黃 璐 章蘇靜

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

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制為案例教學(xué)帶來了新的行動方向，其核心思想是“類似的問題有類似的解決方案”。文章通過梳理五種案例推理認知模型后，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。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)過程，可以促進學(xué)習(xí)者主動推理反思，實現(xiàn)知識遷移，探索復(fù)雜多變的現(xiàn)實問題的解決方法。

案例推理；學(xué)習(xí)科學(xué)；學(xué)習(xí)過程；案例教學(xué)

引言

案例作為一種隱性知識體現(xiàn)了人們的實踐經(jīng)驗，被廣泛地應(yīng)用于教學(xué)中，讓學(xué)習(xí)者沉浸在真實、有意義的學(xué)習(xí)體驗中，達到以“例”明“理”的目的。案例如同一個個被存儲在大腦中的故事，不斷地被檢索和利用，從這個角度來說，案例教學(xué)不僅是一種教學(xué)方法，更是一種對人類思維習(xí)慣的組織和陳述。在教學(xué)中，教師一般會按照知識表述的邏輯去講解案例，而不是依照學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的思維把知識打散，更難以用一個個真實有趣的案例任務(wù)將這些知識進行重組。同時，現(xiàn)實問題一般都比較復(fù)雜、多變、界定含糊，如果通過一般的案例教學(xué)來解決復(fù)雜問題時顯然勢單力薄。因此，探索符合學(xué)習(xí)者邏輯思維和解決復(fù)雜問題的方法顯得很有必要。案例推理機制是模仿人類專家解決復(fù)雜問題的認知過程來建立問題解決模式[1]，從而解決復(fù)雜多變的現(xiàn)實問題。據(jù)此，本研究認為將案例推理機制應(yīng)用到教學(xué)中，可以使學(xué)習(xí)者通過相關(guān)案例的經(jīng)驗來解決學(xué)習(xí)問題，避免單純的案例模仿和現(xiàn)實知識遷移?；诖耍疚耐ㄟ^對五種案例推理認知模型的梳理，設(shè)計了基于案例推理的學(xué)習(xí)模型及游戲化學(xué)習(xí)平臺，學(xué)習(xí)者可以在此平臺上自主探究、推理反思，從而掌握知識和技能。

一案例推理認知模型

基于案例的推理（Case-based Reasoning，CBR）始于20世紀70年代，美國耶魯大學(xué)的羅杰·尚克（Roger Schank）等從觀察人們理解日常用語的方式中發(fā)現(xiàn)了類似圖式（Scheme-like）的知識結(jié)構(gòu)，這些知識結(jié)構(gòu)可以通過推理的過程產(chǎn)生[2]。目前對案例推理比較統(tǒng)一的認識是，它是區(qū)別于基于規(guī)則推理的模式，核心思想是利用過去解決問題的經(jīng)驗來解決新問題[3]。在學(xué)習(xí)科學(xué)視域里，基于案例的推理被認為是對認知表征、問題解決和思維等研究的重要內(nèi)容，國內(nèi)外的學(xué)者們將CBR作為一種認知理論應(yīng)用到教育中，認為可從新的教學(xué)方法、案例庫設(shè)計、學(xué)習(xí)經(jīng)驗的反思和表達三個方面提升學(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，本研究對已有的案例推理認知模型進行了梳理。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)前問題相類似的問題處理方式，并適當(dāng)修改解決方案來處理新問題，他們都重視案例庫的建設(shè)、檢索以及更新。但他們在案例推理過程中有所側(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)平臺設(shè)計

通過對五種案例推理認知模型的分析后發(fā)現(xiàn)，在教學(xué)中可以利用相關(guān)教學(xué)案例的經(jīng)驗來學(xué)習(xí)相似的案例并實現(xiàn)知識遷移，但還需考慮教學(xué)層面的問題：①在初學(xué)者對課程知識了解甚少的情況下，如果沒有前導(dǎo)知識和案例初步分析，如何檢索案例會成為最棘手的問題。②學(xué)習(xí)者搜索到相似案例后，如果對相關(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動畫制作”這門課程的特點和教學(xué)規(guī)律，設(shè)計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)實驗和存儲案例等五個階段，其學(xué)習(xí)模型及學(xué)習(xí)平臺設(shè)計如圖1所示。

1 新案例審查與分析

這個階段也是學(xué)習(xí)的啟動階段，起引起學(xué)生注意和交代學(xué)習(xí)目標的作用。當(dāng)學(xué)習(xí)者遇到一個新問題時，為了有效完成檢索工作，可先在學(xué)習(xí)平臺的“知識列表”中對相關(guān)的知識進行了解，查看該案例歸屬哪個章節(jié)知識，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

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)者通過對新案例知識點的審查與分析后，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)案例的驗證實驗和鞏固練習(xí)。學(xué)習(xí)者可以結(jié)合學(xué)習(xí)平臺上專家總結(jié)版塊提供的知識點總結(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，總結(jié)出相關(guān)案例的知識體系和操作技能，討論新案例的解決方法。

4 指導(dǎo)實驗

學(xué)習(xí)者用案例的解決方法來指導(dǎo)新案例的實驗操作，如果是綜合性或設(shè)計性實驗則需要多個案例解決方案組合完成。重用案例和指導(dǎo)實驗這兩個過程是學(xué)習(xí)的結(jié)束階段，也是學(xué)習(xí)提升階段，實現(xiàn)了知識遷移。

5 存儲案例

學(xué)習(xí)者可以將自己完成的實驗作品、綜合實驗作品、設(shè)計性實驗作品或競賽作品等上傳到教學(xué)案例庫中。游戲化的沖關(guān)測驗還包含復(fù)習(xí)舊知、沖關(guān)測驗、師生/生生在線交互等功能，可以實現(xiàn)學(xué)習(xí)評價和反饋，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)過程設(shè)計

本研究以“Flash動畫制作”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章節(jié)，筆者選擇了重點章節(jié)第三章“利用動畫技術(shù)制作動態(tài)課件”中“波的衍射”作為相似案例來闡述基于案例推理的學(xué)習(xí)過程設(shè)計。本次學(xué)習(xí)主要有課外和課內(nèi)兩個部分——在課外，學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)平臺上深入自主學(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)，首先驗證“波的衍射”實驗，然后小組討論新案例“認識橢圓”或“氧氣實驗室制作”的制作方案，最后將制作好的新案例存儲在案例庫中。具體學(xué)習(xí)過程流程如圖2所示。

圖2 學(xué)習(xí)過程流程圖

1 案例審查與分析“遮罩層”基礎(chǔ)知識

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)平臺主頁，如果是初次學(xué)習(xí)，點擊“是”后將模擬Flash CS3的界面環(huán)境進行交互式認識。進入“知識列表”模塊后，選擇第三章第五節(jié)遮罩層的相關(guān)內(nèi)容，對知識點進行了解，分析遮罩層的知識結(jié)構(gòu)，這對相關(guān)案例“波的衍射”進行快速準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點

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)知識點以后，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”這個案例，選擇后會有該案例的簡要介紹，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)案例等六個步驟。其中，相似案例推理是重難點，它將案例知識脈絡(luò)設(shè)計成邏輯推理，學(xué)習(xí)者參照思維導(dǎo)圖的模式和六個子步驟的提示依次進行思考。對相關(guān)案例自主學(xué)習(xí)是整個學(xué)習(xí)過程的重點，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”案例推理過程

圖6 新案例的儲存

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)課的時間完成相關(guān)案例“波的衍射”的驗證實驗、知識鞏固練習(xí)和知識總結(jié)。其中，知識總結(jié)可以單擊“專家總結(jié)”模塊，查看“波的衍射”知識體系和制作技巧進行總結(jié)反思，教師進行個別輔導(dǎo)。第二節(jié)課教師布置新案例“認識橢圓”或“氧氣實驗室制作”的學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)習(xí)者將有5分鐘進行小組討論新案例的制作方案。

4 指導(dǎo)新案例的實驗

小組討論新案例的解決方案，首先在課內(nèi)完成簡單版，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成績的重要依據(jù)。依據(jù)新案例的解決方案，學(xué)習(xí)者課內(nèi)完成該實驗的主要部分，允許課外練習(xí)和完善，如果有疑問，教師可以提供在線課外輔導(dǎo)。

5 存儲新案例到學(xué)習(xí)平臺

根據(jù)教學(xué)大綱的要求，學(xué)習(xí)者上交不少于5個驗證性實驗/綜合性實驗到“沖關(guān)測驗”模塊中。這些將存儲到案例庫中，作為學(xué)習(xí)成績的重要組成部分，并供學(xué)習(xí)者日后學(xué)習(xí)交流。“氧氣的實驗室制法”新案例的存儲操作如圖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)過程設(shè)計，本課程在學(xué)習(xí)平臺上進行了基于案例推理的學(xué)習(xí)活動，綜合該平臺的相關(guān)數(shù)據(jù)、問卷調(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

通過學(xué)習(xí)平臺數(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，進行自主學(xué)習(xí)；課內(nèi)平均有8.4分鐘進行推理總結(jié)、小組討論，得出重用方案。說明學(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)平臺的使用率也明顯提高。本研究發(fā)現(xiàn)，界面精美、設(shè)計獨特的案例推理模式和游戲化測驗的學(xué)習(xí)平臺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 推理反思和知識遷移能力有所提高

數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，學(xué)習(xí)平臺中“案例推理”模塊使用率最高，實驗作業(yè)完成率達到97.6%，綜合性、設(shè)計性實驗優(yōu)秀率達到38.4%，相似案例學(xué)習(xí)完成率達到91.2%，新案例解決方案完成率達到82.2%。這些數(shù)據(jù)說明，雖然本課程對非計算機專業(yè)學(xué)生來說有一定的困難，但通過基于案例推理的學(xué)習(xí)后，在很大程度上激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣，促使他們主動推理反思，并積極投入作品創(chuàng)作之中。學(xué)習(xí)者通過相關(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)者進入后續(xù)的科技競賽創(chuàng)作學(xué)習(xí)中。

3 參與度和自控力增強

通過學(xué)習(xí)過程流程圖可以看出，無論是課外還是課內(nèi)，基于案例推理的學(xué)習(xí)過程幾乎都是以學(xué)習(xí)者為主線；由原來教師在課堂內(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)平臺上通過豐富的學(xué)習(xí)資源進行自主學(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)者的操作時間，還能大大提高教師監(jiān)管教學(xué)秩序和個別輔導(dǎo)的機會，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了很多的課外工作量，每周在線交互時間是改革前的十幾倍。在未來的教學(xué)中，將考慮高年級的“助手”幫助低年級的學(xué)習(xí)者，形成學(xué)習(xí)梯隊。

五結(jié)束語

案例教學(xué)是計算機應(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)過程交給了學(xué)習(xí)者，讓他們進行自主學(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，實現(xiàn)知識遷移。本研究在前期學(xué)習(xí)平臺研發(fā)上投入了較多精力，精選案例，制作教學(xué)案例，設(shè)計推理案例過程。教學(xué)活動后發(fā)現(xiàn)，該教學(xué)平臺基本達到了預(yù)期的效果。在未來的研究中，需要進一步擴充案例庫的數(shù)量，提供更豐富的教學(xué)資源，并用實證研究方法來分析學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程，以促進有效學(xué)習(xí)。

參考文獻：

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[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

本文為國家自然科學(xué)基金項目“虛擬學(xué)習(xí)社區(qū)中信息資源建設(shè)模式變革研究”（項目編號：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”（項目編號：20121205）、2013年浙江省高等教育課堂教學(xué)改革項目“‘案例推理+項目合作’教學(xué)模式在公共選修課程“Flash動畫制作”課堂教學(xué)改革中的研究與實踐”(項目編號：kg2013338)的階段性研究成果。

黃璐，講師，研究方向為網(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