董紅生 李建民 張 總

蘭州工業(yè)學院電氣工程學院 甘肅蘭州 730050

實驗教學與課程建設(shè)

大學生自主仿真學習模式研究

董紅生 李建民 張 總

蘭州工業(yè)學院電氣工程學院 甘肅蘭州 730050

提高大學生的自主學習能力是現(xiàn)代教育研究的一項重要任務。在分析典型自主學習模型的基礎(chǔ)上，討論了仿真情景下自主學習的內(nèi)涵、優(yōu)勢以及影響因素，建立了大學生自主仿真學習模式。實踐表明，本學習模式能有效提高學生自主學習的效率，優(yōu)化學習成果。

大學生；自主學習；仿真學習模式

自主學習是以“自我導向，自我控制，自我反饋，自我評價”為主的學習活動。[1]在高校開展自主學習有助于大學生的個性化發(fā)展、才藝發(fā)揮以及綜合素質(zhì)的提高。目前，大學生自主學習能力和方法都存在較多不足。因此，對于大學生自主學習模式的研究，是高等教育研究領(lǐng)域一個重要課題。

計算機仿真技術(shù)將理論與實踐緊密結(jié)合，能極大地激發(fā)學生自主學習、自我探究的興趣，使學生的學習活動更主動、更有效。以電氣類專業(yè)為例，目前國內(nèi)高校應用廣泛的仿真軟件主要有Multisim，PSPICE，PROTEL，Proteus，MATLAB，PSASP等，這些仿真軟件的功能強大，應用領(lǐng)域廣泛，為大學生開展更廣闊、更深入的自主學習活動提供了良好的平臺。以下以自主學習理論為基礎(chǔ)，討論在大學生自主學習過程中引入計算機仿真的學習模式，目的是更好地促進大學生自主學習活動的開展，提高自主學習成效。

1 自主學習的理論模型

國內(nèi)外學者從不同角度提出了自主學習的觀點和理論模型。[2]比較有代表性的包括麥克庫姆斯自主學習模型、巴特勒和溫內(nèi)自主學習模型、齊莫曼自主學習模型等。[3]麥克庫姆斯的自主學習模型比較注重學習者的自我評價在自主學習過程中的作用，認為自我評價將影響自主學習的整個過程；巴特勒和溫內(nèi)的自主學習模型強調(diào)了反饋信息在自主學習中的作用；齊莫曼的自主學習模型涉及自我、行為、環(huán)境三者之間的交互作用，并通過計劃階段、行為或意志控制及自我反思3個階段具體實現(xiàn)。認為學習者不僅要對內(nèi)在學習過程進行主動控制和調(diào)節(jié)，而且要能利用外部反饋對學習的外在表現(xiàn)和學習環(huán)境做出主動調(diào)節(jié)。[4]

自主學習是一個很復雜的過程，其影響因素眾多，要提高自主學習的效果，必須實時監(jiān)控自我的認知和情感狀態(tài)，善于運用各種策略調(diào)整自我學習行為，主動營造和利用學習環(huán)境中的物質(zhì)和社會資源。研究自主學習的理論模型有助于深入理解和剖析自主學習的成分、結(jié)構(gòu)、過程以及影響因素，也是進一步探討自主學習指導模式的出發(fā)點和理論依據(jù)。

2 大學生自主仿真學習的內(nèi)涵及優(yōu)勢

隨著計算機仿真技術(shù)在高校教學中的推廣應用，大學生的學習需求發(fā)生了深刻的變化，對于自主學習內(nèi)涵也有了新的理解。仿真情景下的大學生自主學習模式是指學生借助各類仿真軟件平臺，根據(jù)需要學習的知識點，在教師的指導和監(jiān)督下，進行自主探究性學習的過程。例如，在模擬電子技術(shù)中，反饋放大電路是重要的知識點，內(nèi)容比較抽象，學生不易理解，若能在思考的同時進行實驗驗證，學習效果必定非常顯著。將Multisim電子仿真軟件引入課程的自主學習中，借助Multisim虛擬電子仿真實驗室平臺，學生不但能完成各類反饋放大器的靜態(tài)、動態(tài)性能分析，設(shè)計性能最佳的反饋放大電路，而且通過形象、生動的仿真實驗結(jié)果，可加深對理論的理解，自主解決課堂學習的困惑，為開展創(chuàng)新性學習活動奠定良好的基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)自主學習模式相比，自主仿真學習模式的主要優(yōu)勢有以下幾點。

2.1 自主仿真學習更自主 更有助于提高學習效率

在仿真情景下，學生克服了傳統(tǒng)學習模式在時間、空間、資金以及一些客觀因素等方面的限制，可隨時隨地運用各類仿真軟件進行探究性自主學習。在仿真軟件平臺下，學生只需通過點擊鼠標進行連接，便可快捷、直觀地獲得學習結(jié)果，而這其中包括許多過去無法實踐或需要較長時間才能完成的學習內(nèi)容。自主仿真學習更靈活、更高效，真正體現(xiàn)了學習的自主性，充分滿足了個性化學習的要求。

2.2 自主仿真學習讓學生更主動地參與學習過程 更有助于培養(yǎng)探究精神

在仿真情景下，學生可以基于仿真軟件平臺主動地參與到自主學習過程中，從學習者逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮髡吆驮O(shè)計者。自主仿真學習不僅為學生提供了一個自由發(fā)揮的空間，更重要的是為學生發(fā)現(xiàn)、探究問題創(chuàng)造了一定的條件，學生可以圍繞需要研究的問題充分發(fā)揮想象力，思考多種解決途徑，嘗試不同方法，從而極大地激發(fā)學生的求知欲，提升學生自主探究能力。

2.3 自主仿真學習更有助于培養(yǎng)學生獨特的學習風格 提高學生的創(chuàng)新意識

在仿真情景下，學生的學習活動更加冷靜和理智，能更加主動地選擇適當?shù)膶W習方式，培養(yǎng)自己獨特的學習風格。自主仿真學習不是對學習內(nèi)容的簡單復制，而是學生根據(jù)自身學習需要，完成知識的再創(chuàng)造過程，獲得全新的學習成果，提高自我創(chuàng)新能力。

2.4 自主仿真學習讓學生更注重協(xié)作學習 團隊意識和合作精神

在仿真情景下，學生的自主學習常采用任務分解、多人協(xié)作，合作學習的模式。合作學習可為完成學習任務提供更多思路，也有助于學生尋找志趣相投的學習同伴，增強學生的團隊意識。

3 大學生自主仿真學習的影響因素分析

在仿真情境下，大學生自主仿真學習的主要影響因素包括自我因素、行為因素以及環(huán)境因素三方面，它們之間互為因果，相互影響。

自我因素主要表現(xiàn)在大學生的學習目標、學習動機、情感因素等方面。學習目標的設(shè)定為自主學習提供導航，監(jiān)控學習過程及為學習結(jié)果提供評價依據(jù)；學習動機是自主學習的內(nèi)在驅(qū)動力，學習自主性在很大程度上取決于學習動機水平的高低；緊張、焦慮、沮喪等消極情感狀態(tài)也會直接影響學習行為、學習效果及學習潛力的發(fā)揮。自我因素還表現(xiàn)在自主學習策略的運用、學習習慣的培養(yǎng)及性格的塑造等方面。

行為因素主要表現(xiàn)為自我觀察、自我判斷、自我反應3個連續(xù)過程。自我觀察是自主仿真學習活動的顯著特點，是學生對仿真學習過程進行主動、自覺、系統(tǒng)的自我監(jiān)控行為。自我判斷是指學生將自己的學習結(jié)果與學習目標比較后做出檢查和評價，受自我效能、目標特征及自我觀察結(jié)果等因素的影響。自我反應常表現(xiàn)為積極的自我反應和消極的自我反應兩方面。自我肯定、自我積極評價、良好的仿真學習環(huán)境、友好的仿真學習界面等都是積極的自我反應，而自我的消極情緒、仿真學習的挫敗感以及仿真軟件使用的復雜化等都是消極的自我反應。

環(huán)境因素主要表現(xiàn)為外界環(huán)境和仿真環(huán)境兩方面。外界環(huán)境因素是指學生與外界相互作用的因素，包括學校環(huán)境、教師和其他學生影響及網(wǎng)絡(luò)學習等方面。功能完備的校園建設(shè)、良好的學習風氣、融洽的師生關(guān)系、合理的專業(yè)設(shè)置等都是影響學生完成學習目標，順利實施自主學習的重要外界環(huán)境因素。教師的教學理念和方法、網(wǎng)絡(luò)學習資源及同伴的學習成效等也會不同程度地影響學生自主仿真學習能力的發(fā)展。仿真環(huán)境是指仿真軟件平臺下的各種情境對象，例如仿真軟件的安裝環(huán)境、仿真軟件的操作界面、仿真結(jié)果的表現(xiàn)形式、仿真操作流程等。仿真環(huán)境對學生自主學習的熱情、學習效果有很大的促進作用。

4 大學生自主仿真學習的模式

探討具有可操作性的自主學習模式是大學生自主學習理論研究面臨的重要課題。[5]仿真是以計算機為工具，通過建立仿真模型和實施仿真實驗研究存在的或設(shè)計中的系統(tǒng)本質(zhì)規(guī)律，是一種特別有效的系統(tǒng)研究手段。[6]在大學生自主學習過程中引入計算機仿真技術(shù)，采用自主仿真學習方法是培養(yǎng)大學生科學研究能力和工程實踐能力的重要途徑。

自主學習是一個“學習-調(diào)節(jié)-重新學習”的循環(huán)調(diào)節(jié)過程。從控制論的角度分析是一個閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)。因此，可借鑒反饋控制的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合仿真學習的特點，構(gòu)建一種仿真環(huán)境下的自主學習模式(如圖1所示）。

圖1 自主仿真學習模式

該學習模式由學習內(nèi)容、仿真學習任務和進度設(shè)置、學習目標、仿真學習過程、學習成果以及學習評價機制組成，各組成環(huán)節(jié)之間互相聯(lián)系、相互影響。從學習模式的結(jié)構(gòu)圖可以看出，該學習系統(tǒng)具有自校正功能，類似于控制理論中的模型參考自適應控制系統(tǒng)。其中學習內(nèi)容是輸入信號，學習成果是輸出信號，學習目標作為檢驗學習成果的參考模型，只有當學習成果與學習目標一致時，可認為本次的學習活動是成功的。仿真學習過程是該學習模式的核心，是學習者利用不同的仿真軟件平臺，對學習內(nèi)容開展的實踐研究與學習過程。學習評價機制是自主仿真學習實現(xiàn)的關(guān)鍵，包括結(jié)果性評價規(guī)則(知識的掌握、技能的獲得等)、過程性評價規(guī)則(行為表現(xiàn)、探究水平及創(chuàng)新意識等)以及表現(xiàn)性評價規(guī)則(學習態(tài)度、情感投入等)。評價規(guī)則的制定綜合考慮了學習目標、學習任務及進度、學習能力以及環(huán)境條件等影響因素，使學生重新學習時能充分吸取成功經(jīng)驗，更好地進行學習過程的修正。

Proteus軟件是一個完整的嵌入式系統(tǒng)軟、硬件仿真平臺，支持許多通用微控制器的電路仿真?，F(xiàn)以Proteus仿真在單片機原理及應用課程自主學習中的應用為例，說明自主仿真學習模式的工作過程。例如，需要學習內(nèi)容是LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示技術(shù)，學習目標是掌握數(shù)碼管動態(tài)顯示原理及接口技術(shù)，仿真學習任務是理解數(shù)碼管輪流顯示的過程，掌握接口線路連接及程序編寫方法。仿真學習過程主要包括以下幾項。

(1)在Proteus軟件環(huán)境中搭接基于51單片機的數(shù)碼管動態(tài)顯示的仿真電路。

(2)利用匯編或C語言編寫接口仿真程序。

(3)完成系統(tǒng)的軟硬件調(diào)試。

仿真學習成果包括LED數(shù)碼管動態(tài)顯示電路組建方法，接口程序的編寫及軟硬件調(diào)試技能等。學生在仿真學習后，對其學習偏差信息進行評價，輸出相應的調(diào)整策略，以便執(zhí)行更有針對性的重新學習，獲取關(guān)鍵知識信息，積累成功經(jīng)驗，從而完成一次學習過程的正反饋調(diào)節(jié)。自主仿真學習模式借鑒了模型參考自適應控制的思想，是一個動態(tài)迭代優(yōu)化的學習過程，具有自適應特性和良好的穩(wěn)定性，與傳統(tǒng)的自主學習模型相比，由于引入仿真環(huán)節(jié)，極大地提升了自主學習效率，激發(fā)了學生自主學習興趣和取得成功的欲望，是讓他們從事課外自主學習的有效方法。

5 結(jié)束語

自主學習的能力是當今社會對現(xiàn)代大學生的基本要求。計算機仿真技術(shù)為大學生開展創(chuàng)新性自主學習創(chuàng)造了很好的條件。借鑒控制理論的相關(guān)思想，建立了大學生自主仿真學習模式，經(jīng)我校自動化專業(yè)部分大學生的實踐表明，學生對理論知識的理解更為深刻，自主學習效率和分析、解決問題的能力都得到較大的提升，對大學生自主學習活動有很大的促進作用。

[1] 李高升,黃紀軍,劉繼斌.提高學生自主學習效果的思路與方法[J].中國電力教育,2014(9):151-152.

[2] 龐維國.論學生的自主學習[J].華東師范大學學報:教育科學版,2001,20(2):78-83.

[3] 劉建高.基于自主學習的仿真教學研究與實踐[D].江西:南昌大學教育學院,2010.

[4] 張勇,潘素萍.齊莫曼的自主學習模型理論與啟示[J].高教發(fā)展與評估,2006,22(1):48-50.

[5] 賀菊香.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下高校學生自主學習能力的培養(yǎng)[J].湖北教育學院學報,2007,24(2):120-122.

[6] 羅繼亮,邵輝,晏來成.自動化專業(yè)中計算機仿真基礎(chǔ)課程教學改革研究[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2014(9):55-57.

Study on Self-Regulated Simulation Learning Method of College Students

Dong Hongsheng， Li Jianmin， Zhang Zong
Lanzhou Institute of Technology， Lanzhou， 730050， China

To improve the ability of college student's self-regulated learning is an important task for modern education. Based on the analysis of the typical self-regulated learning model， this paper discusses the connotation， advantages and infuence factors of self-regulated learning in simulation circumstances， and builds the college student's self-regulated simulation learning method. The practice shows that the students can effectively improve the effciency of self-regulated learning， and optimize the learning outcomes in the learning method.

college student； self-regulated learning； simulation learning method

2014-10-08

董紅生，博士，教授。

蘭州工業(yè)學院教學改革項目“基于自主學習能力培養(yǎng)的仿真教學研究與實踐”項目資助。