基于多尺度强化理论的教学模式探究

摘要：大学教育过程中必须激发学生内在的学习动力，要根据教学对象的基础从教学目标设计、课堂激励及课后创新实践活动开展多层次的教学强化机制。通过这种多层次、循序渐进的小步激励方法，使得学生产生内在的主动学习欲望，并具备解决问题的能力。

关键词：多尺度；强化学习理论；教学模式

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2014）50-0178-02

教学活动就好比给装有精密仪器的盒子输入特定信号后，希望它能产生一个很好的输出信号，所以教学的最终目的是使学生接受知识后能具有更好的学习能力、解决问题的能力以及克服学习困难的激情。因此，科学的教学方法是增强学生主动性学习欲望的一种方法。如何改进教学方法，提高教学效果，许多研究者、教育家及实践教学工作者长期以来都在开展大量的研究工作。大量的教学方法研究集中在如何教好，如何上好课。老师教得很精彩，但学生主要充当“听众”，所以经常出现虽然有“好的输入”，但学生没有好的“输出”。为了更好地发挥学生自主学习的能力，教育实践者提出了“271”法则教学模式。以标准的大学课堂45分钟为例，课堂上老师讲不能超过10分钟；“7”是学生自学（自学、讨论、展示）30分钟；“1”是5分钟当堂检测。但这些方法中都没有突出教师的“控制”作用，一些基础差的学生容易产生“放弃”思考的行为，成为其他学生的“听众”。有学者提出积木式的教学模式，这种教学体系有利于多层次技能人才的培养。模块式教学模式是由多个模块和学习单元组成的，学生可以根据自己的学习能力和个好，选择学习某单元模块和学习单元。这种教学模式学生有较强的自主性，但整个学习过程中容易产生知识的不全面，且学习的好坏也没有进行评价和强化。美国心理学家和行为科学家斯金纳通过实验发现，动物的行为是随着一个起强化作用的刺激而发生的。斯金纳把动物的行为推广到人类的行为上，提出了强化学习的理论。在此基础上，许多教育工作者将该理论应用到课堂教学上，如Ford在课堂上安排一个与教学内容相关的强化事件来加深学生对重点知识的理解。李波在拉丁舞教学中也采用了强化理论中的激励措施，来提高学生的学习效率。大学生是高智商的受教育群体，不同于小学生，小学老师只需要利用简单的“鼓励”语言就能起到很好的正激励效果。如何让大学生激发对自己本专业知识的热爱，必须要通过多尺度空间的教育活动，使他（她）们认识到专业知识对提升自己的人生价值的重要作用。在老师的适当帮助下，由他们自己去解决专业知识学习过程中遇到的困难，这样学生才会内而外的产生真正的学习兴趣和动力。

一、多尺度强化学习理论

强化学习理论在教学中应用的核心思想，要对整个课程的教学目标、教学内容进行分解；并利用“小步子”循环教学理论实施教学内容，每一个教学子问题要跟学生接受程度形成循环反馈，若没有达到教学目的，要对教学内容和教学方法进行适度修正。而多尺度强化学习理论的含义是指在整个教学实施过程都采用强化学习理论，包括教学目标的设计、教学内容的制定及教学方法的实施不能依据教师的理论单纯地进行灌入式教学；要依据学生的具体接受能力进行目标的修正、教学内容的分解及教学方法的修正，从而使得在整个教学过程中，老师的期望和学生的实际输出形成一致。如何在多尺度空间对学生进行强化教育，本人认为必须从以下几个方面着手：

（一）研究强化学习的期望目标

重点根据教学大纲要求，并针对教学班级的学生情况进行调研，针对每次教学活动设计合理的期望目标。且针对每次教学子内容，设计好期望子目标。并且针对不同的学习群体，研究不同的期望目标，在教学目标上要能具有一定的适应能力，要能根据学生的实际学习情况更新。如长沙理工大学汽车与机械工程学院的城南学院和本部都开单片机课程，但由于进校基础的不同，要分别设计不同的教学目标，并结合教学过程中学生的学习效果，来进行修正。

（二）课后加强学生对专业课程的认知强度，并引导学生参与到教学活动中来

大学生的许多专业课程是综合性的，且具有一定的复杂性，而前期的教学课程是独立开设，许多学生不能建立完整的专业知识体系。因此，如何进行教学衔接工作非常重要。本人在长沙理工大学测控技术与仪器专业《智能仪表原理和应用》的课程中，采用课外培训和课内教学相结合跨尺度的教学模式。由于智能仪器的设计过程复杂，不能单纯的通过课堂的理论讲解让学生体会到设计中的关键问题，课堂时间非常有限，也不能过多地开展实践活动。因此，采取了在该课程开设的前一学年，鼓励学生参加长沙理工大学课外科技立项，通过实际项目强化学生的动手能力和对一些智能仪器设计理论知识的理解。如指导的2010年测控技术与智能仪器专业的董旭获一等奖，2011级测控技术与智能仪器专业的郑广才、黄宇威获长沙理工大学项目创新设计二等奖及长沙理工大学物电杯二等奖。让一部分学生先动起来，通过课外实践培养专业知识优秀的学生，他们就是其他同学的学习标兵，也能指导其他同学的学习问题。然后，课后指导这些优秀学生制作PPT和讲解方法，在《智能仪表原理与应用》课程的课堂教学中，让他们向同班同学介绍自己的获奖作品和创新技术，激发了其他学生的学习兴趣。

（三）合理实施教学内容

基于强化学习理论的教学模式的“核心思想”，即通过教师的设计导向作用、学生的循环式“小步”学习模式、反馈学习方法及激励策略，使得教学活动有一个真正良好的输出效应。因此，在课堂教学过程中，也要将每一节的教学内容分步，并且前后之间要形成一套整体的强化训练链。教学强化链的基本过程是：显示问题（第一小步）―学生解答―对回答给予确认―进展到第二小步，如此循序前进直至完成一个教学环节。由于知识是逐步呈现的，学生容易理解，因此在整个学习进程中他能自始至终充满信心。

（四）重视学生的反馈信息，并合理解释

学生是否正确理解所学知识并能科学应用，老师在教学时要重视学生的反馈信息，并对学生有疑惑的地方及时讲解，这样才能确保在每一个环节中达到教学效果。主要的方法有：一是口头询问法，通过对教学中的难点知识合理设计一些问题，并提名让学生回答，并尽可能地对学生的思维方式和回答正确的内容给予肯定，这样就能够对学生形成正激励，激发他们积极思考、认真听课的动力；即使学生回答问题有偏差，也不需要大发雷霆地批评，只需对错误部分进行讲解，这就是强化学习理论的修正作用。二是合理设计课堂作业（包括作业的数量和习题设计）。对一些重要的教学内容，要在课堂上采用作业的形式，让学生及时复习，在课堂上循环查看学生的出错率，及时更正。这就是“小步子”强化学习理论的核心。三是看学生答题的速度、表情也可以获取学生理解知识的反馈信息。

二、强化学习理论在智能仪表课程中的教学模式探讨

《智能仪表原理与设计》是大学测控技术与仪器专业的一门主干课程，需要以电子技术、单片机原理及测试技术多门课程为基础。教学内容较广、体系较复杂，学生很容易因为忘记前面基础课程知识或前期知识学习不牢靠而产生厌学情绪。要达到学生正确理解智能仪表的构架体系并能动手设计智能仪表，为学生毕业工作时奠定智能仪表开发的基础，需要将整个教学内容进行分解：主要教学模块包括智能仪表的构架体系（包括数据采集系统构架、反馈控制系统构架、分布式系统及集中式系统构架（又含有无线分布式和总线构架式））；数据采集系统设计（数据采集的基本定律；智能仪表的键盘接口设计；显示接口设计；打印接口设计；通信接口设计）；数据处理模块（数字滤波技术；非线性校正技术）；智能仪表抗干扰设计（包括硬件抗干扰设计和软件抗干扰设计）。每个教学内容都有各自的特点，有不同的教学子目标和教学实施方法。

总之，通过上述方法的基本探索，近两年在一线教学过程中运用了上述强化循环正激励系统，对学生产生有益的效果。在课堂上，学生不再是面无表情，课后提问学生的人数也不断增加。每年都有学生主动找老师联系希望参加专业项目训练。因此，在多尺度空间上构建循环正激励系统的教学方法能有效提高学生的学习兴趣和激情。

参考文献

[1]柴晓玲.浅谈数学中的分层教学[J].山西师大学报（社会科学版），2010，（S3）：199-202.

[2]尹雅芙.基于问题的学习教学方法在临床核医学教学中的应用研究[J].中国现代医学杂志，2010，（21）.

[3]张立群.“模拟项目”教学的应用[J].文艺争鸣，2010，（24）：171-172.

[4]熊华军.论康德的大学教学思想[J].中国地质大学学报（社会科学版），2010，（06）：55-60.

[5]丰久光.对基于计算机的大学英语教学模式的重新审视电化教育研究[J].2010，（11）：97-103.

[6]黄飞.尊严：自尊、受尊重与尊重[J].心理科学进展2010，（07）：1136-1140.

[7]Ford M. B，Collins N. L. Self-esteem moderates neuroendocrine and psychological responses to interpersonal rejection[J]. Journal Personality and Social Psychology，2010，（98）：405-419.

[8]Pennings H J M，van Tartwijk J，Wubbels T，et al. Real-time teacherCstudent interactions：A Dynamic Systems approach[J]. Teaching and Teacher Education，2014，（37）：183-193.