黃 璐 章蘇靜

?

學(xué)習(xí)科學(xué)視域下的案例推理學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)研究*

黃 璐1章蘇靜2

（1．浙江樹人大學(xué)信息科技學(xué)院，浙江杭州 310015；2．杭州師范大學(xué)教育學(xué)院，浙江杭州 310036）

學(xué)習(xí)科學(xué)視域下的案例推理機(jī)制為案例教學(xué)帶來(lái)了新的行動(dòng)方向，其核心思想是“類似的問(wèn)題有類似的解決方案”。文章通過(guò)梳理五種案例推理認(rèn)知模型后，建構(gòu)了案例推理學(xué)習(xí)模型，研發(fā)了基于案例推理的學(xué)習(xí)模型以及供學(xué)習(xí)者自主學(xué)習(xí)的游戲化學(xué)習(xí)平臺(tái)。學(xué)習(xí)結(jié)果分析表明，基于案例推理的學(xué)習(xí)模型是以學(xué)習(xí)者為中心，關(guān)注學(xué)習(xí)過(guò)程，可以促進(jìn)學(xué)習(xí)者主動(dòng)推理反思，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移，探索復(fù)雜多變的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決方法。

案例推理；學(xué)習(xí)科學(xué)；學(xué)習(xí)過(guò)程；案例教學(xué)

引言

案例作為一種隱性知識(shí)體現(xiàn)了人們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，被廣泛地應(yīng)用于教學(xué)中，讓學(xué)習(xí)者沉浸在真實(shí)、有意義的學(xué)習(xí)體驗(yàn)中，達(dá)到以“例”明“理”的目的。案例如同一個(gè)個(gè)被存儲(chǔ)在大腦中的故事，不斷地被檢索和利用，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，案例教學(xué)不僅是一種教學(xué)方法，更是一種對(duì)人類思維習(xí)慣的組織和陳述。在教學(xué)中，教師一般會(huì)按照知識(shí)表述的邏輯去講解案例，而不是依照學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的思維把知識(shí)打散，更難以用一個(gè)個(gè)真實(shí)有趣的案例任務(wù)將這些知識(shí)進(jìn)行重組。同時(shí)，現(xiàn)實(shí)問(wèn)題一般都比較復(fù)雜、多變、界定含糊，如果通過(guò)一般的案例教學(xué)來(lái)解決復(fù)雜問(wèn)題時(shí)顯然勢(shì)單力薄。因此，探索符合學(xué)習(xí)者邏輯思維和解決復(fù)雜問(wèn)題的方法顯得很有必要。案例推理機(jī)制是模仿人類專家解決復(fù)雜問(wèn)題的認(rèn)知過(guò)程來(lái)建立問(wèn)題解決模式[1]，從而解決復(fù)雜多變的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。據(jù)此，本研究認(rèn)為將案例推理機(jī)制應(yīng)用到教學(xué)中，可以使學(xué)習(xí)者通過(guò)相關(guān)案例的經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決學(xué)習(xí)問(wèn)題，避免單純的案例模仿和現(xiàn)實(shí)知識(shí)遷移?；诖?，本文通過(guò)對(duì)五種案例推理認(rèn)知模型的梳理，設(shè)計(jì)了基于案例推理的學(xué)習(xí)模型及游戲化學(xué)習(xí)平臺(tái)，學(xué)習(xí)者可以在此平臺(tái)上自主探究、推理反思，從而掌握知識(shí)和技能。

一案例推理認(rèn)知模型

基于案例的推理（Case-based Reasoning，CBR）始于20世紀(jì)70年代，美國(guó)耶魯大學(xué)的羅杰·尚克（Roger Schank）等從觀察人們理解日常用語(yǔ)的方式中發(fā)現(xiàn)了類似圖式（Scheme-like）的知識(shí)結(jié)構(gòu)，這些知識(shí)結(jié)構(gòu)可以通過(guò)推理的過(guò)程產(chǎn)生[2]。目前對(duì)案例推理比較統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)是，它是區(qū)別于基于規(guī)則推理的模式，核心思想是利用過(guò)去解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)來(lái)解決新問(wèn)題[3]。在學(xué)習(xí)科學(xué)視域里，基于案例的推理被認(rèn)為是對(duì)認(rèn)知表征、問(wèn)題解決和思維等研究的重要內(nèi)容，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者們將CBR作為一種認(rèn)知理論應(yīng)用到教育中，認(rèn)為可從新的教學(xué)方法、案例庫(kù)設(shè)計(jì)、學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的反思和表達(dá)三個(gè)方面提升學(xué)習(xí)效果[4]。

為了了解案例推理的發(fā)展脈絡(luò)并指導(dǎo)教育教學(xué)活動(dòng)，本研究對(duì)已有的案例推理認(rèn)知模型進(jìn)行了梳理。主要包含以下五種：Aamodt & Plaza、Allen、Hunt、Kolodner & Leake、GavinFinnie & SunZhaohao，它們的核心內(nèi)容如表1所示。

表1 五種案例推理模型的核心內(nèi)容[5][6][7][8][9]

從表1可見，五種案例推理的核心內(nèi)容基本相似，都采取類似人類專家回憶與當(dāng)前問(wèn)題相類似的問(wèn)題處理方式，并適當(dāng)修改解決方案來(lái)處理新問(wèn)題，他們都重視案例庫(kù)的建設(shè)、檢索以及更新。但他們?cè)诎咐评磉^(guò)程中有所側(cè)重，如Allen & Kolodner、Leake注重案例檢索前的描述和回憶；而在區(qū)分知識(shí)系統(tǒng)、檢索效率方面，Gavin Finnie & SunZhaohao的R5模型更為專注。

二基于案例推理的學(xué)習(xí)模型及學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)五種案例推理認(rèn)知模型的分析后發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)中可以利用相關(guān)教學(xué)案例的經(jīng)驗(yàn)來(lái)學(xué)習(xí)相似的案例并實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移，但還需考慮教學(xué)層面的問(wèn)題：①在初學(xué)者對(duì)課程知識(shí)了解甚少的情況下，如果沒(méi)有前導(dǎo)知識(shí)和案例初步分析，如何檢索案例會(huì)成為最棘手的問(wèn)題。②學(xué)習(xí)者搜索到相似案例后，如果對(duì)相關(guān)案例的學(xué)習(xí)不夠深入，總結(jié)的解決方案不夠完善，那么新案例也就無(wú)從下手。因此，本研究在Aamodt & Plaza的R4模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合“Flash動(dòng)畫制作”這門課程的特點(diǎn)和教學(xué)規(guī)律，設(shè)計(jì)了基于案例推理的學(xué)習(xí)模型，主要有案例審查與分析、檢索案例、重用案例、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)和存儲(chǔ)案例等五個(gè)階段，其學(xué)習(xí)模型及學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)如圖1所示。

1 新案例審查與分析

這個(gè)階段也是學(xué)習(xí)的啟動(dòng)階段，起引起學(xué)生注意和交代學(xué)習(xí)目標(biāo)的作用。當(dāng)學(xué)習(xí)者遇到一個(gè)新問(wèn)題時(shí)，為了有效完成檢索工作，可先在學(xué)習(xí)平臺(tái)的“知識(shí)列表”中對(duì)相關(guān)的知識(shí)進(jìn)行了解，查看該案例歸屬哪個(gè)章節(jié)知識(shí)，了解該章節(jié)基本信息，做到有的放矢。

圖1 基于案例推理的學(xué)習(xí)模型及學(xué)習(xí)平臺(tái)

2 檢索案例

該階段是學(xué)習(xí)的展開階段，也是重要階段。學(xué)習(xí)者通過(guò)對(duì)新案例知識(shí)點(diǎn)的審查與分析后，大致知道了新案例的關(guān)鍵信息，在搜索引擎中填入關(guān)鍵詞搜索相似案例，檢索到相似案例后進(jìn)行深入學(xué)習(xí)。為了適應(yīng)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)習(xí)慣，學(xué)習(xí)平臺(tái)提供了兩種學(xué)習(xí)模式：自主探究模式和程序?qū)W習(xí)模式，學(xué)習(xí)者可以自選或依次進(jìn)行相似案例的學(xué)習(xí)。

3 重用案例

學(xué)習(xí)者深入學(xué)習(xí)相關(guān)案例后，完成相關(guān)案例的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)和鞏固練習(xí)。學(xué)習(xí)者可以結(jié)合學(xué)習(xí)平臺(tái)上專家總結(jié)版塊提供的知識(shí)點(diǎn)總結(jié)、制作技巧總結(jié)、素材和自己學(xué)習(xí)相關(guān)案例后的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出相關(guān)案例的知識(shí)體系和操作技能，討論新案例的解決方法。

4 指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)

學(xué)習(xí)者用案例的解決方法來(lái)指導(dǎo)新案例的實(shí)驗(yàn)操作，如果是綜合性或設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)則需要多個(gè)案例解決方案組合完成。重用案例和指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)這兩個(gè)過(guò)程是學(xué)習(xí)的結(jié)束階段，也是學(xué)習(xí)提升階段，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)遷移。

5 存儲(chǔ)案例

學(xué)習(xí)者可以將自己完成的實(shí)驗(yàn)作品、綜合實(shí)驗(yàn)作品、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)作品或競(jìng)賽作品等上傳到教學(xué)案例庫(kù)中。游戲化的沖關(guān)測(cè)驗(yàn)還包含復(fù)習(xí)舊知、沖關(guān)測(cè)驗(yàn)、師生/生生在線交互等功能，可以實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)和反饋，了解學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)和學(xué)習(xí)效果。

三基于案例推理的學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)

本研究以“Flash動(dòng)畫制作”這門課程為例，將教學(xué)內(nèi)容按從易到難的順序分為九個(gè)章節(jié)，筆者選擇了重點(diǎn)章節(jié)第三章“利用動(dòng)畫技術(shù)制作動(dòng)態(tài)課件”中“波的衍射”作為相似案例來(lái)闡述基于案例推理的學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)。本次學(xué)習(xí)主要有課外和課內(nèi)兩個(gè)部分——在課外，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)平臺(tái)上深入自主學(xué)習(xí)“波的衍射”相關(guān)案例并搜集素材，內(nèi)容有相似案例描述、相似案例展示、相似案例分析、相似案例推理、相似案例鞏固和了解更多相關(guān)案例等；在課內(nèi)，首先驗(yàn)證“波的衍射”實(shí)驗(yàn)，然后小組討論新案例“認(rèn)識(shí)橢圓”或“氧氣實(shí)驗(yàn)室制作”的制作方案，最后將制作好的新案例存儲(chǔ)在案例庫(kù)中。具體學(xué)習(xí)過(guò)程流程如圖2所示。

圖2 學(xué)習(xí)過(guò)程流程圖

1 案例審查與分析“遮罩層”基礎(chǔ)知識(shí)

學(xué)習(xí)者了解本次學(xué)習(xí)任務(wù)后，課外登陸學(xué)習(xí)平臺(tái)主頁(yè)，如果是初次學(xué)習(xí)，點(diǎn)擊“是”后將模擬Flash CS3的界面環(huán)境進(jìn)行交互式認(rèn)識(shí)。進(jìn)入“知識(shí)列表”模塊后，選擇第三章第五節(jié)遮罩層的相關(guān)內(nèi)容，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行了解，分析遮罩層的知識(shí)結(jié)構(gòu)，這對(duì)相關(guān)案例“波的衍射”進(jìn)行快速準(zhǔn)確的檢索起到了重要的作用。操作界面如圖3所示。

圖3 審查與分析遮罩層等知識(shí)點(diǎn)

圖4 “波的衍射”相關(guān)案例檢索

2 檢索相似案例“波的衍射”

學(xué)習(xí)者在審查與分析遮罩層、交互控制等相關(guān)知識(shí)點(diǎn)以后，單擊“案例推理”模塊，可以從“難易程度/所屬學(xué)科/教學(xué)順序/推薦指數(shù)”四種檢索方式中選擇一種方式，再選擇“波的衍射”這個(gè)案例，選擇后會(huì)有該案例的簡(jiǎn)要介紹，操作界面如圖4所示。選擇自主學(xué)習(xí)模式或程序?qū)W習(xí)模式進(jìn)入“波的衍射”案例推理學(xué)習(xí)，分為相似案例描述、相似案例展示、相似案例分析、相似案例推理、相似案例鞏固和了解更多相關(guān)案例等六個(gè)步驟。其中，相似案例推理是重難點(diǎn)，它將案例知識(shí)脈絡(luò)設(shè)計(jì)成邏輯推理，學(xué)習(xí)者參照思維導(dǎo)圖的模式和六個(gè)子步驟的提示依次進(jìn)行思考。對(duì)相關(guān)案例自主學(xué)習(xí)是整個(gè)學(xué)習(xí)過(guò)程的重點(diǎn)，它為課堂小組合作學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。界面如圖5所示。

圖5 “波的衍射”案例推理過(guò)程

圖6 新案例的儲(chǔ)存

3 重用案例討論新案例制作方案

學(xué)習(xí)者在課外完成自主學(xué)習(xí)后，課內(nèi)將有一節(jié)課的時(shí)間完成相關(guān)案例“波的衍射”的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、知識(shí)鞏固練習(xí)和知識(shí)總結(jié)。其中，知識(shí)總結(jié)可以單擊“專家總結(jié)”模塊，查看“波的衍射”知識(shí)體系和制作技巧進(jìn)行總結(jié)反思，教師進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)。第二節(jié)課教師布置新案例“認(rèn)識(shí)橢圓”或“氧氣實(shí)驗(yàn)室制作”的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)者將有5分鐘進(jìn)行小組討論新案例的制作方案。

4 指導(dǎo)新案例的實(shí)驗(yàn)

小組討論新案例的解決方案，首先在課內(nèi)完成簡(jiǎn)單版，然后課后整理填寫電子表并發(fā)送到教師郵箱，以此作為該小組平時(shí)成績(jī)的重要依據(jù)。依據(jù)新案例的解決方案，學(xué)習(xí)者課內(nèi)完成該實(shí)驗(yàn)的主要部分，允許課外練習(xí)和完善，如果有疑問(wèn)，教師可以提供在線課外輔導(dǎo)。

5 存儲(chǔ)新案例到學(xué)習(xí)平臺(tái)

根據(jù)教學(xué)大綱的要求，學(xué)習(xí)者上交不少于5個(gè)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)/綜合性實(shí)驗(yàn)到“沖關(guān)測(cè)驗(yàn)”模塊中。這些將存儲(chǔ)到案例庫(kù)中，作為學(xué)習(xí)成績(jī)的重要組成部分，并供學(xué)習(xí)者日后學(xué)習(xí)交流?！把鯕獾膶?shí)驗(yàn)室制法”新案例的存儲(chǔ)操作如圖6所示。

四基于案例推理的學(xué)習(xí)結(jié)果討論

根據(jù)上述基于案例推理的學(xué)習(xí)過(guò)程設(shè)計(jì)，本課程在學(xué)習(xí)平臺(tái)上進(jìn)行了基于案例推理的學(xué)習(xí)活動(dòng)，綜合該平臺(tái)的相關(guān)數(shù)據(jù)、問(wèn)卷調(diào)查和訪談，學(xué)習(xí)結(jié)果分析如下：

1 自主學(xué)習(xí)和合作學(xué)習(xí)明顯提升

通過(guò)學(xué)習(xí)平臺(tái)數(shù)據(jù)分析，可知學(xué)習(xí)者平均每周有15.3分鐘用于學(xué)習(xí)相關(guān)案例，進(jìn)行自主學(xué)習(xí)；課內(nèi)平均有8.4分鐘進(jìn)行推理總結(jié)、小組討論，得出重用方案。說(shuō)明學(xué)習(xí)者課內(nèi)外的自主性大大提升了，學(xué)習(xí)資源和學(xué)習(xí)平臺(tái)的使用率也明顯提高。本研究發(fā)現(xiàn)，界面精美、設(shè)計(jì)獨(dú)特的案例推理模式和游戲化測(cè)驗(yàn)的學(xué)習(xí)平臺(tái)在一定程度上能夠吸引學(xué)習(xí)者，這種深度學(xué)習(xí)能讓學(xué)習(xí)者有身臨其境之感，使學(xué)習(xí)不再枯燥乏味。

2 推理反思和知識(shí)遷移能力有所提高

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，學(xué)習(xí)平臺(tái)中“案例推理”模塊使用率最高，實(shí)驗(yàn)作業(yè)完成率達(dá)到97.6%，綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)優(yōu)秀率達(dá)到38.4%，相似案例學(xué)習(xí)完成率達(dá)到91.2%，新案例解決方案完成率達(dá)到82.2%。這些數(shù)據(jù)說(shuō)明，雖然本課程對(duì)非計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生來(lái)說(shuō)有一定的困難，但通過(guò)基于案例推理的學(xué)習(xí)后，在很大程度上激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，促使他們主動(dòng)推理反思，并積極投入作品創(chuàng)作之中。學(xué)習(xí)者通過(guò)相關(guān)案例的自主學(xué)習(xí)、小組討論和教師的指導(dǎo)，能夠推理反思、舉一反三，其中部分優(yōu)秀學(xué)習(xí)者進(jìn)入后續(xù)的科技競(jìng)賽創(chuàng)作學(xué)習(xí)中。

3 參與度和自控力增強(qiáng)

通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程流程圖可以看出，無(wú)論是課外還是課內(nèi)，基于案例推理的學(xué)習(xí)過(guò)程幾乎都是以學(xué)習(xí)者為主線；由原來(lái)教師在課堂內(nèi)的講授、演示和操作案例，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)平臺(tái)上通過(guò)豐富的學(xué)習(xí)資源進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。如果存在學(xué)習(xí)困難，可以在線討論或課堂內(nèi)幫助解決，這不僅增加了學(xué)習(xí)者的操作時(shí)間，還能大大提高教師監(jiān)管教學(xué)秩序和個(gè)別輔導(dǎo)的機(jī)會(huì)，這正是當(dāng)下熱門的“翻轉(zhuǎn)課堂”影響下的教學(xué)嘗試。當(dāng)然，這樣的改革給教師帶來(lái)了很多的課外工作量，每周在線交互時(shí)間是改革前的十幾倍。在未來(lái)的教學(xué)中，將考慮高年級(jí)的“助手”幫助低年級(jí)的學(xué)習(xí)者，形成學(xué)習(xí)梯隊(duì)。

五結(jié)束語(yǔ)

案例教學(xué)是計(jì)算機(jī)應(yīng)用課程重要的教學(xué)方法之一，即教師演示案例，學(xué)習(xí)者模仿操作，從而掌握相應(yīng)操作技能，但學(xué)習(xí)者對(duì)案例與其它案例如何建立聯(lián)系的思考很少。案例推理將學(xué)習(xí)過(guò)程交給了學(xué)習(xí)者，讓他們進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、邏輯推理、反思總結(jié)。學(xué)習(xí)者在吃透相關(guān)案例后，自己搭建通往新案例解決的橋梁，實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移。本研究在前期學(xué)習(xí)平臺(tái)研發(fā)上投入了較多精力，精選案例，制作教學(xué)案例，設(shè)計(jì)推理案例過(guò)程。教學(xué)活動(dòng)后發(fā)現(xiàn)，該教學(xué)平臺(tái)基本達(dá)到了預(yù)期的效果。在未來(lái)的研究中，需要進(jìn)一步擴(kuò)充案例庫(kù)的數(shù)量，提供更豐富的教學(xué)資源，并用實(shí)證研究方法來(lái)分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過(guò)程，以促進(jìn)有效學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馮銳,楊紅美.基于案例推理的問(wèn)題解決[J].現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究,2011,(2):14-21.

[2][3]索耶.劍橋?qū)W習(xí)科學(xué)手冊(cè)[M].教育科學(xué)出版社,北京,2010:192-232.

[4]高文等. 學(xué)習(xí)科學(xué)的關(guān)鍵詞[M].華東師范大學(xué)出版社,上海, 2009:210-211.

[5]Hunt J. Evolutionary case based design[M]. Berlin: Springer, 1995:17-31.

[6]Allen B P. Case-based reasoning: Business applications[J]. Communications of the ACM 37, 1994,(3):40-42.

[7]Leake D B, Case-based reasoning: Experiences, lessons and future direction[M]. AAAI Press / MIT Press, Menlo Park, CA, 1996:25-32.

[8]Aamodt A, Plaza E. Case-based reasoning: foundational issues, methodological variations, and system approaches [J]. Artificial Intelligence Communications, 1994,(7):39-59.

[9]Gavin F, Sun Z H, R5model for case-based reasoning[J]. Knowledge-based Systems, 2003,(16):59-65.

編輯：小西

Research on the Case-Based Reasoning Learning Designunderthe domain of Learning Science

HUANG Lu1ZHANG Su-jing2

Case-based reasoning mechanismunder the domain of learning scienceand whose core idea is “similar problems have similar solutions”brings about new direction to case teaching. In this paper, after analyzing several typical models of case-based reasoning, case-based reasoning learning model was designed, a gamofication learning platform based on case-based reasoning learning model was developed,and learners’autonomous learning activity was conducted under this environment. The results shown that the case-based reasoning learning model was centered on learner and focused on learning process, which can promote learners' active reasoning reflection, realize the knowledge migration, and explore the solution of complicated and volatile realistic situation.

case-based reasoning; learning science; learning process; case teaching

G40-057

A

1009—8097（2016）06—0067—07

10.3969/j.issn.1009-8097.2016.06.010

本文為國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)中信息資源建設(shè)模式變革研究”（項(xiàng)目編號(hào)：71473079）、湖南省社科基金“信息技術(shù)環(huán)境下教師群體專業(yè)發(fā)展模式研究”（項(xiàng)目編號(hào)：20121205）、2013年浙江省高等教育課堂教學(xué)改革項(xiàng)目“‘案例推理+項(xiàng)目合作’教學(xué)模式在公共選修課程“Flash動(dòng)畫制作”課堂教學(xué)改革中的研究與實(shí)踐”(項(xiàng)目編號(hào)：kg2013338)的階段性研究成果。

黃璐，講師，研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)教育應(yīng)用、學(xué)習(xí)科學(xué)，郵箱為yellow0209@qq.com。

2015年12月26日