 李阳：《安全检测与监控》

认知主义学习理论源自德国格式塔心理学派，其指出学习是主动的发现并形成认知结构的过程，通过发现学习而获得知识，通过有意义的学习将知识转换成构建认知的一部分，再通过学习评价完善认知的构建。学生不应是被动、消极的知识接受者，而应该是主动、积极的知识探究者。这一理论与当前“以学生为中心”的现代教学理念不谋而合，是指导课程开展教学改革的有力理论支撑。

《安全检测与监控》是安全工程专业开设的一门限选课，适用于安全工程专业大三学生。目前本课程教学存在以下三方面问题，一是教学内容有相当篇幅是理论推导，既晦涩难懂也与培养具备检测、评价等基本能力和素质的应用型人才培养目标不匹配。二是由于课程涉及场景多为化工厂，需要分析可燃、有毒、腐蚀等危险物质的温度、压力、气体浓度等参量，从安全性考虑，难以通过现场观摩、实验等方式开展学习，现有的演示性实验、视频展示和验证性实验难以达到良好的教学效果。三是目前课程的授课方式以课堂讲授为主，辅以简单实验，虽然考核时考虑了学生参与课堂教学的积极性，但缺乏对学习过程的量化考核，难以调动学生的积极性和主动性。针对以上问题，围绕认知主义学习理论，对本课程教学内容、教学方式、评价方式进行改革，对激发学生学习动力，调动学生学习的主动性、积极性，将非常有意义。

（一） 优化教材内容

我院安全工程专业选用教育部高等学校安全工程学科教学指导委员会组织编写的《安全检测与监控》作为课程的教材，通过前期教学改革，已将主要内容调整为绪论、过程参数检测与监控、气体检测与监控、工业噪声检测、无损检测技术、火灾信息检测与监控等6个章节。但是当前教材中大量篇幅介绍各类传感器的工作原理，涉及工程热力学、工程动力学、材料力学、电路等专业知识，推导过程枯燥，内容晦涩难懂，且大部分基础知识与本专业培养目标不匹配，学生不是没学过就是没学的很浅，如果将此部分内容作为重点，将大大降低学生的学习兴趣。认知主义学习理论认为，学生不是被动、消极的知识接受者，而是主动的、积极的知识探究者。为进一步体现学习过程中学生的主体作用，作者调整了教材内容，淡化理论推导部分，并对现有教材中涉及的标准、规范等进行更新。如将第三章第六节”传感器设置与维护”中涉及的国家标准《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》(GB50493-2009)更新为《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》(GB/T50493-2019)，进一步明确了传感器安装要求,细化了安装准则。

图1 标准修改前后对比

（图1为旧标准，图2-3为新标准）

同时按照培养应用型专业人才的要求，作者在课程中加入应用层内容，如丰富了第三章“气体检测与监控”中气体报警值设定内容（如图2所示），补充了第五章“工业噪声检测”中噪声叠加与相减的计算方法（如图3所示）等一系列学生看的见、听得懂、用得着的内容，为学生后续开展实验、到企业实习等提供有力保障。同时为满足教学方式改革的需要，目前已着手开发基于VR的立体教材，进一步提高学生的学习效果，一期建设将于本年底完成。

图3 噪声叠加与相减计算方法补充

（二） 改进教学方式

认知主义学习理论指出，学习是主动的发现并形成认知结构的过程，通过发现学习而获得知识，通过有意义的学习将知识转换成构建认知的一部分。认知主义注重研究学生心智的内部结构和心理过程，认为学习就是面对当前的问题情境，在内心经过积极的组织，从而形成和发展认知结构的过程。认知主义代表人物美国心理学家布鲁纳提出“发现学习”，“发现学习”主张让学生独立思考，利用教材或者老师提供的一些材料进行整合后，使得学科的基本结构转变为学生头脑中的认知结构，帮助学生掌握一些原理或者规则。在认知主义理论的指导下，作者对本课程每一章节的知识点进行分解，并选择合适的学习模式，以适应学生的认知特点。如，在备课中将每一章节的知识点按难易程度分类，如图4（1）所示。借助”蓝墨云”班课，提前将本节课授课概要上传到“资源”中，如图4（2）所示，通过课前测试使学生提前学习并掌握基本概念，借助问卷调查、投票、头脑风暴等，将关键知识点抛出，并引导学生主动思考，让学生“发现学习”，如图4（3-5）所示；线下教学主要对难以理解的知识点和学生课前反映比较集中的问题，联系实际举例，进行有针对性的讲解，用实例吸引学生兴趣，引导学生自主理解并接受知识，实现“有意义的学习”；通过自我展示、小组讨论等方式充分表达自己的观点，存在的疑问也会通过二次学习与反复讨论之后解决，有助于加深学生理解，将知识真正纳入学生的认知构建中，同时采用课中测试、课后作业、易错内容回顾等方式，进一步巩固学习成果。

图4 教学方式改进

（三）完善考核方式

认知主义学习理论主张要查明学习者的学习心理基础，即“学习的内在动机”， 提出要形成学生的能力动机，就是使学生有一种求得才能的驱动力，通过激励学生提高自己才能的欲求，从而提高学习的效率；同时还要分析学习者，对学生的学习 效果加以评价，以便确定如何设计教学才能够达到最佳效果，以最充分的指导，使 学生沿着仔细规定的学习程序进行学习。最初《安全检测与监控》采用平时成绩50%，考试成绩50%的方式进行考核。其中平时成绩中考勤5%，实验20%，课后作业5%，课堂贡献20%。考勤是学生学习态度的直观体现，一般考勤不好还会同时体现在课堂表现不积极，作业不认真，实验不主动，成绩不理想等多方面，因此作者取消了单纯考勤成绩，同时降低课堂贡献和期末考试两部分所占比重。学生整个学习过程中的状态直接决定了课程知识点掌握情况，与课程成绩正相关，是课程学习效果较为客观的重要判断依据。为较好的对学生学习过程开展评价，增加了“课后测试”比重，借助“蓝墨云”平台将授课过程中阶段性测试结果纳入考核，作为学生知识掌握程度的过程化量化指标。欲通过此种考核方式，使学生注重平时知识的理解和掌握，有效避免考前突击的现象。调整后采用平时成绩（课堂表现、随堂测验、课后作业、课程报告）、期末考试相结合的考核方式。其中平时成绩=课堂表现（20%）+随堂测验（5%）+课后作业（5%）+课程报告（实验）（20%）。

学生蓝墨云记录经验值排名与总评成绩对比如图5所示。

图5  学生蓝墨云记录经验值排名与总评成绩对比图

从图5可以看出，蓝墨云经验值较高的学生，绝大部分总评成绩较高。蓝墨云的经验值与学生主动参与课堂讨论，认真学习教学材料，按时完成课后作业，高质量完成随堂测试等紧密相关，是学生日常学习态度的直观表现，也客观反映了学生日常知识点掌握的情况。通过图5的分析对比，直接验证了学生平时成绩与总评成绩正相关的设想。改进后的考核方式，初步实现了学习过程化考核的目的。

教学改革前后两个教学班总评成绩分布图如图6所示。

图6 教学改革前后两个教学班总评成绩分布

通过图6对比可明显看出，完善考核方式后，由于进一步注重学生平时学习效果的累积，成绩更为客观，与去年教学班成绩分布相比，更符合正态分布。