移动互联网环境下安全工程专业课程混合式教学模式探讨

胡莹莹，张 帅，王海江，高 哲

(滨州学院，山东 滨州 256600)

1 脚手架理论

传统的以理论讲授为主的教学模式已不能完全满足互联网+时代的需求，为实现课程教学目标，必须通过以实践为基础的多元化模式来丰富课堂教学[1]，为学生分析设计能力的达成打好地基。同时考虑到学生完成学业之后进入工作岗位的职业发展潜能，要通过脚手架教学方法辅助学生获得自我发展、自主探索的职业素养，真正做到“授人以渔”。

脚手架理论最早是由前苏联心理学家利维-维果茨基通过阐述最近发展区的概念所提出的，按照最近发展区理论，学习者的学习能力中存在潜在发展区域，即在外界支持和帮助下可以达到的潜能区域，潜在发展区域高于学习者的当前实际发展水平，是可以通过创造性思维所达成的潜在发展水平[2]。如若能将脚手架理论应用于课程教学中，可以实现不断促进最近发展区的动态创造，加速学习者能力发展水平的提升，有利于学生自主知识建构的达成。

2 脚手架理论在混合式教学模式的应用策略

移动互联网技术被广泛应用于混合式教学模式中，据美国新媒体联盟《地平线报告》报道，翻转课堂(flipped classroom)已排名高等教育技术的重要发展首位[3]。翻转课堂是移动互联网技术中发展趋势最为迅猛的教学模式，但目前也暴露出了一些亟待解决的问题，翻转课堂的实施效果往往达不到预期目标，存在盲目的将线下教学搬到线上开展的现象[4]，简单的将翻转课堂分裂为课前看视频和课中讨论的方式，不考虑教学背景，一刀切似的套用所谓万能模板和形式主义会严重违背翻转课堂的个性化学习的初衷和思想。

为解决以翻转课堂为基础的混合式教学模式中存在的问题，应强调学生个体在混合式模式中的学习成果的自主探索。自主探索是学生进行自主知识建构和元认知能力建立的唯一途径，只有在混合式教学中体现自主探索的核心地位，才能对最近发展区的动态变化形成良性刺激，为职业能力的发展和终身学习能力的提升打下良好的基础。自主探索的实现需要一定的基础作为支撑，在这个过程中可以运用脚手架理论进行基础搭建和延伸拓展，教师搭建的脚手架在基础夯实阶段显现，创造知识获取的上升阶梯，让学生有明确的学习方向和坚实的知识技能支持，而在学生能力达成之后教师脚手架则需要逐步撤出，教师在教学过程中所发挥的作用也由脚手架的层级支持转变为质量监控。

脚手架理论在混合式教学模式中的应用可与翻转课堂进行融合，可分为地基夯实、脚手架搭建、复杂工程场景的创设、课堂多元互动、自主探索、内化反思这几个阶段。

在地基夯实阶段，主要通过在线教学平台来前置章节基础知识，将新旧知识建立联系的认知过程作为开展下一步学习的开始，在这一阶段强调元认知能力的建立。根据美国心理学家J.H.弗拉维尔对元认知的研究，元认知是认知能力，即元认知是一种对认知的认知。元认知能力的建立，是帮助学习者获得解决问题策略的源泉，是学习者灵活运用知识进行举一反三必不可少的条件。只有学习者具备了元认知的能力，才能在解决复杂工程问题时有能力、有途径来支配已经获取的知识技能。元认知能力的建立可通过元认知知识、元认知体验、元认知监控来实现。

元认知不但包括知识层面还包括体验和监控层面，在翻转课堂的课前在线学习中，就不能单纯依靠基础知识的理论讲解，而应该强调元认知体验对实践的要求，在前置课前学习中加入实验演示等教学资源，帮助学生从实践中体验认知过程。

3 基于脚手架理论的移动互联网混合式教学模式的应用实例分析

在特种设备安全技术这门课程中加入实验演示的课前前置，可帮助学生直观的感知压力容器等的形状、结构、支承和附件装设情况等。如图1所示的内外压力容器实验装置，可分别于在线教学平台上前置内压容器应力测定实验、外压容器失稳实验和爆破片爆破实验等的演示视频，为学习者提供体验型脚手架，帮助学习者获得对压力容器及其安全装置的直观认知，引发学习者对实验现象的强烈兴趣和疑问性求知欲，借助体验型脚手架就可以帮助学生建立元认知，学习者在元认知动力作用下能够透过现象去探究现象背后的本质，主动思考要“实现这种现象，我还欠缺哪些知识和技能？”。产生兴趣是主动学习的持续性动力。

图1 内外压容器实验装置

在复杂工程场景的创设中，强调对学习成果的产出效果进行监控。为达成课程的学习目标，使学习者掌握事故发生发展的一般规律和事故后果的影响范围，应为学习者搭建分析思维的脚手架，给出学习者明确的分析思维的阶梯途径，使学习过程的问题创设是螺旋式上升的。循序渐进式的难度提升，每一阶梯都对学习者的成果进行及时的反馈和鼓励，有利于增强学习者的信心和学习动力。

以某项目中20000 m3柴油罐的事故后果分析为例，说明脚手架的搭建如何辅助学习者的思维训练。首先提供线索支持学习者根据工程问题进行模型选择的元认知练习，该项目多数物料均为易燃、可燃液体或气体，泄漏燃烧后易形成池火。因此对该工程问题进行池火灾模型分析。接下来，引导学生逐步分析确定池火灾影响范围还需要分析哪些因素。要求学习者在网络教学平台上进行以下因子分析结果的分享和互评。

3.1 燃烧速度

查阅理化参数可得，柴油的燃烧速度约为0.0137 kg/(m2·s)。

3.2 火焰高度

依据事故案例，燃烧后液池一般为罐体所在围堤内区域为液池，半径以围堤范围内公称半径计算。

则r=63.7 m；ρ0=1.297 kg/m3；g=9.8 m/s2；

则火焰高度计算为：

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

3.3 热辐射通量

效率因子η=0.35,燃料油燃烧热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

在课堂多元互动环节中，由学习者之间、教师与学习者之间进行池火灾所导致的轻伤、重伤、死亡当量半径展示，并讨论目标距离的合理取值范围，即模型分析的第(4)步。

3.4 由目标入射热辐射强度推算目标距离

X=(Qtc/4πI)0.5

A对人的伤害，1%死亡(10s)、100%死亡(1min)，热辐射通量I取值37.5×103W/m2

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

B对人的伤害，重大烧伤(10s)、100%死亡(1min)，热辐射通量I取值25×103W/m2

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

C对人的伤害，1度烧伤(10s)、1%死亡(15min)，热辐射通量I取值12.5×103W/m2

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

D对人的伤害，20s以上感觉疼痛，未必起泡，热辐射通量I取值4×103W/m2

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

E对人的伤害，长时间辐射无不舒服感，热辐射通量I取值1.6×103W/m2

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

在自主探索阶段，脚手架的作用已经从显性转变为隐形，学习者在对目标距离带来的影响产生兴趣的基础上，会继续沿着热辐射通量决定伤害程度的思路向上探索，以柴油储罐泄漏发生火灾为例，学习者在采用池火灾后果模型分析后，会自主查阅技术标准和规范，列出如表1所示的事故导致的人员伤亡范围。

表1 池火灾后果模型情况表

4 结论

移动网络环境下安全工程专业课程所采用的混合式教学模式，结合了脚手架理论来辅助学习者的元认知能力建立，有效的推动了学习者的自主知识建构和自主探索，强调了学习者在知识构建过程中不但要调用各种感官通道来完成对新知识的感知获取，还要对自身的认知活动进行不断的调整和思考，对学习策略进行体悟和提炼。通过脚手架搭建来辅助混合式教学模式，实现了以学习者为中心，以学习成果为导向的教学目标。