CDIO实践中基于元认知理论的本科课堂管控

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　　摘  要：元认知（Metacognition）是指对于认知过程的认知，即对人类是如何学习的思考。CDIO（Conceive、Design、Implement、Operate）工程教育模式是以工程能力培养为目标的工程教育模式，是国际工程教育改革的最新成果。在CDIO教育模式中引入元认知理论，通过思考人类的认知和学习过程，以及把握认知过程中的关键阶段，可以使得我们的课堂设计能更好地贴合学生的认知规律，帮助教师可操作性的综合培养学生的工程实践能力，从而提高课堂效率，更好的管控本科课堂。
　　关键词：元认知  CDIO工程教育  课堂管控
　　CDIO（构思Conceive、设计Design、实现Implement、和运作Operate）工程教育模式是国际工程教育改革的最新成果，它以工程设计为导向，以工程能力培养为目标，要求在课堂和课下综合培养工程专业学生的工程基础知识、个人能力、人际团队能力和工程系统能力。CDIO教育模式下的课堂設计和管控与传统的讲授性课堂有着较大的区别和不同，更为强调学生的参与性和创造性。
　　课堂管理是指教师为了有效利用时间、创设良好的学习环境、减少不良行为而采取的各种活动和措施。在课堂教学中，教师除了“教”的任务外，还有一个“管”的任务，也就是协调、控制课堂中各种教学因素及其关系，使之形成一个有序的整体，以保证教学活动的顺利进行。这一活动即为通常所说的课堂管理。
　　课堂管理的任务比较复杂。一般认为，课堂管理包括课堂人际关系管理、课堂环境管理、课堂纪律管理等方面。课堂人际关系的管理指的是对课堂中的师生关系、同伴关系的管理，包括建立良好的师生关系、确立群体规范、营造和谐的同伴关系等;课堂环境管理是指对课堂中的教学环境的管理，包括物理环境的安排、社会心理环境的营造等;课堂纪律管理指的是课堂行为规范、准则的制订与实施，应对学生的问题行为等活动。而如何较好的促进课堂的管控，使学生的学习在课堂中能够起到更好的效果，往往是老师们所面临的难点。本文中从元认知理论出发，提出了一套合理有效的课堂管控方案。
　　一、元认知理论
　　元认知（Metacognition）一词最早由斯坦福大学心理学系的儿童心理学专家弗拉维尔（John. H. Flavell）于十九世纪七十年代提出。元认知就是那些关于思维的思维、关于学习的学习、关于认知的认知。理解了人类对学习过程，就能更为有效地进行其他知识的学习。目前人工智能领域的很多算法，比如基于长短期记忆的循环神经网络，以及深度学习中的注意力机制，都是对人类认知过程的模拟。经过40年的发展，元认知理论在各种认知学习领域都起到了重大的指导作用，同时也与其他理论交互作用，比如信息处理理论。
　　认知学中的信息处理理论认为学习是一个信息获取和利用的过程。基于信息处理理论，知识的学习可以分为三个阶段，首先是从有意义的数据中获取信息的过程，然后通过与教师、同学以及信息本身的互动中提取出知识，最后将这些知识应用到创建新的知识的过程中，这就是学习，也是从信息到知识到智慧的过程。图1展示了认知学中信息处理理论对于认知过程的理解：
　　
　　图1. 认知的过程
　　在这一过程中，信息是作为外界环境的刺激（视觉，听觉，触觉等）传递到学生，形成了感知记忆（Sensory Memory），这种记忆的特征是存在时间非常的短暂，只能持续1到数秒，然后就会衰退。也就是说教师演示的内容，说的话，将在数秒钟内被学生遗忘！
　　那么学生怎么才能学到知识呢？就需要他主观的注意力和感知力的介入，使得信息从感知记忆向工作记忆（Working Memory）转化。这一过程中，注意力（Attention）是非常重要的，也就需要教师在课堂中使用各种教学手段充分唤起学生的注意力，没有注意力的认知只能持续几秒钟。
　　但是工作记忆仍然只能持续十几秒到半分钟，同时大脑的工作区只能一次保存不多于10条信息。要想长期保存，就需要反复训练（Rehearsal），将知识应用起来，找到信息中的规律，对其进行编码（Encoding），才能变成长期记忆（Long Term Memory）。这个阶段的学习就需要教师提供练习，让学生与教师，学生与学生，学生与知识反复进行互动，才能抽象出其中的规律，让信息进入长期记忆。
　　进入长期记忆的信息仍然会被遗忘，这就需要反复将信息提取三五”规划项目“大数据视野下个性化教育模式研究”。
　　（Retrieval）到工作记忆中进行应用（Rehearsal）。这个阶段的任务就有赖于教师给出复习和练习案例，帮助学生进行有目的性的练习，达到巩固长期记忆的目的。
　　二、元认知理论在CDIO实践中的作用
　　CDIO工程教育实践中强调工程教育的实践性、创新性和综合性，这些特性必然要求学生的认知过程是个性化的，终身化的。在课堂教学中，教师抓住整个认知过程中的3个关键步骤，进行有目的性的设计教学过程，在课堂上辅助、促进学生的认知是和CDIO工程教育的理念合而为一的。在感知记忆向工作记忆的转化过程中，教师要充分抓住学生的注意力，制造惊讶感和勾起好奇心都是常见的捕获学生注意力的教学手段。而从工作记忆向长期记忆的转化过程中，教师要创造大量的互动机会，让学生有充分的时间进行与教师，与同学，与知识的互动，在互动的过程中才能有效地掌握知识中的规律，从而形成长期记忆。也就是说，纯讲授的课堂，学生的信息获取和认知过程会停留在感知记忆和工作记忆中，认知的效率是相当低下的，而实践性的CDIO工程教育是符合元认知理论的，能够更为有效的培养综合性的工程技术人才。同时，长期记忆的被遗忘可能也提醒教师要在工程教育中及时安排对过往知识和技能的复习和练习。
　　结语
　　综上所述，元认知理论要求教师在教学活动中要精心设计教学环节，设置练习案例，鼓励学生互动，按照认知规律来掌控课堂，推动学生的认知过程一步步的提升。这样的课堂管控符合CDIO工程教育的客观规律，能够在实践中加深学生对工程技术知识的认知。当学生沉浸在有效的认知过程中，课堂的秩序就不再是问题了，有效的课堂无须额外的管控，同时没有额外管控的学习也必然处在一个高效的认知环境中，这样的学习环境契合了CDIO工程教育模式对综合性工程专业人才培养的理念。
　　参考文献
　　[1]王刚.CDIO工程教育模式的解读与思考[J].中国高教研究，2009（05）：86-87.
　　[2]陈时见.课堂管理论[M].广西师范大学出版社，2002.
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