胡瑩瑩，張 帥，王海江，高 哲

(濱州學(xué)院，山東 濱州 256600)

1 腳手架理論

傳統(tǒng)的以理論講授為主的教學(xué)模式已不能完全滿足互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代的需求，為實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)目標(biāo)，必須通過以實(shí)踐為基礎(chǔ)的多元化模式來豐富課堂教學(xué)[1]，為學(xué)生分析設(shè)計(jì)能力的達(dá)成打好地基。同時(shí)考慮到學(xué)生完成學(xué)業(yè)之后進(jìn)入工作崗位的職業(yè)發(fā)展?jié)撃?，要通過腳手架教學(xué)方法輔助學(xué)生獲得自我發(fā)展、自主探索的職業(yè)素養(yǎng)，真正做到“授人以漁”。

腳手架理論最早是由前蘇聯(lián)心理學(xué)家利維-維果茨基通過闡述最近發(fā)展區(qū)的概念所提出的，按照最近發(fā)展區(qū)理論，學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)能力中存在潛在發(fā)展區(qū)域，即在外界支持和幫助下可以達(dá)到的潛能區(qū)域，潛在發(fā)展區(qū)域高于學(xué)習(xí)者的當(dāng)前實(shí)際發(fā)展水平，是可以通過創(chuàng)造性思維所達(dá)成的潛在發(fā)展水平[2]。如若能將腳手架理論應(yīng)用于課程教學(xué)中，可以實(shí)現(xiàn)不斷促進(jìn)最近發(fā)展區(qū)的動(dòng)態(tài)創(chuàng)造，加速學(xué)習(xí)者能力發(fā)展水平的提升，有利于學(xué)生自主知識(shí)建構(gòu)的達(dá)成。

2 腳手架理論在混合式教學(xué)模式的應(yīng)用策略

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于混合式教學(xué)模式中，據(jù)美國新媒體聯(lián)盟《地平線報(bào)告》報(bào)道，翻轉(zhuǎn)課堂(flipped classroom)已排名高等教育技術(shù)的重要發(fā)展首位[3]。翻轉(zhuǎn)課堂是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中發(fā)展趨勢最為迅猛的教學(xué)模式，但目前也暴露出了一些亟待解決的問題，翻轉(zhuǎn)課堂的實(shí)施效果往往達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，存在盲目的將線下教學(xué)搬到線上開展的現(xiàn)象[4]，簡單的將翻轉(zhuǎn)課堂分裂為課前看視頻和課中討論的方式，不考慮教學(xué)背景，一刀切似的套用所謂萬能模板和形式主義會(huì)嚴(yán)重違背翻轉(zhuǎn)課堂的個(gè)性化學(xué)習(xí)的初衷和思想。

為解決以翻轉(zhuǎn)課堂為基礎(chǔ)的混合式教學(xué)模式中存在的問題，應(yīng)強(qiáng)調(diào)學(xué)生個(gè)體在混合式模式中的學(xué)習(xí)成果的自主探索。自主探索是學(xué)生進(jìn)行自主知識(shí)建構(gòu)和元認(rèn)知能力建立的唯一途徑，只有在混合式教學(xué)中體現(xiàn)自主探索的核心地位，才能對(duì)最近發(fā)展區(qū)的動(dòng)態(tài)變化形成良性刺激，為職業(yè)能力的發(fā)展和終身學(xué)習(xí)能力的提升打下良好的基礎(chǔ)。自主探索的實(shí)現(xiàn)需要一定的基礎(chǔ)作為支撐，在這個(gè)過程中可以運(yùn)用腳手架理論進(jìn)行基礎(chǔ)搭建和延伸拓展，教師搭建的腳手架在基礎(chǔ)夯實(shí)階段顯現(xiàn)，創(chuàng)造知識(shí)獲取的上升階梯，讓學(xué)生有明確的學(xué)習(xí)方向和堅(jiān)實(shí)的知識(shí)技能支持，而在學(xué)生能力達(dá)成之后教師腳手架則需要逐步撤出，教師在教學(xué)過程中所發(fā)揮的作用也由腳手架的層級(jí)支持轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)量監(jiān)控。

腳手架理論在混合式教學(xué)模式中的應(yīng)用可與翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行融合，可分為地基夯實(shí)、腳手架搭建、復(fù)雜工程場景的創(chuàng)設(shè)、課堂多元互動(dòng)、自主探索、內(nèi)化反思這幾個(gè)階段。

在地基夯實(shí)階段，主要通過在線教學(xué)平臺(tái)來前置章節(jié)基礎(chǔ)知識(shí)，將新舊知識(shí)建立聯(lián)系的認(rèn)知過程作為開展下一步學(xué)習(xí)的開始，在這一階段強(qiáng)調(diào)元認(rèn)知能力的建立。根據(jù)美國心理學(xué)家J.H.弗拉維爾對(duì)元認(rèn)知的研究，元認(rèn)知是認(rèn)知能力，即元認(rèn)知是一種對(duì)認(rèn)知的認(rèn)知。元認(rèn)知能力的建立，是幫助學(xué)習(xí)者獲得解決問題策略的源泉，是學(xué)習(xí)者靈活運(yùn)用知識(shí)進(jìn)行舉一反三必不可少的條件。只有學(xué)習(xí)者具備了元認(rèn)知的能力，才能在解決復(fù)雜工程問題時(shí)有能力、有途徑來支配已經(jīng)獲取的知識(shí)技能。元認(rèn)知能力的建立可通過元認(rèn)知知識(shí)、元認(rèn)知體驗(yàn)、元認(rèn)知監(jiān)控來實(shí)現(xiàn)。

元認(rèn)知不但包括知識(shí)層面還包括體驗(yàn)和監(jiān)控層面，在翻轉(zhuǎn)課堂的課前在線學(xué)習(xí)中，就不能單純依靠基礎(chǔ)知識(shí)的理論講解，而應(yīng)該強(qiáng)調(diào)元認(rèn)知體驗(yàn)對(duì)實(shí)踐的要求，在前置課前學(xué)習(xí)中加入實(shí)驗(yàn)演示等教學(xué)資源，幫助學(xué)生從實(shí)踐中體驗(yàn)認(rèn)知過程。

3 基于腳手架理論的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)混合式教學(xué)模式的應(yīng)用實(shí)例分析

在特種設(shè)備安全技術(shù)這門課程中加入實(shí)驗(yàn)演示的課前前置，可幫助學(xué)生直觀的感知壓力容器等的形狀、結(jié)構(gòu)、支承和附件裝設(shè)情況等。如圖1所示的內(nèi)外壓力容器實(shí)驗(yàn)裝置，可分別于在線教學(xué)平臺(tái)上前置內(nèi)壓容器應(yīng)力測定實(shí)驗(yàn)、外壓容器失穩(wěn)實(shí)驗(yàn)和爆破片爆破實(shí)驗(yàn)等的演示視頻，為學(xué)習(xí)者提供體驗(yàn)型腳手架，幫助學(xué)習(xí)者獲得對(duì)壓力容器及其安全裝置的直觀認(rèn)知，引發(fā)學(xué)習(xí)者對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的強(qiáng)烈興趣和疑問性求知欲，借助體驗(yàn)型腳手架就可以幫助學(xué)生建立元認(rèn)知，學(xué)習(xí)者在元認(rèn)知?jiǎng)恿ψ饔孟履軌蛲高^現(xiàn)象去探究現(xiàn)象背后的本質(zhì)，主動(dòng)思考要“實(shí)現(xiàn)這種現(xiàn)象，我還欠缺哪些知識(shí)和技能？”。產(chǎn)生興趣是主動(dòng)學(xué)習(xí)的持續(xù)性動(dòng)力。

圖1 內(nèi)外壓容器實(shí)驗(yàn)裝置

在復(fù)雜工程場景的創(chuàng)設(shè)中，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)習(xí)成果的產(chǎn)出效果進(jìn)行監(jiān)控。為達(dá)成課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)習(xí)者掌握事故發(fā)生發(fā)展的一般規(guī)律和事故后果的影響范圍，應(yīng)為學(xué)習(xí)者搭建分析思維的腳手架，給出學(xué)習(xí)者明確的分析思維的階梯途徑，使學(xué)習(xí)過程的問題創(chuàng)設(shè)是螺旋式上升的。循序漸進(jìn)式的難度提升，每一階梯都對(duì)學(xué)習(xí)者的成果進(jìn)行及時(shí)的反饋和鼓勵(lì)，有利于增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的信心和學(xué)習(xí)動(dòng)力。

以某項(xiàng)目中20000 m3柴油罐的事故后果分析為例，說明腳手架的搭建如何輔助學(xué)習(xí)者的思維訓(xùn)練。首先提供線索支持學(xué)習(xí)者根據(jù)工程問題進(jìn)行模型選擇的元認(rèn)知練習(xí)，該項(xiàng)目多數(shù)物料均為易燃、可燃液體或氣體，泄漏燃燒后易形成池火。因此對(duì)該工程問題進(jìn)行池火災(zāi)模型分析。接下來，引導(dǎo)學(xué)生逐步分析確定池火災(zāi)影響范圍還需要分析哪些因素。要求學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行以下因子分析結(jié)果的分享和互評(píng)。

3.1 燃燒速度

查閱理化參數(shù)可得，柴油的燃燒速度約為0.0137 kg/(m2·s)。

3.2 火焰高度

依據(jù)事故案例，燃燒后液池一般為罐體所在圍堤內(nèi)區(qū)域?yàn)橐撼?，半徑以圍堤范圍?nèi)公稱半徑計(jì)算。

則r=63.7 m；ρ0=1.297 kg/m3；g=9.8 m/s2；

則火焰高度計(jì)算為：

h=84×63.7×[0.042/(1.297×(2×9.8×63.7)0.5)]0.6=82.98(m)

3.3 熱輻射通量

效率因子η=0.35,燃料油燃燒熱Hc=33×106J/kg

Q=(π×63.72+2π×63.7×82.98)×0.0137×0.35×33×106÷[72×0.01370.60+1]=1.12×109

在課堂多元互動(dòng)環(huán)節(jié)中，由學(xué)習(xí)者之間、教師與學(xué)習(xí)者之間進(jìn)行池火災(zāi)所導(dǎo)致的輕傷、重傷、死亡當(dāng)量半徑展示，并討論目標(biāo)距離的合理取值范圍，即模型分析的第(4)步。

3.4 由目標(biāo)入射熱輻射強(qiáng)度推算目標(biāo)距離

X=(Qtc/4πI)0.5

A對(duì)人的傷害，1%死亡(10s)、100%死亡(1min)，熱輻射通量I取值37.5×103W/m2

X1=(1.12×109×1÷4π÷(37.5×103))0.5=48.75(m)

B對(duì)人的傷害，重大燒傷(10s)、100%死亡(1min)，熱輻射通量I取值25×103W/m2

X2=(1.12×109×1÷4π÷(25×103))0.5=59.70(m)

C對(duì)人的傷害，1度燒傷(10s)、1%死亡(15min)，熱輻射通量I取值12.5×103W/m2

X3=(1.12×109×1÷4π÷(12.5×103))0.5=84.44(m)

D對(duì)人的傷害，20s以上感覺疼痛，未必起泡，熱輻射通量I取值4×103W/m2

X4=(1.12×109×1÷4π÷(4×103))0.5=149.27(m)

E對(duì)人的傷害，長時(shí)間輻射無不舒服感，熱輻射通量I取值1.6×103W/m2

X5=(1.12×109×1÷4π÷(1.6×103))0.5=236.01(m)

在自主探索階段，腳手架的作用已經(jīng)從顯性轉(zhuǎn)變?yōu)殡[形，學(xué)習(xí)者在對(duì)目標(biāo)距離帶來的影響產(chǎn)生興趣的基礎(chǔ)上，會(huì)繼續(xù)沿著熱輻射通量決定傷害程度的思路向上探索，以柴油儲(chǔ)罐泄漏發(fā)生火災(zāi)為例，學(xué)習(xí)者在采用池火災(zāi)后果模型分析后，會(huì)自主查閱技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，列出如表1所示的事故導(dǎo)致的人員傷亡范圍。

表1 池火災(zāi)后果模型情況表

4 結(jié)論

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下安全工程專業(yè)課程所采用的混合式教學(xué)模式，結(jié)合了腳手架理論來輔助學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知能力建立，有效的推動(dòng)了學(xué)習(xí)者的自主知識(shí)建構(gòu)和自主探索，強(qiáng)調(diào)了學(xué)習(xí)者在知識(shí)構(gòu)建過程中不但要調(diào)用各種感官通道來完成對(duì)新知識(shí)的感知獲取，還要對(duì)自身的認(rèn)知活動(dòng)進(jìn)行不斷的調(diào)整和思考，對(duì)學(xué)習(xí)策略進(jìn)行體悟和提煉。通過腳手架搭建來輔助混合式教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)習(xí)者為中心，以學(xué)習(xí)成果為導(dǎo)向的教學(xué)目標(biāo)。