CDIO實(shí)踐中基于元認(rèn)知理論的本科課堂管控

廖寧 陳怡然

摘 ?要：元認(rèn)知（Metacognition）是指對于認(rèn)知過程的認(rèn)知，即對人類是如何學(xué)習(xí)的思考。CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）工程教育模式是以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)的工程教育模式，是國際工程教育改革的最新成果。在CDIO教育模式中引入元認(rèn)知理論，通過思考人類的認(rèn)知和學(xué)習(xí)過程，以及把握認(rèn)知過程中的關(guān)鍵階段，可以使得我們的課堂設(shè)計(jì)能更好地貼合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，幫助教師可操作性的綜合培養(yǎng)學(xué)生的工程實(shí)踐能力，從而提高課堂效率，更好的管控本科課堂。

關(guān)鍵詞：元認(rèn)知 ?CDIO工程教育 ?課堂管控

CDIO（構(gòu)思Conceive、設(shè)計(jì)Design、實(shí)現(xiàn)Implement、和運(yùn)作Operate）工程教育模式是國際工程教育改革的最新成果，它以工程設(shè)計(jì)為導(dǎo)向，以工程能力培養(yǎng)為目標(biāo)，要求在課堂和課下綜合培養(yǎng)工程專業(yè)學(xué)生的工程基礎(chǔ)知識、個(gè)人能力、人際團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力。CDIO教育模式下的課堂設(shè)計(jì)和管控與傳統(tǒng)的講授性課堂有著較大的區(qū)別和不同，更為強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與性和創(chuàng)造性。

課堂管理是指教師為了有效利用時(shí)間、創(chuàng)設(shè)良好的學(xué)習(xí)環(huán)境、減少不良行為而采取的各種活動(dòng)和措施。在課堂教學(xué)中，教師除了“教”的任務(wù)外，還有一個(gè)“管”的任務(wù)，也就是協(xié)調(diào)、控制課堂中各種教學(xué)因素及其關(guān)系，使之形成一個(gè)有序的整體，以保證教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行。這一活動(dòng)即為通常所說的課堂管理。

課堂管理的任務(wù)比較復(fù)雜。一般認(rèn)為，課堂管理包括課堂人際關(guān)系管理、課堂環(huán)境管理、課堂紀(jì)律管理等方面。課堂人際關(guān)系的管理指的是對課堂中的師生關(guān)系、同伴關(guān)系的管理，包括建立良好的師生關(guān)系、確立群體規(guī)范、營造和諧的同伴關(guān)系等;課堂環(huán)境管理是指對課堂中的教學(xué)環(huán)境的管理，包括物理環(huán)境的安排、社會(huì)心理環(huán)境的營造等;課堂紀(jì)律管理指的是課堂行為規(guī)范、準(zhǔn)則的制訂與實(shí)施，應(yīng)對學(xué)生的問題行為等活動(dòng)。而如何較好的促進(jìn)課堂的管控，使學(xué)生的學(xué)習(xí)在課堂中能夠起到更好的效果，往往是老師們所面臨的難點(diǎn)。本文中從元認(rèn)知理論出發(fā)，提出了一套合理有效的課堂管控方案。

一、元認(rèn)知理論

元認(rèn)知（Metacognition）一詞最早由斯坦福大學(xué)心理學(xué)系的兒童心理學(xué)專家弗拉維爾（John. H. Flavell）于十九世紀(jì)七十年代提出。元認(rèn)知就是那些關(guān)于思維的思維、關(guān)于學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)、關(guān)于認(rèn)知的認(rèn)知。理解了人類對學(xué)習(xí)過程，就能更為有效地進(jìn)行其他知識的學(xué)習(xí)。目前人工智能領(lǐng)域的很多算法，比如基于長短期記憶的循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以及深度學(xué)習(xí)中的注意力機(jī)制，都是對人類認(rèn)知過程的模擬。經(jīng)過40年的發(fā)展，元認(rèn)知理論在各種認(rèn)知學(xué)習(xí)領(lǐng)域都起到了重大的指導(dǎo)作用，同時(shí)也與其他理論交互作用，比如信息處理理論。

認(rèn)知學(xué)中的信息處理理論認(rèn)為學(xué)習(xí)是一個(gè)信息獲取和利用的過程?；谛畔⑻幚砝碚?，知識的學(xué)習(xí)可以分為三個(gè)階段，首先是從有意義的數(shù)據(jù)中獲取信息的過程，然后通過與教師、同學(xué)以及信息本身的互動(dòng)中提取出知識，最后將這些知識應(yīng)用到創(chuàng)建新的知識的過程中，這就是學(xué)習(xí)，也是從信息到知識到智慧的過程。圖1展示了認(rèn)知學(xué)中信息處理理論對于認(rèn)知過程的理解：

圖1. 認(rèn)知的過程

在這一過程中，信息是作為外界環(huán)境的刺激（視覺，聽覺，觸覺等）傳遞到學(xué)生，形成了感知記憶（Sensory Memory），這種記憶的特征是存在時(shí)間非常的短暫，只能持續(xù)1到數(shù)秒，然后就會(huì)衰退。也就是說教師演示的內(nèi)容，說的話，將在數(shù)秒鐘內(nèi)被學(xué)生遺忘！

那么學(xué)生怎么才能學(xué)到知識呢？就需要他主觀的注意力和感知力的介入，使得信息從感知記憶向工作記憶（Working Memory）轉(zhuǎn)化。這一過程中，注意力（Attention）是非常重要的，也就需要教師在課堂中使用各種教學(xué)手段充分喚起學(xué)生的注意力，沒有注意力的認(rèn)知只能持續(xù)幾秒鐘。

但是工作記憶仍然只能持續(xù)十幾秒到半分鐘，同時(shí)大腦的工作區(qū)只能一次保存不多于10條信息。要想長期保存，就需要反復(fù)訓(xùn)練（Rehearsal），將知識應(yīng)用起來，找到信息中的規(guī)律，對其進(jìn)行編碼（Encoding），才能變成長期記憶（Long Term Memory）。這個(gè)階段的學(xué)習(xí)就需要教師提供練習(xí)，讓學(xué)生與教師，學(xué)生與學(xué)生，學(xué)生與知識反復(fù)進(jìn)行互動(dòng)，才能抽象出其中的規(guī)律，讓信息進(jìn)入長期記憶。

進(jìn)入長期記憶的信息仍然會(huì)被遺忘，這就需要反復(fù)將信息提取三五”規(guī)劃項(xiàng)目“大數(shù)據(jù)視野下個(gè)性化教育模式研究”。

（Retrieval）到工作記憶中進(jìn)行應(yīng)用（Rehearsal）。這個(gè)階段的任務(wù)就有賴于教師給出復(fù)習(xí)和練習(xí)案例，幫助學(xué)生進(jìn)行有目的性的練習(xí)，達(dá)到鞏固長期記憶的目的。

二、元認(rèn)知理論在CDIO實(shí)踐中的作用

CDIO工程教育實(shí)踐中強(qiáng)調(diào)工程教育的實(shí)踐性、創(chuàng)新性和綜合性，這些特性必然要求學(xué)生的認(rèn)知過程是個(gè)性化的，終身化的。在課堂教學(xué)中，教師抓住整個(gè)認(rèn)知過程中的3個(gè)關(guān)鍵步驟，進(jìn)行有目的性的設(shè)計(jì)教學(xué)過程，在課堂上輔助、促進(jìn)學(xué)生的認(rèn)知是和CDIO工程教育的理念合而為一的。在感知記憶向工作記憶的轉(zhuǎn)化過程中，教師要充分抓住學(xué)生的注意力，制造驚訝感和勾起好奇心都是常見的捕獲學(xué)生注意力的教學(xué)手段。而從工作記憶向長期記憶的轉(zhuǎn)化過程中，教師要?jiǎng)?chuàng)造大量的互動(dòng)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生有充分的時(shí)間進(jìn)行與教師，與同學(xué)，與知識的互動(dòng)，在互動(dòng)的過程中才能有效地掌握知識中的規(guī)律，從而形成長期記憶。也就是說，純講授的課堂，學(xué)生的信息獲取和認(rèn)知過程會(huì)停留在感知記憶和工作記憶中，認(rèn)知的效率是相當(dāng)?shù)拖碌?，而?shí)踐性的CDIO工程教育是符合元認(rèn)知理論的，能夠更為有效的培養(yǎng)綜合性的工程技術(shù)人才。同時(shí)，長期記憶的被遺忘可能也提醒教師要在工程教育中及時(shí)安排對過往知識和技能的復(fù)習(xí)和練習(xí)。

結(jié)語

綜上所述，元認(rèn)知理論要求教師在教學(xué)活動(dòng)中要精心設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)，設(shè)置練習(xí)案例，鼓勵(lì)學(xué)生互動(dòng)，按照認(rèn)知規(guī)律來掌控課堂，推動(dòng)學(xué)生的認(rèn)知過程一步步的提升。這樣的課堂管控符合CDIO工程教育的客觀規(guī)律，能夠在實(shí)踐中加深學(xué)生對工程技術(shù)知識的認(rèn)知。當(dāng)學(xué)生沉浸在有效的認(rèn)知過程中，課堂的秩序就不再是問題了，有效的課堂無須額外的管控，同時(shí)沒有額外管控的學(xué)習(xí)也必然處在一個(gè)高效的認(rèn)知環(huán)境中，這樣的學(xué)習(xí)環(huán)境契合了CDIO工程教育模式對綜合性工程專業(yè)人才培養(yǎng)的理念。

參考文獻(xiàn)

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